BRPI0712438A2 - composição do grupo do vidro de cal - Google Patents
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Abstract
COMPOSIçãO DO GRUPO DO VIDRO DE CAL composição do grupq do vidro de cal onde pelo menos parte da pedra calcária e/ou da dolomite da composição oi substituida por um aluminosilicate sintético do cálcio e do magnésio.
Description
COMPOSIÇÃO DE MISTURA DE VIDRO À BASE DE CAL
A presente invenção se refere a uma composição de mistura de vidro à base de cal e, especialmente a uma mistura de vidro à base de cal que compreende silício, cálcio, magnésio e alumínio, assim como a um processo para a fabricação de lâminas chatas de vidro ã base de cal por fusão da mesma composição.
É conhecido da patente U.S. 6.287.997 um método de se produzir um vidro misturando-se areia de sílica com um silicato sintético e aquecendo-se a uma temperatura de aproximadamente 1300-14 00 °C para se obter vidro fundido. O silicato sintético é uma mistura pré-aquecida de uma fonte de cálcio e/ou de magnésio com uma fonte de dióxido de silício.
Nesse método conhecido, não se obtém nenhum vidro compreendendo alumínio.
De acordo com um primeiro aspecto, a invenção propõe uma composição de mistura de vidro à base de cal conforme definido na reivindicação 1.
De acordo com um segundo aspecto, a invenção propõe um processo para a fabricação de lâminas chatas de vidro à base de cal conforme definido na reivindicação 16.
Reivindicações dependentes definem outras modalidades preferidas da invenção.
A presente invenção pode propor uma ou mais das seguintes vantagens:
• Redução de emissões de CO2 gasoso;
• Redução da quantidade de energia de aquecimento necessária para a fusão da mistura; • Aumento da tração do vidro fundido do forno.
A composição de mistura de vidro à base de cal de acordo com a invenção compreende misturas adequadas para a fabricação de qualquer vidro compreendendo cálcio. Exemplos destes vidros são: vidro à base de soda-cal, vidro de boro, vidros especiais compreendendo arsênio, bário, estrôncio e/ou zircônio, como aqueles usados para espelhos óticos e lentes, para monitores planos.
A composição de mistura de vidro à base de cal de acordo com a presente invenção é uma mistura de areia de sílica, calcário, dolomita e uma fonte de alumina, em que pelo menos parte do pelo menos um de calcário e de dolomita é substituída por um aluminossilicato de cálcio e magnésio (a que se referirá doravante como "silicato de Ca-Mg-Al") A composição desse silicato de Ca-Mg-Al, expressa em % em peso de silicato de Ca-Mg-Al sintético seco, é a seguinte:
• SiO2: 14 a 26%;
• Al2O3: 3 a 10%;
• CaO + MgO: 59 a 74%.
Naquela composição de mistura, a fonte de alumina pode compreender diversos compostos contendo Al. Esses compostos de Al podem se encontrar na natureza como minérios de Alo, tais como feldspato, nefelina e oxido de alumínio. Eles também podem ser compostos sintéticos resultando de um tratamento químico ou sendo um produto secundário de um outro processo químico ou industrial, tais como hidróxido de alumínio e escória proveniente de aciarias. A fonte de alumina pode consistir em um único membro destes compostos de Al. Alternativamente, ela pode também compreender uma mistura de dois ou mais destes membros.
Em uma modalidade vantajosa da invenção, a fonte de alumina pode também ser substituída, pelo menos em parte pelo silicato de Ca-Mg-Al sintético. As composições de mistura em que somente parte da fonte de alumínio foi substituída por silicato de Ca-Mg-Al sintético são as preferidas.
Em uma outra modalidade, que é compatível com a anterior, o silicato de Ca-Mg-Al sintético é uma mistura de silicato tri-Ca Ca3SiO5 (ou 3Ca0.Si02), silicato bi-Ca Ca2SiO4 (ou 2CaO. SiO2) , aluminato tri-Ca Ca3Al2O6 (ou 3CaO-Al2O3) e uma pequena proporção de MgO não excedendo 3% em peso da mistura. Geralmente, Ca3SiO5, Ca2SiO4 e/ou Ca3Al2O6 estão presentes na sua forma cristalizada.
Nessa modalidade, são especialmente preferidos os silicatos de Ca-Mg-Al sintéticos em que o aluminato tri-Ca Ca3Al2O6 está presente tanto em forma de um produto cristalizado e em forma de um produto amorfo. As mais preferidas são as misturas em que a proporção em peso cristalizada do Ca3Al2O6 constitui pelo menos 60% do peso total de Ca3Al2O6.
Em uma outra modalidade interessante da invenção, que é também compatível com a modalidade anterior, parte do alumínio pode ser substituída por ferro. Nessa modalidade, não mais de 50% em peso do alumínio pode ser, de preferência, substituída por ferro. De acordo com essa modalidade, o ferro pode se encontrar presente na forma de aluminoferrito tetra-Ca Ca4Al2Fe2Oi0 ou 4CaO .Al2O3 . Fe2O3 . Na composição de mistura, Ca4Al2Fe2Oi0 pode estar presente em uma forma cristalizada e/ou em uma forma amorfa. A proporção em peso da forma cristalizada pode variar de 20 a 90% do peso total de Ca4Al2Fe2Oi0.
Em qualquer uma das modalidades anteriores, cada uma das espécies Ca3SiO5, Ca2SiO4, Ca3Al2O6 e Ca4Al2Fe2Oi0 pode ser anidra, isto é, que elas não estão ligadas com nenhuma água química nem retêm fisicamente nenhuma água absorvida na sua superfície. Cada espécie pode também estar presente tanto na forma anidra como na hidratada. É preferível que todas as espécies contenham somente um pequeno teor de água com elas na composição, não mais de 10% do seu peso seco total. 0 mais preferível é que todas as espécies na composição sejam anidras e completamente isentas de água.
De acordo com uma outra modalidade preferida, o silicato de Ca-Mg-Al sintético na composição de mistura é uma escória de cimento.
De acordo com uma outra modalidade, também compatível com os anteriores a composição de mistura compreende um fundente. É preferível que o fundente presente na composição seja selecionado de compostos de sódio, potássio, lítio, boro, bário, arsênico, fósforo e vanádio. Uma mistura de diversos destes compostos pode também ser selecionada como fundente para a composição.
Um fundente preferido consiste em cinzas de soda, na forma de Na2CO3 anidro. Esse fundente é o mais preferido para a fabricação de vidro à base de soda-cal.
Além dos componentes citados acima, a composição de mistura de acordo com a invenção pode também compreender aditivos de vidro comuns. Esses aditivos são compostos conhecidos usados na fabricação de vidro e preenchem as funções de colorantes, oxidantes, redutores, modificadores de viscosidade e agentes de afinação. Eles geralmente estão presentes na mistura de vidro em proporções menores, abaixo de 4% em peso cada e de preferência abaixo de 2% em peso cada. Exemplos desses aditivos são, sem limitação: Na2SO4, NaNo3, Fe2O3, TiO2, um oxido de terras raras, C, um sal de Co, de Cr, de Cu, de Se, de Mn, de uma terra rara, óxidos de Mn, V2O5 e Se. Diversos aditivos podem ser usados juntos na composição da mistura. É preferível que os aditivos colorantes sejam selecionados de pelo menos um de um composto de cobalto, um composto de vanádio, um composto de cromo, um composto de manganês, um composto de selênio e um composto de terras raras.
Em um segundo aspecto, a invenção propõe um processo para a fabricação de folhas de vidro à base de cal planas fundindo-se a composição de mistura de acordo com a invenção em um forno de vidro, refinando-se a mistura fundida, fazendo-se flutuar uma fita da composição de vidro fundido em um banho de estanho liqüefeito para formar uma fita de vidro plano contínua, resfriando-se progressivamente a mesma, fazendo-se a mesma solidificar e recozendo-se a mesma, finalmente cortando-se e fazendo-se a fita de vidro plano se solidificar em folhas de vidro planas separadas.
Neste processo, o aluminossilicato sintético de cálcio e magnésio pode ser acrescentado juntamente com os demais componentes. Alternativamente este silicato de Ca- Mg-Al pode ser acrescentado à mistura separadamente, em pelo menos um local específico do forno. 0 silicato de Ca- Mg-Al é, de preferência, introduzido no forno na forma de partículas tendo até aproximadamente 4 mm de diâmetro.
A invenção se refere também a uma folha de vidro à base de soda-cal plana fabricada pelo processo que compreende a composição de mistura de acordo com a invenção.
A invenção será agora ilustrada abaixo por meio de exemplos que se destinam a melhor descrever a invenção, sem de nenhum modo tentar limitar o seu âmbito
Exemplos 1R e 2
Experimentos de fusão foram conduzidos em um forno elétrico de laboratório usando-se cadinhos de quartzo transparente. Um gravador de vídeo digital CCD continuamente registrou a imagem da área dos materiais em fusão através das paredes do cadinho e as imagens tiradas foram analisadas com o auxílio do software LUCIA da firma Czech Labortory Imaging, para se computar a quantidade em porcentagem da área observada que não tinha ainda fundido em vidro.
Três diferentes composições de misturas foram testadas, sendo os seus resultados apresentados na Tabela 2 e na Figura 1 abaixo. Os resultados da mistura 1R correspondem a uma composição clássica de mistura de soda- cal. Uma segunda composição de mistura (exemplo 2) de acordo com a presente invenção compreende escória de cimento como o silicato de Ca-Mg-Al sintético, sendo a composição a seguinte:
• SiO2: 25% em peso
• Al2O3: 4% em peso
• CaO: 69% em peso • MgO: 0,5% em peso
As matérias primas componentes e as composições químicas calculadas das duas misturas IR e 2 são dadas na Tabela 1 abaixo e mostram que os experimentos foram projetados de modo a se manter constante tal composição por toda a mistura.
Tabela 1: Composições de misturas
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Tabela 2: Resultados de fusão (Área de porcentagem de matérias primas não fundidas)
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Pode se ver da Tabela 2 e da Figura 1 que a fusão ocorre inesperadamente mais rapidamente para o Exemplo 2, que compreende escória de cimento, do que para a mistura clássica do Exemplo IR.
Claims (17)
1. Composição de mistura de vidro à base de cal que compreende uma fonte de silício, uma fonte de cálcio, uma fonte de magnésio e uma fonte de alumínio, que é uma mistura de areia de sílica, calcário, dolomita e uma fonte de alumina, caracterizada pelo fato de pelo menos parte de pelo menos um de calcário e a dolomita é substituído por um aluminossilicato de cálcio e magnésio sintético (silicato de Ca-Mg-Al) tendo a seguinte análise composicional expressa em% em peso do silicato de Ca-Mg-Al sintético. SiO2: 14 a 26%; Al2O3: 3 a 10%; CaO + MgO: 59 a 74%.
2. Composição de mistura de vidro à base de cal, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a fonte de alumina compreende pelo menos um de feldspato, escória de aciaria, nefelina, hidróxido de alumínio e óxido de alumínio.
3. Composição de mistura de vidro à base de cal, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que a fonte de alumina é substituída pelo silicato de Ca-Mg-Al sintético.
4. Composição de mistura de vidro à base de cal, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2 ou 3, caracterizada pelo fato de que o silicato de Ca-Mg-Al sintético é uma mistura de silicato tri-Ca Ca3SiO5 cristalizado, silicato bi-Ca Ca2SiO4 cristalizado, aluminato tri-Ca Ca3Al2O6 e uma pequena proporção de MgO que não excede 3% em peso da mistura.
5. Composição de mistura de vidro à base de cal, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que o aluminato tri-Ca Ca3Al2O6 é pelo menos parcialmente amorfo.
6. Composição de mistura de vidro à base de cal, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4 ou 5, caracterizada pelo fato de que parte do alumínio é substituída por ferro.
7. Composição de mistura de vidro à base de cal, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que o ferro está presente na forma de aluminoferrito tetra- -Ca Ca4Al2Fe2Oi0 amorf o.
8. Composição de mistura de vidro à base de cal, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou 7, caracterizada pelo fato de que pelo menos um de Ca3SiO5, Ca2SiO4, Ca3Al2O6 e Ca4AlFeOi0 é anidro.
9. Composição de mistura de vidro à base de cal, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, - 6, 7 ou 8, caracterizada pelo fato de que o silicato de Ca- -Mg-Al sintético é uma escória de cimento.
10. Composição de mistura de vidro à base de cal, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, - 5, 6, 7, 8 ou 9, caracterizada pelo fato de que a componente compreende um fundente.
11. Composição de mistura de vidro à base de cal, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que o f undente é selecionado de compostos de sódio, potássio, lítio, boro, bário, arsênico, fósforo e vanádio
12. Composição de mistura de vidro à base de cal, de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que o fundente é cinza de soda (Na2CO3 anidro) .
13. Composição de mistura de vidro à base de cal, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, -5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 ou 12, caracterizada pelo fato de que aditivos de vidro comuns em proporções inferiores a 2,0% em peso cada estão presentes na mistura de vidro.
14. Composição de mistura de vidro à base de cal, de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato de que os aditivos são selecionados de pelo menos um de materiais colorantes, oxidantes, redutores, modificadores de viscosidade e/ou afinadores: Na2SO4, NaNO3, Fe2O3, TiO2, um óxido de terras raras, C, um sal de Co, de Cr, de Cu, de Se, de Mn, de uma terra rara, óxidos de Mn, V2O5 e Se.
15. Composição de mistura de vidro à base de cal, de acordo com a reivindicação 14, caracterizada pelo fato de que o material colorante é pelo menos um de um composto de cobalto, um composto de vanádio, um composto de cromo, um composto de manganês, um composto de selênio, e um composto de terras raras.
16. Processo para a fabricação de folhas de vidro à base de cal planas, caracterizada pelo fato de que consiste em se fundir a composição de mistura de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, -12, 13, 14 ou 15 em um forno para vidro, em se refinar a mistura fundida, em se fazer uma fita da composição de vidro fundida flutuar sobre um banho de estanho liqüefeito para formar uma fita de vidro plana contínua, em se resfriar a mesma progressivamente, em se solidificar e se recozer a mesma e finalmente em se cortar a fita de vidro plana nas folhas de vidro planas separadas.
17. Folha de vidro à base de soda-cal plana, caracterizada pelo fato de que é fabricada pelo processo de acordo com a reivindicação 16.
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