يعتمد استخدام مسحوق الكروميت في تلوين زجاجات البيرة بشكل أساسي على عنصر الكروم (عادةً على شكل ثالث أكسيد الكروم (Cr₂O₃) أو ثنائي كرومات)، الذي يُضفي لونًا أخضرًا مميزًا على الزجاج. فيما يلي شرح مُفصّل لمبادئ وعمليات تطبيقه:
1. تأثير تلوين الكروم
مصدر اللون الأخضر: عندما يوجد الكروم في الزجاج على شكل كروم ثلاثي التكافؤ (Cr³⁺)، فإنه يمتص أطوال موجية محددة من الضوء (مثل اللون الأرجواني المحمر) ويعكس الضوء الأخضر، مما ينتج عنه اللون الأخضر الزمردي الكلاسيكي (الذي يُرى عادةً في زجاجات البيرة).
التحكم في حالة التكافؤ: أثناء عملية صهر الزجاج، تتأثر حالة التكافؤ للكروم (Cr³⁺ أو Cr⁶⁺) بدرجة الحرارة وظروف الأكسدة والاختزال. عندما يكون Cr³⁺ مستقرًا، يُنتج لونًا أخضر، بينما يجب تجنب Cr⁶⁺ (وهو شديد السمية)، مما يتطلب جوًا اختزاليًا مُتحكمًا به أثناء العملية.
2. معالجة وإضافة مسحوق الكروميت
شكل المادة الخام: يجب تنقية مسحوق الكروميت ومعالجته كيميائيًا لتحويله إلى مركب مناسب لتركيبات الزجاج (مثل Cr₂O₃ أو الكروميت FeCr₂O₄).
نسبة التركيب: في دفعات الزجاج، يضاف مسحوق الكروميت عادة بمعدل 0.1% إلى 2% (يتم تعديله اعتمادًا على عمق اللون) ويخلط مع مواد خام أخرى (رمل الكوارتز، رماد الصودا، الحجر الجيري، إلخ).
عملية الصهر: في فرن عالي الحرارة (حوالي 1500 درجة مئوية)، يتفاعل مركب الكروم مع المكونات الأخرى ويتوزع بالتساوي في المصهور الزجاجي، مكونًا لونًا أخضر مستقرًا.
٣. الخصائص الفريدة للون الأخضر لزجاجات البيرة
: المتطلبات التقليدية: في البداية، كان مسحوق خام الكروم يُستخدم بشكل أساسي لانخفاض تكلفته وقدرته على حجب الأشعة فوق البنفسجية بفعالية، مما يحمي البيرة من التلف الناتج عن الضوء. (أما اليوم، فتُستخدم ألوان أخرى، مثل أزرق الكوبالت والأخضر الكرومي، في الخلطات).
الحماية البيئية والسلامة: الكروم السداسي التكافؤ (Cr⁶⁺) سام، لذا تتطلب العمليات الحديثة التحكم الصارم في درجة الحرارة وإضافة عوامل الاختزال (مثل الكربون أو الكبريتات) لضمان وجود الكروم في شكل Cr³⁺ غير السام.
4. الاستبدال والتحسين
: يمكن الآن الجمع بين أكسيد الحديد (Fe₂O₃) والكبريت (S) لإنشاء ألوان الكهرمان، أو يمكن الجمع بين الكوبالت (Co) والكروم لإنشاء ألوان خضراء أكثر ثراءً.
إعادة التدوير: يمكن إعادة صهر الزجاج المكسور (الكلنكر) من زجاجات البيرة الخضراء، مما يقلل من استخدام مسحوق الكروميت الجديد.
ملخص: يُوفر خام الكروم أيونات Cr³⁺، مما يُعطي الزجاج لونه الأخضر المميز. يعتمد استخدامه على عمليات صهر عالية الحرارة وحالات تكافؤ مُتحكم بها. على الرغم من أن متطلبات حماية البيئة قد دفعت إلى ظهور بدائل، إلا أن الملونات القائمة على الكروم لا تزال تُستخدم في بعض زجاجات البيرة.
