EL VIDRIO

EL VIDRIO: 

El vidrio es un producto amorío de fusión, difiere ampliamente de composición. Es una mezcla compleja de silicatos; un silicato alcalino y el silicato de una o más bases (calcio o plomo). Esto en lo que se refiere a la mayor parte de los vidrios comerciales; mientras que en vidrios especiales se han reemplazado los álcalis por boratos, fosfatos y aluminatos y el plomo y calcio por otros metales: bario, magnesio, cinc, etc.

Para aplicaciones técnicas se emplean casi exclusivamente los silicatos dobles alcalino-calcicos y alcalino-plúmbico; que al solidificarse son transparentes y límpidos: y dentro de estos vidrios el más usado es elcalcico-sodico. La razón de que la mayor parte del vidrio sea de soda y cal, es por el bajo valor de la materia prima.

MATERIA PRIMA:

Por muchas de sus características (dureza, resistencia, conservación de la forma, etc.), el vidrio puede considerarse como un cuerpo sólido, pero posee también otras propiedades (isotropía, estructura no ordenada, etc.) características del estado líquido. Se conocen diversos compuestos capaces de originar por enfriamiento sustancias en estado vítreo; las más importantes de las cuales son: la sílice (Sio2) y los silicatos, el anhídrido bórico (B2O3) y los boratos, el anhídrido fosfórico (P2O5) y los fosfatos.
Estas sustancias son líquidos viscosos en estado fundido que al enfriarse conservan la disposición caótica de sus moléculas, lo que explica su isotropía. No poseen punto de solidificación definido, sino que al bajarles progresivamente la temperatura van aumentando su consistencia hasta convertirse en sólidos. Los vidrios comerciales son una mezcla de sales y óxidos inorgánicos, entre los cuales la sílice constituye a menudo el principal componente. Ésta, junto al anhídrido bórico y el anhídrido fosfórico, son los vitrificadores. Otros óxidos y algunas sales (Na2O, K2O, carbonatos) sirven de fundentes, facilitando la fusión de la sílice. Los estabilizadores impiden la solubilidad de los vidrios a base de sílice y álcalis. Finalmente se añaden otras sustancias para obtener vidrios con características determinadas (coloreados, con propiedades ópticas, vidrios especiales, etc.). Según su composición, los vidrios pueden tener características muy diversas, tanto en sus propiedades ópticas (índice de refracción, color, etc.), como en sus propiedades mecánicas y térmicas.
La arena rica en oxido de silicio es la principal materia prima en la elaboración del vidrio. Este óxido representa el elemento formador de la estructura del vidrio. La arena de estas características tiene una temperatura de fusión demasiada alta por la cual no se utiliza sola en la obtención del vidrio.
Para bajar la temperatura de fusión de la arena se le adiciona un segundo componente que es la soda. La soda baja el punto de fusión desde 1710°C para la arena, hasta 1530°C para la mezcla de los dos. El vidrio que resulta de esta mezcla presenta la desventaja soluble en el agua: se requiere pues adicionarle un tercer componente que elimine del vidrio esta solubilidad; para ello se emplea la caliza, la cual aporta el óxido de calcio que actúa como estabilizador.
En síntesis, las materias primas empleadas en la elaboración del vidrio son las siguientes:
1. arena hasta un 35% del total de la mezcla
2. soda hasta un 12% del total de la mezcla
3. caliza hasta un 15% del total de la mezcla
4. casco hasta un 45% del total de la mezcla

PROCESO :

La primera etapa consiste en la obtención de la mezcla de materias primas. Para ello se trituran bien los materiales y se mezclan cuidadosamente las cantidades exactas de cada uno de ellos. La operación es delicada, pues debe obtenerse una mezcla perfectamente homogénea para facilitar la fusión. Esta se realiza calentando la mezcla a elevada temperatura (1200 - 1400° C) para que la masa sea muy fluida y facilite la homogeneización (100 a 150°C más que la primera etapa). Posteriormente se deja reposar la masa; de este modo las partículas no disueltas y las impurezas salen a la superficie formando una espuma (hez de vidrio). Finalmente se disminuye progresivamente la temperatura hasta que el vidrio toma la viscosidad deseada para trabajarlo, operación que puede realizarse por tres método2s distintos: soplado, prensado y por colada.
El soplado consiste en inyectar aire dentro del vidrio pastoso mediante un tubo. De esta forma se consigue una ampolla a la que se le da forma utilizando procedimientos adecuados. El segundo método consiste en someter al vidrio en prensas adecuadas y puede ir acompañado de la operación de soplado. El trabajo por colada consiste en llenar moldes adecuados con una colada de vidrio. Una vez trabajado el vidrio se enfría lentamente hasta que endurece.
• REACCIONES QUÍMICAS
(Ecuaciones)
Si se funde una mezcla de silicatos alcalinos y silicato cálcico o de plomo y se deja enfriar, se obtiene una sustancia amorfa y transparente llamada vidrio. Las materias primas utilizadas para fabricarlo son la arena, la creta o carbonato cálcico y el carbonato o sulfato sódico:
Na2CO3 + SiO2 Na2SiO3 + CO2
CaCO3 + SiO2 CaSiO3 + CO2
2SiO2 +CO3Na2+CaCO3 SiO3Na2+SiO3Ca+2CO2
El vidrio, cuyas propiedades dependen de la composición que tenga, se puede clasificar en vidrios sódicos, formados por silicato sódico y silicato cálcico, que son bastantes fusibles y se emplean para las ventanas, vasos, etc; vidrios potásicos mezcla de silicato cálcico y potásico, que apenas son atacados por los reactivos y se utilizan para fabricar aparatos de óptica y material químico; y cristales, constituidos por silicatos de plomo y silicatos alcalinos, que son más blandos, pesados, fusibles y refringentes que los demás vidrios.
• MEZCLA Y FUSIÓN  
Después de una cuidadosa medida y preparación, las materias primas se mezclan y se someten a una fusión inicial antes de aplicarles todo el calor necesario para la vitrificación. En el pasado, la fusión se efectuaba en recipientes de arcilla (barro) que se calentaban en hornos alimentados con madera o carbón. Todavía hoy se utilizan recipientes de arcilla refractaria, que contienen entre 0,5 y 1,5 toneladas de vidrio, cuando se necesitan cantidades relativamente pequeñas de vidrio para trabajarlo a mano. En las industrias modernas, la mayor parte del vidrio se funde en grandes calderos, introducidos por primera vez en 1872. Estos calderos pueden contener más de 1.000 toneladas de vidrio y se calientan con gas, fuel-oil o electricidad. Las materias primas se introducen de forma continua por una abertura situada en un extremo del caldero y el vidrio fundido, afinado y templado, sale por el otro extremo. En unos grandes crisoles o cámaras de retención, el vidrio fundido se lleva a la temperatura a la que puede ser trabajado y, a continuación, la masa vítrea se transfiere a las máquinas de moldeo.
El vidrio se fabrica a partir de una mezcla compleja de compuestos vitrificantes, como sílice, fundentes, como los álcalis, y estabilizantes, como la cal. Estas materias primas se cargan en el horno de cubeta (de producción continua) por medio de una tolva. El horno se calienta con quemadores de gas o petróleo. La llama debe alcanzar una temperatura suficiente, y para ello el aire de combustión se calienta en unos recuperadores construidos con ladrillos refractarios antes de que llegue a los quemadores. El horno tiene dos recuperadores cuyas funciones cambian cada veinte minutos: uno se calienta por contacto con los gases ardientes mientras el otro proporciona el calor acumulado al aire de combustión. La mezcla se funde (zona de fusión) a unos 1.500 °C y avanza hacia la zona de enfriamiento, donde tiene lugar el recocido. En el otro extremo del horno se alcanza una temperatura de 1.200 a 800 °C. Al vidrio así obtenido se le da forma por laminación (como en el esquema) o por otro método.

• CLASIFICACIÓN
La fabricación del vidrio con carácter industrial ha aumentado considerablemente en nuestro siglo, gracias a las mejoras técnicas conseguidas con los nuevos hornos eléctricos y los materiales refractarios usados en su construcción; todo lo cual, unido a los progresos de la química, ha permitido la fabricación de diversas fórmulas, según la finalidad a que van destinados, con gran pureza, uniformidad y propiedades físicas muy apreciables.
Desde el punto de vista de su aplicación, el vidrio se clasifica en industrial y doméstico.
• Vidrio industrial. Se entiende como vidrio industrial el vidrio que nó es utilizado como envase para productos alimenticios (almacenamiento de productos químicos, biológicos, vidrio plano: ventanas, cristales blindados, fibra óptica, bombillas, etc).
• Vidrio doméstico. Se entiende como vidrio doméstico el que se emplea para almacenar productos alimenticios (conservas, vinos, yogures, etc); aunque de una manera más generalizada, es el vidrio que el ciudadano deposita en los contenedores destinados a este fin (iglúes).
Desde el punto de vista del color los más empleados son:
- El verde (60%). Utilizado masivamente en botellas de vino, cava, licores y cerveza, aunque en menor cantidad en este último.
- ­El blanco (25%). Usado en bebidas gaseosas, zumos y alimentación en general.
• El extraclaro (1O%). Empleado esencialmerite en aguas minerales, tarros y botellas de decoracion.
• El opaco (5%). Aplicado en cervézas y algunas botellas de laboratorio.
Existen otras formas más complejas de clasificación del vidrio (ver Esquema), pero no entraremos a analizarlas por la limitación de espacio y porque se saldría de la temática del artículo.
Más del 42 % , del vidrio reciclado procede del doméstico, siendo el sector principal de producción de vidrio recuperable.
Desde el punto de vista industrial, de acuerdo con los sistemas de fabricación y aplicaciones, el vidrio puede clasificarse como sigue:
• Vidrio plano, cuya fabricación se efectúa generalmente por los métodos de Fourcault o de Colburn (vidrio de ventanas) o bien por laminado, rodando un cilindro de hierro sobre la masa en estado pastoso, colada en una mesa del mismo material para obtener una lámina que, una vez fría, no requiere ulterior tratamiento (vidrio colado).
• Vidrio prensado. Se obtiene moldeando en prensas una cierta cantidad de masa en estado pastoso, para fabricar botones, bolas, placas, baldosas y otros objetos similares, así como cuerpos huecos de formas sencillas. Si estos objetos se enfrían en el mismo horno, resultan de aspecto rugoso y opaco, pero calentándolos de nuevo en un horno especial, adquieren la apariencia brillante.
• Vidrio hueco soplado. Algunos artesanos aplican todavía el método manual de soplado para obtener botellas, vasos y objetos similares.
• Vidrios para óptica. Aunque en algunas aplicaciones ópticas de menor importancia puede utilizarse el vidrio para lunas, cuando se trata de instrumentos de precisión, como objetivos fotográficos, lentes para microscopios, etc, la estructura laminiforme de aquel y su falta de total diafanidad, por el matiz ligeramente verdoso que tiene, perturban las observaciones. Por tales motivos, el vidrio para instrumentos de gran precisión se deja enfriar durante varias semanas en el crisol, para eliminar totalmente las tensiones internas.
• Vidrios para aplicaciones especiales. Existen numerosos tipos, como los vidrios para laboratorios, que deben resistir fuertes cambios de temperatura y se fabrican bajo fórmulas especiales, como el “pirex” y el “dúrales”, nombres comerciales generalizados; para termómetros se usan composiciones con muy pequeño coeficiente de dilatación; para automóviles y usos similares se usan los de seguridad y los inastillables, fabricados los primeros con un tratamiento térmico especial, que hace que al romperse se fragmente en granos y no en agujas y los segundos a base de hojas de vidrio de ventanas o de cristal de lunas, con una lámina elástica interpuesta, de celuloide o compuestos orgánicos no saturados polimerizables (triples); los vidrios acorazados son de gran grosor, compuestos por varias hojas de diferentes grosores con láminas elásticas interpuestas.