Como se produce el vidrio con que se fabrican los vasos,botellas y otros productos que tanto usamos y tenemos?este vidrio esta clasificado en varios typos como ejemplo el cristal de las copas para vino.

hace 6 años Reportar abusos

by noelia23Miembro desde:

04 noviembre 2006Total de puntos:

1.240 (Nivel 3)

Añadir a mis amigos Bloquear

Mejor respuesta - elegida por quien preguntó

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 superior) o por otro método.

Vidrio (industria), sustancia amorfa fabricada sobre todo a partir de sílice (SiO2) fundida a altas temperaturas con boratos o fosfatos. También se encuentra en la naturaleza, por ejemplo en la obsidiana, un material volcánico, o en los enigmáticos objetos conocidos como tectitas. El vidrio es una sustancia amorfa porque no es ni un sólido ni un líquido, sino que se halla en un estado vítreo en el que las unidades moleculares, aunque están dispuestas de forma desordenada, tienen suficiente cohesión para presentar rigidez mecánica. El vidrio se enfría hasta solidificarse sin que se produzca cristalización; el calentamiento puede devolverle su forma líquida. Suele ser transparente, pero también

puede ser traslúcido u opaco. Su color varía según los ingredientes empleados en su fabricación.

El vidrio fundido es maleable y se le puede dar forma mediante diversas técnicas. En frío, puede ser tallado. A bajas temperaturas es quebradizo y se rompe con fractura concoidea (en forma de ****** de mar).

Se fabricó por primera vez antes del 2000 a.C., y desde entonces se ha empleado para fabricar recipientes de uso doméstico así como objetos decorativos y ornamentales, entre ellos joyas. (En este artículo trataremos cualquier vidrio con características comercialmente útiles en cuanto a trasparencia, índice de refracción, color… En Vidrio (arte) se trata la historia del arte y la técnica del trabajo del vidrio).

Materiales y técnicas

El ingrediente principal del vidrio es la sílice, obtenida a partir de arena, pedernal o cuarzo.

Composición y propiedades

La sílice se funde a temperaturas muy elevadas para formar vidrio. Como éste tiene un elevado punto de fusión y sufre poca contracción y dilatación con los cambios de temperatura, es adecuado para aparatos de laboratorio y objetos sometidos a choques térmicos (deformaciones debidas a cambios bruscos de temperatura), como los espejos de los telescopios. El vidrio es un mal conductor del calor y la electricidad, por lo que resulta práctico para el aislamiento térmico y eléctrico. En la mayoría de los vidrios, la sílice se combina con otras materias primas en distintas proporciones. Los fundentes alcalinos, por lo general carbonato de sodio o potasio, disminuyen el punto de fusión y la viscosidad de la sílice. La piedra caliza o la dolomita (carbonato de calcio y magnesio) actúa como estabilizante. Otros ingredientes, como el plomo o el bórax, proporcionan al vidrio determinadas propiedades físicas.

Vidrio soluble y vidrio sodocálcico

El vidrio de elevado contenido en sodio que puede disolverse en agua para formar un líquido viscoso se denomina vidrio soluble y se emplea como barniz ignífugo en ciertos objetos y como sellador. La mayor parte del vidrio producido presenta una elevada concentración de sodio y calcio en su composición; se conoce como vidrio sodocálcico y se utiliza para fabricar botellas, cristalerías de mesa, bombillas (focos), vidrios de ventana y vidrios laminados.

Vidrio al plomo

El vidrio fino empleado para cristalerías de mesa y conocido como cristal es el resultado de fórmulas que combinan silicato de potasio con óxido de plomo. El vidrio al plomo es pesado y refracta más la luz, por lo que resulta apropiado para lentes o prismas y para bisutería. Como el plomo absorbe la radiación de alta energía, el vidrio al plomo se utiliza en pantallas para proteger al personal de las instalaciones nucleares.

Vidrio de borosilicato

Este vidrio contiene bórax entre sus ingredientes fundamentales, junto con sílice y álcali. Destaca por su durabilidad y resistencia a los ataques químicos y las altas temperaturas, por lo que se utiliza mucho en utensilios de cocina, aparatos de laboratorio y equipos para procesos químicos.

Color

Las impurezas en las materias primas afectan al color del vidrio. Para obtener una sustancia clara e incolora, los fabricantes añaden manganeso con el fin de eliminar los efectos de pequeñas cantidades de hierro que producen tonos verdes y pardos. El cristal puede colorearse disolviendo en él óxidos metálicos, sulfuros o seleniuros. Otros colorantes se dispersan en forma de partículas microscópicas.

Ingredientes diversos

Entre los componentes típicos del vidrio están los residuos de vidrio de composición similar, que potencian su fusión y homogeneización. A menudo se añaden elementos de afino, como arsénico o antimonio, para desprender pequeñas burbujas durante la fusión.

Propiedades físicas

Según su composición, algunos vidrios pueden fundir a temperaturas de sólo 500 °C; en cambio, otros necesitan 1.650 ºC. La resistencia a la tracción, que suele estar entre los 3.000 y 5.500 N/cm2, puede llegar a los 70.000 N/cm2 si el vidrio recibe un tratamiento especial. La densidad relativa (densidad con respecto al agua) va de 2 a 8, es decir, el vidrio puede ser más ligero que el aluminio o más pesado que el acero. Las propiedades ópticas y eléctricas también pueden variar mucho.

Para ver el grafico seleccione la opción ¨Bajar trabajo¨ del menú superior

Vidrio soplado

Fabricación artesanal de recipientes de vidrio soplado. A la izquierda se aprecia una silla con un soporte para la caña de soplar. Conseguida la forma en bruto, se pellizca el material con unas pinzas para dar la forma final al vidrio fundido.

Roger A. Clark, Jr./Photo Reseachers, Inc.

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.

Moldeado

Los principales métodos empleados para moldear el vidrio son el colado, el soplado, el prensado, el estirado y el laminado. Todos estos procesos son antiguos (véase Vidrio (arte)), pero han sufrido modificaciones para poder producir vidrio con fines industriales. Por ejemplo, se han desarrollado procesos de colado por centrifugado en los que el vidrio se fuerza contra las paredes de un molde que gira rápidamente, lo que permite obtener formas precisas de poco peso, como tubos de televisión. También se han desarrollado máquinas automáticas para soplar el vidrio.

Vidrio tensionado

Es posible añadir tensiones de modo artificial para dar resistencia a un artículo de vidrio. Como el vidrio se rompe como resultado de esfuerzos de tracción que se originan con un mínimo arañazo de la superficie, la compresión de ésta aumenta el esfuerzo de tracción que puede soportar el vidrio antes de que se produzca la ruptura. Un método llamado temple térmico comprime la superficie calentando el vidrio casi hasta el punto de reblandecimiento y enfriándolo rápidamente con un chorro de aire o por inmersión en un líquido. La superficie se endurece de inmediato, y la posterior contracción del interior del vidrio, que se enfría con más lentitud, tira de ella y la comprime. Con este método pueden obtenerse compresiones de superficie de hasta 24.000 N/cm2 en piezas gruesas de vidrio. También se han desarrollado métodos químicos de reforzamiento en los que se altera la composición o la estructura de la superficie del vidrio mediante intercambio iónico. Este método permite alcanzar una resistencia superior a los 70.000 N/cm2. Véase también Recocido.

Tipos de vidrio comercial

La amplia gama de aplicaciones del vidrio ha hecho que se desarrollen numerosos tipos distintos.

Vidrio de ventana

El vidrio de ventana, que ya se empleaba en el siglo I d.C., se fabricaba utilizando moldes o soplando cilindros huecos que se cortaban y aplastaban para formar láminas. En el proceso de corona, técnica posterior, se soplaba un trozo de vidrio dándole forma de globo aplastado o corona. La varilla se fijaba al lado plano y se retiraba el tubo de soplado (véase Vidrio (arte): Soplado). La corona volvía a calentarse y se hacía girar con la varilla; el

agujero dejado por el tubo se hacía más grande y el disco acababa formando una gran lámina circular. La varilla se partía, lo que dejaba una marca. En la actualidad, casi todo el vidrio de ventana se fabrica de forma mecánica estirándolo desde una piscina de vidrio fundido. En el proceso de Foucault, la lámina de vidrio se estira a través de un bloque refractario ranurado sumergido en la superficie de la piscina de este material y se lleva a un horno vertical de recocido, de donde sale para ser cortado en hojas.

Vidrio de placa

El vidrio de ventana normal producido por estiramiento no tiene un espesor uniforme, debido a la naturaleza del proceso de fabricación. Las variaciones de espesor distorsionan la imagen de los objetos vistos a través de una hoja de ese vidrio.

El método tradicional de eliminar esos defectos ha sido emplear vidrio laminado bruñido y pulimentado, conocido como vidrio de placa. Éste se produjo por primera vez en Saint Gobain (Francia) en 1668, vertiendo vidrio en una mesa de hierro y aplanándolo con un rodillo. Después del recocido, la lámina se bruñía y pulimentaba por ambos lados (véase Operaciones de acabado). Hoy, el vidrio de placa se fabrica pasando el material vítreo de forma continua entre dobles rodillos situados en el extremo de un crisol que contiene el material fundido. Después de recocer la lámina en bruto, ambas caras son acabadas de forma continua y simultánea.

En la actualidad, el bruñido y el pulimentado están siendo sustituidos por el proceso de vidrio flotante, más barato. En este proceso se forman superficies planas en ambas caras haciendo flotar una capa continua de vidrio sobre un baño de estaño fundido. La temperatura es tan alta que las imperfecciones superficiales se eliminan por el flujo del vidrio. La temperatura se hace descender poco a poco a medida que el material avanza por el baño de estaño y, al llegar al extremo, el vidrio pasa por un largo horno de recocido.

En arquitectura se emplea vidrio laminado sin pulir, a menudo con superficies figurativas producidas por dibujos grabados en los rodillos. El vidrio de rejilla, que se fabrica introduciendo tela metálica en el vidrio fundido antes de pasar por los rodillos, no se astilla al recibir un golpe. El vidrio de seguridad, como el utilizado en los parabrisas de los automóviles o en las gafas de seguridad, se obtiene tras la colocación de una lámina de plástico transparente (polivinilbutiral) entre dos láminas finas de vidrio de placa. El plástico se adhiere al vidrio y mantiene fijas las esquirlas incluso después de un fuerte impacto.

Botellas y recipientes

Las botellas, tarros y otros recipientes de vidrio se fabrican mediante un proceso automático que combina el prensado (para formar el extremo abierto) y el soplado (para formar el cuerpo hueco del recipiente). En una máquina típica para soplar botellas, se deja caer vidrio fundido en un molde estrecho invertido y se presiona con un chorro de aire hacia el extremo inferior del molde, que corresponde al cuello de la botella terminada. Después, un desviador desciende sobre la parte superior del molde, y un chorro de aire que viene desde abajo y pasa por el cuello da la primera forma a la botella. Esta botella a medio formar se sujeta por el cuello, se invierte y se pasa a un segundo molde de acabado, en la que otro

chorro de aire le da sus dimensiones finales. En otro tipo de máquina que se utiliza para recipientes de boca ancha, se prensa el vidrio en un molde con un pistón antes de soplarlo en un molde de acabado. Los tarros de poco fondo, como los empleados para cosméticos, son prensados sin más.

Vidrio óptico

La mayoría de las lentes que se utilizan en gafas (anteojos), microscopios, telescopios, cámaras y otros instrumentos ópticos se fabrican con vidrio óptico (Véase Óptica). Éste se diferencia de los demás vidrios por su forma de desviar (refractar) la luz. La fabricación de vidrio óptico es un proceso delicado y exigente. Las materias primas deben tener una gran pureza, y hay que tener mucho cuidado para que no se introduzcan imperfecciones en el proceso de fabricación. Pequeñas burbujas de aire o inclusiones de materia no vitrificada pueden provocar distorsiones en la superficie de la lente. Las llamadas cuerdas, estrías causadas por la falta de homogeneidad química del vidrio, también pueden causar distorsiones importantes, y las tensiones en el vidrio debidas a un recocido imperfecto afectan también a las cualidades ópticas.

En la antigüedad, el vidrio óptico se fundía en crisoles durante periodos prolongados, removiéndolo constantemente con una varilla refractaria. Después de un largo recocido, se partía en varios fragmentos; los mejores volvían a ser triturados, recalentados y prensados con la forma deseada. En los últimos años se ha adoptado un método para la fabricación continua de vidrio en tanques revestidos de platino, con agitadores en las cámaras cilíndricas de los extremos (llamadas homogeneizadores). Este proceso produce cantidades mayores de vidrio óptico, con menor coste y mayor calidad que el método anterior. Para las lentes sencillas se usa cada vez más el plástico en lugar del vidrio. Aunque no es tan duradero ni resistente al rayado como el vidrio, es fuerte y ligero y puede absorber tintes.

Vidrio fotosensible

En el vidrio fotosensible, los iones de oro o plata del material responden a la acción de la luz, de forma similar a lo que ocurre en una película fotográfica. Este vidrio se utiliza en procesos de impresión y reproducción, y su tratamiento térmico tras la exposición a la luz produce cambios permanentes.

El vidrio fotocromático se oscurece al ser expuesto a la luz tras lo cual recupera su claridad original. Este comportamiento se debe a la acción de la luz sobre cristales diminutos de cloruro de plata o bromuro de plata distribuidos por todo el vidrio. Es muy utilizado en lentes de gafas o anteojos y en electrónica.

Vitrocerámica

En los vidrios que contienen determinados metales se produce una cristalización localizada al ser expuestos a radiación ultravioleta. Si se calientan a temperaturas elevadas, estos vidrios se convierten en vitrocerámica, que tiene una resistencia mecánica y unas propiedades de aislamiento eléctrico superiores a las del vidrio ordinario. Este tipo de cerámica se utiliza en la actualidad en utensilios de cocina, conos frontales de cohetes o

ladrillos termorresistentes para recubrir naves espaciales. Otros vidrios que contienen metales o aleaciones pueden magnetizarse, son resistentes y flexibles y resultan muy útiles para transformadores eléctricos de alta eficiencia.

Fibra de vidrio

Es posible producir fibras de vidrio —que pueden tejerse como las fibras textiles— estirando vidrio fundido hasta diámetros inferiores a una centésima de milímetro. Se pueden producir tanto hilos multifilamento largos y continuos como fibras cortas de 25 o 30 centímetros de largo.

Una vez tejida para formar telas, la fibra de vidrio resulta ser un excelente material para cortinas y tapicería debido a su estabilidad química, solidez y resistencia al fuego y al agua. Los tejidos de fibra de vidrio, sola o en combinación con resinas, constituyen un aislamiento eléctrico excelente. Impregnando fibras de vidrio con plásticos se forma un tipo compuesto que combina la solidez y estabilidad química del vidrio con la resistencia al impacto del plástico. Otras fibras de vidrio muy útiles son las empleadas para transmitir señales ópticas en comunicaciones informáticas y telefónicas mediante la nueva tecnología de la fibra óptica, en rápido crecimiento.

Otros tipos de vidrio

Los paveses de vidrio son bloques de construcción huecos, con nervios o dibujos en los lados, que se pueden unir con argamasa y utilizarse en paredes exteriores o tabiques internos.

La espuma de vidrio, empleada en flotadores o como aislante, se fabrica añadiendo un agente espumante al vidrio triturado y calentando la mezcla hasta el punto de reblandecimiento. El agente espumante libera un gas que produce una multitud de pequeñas burbujas dentro del vidrio.

En la década de 1950 se desarrollaron fibras ópticas que han encontrado muchas aplicaciones en la ciencia, la medicina y la industria. Si se colocan de forma paralela fibras de vidrio de alto índice de refracción separadas por capas delgadas de vidrio de bajo índice de refracción, es posible transmitir imágenes a través de las fibras. Los fibroscopios, que contienen muchos haces flexibles de estas fibras, pueden transmitir imágenes a través de ángulos muy cerrados, lo que facilita la inspección de zonas que suelen ser inaccesibles. Las aplicaciones de la fibra óptica rígida, como lupas, reductores y pantallas también mejoran la visión. Empleadas en combinación con láseres, las fibras ópticas son hoy cruciales para la telefonía de larga distancia y la comunicación entre ordenadores (computadoras).

El vidrio láser es vidrio dopado con un pequeño porcentaje de óxido de neodimio, y es capaz de emitir luz láser si se monta en un dispositivo adecuado y se ‘bombea’ con luz ordinaria. Está considerado como una buena fuente láser por la relativa facilidad con que pueden obtenerse pedazos grandes y homogéneos de este vidrio.

Los vidrios dobles son dos láminas de vidrio de placa o de ventana selladas por los extremos, con un espacio de aire entre ambas. Para su construcción pueden usarse varios tipos de selladores y materiales de separación. Empleados en ventanas, proporcionan un excelente aislamiento térmico y no se empañan aunque haya humedad.

En la década de 1980 se desarrolló en la Universidad de Florida (Estados Unidos) un método para fabricar grandes estructuras de vidrio sin utilizar altas temperaturas. La técnica, denominada de sol-gel, consiste en mezclar agua con un producto químico como el tetrametoxisilano para fabricar un polímero de óxido de silicio; un aditivo químico reduce la velocidad del proceso de condensación y permite que el polímero se constituya uniformemente. Este método podría resultar útil para fabricar formas grandes y complejas con propiedades específicas.

ADEMÁS del papel que ha desempeñado en la vida cotidiana, el vidrio ha tenido una trascendental participación en el desarrollo de la tecnología y de nuestra concepción de la naturaleza. Gracias a él sabemos cómo son los microorganismos, a través del microscopio; cómo es el Universo, con el uso de los telescopios; cuál es la naturaleza del átomo y el dinamismo de una célula viva. La variedad de usos que se le ha encontrado solamente está limitada por la capacidad y el ingenio del hombre. Su versatilidad es difícilmente sustituible, por lo que su estudio se vuelve más interesante.

Básicamente, el principio de fabricación del vidrio ha permanecido invariable desde sus comienzos, pues las principales materias primas y las temperaturas de fusión no han sido modificadas. Sin embargo, las técnicas se han transformado para conseguir un proceso de producción más acelerado, y los investigadores han elaborado diferentes compuestos para combinarlos con el material bruto y así variar las propiedades físicas y químicas, de manera que sea posible disponer de una amplia gama de vidrios para diversas aplicaciones.

El vidrio se hace en un reactor de fusión, en donde se calienta una mezcla que casi siempre consiste en arena silícea (arcillas) y óxidos metálicos secos pulverizados o granulados. En el proceso de la fusión

(paso de sólido a líquido) se forma un líquido viscoso y la masa se hace transparente y homogénea a temperaturas mayores a 1 000ºC. Al sacarlo del reactor, el vidrio adquiere una rigidez que permite darle forma y manipularlo. Controlando la temperatura de enfriamiento se evita la desvitrificación o cristalización.

En la antigüedad la fusión se hacía en moldes de arena hechos en casa, como se ve en la figura 8, pero para la industrialización de este proceso fue necesario construir grandes hornos (figura 9), donde además de las materias primas se podían añadir trozos de vidrio viejo de desecho.

Figura 8. Horno de fusión casero antiguo (siglo XVII).

Figura 9. Horno tanque.

Durante los tiempos primitivos de la industria del vidrio, las únicas materias primas que se utilizaban en su fabricación eran las arcillas. Hoy en día se emplean distintas mezclas para obtener diferentes tipos. Por ejemplo, los bloques de vidrio se fabrican en moldes con una mezcla de arena de sílice, cal y sosa, y se les añade dolomita, arcilla de aluminio y productos para el refinado. En la actualidad muchos materiales desempeñan un papel importante, pero las arcillas siguen siendo fundamentales.

Aunque la palabra puede resultarnos conocida, es posible que no sepamos que la arcilla es el producto del envejecimiento geológico de la superficie de la Tierra, y que como esta degeneración es continua y

se produce en todas partes, es un material terroso muy abundante en la naturaleza. De hecho, para el cultivador, el minero o el constructor de carreteras resulta un estorbo. En nuestro país tenemos numerosas arcillas. Los yacimientos en la República se encuentran distribuidos en el territorio correspondiente a 10 de los estados que forman la confederación política del país. Las localidades donde se han encontrado se ilustran en el mapa correspondiente (figura 10). En éste se observa que en Chihuahua, Zacatecas, Aguascalientes, Jalisco, Guanajuato, Querétaro, Hidalgo, Tlaxcala, Puebla y Guerrero se encuentran las zonas importantes. A menudo estos territorios están relacionados con regiones de mineralización, como las que corresponden a los estados de Guanajuato, Hidalgo y Querétaro.

Figura 10. Ubicación de los principales yacimientos de arcillas silíceas en la República Mexicana

Las rocas ígneas primarias que dieron lugar a las arcillas fueron, entre otras, granitos, pegmatitas y feldespatos. El envejecimiento de estas rocas primarias fue producido por la acción mecánica del agua, el viento, los glaciares y los movimientos terrestres, combinados con la acción química del agua y del bióxido de carbono a altas temperaturas.

Hoy en día las mismas fuerzas naturales siguen produciendo arcilla, formándose así más cantidad de la que el hombre puede utilizar.

La arcilla es un material engañosamente sencillo. No tiene la obstinada dureza de la piedra, ni la fibra temperamental de la madera, ni la solidez del metal, pero tiene una fragilidad y una inconstancia que parecen pedir un cuidado especial. Es blanda, dócil, plástica, maleable, sin veta ni dirección. Clasificarla es una tarea difícil y conduce a diferentes resultados, dependiendo de la característica del material que se tome como referencia. La podemos ordenar desde un punto de vista geológico, mineralógico o de acuerdo con su uso.

Una clasificación geológica es la más conveniente en el caso de la arcilla, pues puede ser una guía preliminar útil de las materias primas empleadas en la industria del vidrio (figura 11). Asimismo pueden dividirse en dos grandes grupos: las primarias y las secundarias. Las arcillas primarias, también conocidas como arcillas residuales, son las que se han formado en el lugar de sus rocas madres y no han sido transportadas por el agua, el viento o el glaciar. Al no haber movimiento, casi no hay oportunidad de que las mezclas de otras procedencias alteren su composición, por lo que tienden a ser relativamente puras y libres de materiales no arcillosos. Son valoradas por su limpieza, su blancura, su suavidad, su bajo costo y su dificultad para encontrarlas. Las arcillas secundarias son aquellas que han sido desplazadas del lugar donde fueron formadas. Son mucho más comunes, menos puras, pues tienen material procedente de distintas fuentes, y su composición varía ampliamente. Estos datos son particularmente importantes para las personas que van a utilizar estos materiales, ya que las condiciones de trabajo se alteran de manera notable. Las arcillas que se encuentran esencialmente puras requieren un tratamiento mínimo, mientras que las otras tienen que tratarse a profundidad antes de ser utilizadas en la industria.

Figura 11. Diagrama de flujo de la clasificación de las arcillas.

Quizá te estés preguntando por qué le damos tanta importancia a las arcillas, si éste es un libro acerca del vidrio. Lo que sucede es que queremos enseñarte y convencerte de que la arcilla es como tierra, como arena, y que de ella se obtienen los vidrios. Cuesta trabajo imaginarlo, ¿verdad? Piensa en la sorpresa que se llevó el hombre primitivo cuando lo descubrió. Puso a calentar tierra y ésta se empezó a poner dura hasta que se transformó en un vidrio. Suena como magia. Hoy sabemos que a medida que la temperatura de tratamiento de la arcilla aumenta más allá del rojo vivo, se produce un endurecimiento, seguido de una compactación y finalmente de una transformación de la arcilla en vidrio. Durante la vitrificación se produce una considerable contracción, debida a la disminución del tamaño de las partículas y a una reestructuración de las moléculas dentro de la matriz vítrea. Pero,

¿de qué están formadas las arcillas que les permite hacer todo eso? Las arcillas son silicoaluminatos complejos. Un silicoaluminato es un compuesto hecho con silicio y aluminio, que se forma cuando la sílice modifica su superficie por la interacción con iones aluminato, intercambiando iones Si(OH)-4 por iones Al(OH)-4, como se ilustra en la figura 12. Se pueden intercambiar unos por otros porque son muy parecidos entre sí. El Al(OH)-4 tiene una carga negativa y cuatro grupos OH, igual que el Si(OH)-4. Además, el silicio y el aluminio son de un tamaño similar. Con el tiempo estos compuestos reaccionan y forman sales solubles con los iones alcalinos (Na, Li, y K) y alcalinotérreos (Be, Mg y Ca), cambiando así la estructura de los silicoaluminatos originales. El aluminio puede estar rodeado por 4 o 6 átomos de oxígeno, y puede tener carga +3 o +4. Imaginemos un silicato donde uno de los átomos de Si+4 está sustituido por un ion Al+3.

Figura 12. Estructura del silicoaluminato en una arcilla.

Como la carga global tiene que ser la misma y el silicio tiene cuatro mientras que el aluminio tiene tres, se une un K+1 o un Li+1 y resuelve el problema. En la figura 13 aparece un dibujo de la estructura de las arcillas con y sin metales. En la figura 13(a) vemos que hay dos tipos diferentes de capas. En la parte de abajo encontramos una capa de silicio, en medio una de aluminio y a continuación otra de silicio, con sus respectivos oxígenos cada una, por supuesto. Es claro que el aluminio cambió la forma de la arcilla. En la figura 13(b) la situación es similar, salvo que en ésta se indica la posición que toman los átomos de potasio (K). Si seguimos buscando diferencias, veremos que en la arcilla que carece de metales (figura 13(a)) aparecen moléculas de agua (H2O) entre capas de silicio. Por eso se dice que todos estos minerales tienen la propiedad de absorber agua, lo que también contribuye a que las estructuras sean más anchas porque, como puedes ver, la de la figura 13(a) mide entre 9.6 y 21.4 Å, dependiendo de la cantidad de agua que haya absorbido, mientras que la de la figura 13(b) mide 10 Å. Estos cambios en la estructura de la arcilla son la base de su naturaleza caprichosa.

Figura 13. Estructura cristalina de arcillas. a) Sin metales alcalinos (montmorillonita). b) Con metales alcalinos y alcalinotérreos (illita).

En la sílice, la unidad estructural fundamental es un tetraedro de SiO4, es decir, un átomo de silicio rodeado siempre por cuatro átomos de oxígeno (figura 14). Las fuerzas que mantienen unidos a estos átomos comprenden enlaces iónicos y covalentes, lo cual provoca que la fuerza del enlace sea muy grande. Si pensamos en tetraedros de sílice juntos, unos rodeando a otros, tendríamos una combinación de tetraedros de sílice (con sus respectivos oxígenos) orientados al azar. En un cristal como el de la figura 15(a) los átomos siguen un patrón estricto de orientación que se repite n veces, siempre de la misma manera. En un vidrio, los enlaces Si-O-Si no tienen una orientación determinada (figura 15 (b)); la distancia de separación entre los átomos de Si y O no es homogénea, las unidades tetraédricas no se repiten con regularidad y el compuesto está desordenado. A esta última se le conoce como sílice amorfa, mientras que a la ordenada se le conoce como sílice cristalina, y ambas se utilizan en la fabricación del vidrio. El cuarzo (figura 16), es un ejemplo de sílice cristalina muy empleada en esta manufactura.

Figura 14. Tetraedro de silicio rodeado de cuatro átomos de oxígeno.

Figura 15. Representación gráfica de las diferencias estructurales entre un cristal (a) y un vidrio (b).

Figura 16. Estructura cristalina regular de cuarzo.

Con las arcillas se hacen los vidrios, y como existe una gran variedad, el vidrio que obtengamos dependerá de la arcilla que escojamos, razón por la cual se necesita conocer muy bien las materias primas. Esto lo saben los señores vidrieros, y por eso han aprendido que la caolinita (figura 17) es el grupo de minerales de arcilla más sencillo, su estructura básica se compone de átomos de oxígeno ordenados de tal manera que dan lugar a capas alternadas de huecos tetraédricos, que se ocupan por átomos de silicio y aluminio, y huecos octaédricos, ocupados por átomos de aluminio, magnesio, hierro y cinc.

Figura 17. Estructura de la caolinita.

También hay impurezas que ocupan sitios intersticiales, o dicho de otra manera, tienen iones que están mal acomodados. El efecto de las impurezas depende de su naturaleza, de la proporción en que se encuentran, del tamaño y de la forma de los granos de la arcilla, y de las condiciones de reacción, incluyendo la temperatura alcanzada, la duración del calentamiento y los efectos de algunas otras sustancias presentes. Cuando estas impurezas son compuestos de hierro, por ejemplo, el color de la arcilla cambia, y aparecen eflorescencias de colores en la superficie del material seco y manchas negras o grises. También se modifican las propiedades refractarias. El óxido férrico es altamente refractario cuando se encuentra en una atmósfera oxidante; en una reductora actúa como fundente. La diferencia entre las dos situaciones es que en la primera el hierro pierde electrones, mientras que en la segunda los gana. Esta disparidad puede cambiar radicalmente las propiedades de la materia prima necesaria para hacer un vidrio. Las impurezas nos pueden ayudar a su manufactura, lo importante es saberlas escoger y manejar.

Desde que el hombre primitivo descubrió el vidrio, su fabricación ha cambiado poco, y ha dependido en gran medida de la infraestructura disponible para la fusión de las materias primas. Antiguamente se utilizaban crisoles con capacidad de pocas toneladas (hoy en día se siguen usando para elaborar vidrios especiales). En las grandes fábricas modernas se utiliza el llamado horno tanque, que consiste en un gran tanque cerrado, hecho con los mejores materiales refractarios. El combustible (gas o petróleo) se quema dentro del tanque, produce enormes llamas que pasan sobre la superficie de vidrio fundido y sobre las materias primas flotantes aún no fundidas. Los hornos tanque más usuales son continuos, lo que quiere decir que las materias primas que se introducen por el extremo de fusión salen con la misma rapidez por el lado opuesto en forma de vidrio fundido, para después pasar a las máquinas que le dan forma. Existen hornos continuos muy grandes, con una capacidad total de 450 toneladas y una producción diaria de

vidrio de 250 toneladas. Las altas temperaturas con las que trabajan estos hornos (alrededor de 1 500ºC) requieren sistemas de caldeo regenerativos para recuperar parte del calor.

Cuando el vidrio sale del tanque de fusión se enfría y se endurece rápidamente. En los pocos segundos que permanece a una temperatura entre el rojo amarillo y el rojo naranja se trabaja de muchas formas para darle diferentes aspectos. Se puede prensar, soplar, estirar y laminar. El vidrio frío puede volverse a calentar y trabajarse repetidas veces con la misma facilidad aplicando el mismo método. Es importante evitar que el vidrio caliente y blando permanezca a la intemperie demasiado tiempo, porque se puede cristalizar.

En la producción a gran escala, inmediatamente después de que se le ha dado forma a un artículo de vidrio, éste es transportado hasta un horno de recocido continuo, en el cual se vuelve a calentar a la temperatura apropiada. Con esto se evitan tensiones dentro del material vítreo. Posteriormente se somete a un enfriamiento lento y controlado. Después de salir del horno de cocido, cada artículo es inspeccionado, embalado y, si es necesario, se somete a operaciones de acabado. En la figura 18 se muestra un diagrama del proceso de fabricación del vidrio. La materia prima se pone en el tanque de fusión. Una vez fundida se le da forma para después recocerla. Se puede ver que la temperatura de recocido es relativamente baja comparada con la de fusión, y que el vidrio roto de desecho se puede volver a utilizar cuantas veces se desee.

Figura 18. Diagrama para la fabricación de vidrio.

Es importante destacar que el proceso de fabricación es prácticamente el mismo para todos los tipos, y lo que cambia de un ejemplar a otro es el material. Todos ellos tienen en mayor o menor proporción átomos de silicio, que es uno de los elementos de la tabla periódica que más se parece al carbono. Esto resulta interesante si pensamos que el carbono es la base fundamental de la vida en nuestro planeta. Si son tan parecidos, ¿por qué no existe vida en la Tierra basada en la química del silicio?, y ¿por qué no podemos utilizar el carbono para fabricar vidrio? La razón radica en la gran facilidad que tiene el silicio para formar compuestos con el oxígeno, evitando con esto las largas cadenas que serían equivalentes a las del carbono, y que son importantes en la química de la vida. Es precisamente esta afinidad con el oxígeno lo que lo hace útil e indispensable en la formación del vidrio.

PROCESO DE FABRICACION DEL VIDRIO

Paso 1: la receta

En nuestra receta usamos arena, piedra caliza, carbonato de sodio y vidrio reciclado. Luego, los componentes combinados se envían al horno para fundirse.

Paso 2: fundición

Nuestro horno calienta la mezcla a aproximadamente 1.565 grados Celsius (2.850 grados Fahrenheit), generando vidrio fundido.

Paso 3: la “gota”

El vidrio fundido se retira del horno, se enfría a una temperatura uniforme y se corta en “gotas” para formar nuestros envases de vidrio.

Paso 4: formación

Las gotas se distribuyen en las máquinas formadoras, en las cuales reciben la forma de envases de vidrio O-I bellos y funcionales.

Paso 5: acondicionamiento

Los envases moldeados pasan a través del templador, máquina que los vuelve a calentar y los enfría gradualmente para liberar las fuerzas de tensión y fortalecer el vidrio.

Paso 6: inspección

Los envases pasan por el archa, una máquina que los vuelve a calentar y los enfría gradualmente para liberar las fuerzas de tensión y endurecer el vidrio.

Basicamente para obtener vidrio sólo tienes que fundir arena de playa en un horno. Más concretamente, silicatos, llevarlos a fusión, y luego darle forma antes de que se enfrie. Es muy sencillo se dispones de una fuente de calor que eleve la temperatura lo suficiente.

Para más detalles, leete esto:

1) ¿Qué es el vidrio y cómo se obtiene?.2) ¿Cómo se obtienen los vidrios incoloros?.3) Propiedades del vidrio.4) Elaboración del vidrio común: etapas.5) ¿Qué tipos de hornos se emplean y para qué tipos de vidrios?.6) Manufactura del vidrio: proceso manual, proceso mecánico.7) Variedades comerciales del vidrio.8) Comercio del vidrio: plantas productoras y principales países productores.

1) El vidrio común es un producto artificial obtenido por fusión de arena ocuarzo, carbonato de sodio anhidro (soda solvay) y caliza.

2) Para obtener vidrios incoloros se emplean materias primas de muy buenacalidad, es decir, exentas de hierro. La presencia de este metal o de algunosde sus compuestos, presente preferentemente como impureza de la caliza,comunican al vidrio obtenido un color amarillento a verde, según laproporción en que estén presentes.

3) Se caracteriza por su trasparencia y por carecer de un punto de fusión

determinado.A medida que aumenta su temperatura el vidrio se hace más blando. Esdistinto, pues, al hielo o a los metales, por ejemplo, que se mantienen sólidosmientras no se llega a una temperatura determinada (punto de fusión), a lacual pasan al estado líquido. En el vidrio común la fluidificación total selogra a los 1400 ºC, aproximadamente.El vidrio no es atacado por los ácidos con excepción de ácido fluorhídrico.Tampoco lo atacan los álcalis en solución, pero secos y en caliente (procesollamado fusión), forman silicatos solubles.El vidrio es mal conductor del calor y la electricidad. Un vidrio de buenacalidad debe resistir la acción de los agentes atmosféricos, del agua y deldióxido de carbono y no sufrir modificaciones por la acción de los vapores deácido clorhídrico concentrado durante 24 horas.Las propiedades de los vidrios varían conforme a su composición química.

4) Para la elaboración del vidrio común se siguen las siguientes etapas:a) Mezcla de la materia primaLos componentes del vidrio se mezclan mecánicamente en las proporcionesadecuadas, y por lo general se añade una cierta proporción de vidrio rotoobtenida de mercadería defectuosa de la misma fábrica. Esta mezclaconstituye una carga, la que se pasa por un separador magnético (para separaralambres, clavos, etc.), con la que se alimenta los hornos donde se obtiene elvidrio fundido.Existen dos tipos de hornos: los hornos para crisoles y los hornos de cubeta uhornos tanques.b) Obtención del vidrio fundidoSe realiza en dos etapas sucesivas llamadas fusión y refinado o afinado. Enla primera las materias funden y se combinan produciendo una masa quecontiene mucho gas en su interior (dióxido de carbono).La temperatura es alrededor de 1300 ºC y las reacciones que ocurren nopueden afirmarse exactamente.En la etapa de refinación o afinación los gases contenidos se desprenden delvidrio fundido (la temperatura es aproximadamente de 1400 ºC) y lossilicatos producidos se unen formando un silicato doble sódico-cálcico, quees el vidrio común.c) Manufactura del vidrioLa manufactura del vidrio depende de si éste se elabora:1) manualmente (a caña);2) mecánicamente (por alimentadores o prensado).

5) Los hornos para crisoles se emplean cuando se quiere obtener vidrio enpoca cantidad y para una aplicación determinada (artículos de mesa, dequímica, de óptica, etc.). Los crisoles empleados pueden ser: abiertos ocerrados.Los hornos de cubeta se emplean para elaborar grandes piezas de vidrio(vidrio para botellas, ventanas, etc.).

6) Para el proceso manual se emplea la caña de vidriero, que consiste en unacaña larga que el operario sumerge en el crisol o en el horno donde se

encuentra el vidrio fundido y de donde la retira con un trozo de masa devidrio adherida (denominada "posta"). En estas condiciones sopla por el otroextremo de la caña hueca obteniendo la formación de una bola de vidrio yluego gira constantemente la caña colocando la masa de vidrio dentro demoldes especiales (generalmente de hierro) con lo que se logra darle unaforma exterior determinada.El soplado a mano se emplea para la obtención de placas muy pequeñas(cubreobjetos de microscopios) o en la elaboración de objetos finos (copas,jarras, etc.).El proceso mecánico es el que se utiliza para la obtención de los vidrios deventanas o en la fabricación de botellas o envases. Puede ser por uso dealimentadores o bien por prensado.En el proceso por alimentadores el vidrio fundido cae, en gotas de peso ytemperatura debidamente regulados, en el interior de un molde de la máquinala que, automáticamente, realiza todos los pasos del proceso manual.El método por prensado consiste en introducir un molde macho en unamatriz que contiene el vidrio fundido.Después de cualquier método de trabajo, debe enfriarse el vidrio lentamentehasta la temperatura ambiente (operación denominada templado) con lo quese obtiene un vidrio más resistente al choque y a la flexión y que, además, sedivide en fragmentos si se rompe.Esta operación se realiza colocando los objetos obtenidos dentro de un largotúnel, caliente en ese extremo a unos 1000 ºC, donde circulan lentamente deforma tal que al salir por el otro extremo se encuentran a la temperaturaambiente.

7) a) Vidrios opacos. Comprende el vidrio opalescente, que se obtieneagregando arsénico blanco, y fosfato tricálcico, y el vidrio blanco opaco uopal, semitraslúcido, del cual hay muchas variedades y que se obtieneañadiendo feldespato y un fluoruro como criolita, fluosilicato de sodio, etc., obien con un exceso de fosfato tricálcico.Se utiliza en iluminación eléctrica.b) Vidrios de seguridad. Son llamados también vidrios inastillables, porque alromperse no se separan en fragmentos cortantes. Se obtienen adhiriendo entresí dos o más hojas de vidrio con una capa interna de celuloide o resinassintéticas elásticas que mantienen los fragmentos en caso de rotura. Estevidrio tiene tendencia a perder su trasparencia y colorearse en amarillos,debido al pasaje de los rayos ultravioleta del sol. Se emplea en automóviles,ventanas, etcétera.c) Vidrios armados. Son vidrios empleados para permitir el paso de los rayosultravioleta. No deben contener óxido férrico, por lo que las materias primasdeben ser de muy buena calidad. Esto es debido a que el óxido férrico anula,prácticamente, esta propiedad del vidrio. Generalmente para permitir que losrayos ultravioleta pasen más fácilmente a través del vidrio, se agregansustancias especiales (llamadas borosilicatos).

8) La industria del vidrio plano en la Argentina, con más de tres décadas deexperiencia, ostenta un sólido nivel de producción y calidad, hasta el puntoque abastece las necesidades internas del país en casi un 95 por ciento. Las

últimas estimaciones de esa producción, correspondientes al año 1972,indican que fue de 14550000 metros cuadrados sobre los totales de 1971. Laprimera planta productora de vidrio plano en el país se remonta a 1938.Ubicada en Lavallol, provincia de Buenos Aires, Vidrierías Argentinas S.A. -VASA- cuenta hoy con 50000 metros cubiertos de instalaciones.Los porcentajes de importación de vidrio plano trasparente cayeron del 10,1en 1966 al 5,1 por ciento en 1971. Los principales países abastecedores son:Inglaterra (a través de la empresa Pilkington), Francia y Bélgica (por mediode Saint-Gobent). En menor escala figura Estados Unidos. Pero cabeconsignar que la abrumadora mayoría de estas importaciones consiste encristal.Las exportaciones argentinas de vidrio trasparente alcanzaron en 1971 a244939 metros cuadrados; en el renglón laminados, fueron de 126464 metroscuadrados. Los países que mayores volúmenes recibieron de la Argentina sonel Paraguay y Bolivia. Pero recientemente se ha producido un auge de lasexportaciones de vidrio de nuestro país al Brasil, como consecuencia de unacuerdo comercial.