El Vidrio

1. Introducción 2. Fabricación de vidrio 3. ¿Cómo y con qué se hace el vidrio? 5. Vidrio soluble y vidrio sodocálcico 6. Vidrio al plomo 7. Vidrio de borosilicato 8. Color 9. Ingredientes diversos 10. Propiedades físicas 11. Mezcla y fusión 12. Moldeado 13. Vidrio tensionado 14. Tipos de vidrio comercial 15. El talco

1. Introducción

Vidrio 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 concha 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.

2. Fabricación de vidrio

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 o por otro método.

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

3. ¿Cómo y con qué se hace el vidrio? .-

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 estб limitada por la capacidad y el ingenio del hombre. Su versatilidad es difнcilmente sustituible, por lo que su estudio se vuelve mбs 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 1 000 grados centígrados. 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 podrán 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 dolomía, 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.

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, formбndose asн mбs 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, tambiйn 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 estás preguntando por qué le damos tanta importancia a las arcillas, si éste es un archivo 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 A1(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 alcalinotйrreos (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 бtomos de Si+4 estб 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 cambia 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 alcalinotйrreos (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))s; la distancia de separación entre los бtomos de Si y O no es homogйnea, las unidades tetraйdricas no se repiten con regularidad y el compuesto estб desordenado. A esta ъltima se le conoce como sнlice 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. Representaciуn grбfica 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 despuйs pasar a las mбquinas que le dan forma. Existen hornos continuos muy grandes, con una capacidad total de 450 toneladas y una producciуn diaria de vidrio de 250 toneladas. Las altas temperaturas con las que trabajan estos hornos (alrededor de 1 500єC) 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 despuйs de que se le ha dado forma a un articulo de vidrio, йste 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. Despuйs de salir del horno de cocido, cada articulo 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 despuйs 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.

Vidrio decorado

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 бtomos de silicio, que es uno de los elementos de la tabla periуdica que mбs 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 oxigeno, 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 oxigeno lo que lo hace útil e indispensable en la formación del vidrio.

4. Composición y propiedades.

La sílice se funde a temperaturas muy altas para obtener una masa vítrea. Dado que este vidrio tiene un punto de fusión muy alto y no se contrae ni se dilata demasiado con el cambio de temperatura, es muy apropiado para aparatos de laboratorio y para los objetos que han de someterse a grandes variaciones térmicas, como los espejos de los telescopios. El vidrio es mal conductor tanto del calor como de la electricidad, por lo que suele utilizarse como aislante eléctrico y térmico. Para elaborar la mayor parte de los vidrios se combina la sílice con diferentes proporciones de otras materias primas. Los fundentes alcalinos, normalmente carbonato de sodio o de potasio, hacen que descienda la temperatura requerida para la fusión y la viscosidad de la sílice. La piedra caliza o la dolomita (carbonato de calcio y magnesio) actúan como estabilizantes en el horneado. Si se añaden otros ingredientes, como el plomo y el bórax, se confiere al vidrio propiedades físicas determinadas.

5. Vidrio soluble y vidrio sodocálcico.-

El vidrio con gran contenido sódico, que puede disolverse en agua convirtiéndose en un fluido espeso, es conocido como vidrio soluble y se emplea como material ignífugo y cemento de sellado. La mayor parte del vidrio que se produce lleva como álcalis sosa y cal y se utiliza para hacer botellas, vajillas, bombillas, focos, ventanas y lunas.

6. Vidrio al plomo

El vidrio fino que se utiliza para vajillas y se conoce como cristal es el resultado de fórmulas que combinan sílice y potasio con óxido de plomo. El vidrio al plomo es pesado y presenta un elevado índice de refracción a la luz, lo que le convierte en un material apropiado para la fabricación de lentes y prismas, así como para joyas de imitación. Dado que el plomo absorbe las radiaciones de alta energía, en las instalaciones nucleares se utilizan vidrios al plomo para la protección de los trabajadores.

7. Vidrio de borosilicato

Vidrio cuya composición presenta un predominancia de bórax, además de sílice y álcali. De larga durabilidad y muy resistente a los elementos químicos y al fuego, se usa como material de cocina, laboratorio y como equipo para procesos químicos.

8. Color.

Las impurezas en la materia prima afectan a la coloración del vidrio. Para obtener una sustancia transparente e incolora, los fabricantes le añaden manganeso, que contrarresta los efectos de las coloraciones verdosas o amarillentas producidas por los óxidos de hierro. El vidrio puede colorearse utilizando óxidos metálicos, sulfuros o seleniuros. Otros colorantes podrían dispersarse en partículas microscópicas.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

Fabricación de vidrio 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.

12. 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, 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 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.

13. 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.

14. 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. 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. 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. 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.

15. El talco

Fórmula química:        Mg3Si4O10(OH)2Clase:              Silicatos Subclase:        Filosilicatos Grupo:               Minerales arcillosos Etimología:      Deriva probablemente del árabe "talk" nombre del mineral. Cristalografía: Sistema y clase:     Monoclínico; 2/m Grupo espacial:     C2c a = 5.27 Å, b = 9.12, c = 18.85 Å, b = 100º; Z = 4 Líneas de DRX(intensidades) d´s: 9.34(10) – 4.66(9) – 3.12(10) – 2.48(7) – 1.870(4). Propiedades físicas:

Química:    Contiene el 31,7% de MgO, el 64,5% de SiO2 y el 4,8% de H2O. Puede contener algo de Fe, Al, Ni, Co, Cr, Mn y Ca. Inatacable por los ácidos.

Forma de presentarse:       En masas de tipo testáceo, hojosas, o escamosas, untuosas al tacto, también en masas granudas compactas o fibrosas o en grupos globulares o estrellados. Las variedades masivas se conocen como Esteatita.

Génesis:      

El talco Oferta y demanda mundial del talco.- 1. Producción mundial.- El espectro de usos finales del talco demanda una multitud de grados, que no pueden ser satisfechos por una sola fuente. Consecuentemente, 40 países contribuyen a la producción mundial de alrededor 8,4 millones de toneladas promedio de talco, pirofilita y esteatita. El nivel de producción en el período 1993-1997 no ha sufrido fuertes oscilaciones manteniendo un comportamiento medianamente estable con un aumento entre ambos años del 2,4%. La producción está dominada por China con una participación del 30% y, en segundo lugar, por USA con el 12%. En importancia son seguidos por India, Finlandia, Francia y Brasil cuyos aportes rondan entre el 4 y 5% cada uno. En Latinoamérica se encuentran como productores de talco los siguientes países: Brasil, Argentina, Chile, Colombia, Venezuela, Perú y Uruguay con niveles inferiores a las 30.000 t/año a excepción de Brasil. Dado que el talco ocurre tanto puro como asociado a otros tantos minerales como clorita, magnesita y serpentinita entre otros, se puede destacar que en Australia, China y USA (Montana) se encuentra talco puro; en Francia, Austria e Italia asociado a clorita; en Canadá (Quebec y Ontario) y Finlandia ocurre con magnesita y, por último, en Suiza y USA (New York) está con tremolita.

Algunos países han ganado una buena reputación en una o más industrias, como los talcos de Francia, China y Australia en cosméticos y el talco de New York en cerámicas, y sus productos recorren largas distancias hasta llegar a diversos centros de consumo

Tabla I : Producción mundial (1993 – 1997) (toneladas)

Fuente: World Mineral Statistics 1988/92 – 1991/95

(*) Incluye, en algunos casos, producción de pirofilita y esteatita

2. Países importadores.- Entre los principales países importadores del talco se encuentran Japón con cantidades que rondan las 600.000 toneladas anuales seguido por Corea con un promedio de 290.000 t./año y Alemania con 235.000t./año. Tabla II : Importación mundial (1993 – 1997) (toneladas)

Fuente: World Mineral Statistics 1993-1997

3. Países exportadores.- China es el principal país exportador de talco con un promedio de 1,2 millones de toneladas anuales siendo una importante fuente de abastecimiento del mercado asiático. En segundo lugar, se ubica la República de Corea con 243.000 t/año, principalmente de pirofilita, seguido por Estados Unidos, Finlandia, Francia, Australia y Austria cuya colocación de talco en los mercados externos es inferiores a 200.000 t/año.

Tabla III : Exportación mundial (1993 – 1997) (toneladas)

Fuente: World Mineral Statistics, 1993-1999

4. Consumo mundial.- Los datos sobre consumo mundial de talco y pirofilita por región que se presentan a continuación son estimativos.

Tabla IV : Consumo estimado por región (1994) (miles toneladas)

Fuente: Roskill, The Economics of Talc

La distribución del consumo de talco presenta algunas diferencias con la pirofilita. Si bien Asia continúa siendo el principal consumidor su participación es menor (47%), y a excepción de Oceanía y África, las restantes regiones tienen una participación que ronda en un promedio del 13%.

 Consumo Mundial por uso final.- La principal característica del consumo mundial de los productos de talco procesados es la existencia de diferentes patrones de consumo observado en las regiones geográficas. En Asia y Europa Oriental la industria del papel es responsable de más de la mitad del talco consumido, mientras que en Norteamérica y Sudamérica el consumo por esta industria es menor al 20% del total. Se estima que en Sudamérica más del 50% del talco consumido se destina a la industria de la cerámica, en Norteamérica esta industria consume menos del 20% y en Asia alrededor del 15%.

En cuanto al consumo mundial de productos de talco según su uso final, seguidamente se muestra a modo de orientación, el consumo por uso y continente, expresado en miles de toneladas (1994).

El principal uso del talco a escala mundial es para aplicaciones en papel. Dicho uso demanda cerca del 42,8% del total seguido por la industria de cerámicas con un 20%. El resto de las aplicaciones no supera el 10% del consumo total. Es importante destacar que la distribución porcentual en los diversos usos varía de acuerdo al continente al que se refiera

Tabla V : Consumo mundial por región y uso final, 1994 (miles de toneladas)

Fuente: Roskill, The Economics of Talc, 1996

MERCOSUR, Chile y Bolivia.-

1. BRASIL.- Las reservas de talco en Brasil están localizadas en Minas Gerais (49%), Bahía (30%), Paraná (15%), San Pablo (4%), y situándose el resto en Río Grande do Sul, Goias y Ceara. Las reservas de pirofilita se concentran en minas Gerais (99,96%), Bahía, Paraná y San Pablo (solamente reservas inferidas). Las reservas totales alcanzan 178 millones de toneladas con una participación de Brasil del 19% en las estimadas mundialmente siendo precedidas por Estados Unidos (57%) y Japón (21%).

Producción: En 1998. la producción estimada de talco fue de 289.000t y de pirofilita de 161.000t sumando 450.000t, con un nivel constante con relación a 1997. Los Estados de Paraná (50%), Bahía (25%), San Pablo (24%) y Minas Gerais (1%) participan con el total de producción de talco. Se destacan, en 1998, la firmas Costalco Mineracao Indústria y Comércio Ltda, Magnesita SA, Sao Judas Ltda, Mineradora Conventos SA e Itajara Minerios Ltda con una contribución del 55% de la producción de talco.

Importación: En 1998, fueron importadas 10.590t de talco equivalentes a US$3.025.648 con un incremento del 11% con respecto al volumen importado en el año anterior. El precio promedio de importación fue de US$FOB0,28/kg y el principal país vendedor fue Estados Unidos con más del 95% del total.

Exportación: Las exportaciones de talco totalizaron 3.925t con un valor de US$1.060.896, estas cifras muestran una caída con respecto a 1997 del 25% en volumen. El mercado al cual fueron destinadas las exportaciones brasileñas lo constituyeron: Argentina (61%), Uruguay y Paraguay (10,2% c/u), Venezuela (6,6%), Alemania (4,9%) y Estados Unidos (2,8%).

Consumo: El talco y la pirofilita poseen aplicaciones en diversos sectores industriales: cerámica, pisos, cerámica artística y eléctrica, lozas y porcelanas, refractarios, papel, fertilizantes e insumos agrícolas y veterinarios, perfumería y cosmética, velas, plásticos, industria de alimentos, minas de papel, explosivos, esculturas, entre otros. El consumo aparente nacional de 56.665t se mantuvo estable. Se destacan como grandes consumidores la industria de productos cerámicos (66%), química (8%), perfumería, jabones y velas (4%), productos alimenticios (3%); los restantes son la industria de materiales plásticos, papel, farmacéutica y veterinaria, minas de lápiz.

2. Paraguay.- Producción: En 1996, la producción de talco fue de 898,35 toneladas correspondientes a talco de 1° 29,32t, talco de 2° 175,82t y talco de 3° 693,21t.

Comercio Exterior: Las exportaciones de talco para 1996 totalizaron 36t equivalente a U$S 18.400 con una caída del 25% con relación al monto exportado durante 1995. Las importaciones, por su parte, registraron para el talco sin triturar ni pulverizar 120t por un valor de 54.100 dólares, y para talco triturado o pulverizado 282,4t equivalente a U$S 105.700 para 1996. Tales montos significaron un aumento del 53% con relación a 1995.

3. Uruguay.- No se registran datos de producción ni exportación. Respecto a las importaciones de talco, en 1995 Paraguay importó esteatita natural, talco, proveniente de Alemania 14 mil t, Argentina 1,8 mil t, Brasil 49 mil t e Italia 7 mil t. En 1996 no se registra intercambio comercial de dicho mineral.

4. Chile.- Producción: El talco sufrió importantes cambios en el nivel de producción en el transcurso de esta década para alcanzar en 1996 un volumen total de 4.276 t. con un valor de U$S 341.000. La Región V concentra el 55% del total producido con 2.351 t., el resto se distribuye en partes iguales entre la Región IV y VII. En la tabla XLI se muestra la producción de talco en el periodo 1990/96, expresada en toneladas.

Tabla VI : Producción de Talco 1990-1996 (t.)

Fuente: Anuario de la Minería de Chile, 1996 Los principales usos a los cuales se destina el talco son la industria del papel y del caucho, y para la fabricación de pinturas y pesticidas. Las principales empresas productoras son:       Soc. Minera Godoy Schwenger Ltda.       Mario Pizarro A.       Talco Eduardo Martín A. 

Comercio exterior: No se obtuvieron datos detallados sobre el intercambio comercial de talco. El talco es uno de los principales productos exportados a Perú. Durante estos últimos cuatro años se ha observado una tendencia positiva, alcanzando en 1996 un valor CIF de U$S 565.000.

5. Bolivia.- No se registran datos de producción y comercio exterior. Nota: Escala de dureza de Mohs.- La dureza de un material determina su durabilidad. La escala de Mohs se utiliza para evaluar la dureza relativa de una muestra al realizar pruebas de rayado sobre ella.

Autor:

Hugo Jesús Montenegro Ruiz