Silicon dioxide (SiO₂) forms the structural backbone of glass, providing high mechanical strength and excellent chemical stability. Because of this, quartz sand is the single most important industrial mineral raw material in the glass industry. It serves as the primary ingredient in everything from flat glass and container glass to ultra-clear glass, photovoltaic glass, and even quartz glass.
Para os fabricantes de vidro, a qualidade da areia de quartzo determina diretamente a qualidade do produto final. A indústria avalia a areia de quartzo principalmente através de três perspectivas críticas:
– Composição química – Níveis de pureza e impurezas, especialmente de ferro e alumina.
– Consistência e estabilidade – Qualidade uniforme de lote para lote.
– Distribuição do tamanho das partículas – o tamanho e a forma corretos dos grãos para uma fusão eficiente e homogênea.
No entanto, nem todo vidro é criado da mesma forma, e cada tipo de produto de vidro exige uma granulometria diferente de areia de quartzo. Vamos explorar como esses requisitos se distribuem entre as principais categorias de vidro.
1. Classificação da areia de quartzo para a indústria vidreira
A norma industrial chinesa define o sistema de classificação e os métodos de teste para areia de quartzo processada utilizada em todos os tipos de fabricação de vidro. Essa norma continua a servir como referência fundamental para fornecedores e fabricantes de vidro, auxiliando-os na seleção da granulometria de areia adequada à aplicação pretendida.
| Nota | Nome | SiO₂ ≥ (%) | Fe₂O₃ (ppm) | Cr (ppm) | Al (ppm) | Ti (ppm) | Li (ppm) | Na (ppm) | K (ppm) | Perda na ignição ≤ (%) |
| 1 | Areia de quartzo ultrapura | 99.98 | 2 | 0.5 | 30 | 2 | 3 | 3 | 3 | 0.1 |
| 2 | Areia de quartzo de alta pureza | 99.98 | 4 | 0.5 | 70 | 3 | – | – | – | – |
| 3 | Areia de quartzo flutuante | 99.95 | 20 | 1.0 | – | 5 | – | – | – | – |
| 4 | Areia de quartzo lavada com ácido | 99.6 | 50 | 2.0 | – | 300 | – | – | – | – |
| 5 | Areia de quartzo cristalino | 99.0 | 200 | 2.0 | – | – | – | – | – | – |
| 6 | Areia de quartzo para vidro de laboratório | 99.0 | 300 | 2.0 | – | – | – | – | – | – |
| 7 | Areia de quartzo comum | 98.5 | 400 | 6.0 | – | – | – | – | – | – |
| 8 | Areia de quartzo geral | 98.5 | 600 | 6.0 | – | – | – | – | – | – |
| 9 | Areia de quartzo refratária | 97.0 | 2000 | – | – | – | – | – | – | – |
2. Vidro plano
O vidro plano abrange uma ampla gama de aplicações subsequentes, e as especificações da areia de quartzo podem variar de acordo. De forma geral, o setor de vidro plano categoriza a areia de quartzo em dois tipos com base na composição química e no tamanho dos grãos:
- Tipo I: Baixo teor de Al₂O₃
- Tipo II: Maior teor de Al₂O₃
The professional standard JC/T 529-2000 “Siliceous Raw Materials for Flat Glass” sets out detailed requirements for chemical composition and particle size distribution. The key parameters are as below.
Composição química e requisitos de umidade para areia de quartzo para vidro plano
| Areia de quartzo de alta qualidade | w(SiO₂) / % | w(Al₂O₃) / % | w(Fe₂O₃) / % | w(H₂O) / % |
| Classe I | ≤5,00 | |||
| Premium | ≥98,50 | ≤0,50 | ≤0,05 | |
| ≥98,00 | ≤1,20 | |||
| Primeiro ano | ≥98,50 | ≤0,70 | ≤0,10 | |
| ≥97,50 | ≤1,20 | |||
| Segundo ano | ≥98,00 | ≤0,70 | ≤0,15 | |
| ≥96,50 | ≤1,50 | |||
| Terceiro ano | ≥98,00 | ≤0,70 | ≤0,20 | |
| ≥96,50 | ≤1,50 | |||
| Classe II | ||||
| Primeiro ano | ≥92,00 | ≤4,00 | ≤0,20 | |
| Segundo ano | ≥90,50 | ≤4,50 | ≤0,30 |
Variação admissível na composição química da areia de quartzo para vidro plano
| Areia de quartzo de alta qualidade | Variação de SiO₂ / % | Variação de Al₂O₃ / % | Variação de Fe₂O₃ / % |
| Classe I | |||
| Premium | ±0,20 | ±0,10 | ±0,01 |
| Primeiro ano | ±0,30 | ±0,15 | – |
| Segundo ano | ±0,30 | ±0,20 | – |
| Terceiro ano | ±0,30 | ±0,20 | – |
| Classe II | |||
| Primeiro ano | ±0,30 | ±0,20 | – |
| Segundo ano | ±0,30 | ±0,20 | – |
Requisitos de distribuição granulométrica para areia de quartzo para vidro plano
| Areia de quartzo de alta qualidade | +1 mm | +710 μm | +500 μm | –100 μm (–125 μm) |
| Classe I | ||||
| Premium | ≤0 (0) | ≤0,5 (0,5) | ≤5,0 (5,0) | ≤5,0 (5,0) |
| Primeiro ano | ≤0 (0) | ≤0,5 (0,5) | ≤5,0 (5,0) | ≤10,0 (5,0) |
| Segundo ano | ≤20,0 (8,0) | |||
| Terceiro ano | ||||
| Classe II | ||||
| Primeiro ano | ≤0 (0) | ≤0,5 (0,5) | ≤5,0 (5,0) | ≤5,0 |
| Segundo ano | ≤0 (0) | ≤0,5 (0,5) | ≤5,0 (5,0) | ≤5,0 |
Observação: Os valores entre parênteses indicam os requisitos para produtos de areia de sílica natural.
3. Recipientes e Vidro Doméstico
Os produtos de vidro para uso doméstico e para embalagens incluem garrafas e frascos, utensílios de mesa, vidraria de laboratório e vidro farmacêutico. Eles atendem às indústrias alimentícia, de bebidas, de bebidas alcoólicas e médica. A areia de quartzo representa uma grande proporção da mistura de lotes neste segmento.
Since the melting temperature of quartz sand is around 1730°C, the particle size of the sand grains has a huge influence on glass formation and melting efficiency. In actual production, people usually prefer angular quartz particles because their larger surface area helps prevent batch segregation. The optimal particle size range for this application is typically 60 to 140 mesh.
For fine tableware and instrument glass, the geological exploration specification DZ/T 0207-2002 provides quality requirements for siliceous raw materials.
Requisitos de qualidade para areia de quartzo utilizada em vidraria de laboratório
| Item/Parâmetro | Primeiro ano | Segundo ano | Terceiro ano |
| Composição Química | |||
| w(SiO₂) / % | >99 | >96 | >90 |
| w(Al₂O₃) / % | <1,0 | <2,0 | <4,0 |
| w(Fe₂O₃) / % | <0,05 | <0,10 | <0,35 |
| w(Cr₂O₃) / % | <0,001 | – | – |
| Observações | Artigos de vidro (exceto cristal) | Vidro de laboratório geral, vidro incolor | Utilizado para vidro de garrafa comum. |
4. Vidro ultratransparente
O vidro ultratransparente é um material de alta qualidade conhecido por sua altíssima transmitância luminosa (≥91,5%), baixíssimo teor de ferro (tipicamente entre 100 e 150 ppm) e transparência cristalina. Também é chamado de vidro de baixo teor de ferro ou vidro de alta transparência.
A produção de vidro ultratransparente exige uma combinação rigorosa de matérias-primas, incluindo areia de quartzo, feldspato, dolomita, calcário, carbonato de sódio, hidróxido de alumínio, sal grosso, piroantimonato de sódio e trióxido de antimônio. Dentre esses componentes, o SiO₂ representa aproximadamente 71,0–73,01 TP/3T da mistura, e as impurezas nocivas – principalmente o ferro – são introduzidas quase que exclusivamente pela areia de quartzo. Portanto, a purificação da areia de quartzo concentra-se principalmente na remoção das impurezas de ferro.
Quando o teor de ferro ultrapassa um determinado limite, não só a transmissão de luz diminui significativamente, como os óxidos de ferro também absorvem a radiação térmica durante o processo de fusão. Isso cria um gradiente de temperatura acentuado entre as camadas superior e inferior do vidro fundido, dificultando a convecção e complicando bastante a fusão e o refino. Por essa razão, o teor de ferro da sílica como matéria-prima é o parâmetro de projeto mais crítico. Os requisitos típicos de ferro para areia de quartzo usada em vidro ultratransparente são:
– Fe₂O₃ ≤ 150 ppm
– Fe ≤ 80 ppm
Os materiais de quartzo natural utilizados incluem areia de quartzo natural, arenito de quartzo, quartzito e quartzo com veios.
Valores de controle para óxidos ativos e impurezas nocivas em matérias-primas para vidro ultrabranco (Unidade: wt%)
| Matéria-prima | SiO₂ | Al₂O₃ | Fe₂O₃ | CaO | MgO | Na₂CO₃ | TiO₂ | NaCl |
| Areia de quartzo | ≥98,5 ±0,3 | ≤1,0 ±0,q | ≤0,01 ±0,001 | ≤0,1 ±0,01 | ||||
| Feldspato | <70 ±0,6 | ≥15 ±0,25 | <0,15 ±0,05 | |||||
| Dolomite | ≥30 ±0,3 | ≥20 ±0,3 | ||||||
| Calcário | ≤0,018 | ≥52 | ||||||
| Longarina pesada | ≤0,001 | >99,0 ±0,1 | <0,3 | |||||
| Alumina | ≥63,5 ±0,1 | ≤0,001 | ||||||
| Sal de Glauber (Na₂SO₄) | Fe₂O₃ ≤0,001 | Na₂SO₄ ≥99 ±0,1 | ||||||
| Antimonato de sódio (Na₃SbO₄) | Fe₂O₃ ≤0,055% | Sb₂O₅ ≥64% | ||||||
| Trióxido de antimônio (Sb₂O₃) | ||||||||
Observações: O padrão utilizado é o padrão nacional de Sb₂O₃ de grau 0. O principal componente da matéria-prima é ≥99,5%. O tamanho médio das partículas é de 1,3–1,5 μm, o diâmetro médio é de 0,3–0,35 μm e o tamanho máximo das partículas é controlado em até 5 μm.
5. Vidro fotovoltaico (solar)
Photovoltaic glass is installed as the outermost layer of solar modules. Its job is to protect solar cells and electrodes by blocking moisture and corrosive gases while letting maximum sunlight through. Compared to ordinary glass, PV glass must offer lower iron content, higher light transmittance, impact resistance, corrosion resistance, and thermal stability.
Dois tipos de vidro atendem a essas demandas: vidro float ultratransparente e vidro laminado ultratransparente. O vidro laminado é a escolha mais comum para células solares de silício cristalino, enquanto o vidro float é mais utilizado em módulos solares de película fina.
Iron ions in quartz sand can easily cause discoloration, which reduces solar transmittance. Therefore, PV glass requires quartz sand with high silica purity and very low impurity levels – specifically low-iron quartz sand. The industry standard JC/T 2314-2015 “Siliceous Raw Materials for Photovoltaic Glass” defines the relevant quality specifications.
Requisitos de qualidade para material de alumina-sílica
| Item/Parâmetro | Primeiro ano | Segundo ano |
| SiO₂ / % ≥ | 99.5 | 99.0 |
| Al₂O₃ / % ≤ | 0.20 | 0.50 |
| TiO₂ / mg/kg ≤ | 10 | 20 |
| Fe₂O₃ / mg/kg ≤ | 60 | 80 |
| Cr₂O₃ / mg/kg ≤ | 2 | 5 |
| Resíduo na peneira de 1,0 mm / % | 0 | 0 |
| Resíduo na peneira de 0,6 mm / % ≤ | 1.5 | 1.5 |
| Resíduo na peneira de 0,1 mm / % ≤ | 5.0 | 5.0 |
| Absorção de água / % ≤ | 5.0 | 5.0 |
6. Vidro de quartzo
Quartz glass is the crown jewel of glass materials. It is a single-component SiO₂ glass boasting exceptional mechanical, thermal, optical, and electrical properties. It plays an irreplaceable role in semiconductors, optical devices, optical communications, and solar energy applications.
Today, high-purity quartz sand has replaced natural crystal as the primary raw material for melting quartz glass. Whether using electrical fusion or flame fusion processes, high-purity quartz sand is the indispensable starting material for producing quartz glass tubes, rods, and ingots.
Propriedades e características
| Não. | Propriedade | Características / Funcionalidades |
| ① | Boa transparência óptica | Transmitância extremamente alta nos espectros UV, visível e infravermelho: transmitância UV >80%; transmitância de luz visível >92% |
| ② | Resistência a altas temperaturas | Ponto de amolecimento: 1730 °C; Temperatura de uso prolongado: até 1100 °C; Temperatura de uso de curto prazo: até 1450 °C. |
| ③ | Resistência à corrosão | Resistente ao ácido fluorídrico e ao ácido fosfórico quente; praticamente não reage com outros ácidos. |
| ④ | Capacidade de alto vácuo | O vácuo pode atingir 10⁻⁶ Pa |
| ⑤ | Excelente isolamento elétrico | Resistividade: 1,8×10¹⁹ Ω·cm a 20 °C; 1,6×10¹⁶ Ω·cm a 800 °C |
| ⑥ | Baixa expansão térmica | Suporta variações extremas de temperatura; cerca de 1/20 da resistência do vidro comum. |
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Tabela 5-1: Requisitos de elementos de impureza da areia de quartzo para vidro de quartzo
| Aplicação Industrial | Origem | Al (ppm) | Fe (ppm) | Ti (ppm) | Cálcio (ppm) | B (ppm) | K (ppm) | Na (ppm) | Li (ppm) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Fonte de luz elétrica | China | Total 50–100 ppm | 50–100 | 50–100 | 50–100 | 50–100 | 50–100 | 50–100 | 50–100 |
| Indústria química | Tcheco | 42 | 3.0 | 3.0 | 8.0 | / | 18.0 | 5.0 | / |
| Semicondutor | China | 20 | 0.18 | 0.5 | 0.1 | 0.1 | 0.2 | 4.0 | 1.8 |
| Semicondutor (de alta qualidade) | EUA | 15 | 0.3 | / | 0.4 | 0.1 | 0.7 | 0.9 | 0.7 |
| Semicondutor (de alta qualidade) | Rússia | 14 | 0.9 | 0.4 | 0.1 | / | 0.3 | 0.6 | / |
| Tubo de fibra óptica | Brasil | 11 | 1.8 | 0.4 | 0.1 | / | 0.3 | 0.4 | / |
| Lente óptica | EUA | 8 | 0.05 | / | 0.7 | 0.04 | 0.05 | 0.05 | 0.2 |
Observação: Células em branco indicam que não há limite especificado ou que os dados não estão disponíveis.
Tabela 5-2: Requisitos de tamanho de partícula da areia de quartzo para vidro de quartzo
| Processo | Forno de resistência | Forno de fusão contínua doméstico | Forno de fusão contínua estrangeiro | Fusão por chama de oxihidrogênio | Plasma |
|---|---|---|---|---|---|
| Tamanho das partículas (malha) | 40–80 | 60–120 | 80–140 | 80–200 | 120–20 |
Como escolher a areia de quartzo certa para sua aplicação em vidro.
Desde o vidro plano padrão até as exigências rigorosas do vidro ultratransparente, fotovoltaico e de quartzo, a qualidade da areia de quartzo determina diretamente o desempenho, a eficiência e o custo do produto. Compreender os padrões exatos – que abrangem pureza química, teor de ferro e tamanho das partículas – é o primeiro passo para produzir vidro de qualidade superior.
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