Gilbert Rancoule, Nathalie Niveau, Dwayne Bucko, Ren Bartoe, Vesuvius, Divisione ricerca e sviluppo Il solfato di sodio svolge un ruolo chiave nella reazione tra la chimica del vetro e l'atmosfera tipica che si viene a creare. In ambiente SO ve normali, gli ioni di sodio (Na) creano sulla superficie del vetro uno strato di solfato di sodio. Quando la lastra di vetro viene movimentata, la polvere di solfato di sodio viene trasportata insieme a essa e trasferita nell'ambiente di lavorazione della lastra. Si può osservare quindi un deposito di solfato in corrispondenza del punto di contatto tra il vetro e i rulli trasportatori, considerato potenzialmente benefico per la durata delle superfici di contatto. Il solfato di sodio, infatti, si trasforma lentamente in uno strato intermedio continuo caratterizzato da una reattività neutra nei confronti del vetro. Dalla costante interazione tra i due gas si genera un lubrificante solido, il Na di sodio), che risulta stabile alle temperature normalmente raggiunte nei processi di trattamento termico del vetro: la tempra e la ricottura.

La quantità di Na 2 SO 2 che si 2 viene a formare è direttamente proporzionale alla temperatura e al livello e alla concentrazione di umidità. Nonostante l'effetto del solfato di sodio sia ben conosciuto, tuttavia, alcuni prodotti derivanti dalla reazione descritta potrebbero presentare alcuni aspetti negativi in termini di qualità del contatto con il vetro, in particolare nella fase di transizione a bassa temperatura. A seconda delle condizioni ambientali, infatti, si possono avere composti di solfato di sodio metastabili, i quali possono innescare reazioni complesse in grado di provocare risultati imprevisti a seconda della temperatura. Potrebbero così formarsi solfati di sodio instabili, che andrebbero a interagire con l'atmosfera del forno e con la lastra, catturando particelle e polvere che possono originare difetti nel vetro, nel caso non venissero adottate le contromisure necessarie a evitare condizioni operative indesiderate. La qualità del vetro e l'efficienza dei rulli Zyarock possono essere migliorate mediante un'opportuna regolazione dei paSO rametri operativi del forno.

In questo articolo vengono descritti alcuni dei fattori che influiscono sull'ambiente operativo, mettendo in relazione l'atmosfera interna del forno con la stabilità termodinamica di alcuni composti di solfato presenti durante il processo. 4 Interazione tra atmosfera e vetro Per comprendere il livello di stabilità del solfato di sodio è essenziale conoscere i parametri da cui esso può essere influenzato. Se si considera la formazione di solfato di sodio un vantaggio reale ai fini dell'applicazione, è importante comprendere gli effetti che la modifica dell'atmosfera e della concentrazione è in grado di produrre sulla formazione di Na I parametri che influiscono sulla formazione di Na , in condizioni operati• Umidità. • Trattamento a bassa temperatura. • Elevata concentrazione di SO • Interazione con la composizione chimica del vetro. • Condizionamento dei rulli. (solfato 2 4 2 SO 4 2 sono: SO 4 Umidità e bassa temperatura L'umidità produce un impatto diretto sulla stabilità del biossido di zolfo all'interno del forno, mentre l'azione combinata di temperatura e umidità infiuisce direttamente sulla concentrazione di SO 2 2 Quando dell'aria con un tasso di umidità massimo del 10% si mescola al SO . all'interno del forno, si osserva, a bassa temperatura, la formazione di idrossido solfato di sodio, che genera Na 2 media per poi dissociarsi in Na S a tempe2 S ratura più elevata.

Una reazione simile può portare, a bassa temperatura, alla possibile formazione di acido solforico, che coincide con la modiflca dell'idrossido (Figura 1). 2 Concentrazione di SO O Al flne di impedire il passaggio del solfato di sodio a uno stato di ossidazione eccessivo, è necessario mantenere una concentrazione di SO 7 ridotta e una temperatura di processo elevata. Il bisolfato di sodio, stabile unicamente alle basse temperature, presenta infatti un comportamento viscoso che crea le condizioni per l'adesione di ossidi e metalli provenienti dall'ambiente operativo (Figure 2 e 3). La presenza di umidità e, al tempo stesso, di una elevata concentrazione di zolfo nell'atmosfera rappresenta la situazione meno auspicabile ai flni della stabilità del solfato. Allo scopo di garantire la pulizia durante il processo, deve essere favorita la formazione di Na 2 Interazione con la composizione chimica del vetro I vapori di sodio che si formano all'interno del forno dipendono chiaramente dalla temperatura e dalla composizione chimica del vetro.





Si raccomanda di controllare la distribuzione dell'atmosfera del forno e il fiusso di gas sulla base della diffusione del SO del gradiente termico all'interno del forno, al flne di ottenere condizioni operative stabili per la formazione di Na 2 Gli elementi del vetro possono presentare anche una certa reattività negativa nei confronti del SO O come i vari solfati risultino stabili soltanto a temperature elevate. Tale reattività è comunque difficile da ottenere a causa del contrasto tra la stabilità delle altre specie ioniche e la mobilità degli ioni di sodio. La principale reazione da prendere in considerazione avviene tra gli elementi metallici liberi presenti nel forno sotto forma di polveri, generati dalle pareti di contenimento o dalle reazioni che si veriflcano nell'area 2 di condensazione a bassa temperatura, che comportano scambi di zolfo e umidità. Il rullo ceramico non consente accumuli, e può essere considerato una superflcie neutra nella maggior parte delle condizioni operative.

La temperatura elevata e la stabilità delle condizioni atmosferiche contribuiscono in parte alla pulizia del processo, ma non possono in nessun caso sostituire completamente gli interventi di manutenzione del forno. 4 Peculiarità del componente Na SO Questo composto, al disotto dei 400 °C, si presenta sulla superflcie del vetro allo stato liquido. Una elevata concentrazione di questa sostanza provoca la formazione di noduli che aderiscono alla superflcie della lastra e a quella del rullo, variandone la composizione chimica. Sotto i 400 °C, questo componente forma un certo quantitativo di solfato di sodio. L'immagine mostra la superflcie del rullo dopo l'uso: il rullo presenta una colorazione marrone e tracce di solfato di sodio (Figura 5). Come accennato, una concentrazione eccessiva di Na presente duli: infatti, dal momento che si tratta di una sostanza appiccicosa, un certo quantitativo di polvere di vetro, o in generale di tutti i coma temperatura 2 SO 4 2 2 SO 4 (flgura 4). 2 rispetto alle altri composti di sodio. e , ma è possibile constatare 2 SO 7 2 7 provoca la formazione di noponenti presenti sulla superficie della lastra o sui rulli, è suflciente per creare un nodulo sulla superficie del rullo.

Un rullo metallico introdotto in un'atmosfera SO 2 può dare luogo a diverse reazioni, da una instabilità del metallo a temperatura elevata alla formazione di composti di zolfo metallici (Fe, Ni). In presenza di umidità, inoltre, la reattività del rullo aumenta in maniera esponenziale come conseguenza dell'attacco corrosivo ai danni del metallo. La presenza di sodio sulla superficie di un rullo ceramico in silice fusa non provoca alcun effetto negativo sulla ceramica, in caso di reazione chimica del solfato di sodio. Tuttavia, quando nell'ambiente operativo si creano le condizioni per la formazione di solfati di sodio metastabili, acido solforico, bisolfato o ossido di sodio, si hanno tutti gli elementi necessari a una lenta reazione da parte della silice della superficie ceramica, che comporta una corrosione fisica del rullo. La trasformazione cristallina della silice fusa provoca inoltre danni irreversibili alla superficie del rullo, e deve pertanto essere evitata nella fase iniziale del processo mediante una buona manutenzione dei rulli, concepiti per mantenere la superficie ceramica libera dall'ossido di sodio; è quindi necessario rimuovere tutti gli accumuli imprevisti di sostanze diverse dal solfato di sodio (Figura 6).

Gli accumuli di polvere e ossidi sulle superfici dei rulli devono essere rimossi prima che vi aderiscano permanentemente in seguito alla presenza di ossido di sodio reattivo. Questa operazione viene effettuata con un getto di acqua pulita fuori dal forno ogniqualvolta sia necessario stabilizzare la composizione chimica della superficie ceramica e riportare i rulli alle condizioni nominali. Conclusione Il solfato di sodio viene generalmente considerato un lubrificante solido in grado di proteggere la superficie del vetro; si può inoltre notare come il solfato di sodio Na 2 SO ca effetti collaterali positivi a favore dei rulli ceramici, consentendo una lubrificazione so4 lida della superficie di contatto tra la lastra e la ceramica e una riduzione delle incrostazioni sulla linea di trattamento del vetro. È tuttavia necessario monitorare attentamente l'atmosfera e il ffiusso di gas all'interno del forno, al fine di evitare il raggiungimento di livelli eccessivi di ossidazione del solfato, che potrebbe comportare la formazione di liquidi viscosi e creare problemi operativi durante la fase di transizione del processo.

Vanno infine prese in considerazione le reazioni secondarie che possono verificarsi nell'ambiente del forno, quali presenza di polvere e particelle, provenienti dal rivestimento interno, e fenomeni di ossido-riduzione e corrosione, che possono pregiudicare la qualità del vetro anche in condizioni operative normali. ■ produ-