Vidrio

www.aulados.net Geología y Yacimientos Minerales 2007 J. Fernández Barrenechea

Minerales utilizados en la industria del vidrio
Millones de toneladas
14 12 10 8 6 4 2 0

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Vidrio → sólido con estructura molecular de líquido

Unión Europea Estados Unidos Japón

Envases

Vidrio plano

Materia prima Na2CO3 Caliza, CaCO3 Arena silícea, SiO2Proporción aproximada 25 10 65

Aporta Na2O CaO SiO2

Proporción en el vidrio 18 7 75

Composición del vidrio
Egipto 1500 AC Roma Envase Bombilla Pyrex s.III Vajilla Vajilla Vidrio Fibra de (Pb) laborat. vidrio

• Formadores de red (sílice y boratos) y modificadores (CaO, Na2O) • Importancia de las impurezas → coloración (Cr, Fe, Co, Ni,....), punto de fusión (Li, álcalis,...), opacidad (F),etc.

Manufactura del vidrio plano
• Pulido y acabado mecánico de planchas de vidrio. • Vertido del fundido en vertical para obtener láminas. • Proceso de flotación: Compañía Pilkintons of St Helens
Alimentación de materia prima
1500ºC 1100ºC 1050ºC 600ºC 550ºC Sn fundido
Modificada de D.A.C. Manning (1995). Introduction to Industrial Minerals. Chapman & Hall

1590ºC

200ºC

Horno defusión

Baño de flotado

Solidificación

Corte, apilado y embalaje

• Espesor del vidrio → velocidad de aporte del fundido. • No requiere pulido.

Formadores de red: sílice
Compuestos isodésmicos Compuestos anisodésmicos Compuestos mesodésmicos

NaCl,...

CO3=, SO4=,...

SiO44-, BO33-

Sólo los compuestos mesodésmicos tienen la capacidad de “polimerizarse”. Los grupos aniónicospueden compartir oxígenos para formar, cadenas, láminas, o redes tridimensionales.
Modificada de Klein y Hurlbut (2002) Manual de Mineralogía, John Wiley and Sons

Arenas silíceas: consideraciones importantes

• Tamaño de grano fino (entre 125 y 500 µm) • Distribución de frecuencias de tamaño uniforme. • Lavado para eliminar partículas de tamaño arcilla. • Tipo y proporción de impurezas. •El color no es criterio absoluto (grafito) Ni, Cu, Cr, Co → alto poder colorante

Trona, Na3(HCO3)(CO3)-2H2O
• Trona en la Formación Green River (Wyoming) → Eoceno 50-60 m.a. • Un gran lago de agua dulce (>20.000 km2), poco profundo, que se evaporó con rapidez repetidas veces. • El Na procedería de formaciones volcánicas cercanas. • Alternancia de períodos áridos → depósito de trona evaporíticasobre pizarras bituminosas (algas en medio alcalino). Períodos húmedos → niveles arcillosos cubren las capas de trona. • Resultado: alternancia de trona, margas, pizarras bituminosas y areniscas • Hay 42 capas de trona en un área de 2.250 km2. El espesor medio varía de 1,5 a 4 m. La capa más importante, a 520 m de profundidad, tiene 6 m de trona purísima.

Extracción y procesado de la trona(Wyoming)

• Calcinación a T>130ºC → carbón. • Disolución, clarificación, filtrado y recristalización. • Centrifugado y secado. • Distribución del Na2CO3.
http://www.chemicalguide.com/FMC.jpg

Otros depósitos de trona natural
•

Lago Searles, California (N de Los Ángeles): Depósitos

Cuaternarios (40.000 años) → Se explota como salmuera.

• Lago Magadi (Kenya)
Rift Valley. Lago con 164km2 de trona (esp. 20-40m) - Rodeado de lagos alcalinos, alimentados por aguas termales ricas en Na2CO3, resultado del lixiviado de silicatos de origen ígneo.
http://www.brunnermond.com/images/magadi.jpg

Proceso Solvay: importante en el pasado
- NaCl + H2O + NH3 + CO2 = NH4Cl + NaHCO3 - Precipita NaHCO3 por filtración. - 2NaHCO3 = Na2CO3 + H2O + CO2 - CaCO3 = CaO + CO2 (calcinación) - CaO +H2O = Ca(OH) - 2NH4Cl + Ca(OH) = 2NH3 + CaCl2 + 2H2O • Materias primas: calcita y halita • Productos: Carbonato sódico y cloruro cálcico • Reciclado de agua y grupos amonio

Diagramas de fases a considerar
•Eutéctico: 725ºC 5% CaO 74% SiO2 21% Na2O • T=1600ºC →
NC2S3 NC3S6 αCS

CaO.SiO2

asegura fusión y mayor viscosidad (desgasificación) • Composiciones más ricas en SiO2 → líquidus...