Produção de Vidro

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Transparente ou opaco, colorido ou incolor, brilhante ou desenhado, o vidro está presente na vida de todos, em praticamente todos os lugares. Está nos espelhos, nas lâmpadas, nas janelas, dentro da cozinha em pratos, copos e travessas refratárias, em portas, vitrines e fachadas de prédios, prateleiras e ornamentos, espelhos, para-brisas e janelas de carros, prateleiras de móveis e geladeiras, embalando bebidas, alimentos e medicamentos, lentes de óculos, binóculos e microscópios, equipamentos de laboratórios e muitos outros produtos.

Um dos materiais mais antigos utilizados pelo homem, a composição do vidro praticamente não mudou nos últimos milênios: é composto, basicamente, por areia, cal e barrilha. Outros materiais incluídos em sua formulação podem ser considerados ingredientes secundários, embora importantes, porque facilitam o processo de produção, reduzem a temperatura de fusão e acrescentam propriedades especiais, que diferenciam um tipo de vidro de outro. E há mais de 800 tipos diferentes de vidros. Existem vidros autolimpantes, refratários, fotossensíveis, temperados, que ao quebrar se partem em pequenos fragmentos, antirreflexo, para uso óptico, planos, coloridos ou absolutamente incolores, baixo emissivos, que promovem o isolamento térmico, laminados, que não estilhaçam quando quebrados e vidros que controlam e reduzem a entrada de luz solar e calor nos ambientes internos.

O trabalho dos químicos é importante em todas as etapas de produção do vidro. Os profissionais da química atuam no controle de qualidade das matérias primas, na formulação dos compostos, na condução do processo de fabricação do vidro e ao final do processo, no descarte de resíduos e efluentes, quando adotam procedimentos de forma a causar o menor impacto possível ao meio-ambiente.

Nem líquido, nem sólido

O vidro é uma substância inorgânica com características do estado líquido, mas que, quando resfriado, alcança um grau de viscosidade tão alto que se torna rígido para todos os usos práticos. Assim, visto sob o aspecto científico, o vidro é um líquido, mas com viscosidade tão elevada que, do ponto de vista prático, parece um “sólido”. Quando aquecemos o vidro ele se torna menos viscoso, ou seja, mais fluido, e por isso as peças de vidro são moldadas enquanto o material está fundido. A fusão de seus componentes, como o dióxido de silício, só acontece em uma temperatura muito alta, a 1.700°C, o que exige o consumo de muita energia. Para reduzir os custos de produção são acrescentadas à mistura óxidos metálicos, que reduzem o ponto de fusão da sílica até valores em torno de 800°C.

De acordo com a proporção de materiais secundários utilizados obtêm-se diferentes tipos de vidros, que podem ser divididos em três categorias:

• Sodo-cálcico: é o vidro comercial mais comum e o mais barato, e responde por 90% da produção. É usado principalmente em embalagens, como garrafas, potes e frascos, e também para produção de copos, vidro de janela, na indústria automobilística e em eletrodomésticos. Não resiste a altas temperaturas, a mudanças bruscas de temperatura, nem a produtos químicos corrosivos.
• Ao chumbo: leva uma alta percentagem de óxido de chumbo (20% a 30%) o que o torna um vidro de alta densidade e alto índice de refração. Tem uma superfície lisa e por isso é usado para fabricação de vidraria refinada, como cálices e taças, ornamentos e peças artesanais, já que o chumbo confere uma aparência mais brilhante ao material. Não resiste a altas temperaturas nem a mudanças súbitas de temperatura.
• Borossilicato: o terceiro maior grupo, é qualquer vidro que tenha pelo menos 5% de óxido de boro em sua composição. Ele tem maior resistência às mudanças térmicas e à corrosão química. É usado em processos químicos nas indústrias, em laboratórios, na indústria farmacêutica, em objetos ópticos e científicos e em lâmpadas de alta potência. Nos utensílios domésticos, é o vidro usado para fabricação de panelas e produtos resistentes ao calor.

Em relação aos usos, o vidro pode ser dividido em quatro tipos:

Vidros para embalagem, usados para embalar bebidas, medicamentos e produtos cosméticos;

Vidros domésticos, que incluem copos, xícaras, travessas, vasos e objetos de decoração;

Vidros planos, fabricados em chapas, e usados em janelas, portas, espelhos, na indústria automobilística, móveis e em eletrodomésticos como geladeiras e microondas;

Vidros especiais, com usos específicos, como os vidros usados em bulbos de lâmpadas, garrafas térmicas, fibras óticas e blocos isoladores.

Fabricação

As principais matérias-primas para produção de vidro são areia (sílica), feldspato, calcário, carbonato de sódio, carvão, sulfato de sódio, hematita e sucata de vidro. A areia utilizada na manufatura do vidro deve ser quase quartzo puro, mas apesar de ser abundante na natureza, ela precisa ter determinadas características mineralógicas, químicas e granulométricas para ser usada. A barrilha – Na2CO3 – entra na composição do vidro porque contribui para reduzir a temperatura de fusão da areia. Outros componentes são o óxido de chumbo, carbonatos e outros sais necessários para colorir o vidro. Nas operações de acabamento, usam-se diversos produtos, como abrasivos e ácido fluorídrico.

As etapas de produção incluem o transporte das matérias-primas para a fábrica; a classificação dos materiais; a pesagem, a mistura das matérias-primas e a introdução da massa no forno. Os procedimentos de fabricação passam por quatro etapas principais:fusão, conformação ou moldagem, recozimento e acabamento. No forno o vidro é fundido e passa para a etapa de conformação ou moldagem, quando uma máquina molda o objeto em poucos segundos, muitas vezes usando o ar. Toda a operação é feita em tempo relativamente curto, porque o vidro transforma-se rapidamente de líquido viscoso em “sólido”.

Os tipos de vidro mais comuns conformados mecanicamente são os vidros de janelas, as chapas de vidro, as garrafas, os bulbos de lâmpadas e os tubos. Após adquirirem seu formato final os objetos passam por recozimento, que é um tratamento térmico, e resfriamento. Depois são submetidos a inspeção e transformação, caso sejam decorados, até chegar à etapa de embalagem. Todas as etapas de produção nas modernas fábricas de vidro são feitas em máquinas automatizadas, em movimento contínuo.

Como as características físicas e químicas das matérias-primas é que determinam a qualidade e as especificações do vidro a ser produzido, o trabalho dos químicos é importante porque as matérias primas devem ser analisadas e suas especificações devem ajustar-se às exigências de produção de cada tipo de vidro.

Evolução

Técnicas de fabricação antigas, da época de assírios e fenícios, e hoje perdidas, utilizavam cera e moldes de argila para produzir objetos de vidro. O grande passo no processo de manufatura se deu com a invenção do tubo para soprar vidro, surgido em torno de 250 a.C. Nesta técnica utiliza-se um tubo de ferro com cerca de 1,5 metro de comprimento dotado, de um lado, de um bocal, e de outro, de uma pequena dilatação. Nesta parte dilatada coloca-se uma pequena massa de vidro fundido, que, ao ser soprada forma um balão. Rodando o balão é possível modelá-lo com uma ferramenta de ferro, dando-lhe as mais variadas formas. Esta é uma técnica milenar que permanece inalterada até dias de hoje, e é usada por artesãos na fabricação de peças artísticas e requintadas.

Foi a fabricação dos vidros planos que passou pelos maiores avanços ao longo do tempo. A produção era manual até o início do século XX, quando o vidro era aberto da mesma forma que a massa, com um rolo. Em 1914 foi criado na Bélgica o processo Fourcault de fabricação contínua de folha de vidro. Hoje a produção de vidro plano é realizada pelo método float, inventado em 1959 na Inglaterra. O vidro fundido é colocado em uma piscina sobre metal fundido, em atmosfera controlada, em temperaturas entre 1100°C e 600°C, em que se dá o enrijecimento. Máquinas controlam a espessura do produto e ao final uma fita de vidro é obtida por laminação. Os fornos usados neste processo são geralmente do tipo contínuo; o material de fusão é carregado de um lado e o vidro fundido sai continuamente pelo outro lado, através de uma fenda. Rolos na saída fazem a laminação e alisam o material até formar as chapas. Grandes máquinas têm capacidade para produzir até 250 m² de lâminas por hora.

Reciclagem

O vidro não se decompõe na natureza e pode permanecer sob o solo por milhares de anos sem apresentar alterações, por isso sua reciclagem é tão importante. Além de reduzir o volume de detritos nos aterros sanitários, o uso de cacos de vidro na indústria reduz significativamente os custos de produção, porque diminui a necessidade de uso de matérias-primas virgens e porque a temperatura de fusão do vidro reciclado é mais baixa, o que demanda menos energia.

Para ser reciclado o vidro passa por uma central de triagem, onde é separado, triturado e transformado em pequenos cacos. Partes metálicas e impurezas são retiradas, e os cacos são lavados antes de serem reutilizados. Normalmente as fábricas adicionam à mistura das matérias-primas cacos de vidro gerados internamente, na própria fábrica, ou comprados de cooperativas ou outras empresas. Os cacos podem representar de 35% a 50% do total da mistura. O vidro reciclado pode ser utilizado inúmeras vezes, com o mesmo desempenho e qualidade do vidro produzido com matérias-primas virgens.

Fonte: Conselho Regional de Química IV Região