El papel de las materias primas en la formulación de pastas cerámicas para el sector artesanal
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El papel de las materias primas en la formulación de pastas cerámicas para el sector artesanal Congreso de Cerámica Guanajuato 2019 "ldentidad artesanal y expresión transformadora de la arcilla" Héctor Ángel Ramírez Dorantes San Miguel de Allende, Guanajuato. del 19 al 21 de octubre de 2019 La Arcilla MUCHO MAS DE LO QUE PARECE! “La cerámica: magia de la transformación de la arcilla” • La arcilla es una materia prima extremadamente importante • Las arcillas constituyen una de las materias primas más abundantes, versátiles y asequibles. • Las arcillas han sido utilizadas por el hombre desde tiempos prehistóricos y han estado asociadas con importantes avances en la civilización de la humanidad. • De su aprovechamiento hay evidencias a lo largo y ancho de nuestro Planeta, desde los albores de la humanidad hasta nuestros días. La arcilla y el origen de la vida y la creación del hombre ¿Venimos del 'barro'?: La arcilla podría hallarse en el origen de la vida en la Tierra Científicos de la universidad de Cornell (Nueva York) concluyen que ciertos tipos de arcilla facilitaron la formación de moléculas orgánicas que hicieron posible la vida en el planeta. En las profundidades de los primeros mares, las arcillas habrían dado lugar a una sustancia llamada 'hidrogel', polímeros que conforman una aglomeración de espacios microscópicos capaces de absorber líquidos como una esponja, en los que se producen las reacciones químicas de síntesis de proteínas, ADN y células vivas, se indica en el estudio. En los orígenes de la historia geológica, el hidrogel ejerció una función de confinamiento de las biomoléculas y catalizó la reacción bioquímica“ Los hidrogeles de arcilla podrían ser un lugar seguro y protegido para las largas moléculas orgánicas, impidiendo su degradación por la influencia externa, hasta que la membrana que rodea las células vivas se desarrolló, para crear la 'sopa primordial' donde apareció la vida, señalan los investigadores. • “Es una teoría que se remonta a miles de años atrás en muchas culturas, aunque tal vez no con la misma explicación científica… La alfarería y el origen del hombre La arcilla se encuentra unida al origen del hombre por medio de relatos de numerosas religiones y mitologías de antiguas culturas en las que se explica el nacimiento de los seres humanos efectuado por dioses creadores que ejercen de alfareros. La idea principal que muestran todos los textos es la del Ser supremo creador que amasa la arcilla modeladora del hombre, con la tierra y el agua o incluso con su propia sangre. Las tablillas cerámicas de finales del milenio IV a. C. con escritura cuneiforme procedentes de la biblioteca de Asurbanipal en Nínive, son el documento más antiguo donde se relata la creación del hombre por medio del modelado. Hacia el 3500 a. C., ya se había inventado en Uruk el torno de alfarero; era una rueda de 90 centímetros de diámetro por 12 de espesor que se giraba con la mano izquierda mientras se sostenía la vasija con la derecha. En fecha posterior se inventó en la misma zona el torno de pie • Mitología babilónica: Marduk empleó un procedimiento de mezclar barro y cañas construyendo una barca, sobre la cual creó al hombre, con su propia sangre amasada con el barro. • Mitología sumeria: La diosa Araru, cuando oyó este ruego, imaginó una imagen semejante al del dios Anu, humedeció sus manos, amasó un bloque de arcilla, modeló sus contornos y formó al valiente Enkidu, el héroe augusto, esencia del dios Ninurta. • Mitología egipcia: Entre los egipcios una de las divinidades más importantes era Jnum «El que modela», perteneciente a la tríada de Elefantina del alto Egipto. Estaba representado como hombre con cabeza de carnero y era dios creador en la mitología egipcia. Se cuenta que en tiempos remotos modeló en su torno de alfarero un huevo de donde surgió la luz solar dando vida a la humanidad; así mismo se le considera creador de los humanos. Con el tiempo, cansado, rompió la rueda de su torno y colocó en cada mujer una parte de ella, de esta manera pudieron reproducirse los humanos sin su intervención. • Mitología griega: Cuando ya estaba todo creado faltaba el ser que pudiera albergar dignamente el espíritu. Prometeo bajó a la Tierra y cogiendo arcilla modeló una criatura a imagen de los dioses. Para animar esa arcilla modelada pidió a todos los animales cualidades, buenas y malas, y las encerró en el pecho de la figura. La olímpica Atenea, diosa de la sabiduría y amiga de Prometeo, quedó admirada e infundió en la figura el hálito divino. • Mitología china: La diosa Nüwa tenía la parte inferior del cuerpo semejante a un dragón. Habiendo existido desde el comienzo del mundo y sintiéndose sola comenzó a crear animales y seres humanos. El primer día creó el gallo; el segundo, el perro; el tercero, la oveja; el cuarto, el cerdo; el quinto, la vaca; el sexto, el caballo y el séptimo comenzó a crear a los hombres usando arcilla del Río Amarillo. Los primeros seres humanos los realizó parecidos a ella en hermosura, aunque los dotó con piernas para que pudieran caminar erguidos. • Mitología Maya: En el Libro del Consejo o Popol Vuh, los dioses también usaron el barro para la formación del primer hombre, aunque cuando llovía se deformaba y no resistía el agua —lo que permite pensar que se habla de una etapa pre-cerámica donde la cocción no existía o se hacía a muy baja temperatura—. Resolvieron entonces hacerlo con madera sin buen resultado y finalmente lo consiguieron con maíz. La Biblia: “La vida surgió del barro” • Esta teoría, hace varios miles de años, la Biblia la describe en varios libros: • Génesis 2:7 “Entonces el SEÑOR Dios formó al hombre del polvo de la tierra, y sopló en su nariz el aliento de vida; y fue el hombre un ser viviente”. • Job 33:6 “He aquí, yo como tú, pertenezco a Dios; del barro yo también he sido formado”. • Isaías 64:8 “Mas ahora, oh SEÑOR, tú eres nuestro Padre, nosotros el barro, y tú nuestro alfarero; obra de tus manos somos todos nosotros". La arcilla en la historia • Las arcillas han sido utilizadas por el hombre como materia prima desde la Prehistoria, específicamente desde el Paleolítico Superior. • El uso de arcillas en alfarería fue la aplicación más extendida para la humanidad en la antigüedad. • El artículo de cerámica más antiguo encontrado es la Venus Dolni Vestonice, una figura femenina fechada en 26-30 ka. • Los artículos de alfarería más antiguos encontrados hasta ahora, que también han sido fechados como Paleolítico Superior (12-14 ka), se encontraron en Japón. • Su uso del pasado no se diferencia del actual. Sólo han variado las técnicas gracias al avance de las tecnologías y la demanda de otros materiales o elementos. • Vasija de barro con decoración tricrómica. Procedencia: Dimini, Tesalia. Neolítico tardío I, 6th milenio A.C. • Museo Nacional de Arqueología de Atenas, Grecia. Qué son las arcillas? • Las arcillas son mezclas de minerales que exhiben comportamiento plástico a ciertos niveles de contenido de agua y que endurecen tras el secado o el quemado. • Las arcillas contienen uno o más minerales responsables de la plasticidad (minerales arcillosos). • Generalmente contienen otros materiales que no contribuyen a la plasticidad (minerales asociados) como el cuarzo o sílice, calcita, dolomita, feldespatos, óxidos, hidróxidos, materiales orgánicos y fases no cristalinas (p.ej. Sílica coloidal, gel de hidróxido de hierro) De donde viene el barro? Formación de la arcilla • Las arcillas son un producto de la erosión o intemperización de rocas sedimentarias e ígneas. • El intemperismo se lleva a cabo vía procesos mecánicos y químicos. Su resultado depende de muchos factores, entre los que tenemos el clima. La vegetación y la composición y textura de las rocas madres. • La composición de la arcilla depende de su "historia", es decir, la forma en que se formó y los eventos que tuvieron lugar después. Es de vital importancia para la composición de la arcilla si la arcilla se depositó inmediatamente en el lugar donde se formó sin haber sido alterada bajo la influencia del medio ambiente o si la arcilla se transportó a una gran distancia. Composición Cómo está constituida la arcilla? • Es una mezcla de minerales • Pero contiene uno o más minerales denominados arcillosos que son los responsables de su plasticidad • Estos minerales arcillosos son: • • • • • • Caolinita Illita Clorita Esmectitas Sepiolita Paligorskita (Atapulgita) GRUPOS DE MINERALES ARCILLOSOS 1) caolinita • caolinita • dickita • nacrita) 2) Esmectitas • • • • • 1) Monmorilonitas Beidelita Nontrita Saponita hectorita Hormitas • Sepiolita • Paligorskita (atapulgita) 2) 3) ilitas cloritas • Las arcillas están compuestas además de por minerales de arcilla (caolinita, illita, montmorillonita, clorita e interestratificados de distintas composiciones), por distintas proporciones de cuarzo, carbonatos, feldespatos, micas, compuestos de hierro y titanio, sales solubles, materia orgánica y residuos carbonosos. • La naturaleza de los minerales de la arcilla y las proporciones relativas del resto de componentes condicionarán la respuesta de las arcillas durante el proceso cerámico. • Las propiedades importantes provienen de la presencia de los minerales arcillosos (tipos y cantidades), la composición de los minerales no arcillosos, la presencia o ausencia de materia orgánica, el tipo y la cantidad de iones intercambiables y sales solubles y textura de la arcilla (tamaños de granos) • El término arcilla no debe considerarse como un sinónimo de mineral arcilloso, porque las arcillas consisten en más de un mineral. Su importancia se debe a la presencia de minerales arcillosos, que tienen notables propiedades físicas y químicas. • La naturaleza versátil de las arcillas se atribuye a la presencia de minerales arcillosos, que imparten propiedades físicas significativas a las materias primas, tales como tamaño y forma de partículas, intercambio iónico, hidratación e hinchazón, plasticidad, propiedades reológicas, propiedades de color y reacciones con minerales asociados y materiales orgánicos. • Las propiedades de los minerales de la arcilla y sus causas constituyen los aspectos más importantes de la mineralogía de arcillas y son esenciales para comprender su papel. • La estructura interna y composición química de cada mineral de la arcilla le confiere unas características muy específicas de reactividad química. • Sus tamaños de partícula (inferiores a las 2m) y las morfologías específicas de sus cristales (generalmente planares y en otros casos con formas de listones y fibras) son la causa de otras propiedades más bien físicas. Estructura de los minerales arcillosos • De manera general la estructura atómica de las arcillas consiste en una gran proporción de dos unidades básicas en forma de placas o láminas de organización octaédrica y tetraédrica. Presentación esquemática de las capas tetrahédricas y octahédricas Una vista más íntima de los minerales arcillosos MICROSCOPIO DE BARRIDO ELECTRÓNICO Imágenes de minerales arcillosos (microscopio de barrido electrónico) Cristales seudo hexagonales de caolinita Cristales tubulares de Haloisita Imagen de una esmectita sódica Cristales subédricos oleados de monmorilonita Cristales en hojuelas de ilita Cristales fibrosos de ilita Imágenes de minerales arcillosos (microscopio de barrido electrónico) Esmectita con textura de panal Fibras de sepiolita en agregados radiales Libros vermiformes de caolinita Agregados vermiformes de clorita Cristales seudo hexagonales de clorita rica en Fe Caolinita Propiedades de los minerales arcillosos • Tamaño y forma de las partículas • Intercambio Iónico • Hidratación e hinchamiento • Propiedades reológicas • Comportamiento al quemado • Plasticidad Capacidad de intercambio de catión y área superficial específica de los minerales arcillosos. SUPERFICIE ESPECÍFICA INTERACCIÓN ENTRE EL AGUA Y LOS MINERALES ARCILLOSOS • Plasticidad • Las arcillas son eminentemente plásticas. Esta propiedad se debe a que el agua forma una envuelta sobre las partículas laminares produciendo un efecto lubricante que facilita el deslizamiento de unas partículas sobre otras cuando se ejerce un esfuerzo sobre ellas. • La elevada plasticidad de las arcillas es consecuencia, nuevamente, de su morfología laminar, tamaño de partícula extremadamente pequeño (elevada área superficial) y alta capacidad de hinchamiento. • En general, cuanto más pequeñas son las partículas y más imperfecta su estructura, más plástico es el material. • La conducta plástica de arcillas y pastas cerámicas tradicionales resulta principalmente de la adsorción de agua en partículas coloidales (principalmente los filosilicatos conocidos como minerales de la arcilla), de modo que las diferencias composicionales y estructurales entre los diferentes grupos de minerales de la arcilla pueden determinar sus diferencias en capacidad de adsorción de agua. • Por otra parte, las características microestructurales (como tamaño de cristalito y distribución de tamaños de cristalitos) pueden ser efectivas asimismo, y ello será plausible comparando materiales de igual composición y diferente microestructura. Representación esquemática de las transformaciones mineralógicas que tienen lugar en los materiales arcillosos durante el quemado (hasta 1200°C) GRUPOS DE MINERALES DE LA ARCILLA En función de la estructura de las capas, las sustituciones iónicas y los elementos presentes en el espacio interlaminar, se distinguen varios grupos de minerales de la arcilla: 1. Grupo de la caolinita: Incluye caolinita, dickita, nacrita y haloisita. Son los minerales con mayor contenido en alúmina y se caracterizan por su elevada refractariedad, constituyendo la base de las pastas de cocción blanca. 2. Grupo de las esmectitas (o montmorillonita): Abarca minerales de la arcilla de composición muy variada debido a la elevada capacidad de intercambo catiónico, lo que provoca frecuentes sustituciones de iones en su estructura, y a la presencia de cationes en el espacio interlaminar. El amplio espacio existente entre las capas favorece la entrada de líquidos, especialmente de agua, facilitando la dilatación o hinchamiento de las arcillas. Esta característica, a pesar de mejorar su plasticidad, ocasiona problemas durante el secado, por riesgo de agrietamiento de las piezas, por lo que las esmectitas no son aconsejables como materia prima para cerámica. 3. Grupo de la ilita: agrupa minerales de estructura similar a las micas, pero con un mayor contenido en agua y con menos potasio, sustituido en parte por calcio y magnesio. Se caracterizan por sufrir vitrificación temprana durante el proceso de cocción. Son un constituyente común de las pastas empleadas en fabricación de ladrillos, tejas y baldosas. 4. Grupo de la clorita: Está formado por filosilicatos de aluminio y magnesio hidratados con cierto porcentaje de hierro, lo que les confiere un color verdoso. Se usan como materia prima para fabricar piezas de cerámica estructural (ladrillos, tejas y bloques). 5. Grupo de los minerales fibrosos (sepiolita y paligorskita): son arcillas con un contenido en dichos minerales superior al 50%. Tienen hábito fibroso con una enorme área superficial debida tanto al pequeño tamaño de partícula como la porosidad que presenta su estructura. Aunque todas ellas poseen las características estructurales comunes a los filosilicatos, tales como la presencia de unidades modulares constituidas por capas tetraédricas y octaédricas ensambladas para formar láminas, presentan diferencias relativas a la organización de estas capas y a su número por unidad estructural laminar, así como en sus composiciones químicas. Como consecuencia de estas diferencias muestran propiedades diferentes. Tipos de Arcillas • Primarios: originados por la degeneración in situ de feldespatos y otros silicatos alumínicos, dando como resultado caolinita. Se subdividen en: • Residuales: están asociados a periodos geológicos con unas condiciones climáticas de calidez y alta pluviosidad, que permitieron la meteorización intensa del sustrato rocoso. Los depósitos son tabulares aunque irregulares, y presentan un tránsito regular de la zona caolinizada a la roca madre sin alterar. La potencia es variable, desde unos decímetros a decenas de metros. • Hidrotermales: su descomposición está originada por la circulación de aguas a temperaturas elevadas en macizos rocosos graníticos. Dan lugar a depósitos irregulares. • Secundarios: Aparecen en zonas sedimentarias no ligadas de forma directa a la roca madre, y se forman por meteorización o alteración hidrotermal. Arcillas rojas (barros) • Las arcillas rojas son las de uso más antiguo en alfarería y las más abundantes y comunes en la naturaleza. • Estas arcillas son muy plásticas, fáciles de trabajar. • Contienen hierro y otras impurezas minerales que hacen que la arcilla alcance su dureza óptima a temperaturas más bajas entre 950 ° C y 1100 ° C, lo que da como resultado un material poroso no vitrificado (no convertido en vidrio), cerámica que permite ricos colores de arcilla después de la cocción, bajo factor de contracción y puede esmaltarse o teñirse fácilmente. La loza sin esmaltar, como la terracota, es porosa y no impermeable. La loza es más indulgente que la arcilla con partículas más finas. Se usa principalmente en alfarería y para ladrillos, azulejos y macetas. • La loza de barro no funciona bien para recipientes que contengan líquidos (por ejemplo, jarrones, tazas, jarras) a menos que estén esmaltados. Los productos de loza de barro esmaltada tienden a ser más frágiles que los productos de loza gresificada esmaltada. • Los colores típicos para la mayoría de las arcillas de barro son rojo, naranja, amarillo y gris claro. Los colores para la loza cocida incluyen marrón, rojo, naranja, beige, gris medio y blanco. Los colores disparados están determinados principalmente por el contenido de impurezas minerales y el tipo de cocción. Debido a que la cocción del vidriado es a una temperatura más baja, los colores del esmalte tienden a ser más vívidos que los esmaltes de gres que se queman a temperaturas más altas. Este tipo de arcillas presentan una composición illítica con contenidos variables en caolinita, clorita, cuarzo, micas y otros componentes como hematites, pirita y materia carbonosa. • Arcillas refractarias • Poseen las mismas características que las arcillas refractarias de cocción blanca salvo que los contenidos superiores en óxidos de hierro y titanio les confieren una coloración rojiza tras cocción. • Arcillas fundentes • Arcillas de bajo contenido en carbonatos (<5% en peso): Son arcillas ilíticas, bien puras o con contenidos variables en caolinita o clorita. Pueden tener también materia orgánica. Se utilizan para la fabricación de piezas gresificadas. • Arcillas de contenido medio en carbonatos (5-15 % en peso): Son arcillas ilíticas, con feldespatos y micas que le confiere un comportamiento fundente. Se utiliza en la industria cerámica para la fabricación de baldosas de revestimiento poroso, dado su bajo coeficiente de dilatación térmica. • Arcillas de alto contenido en carbonatos (>15% en peso): Son arcillas ilíticas con clorita y/o montmorilonita, arcillas siempre muy degradadas, lo que les confiere una importante plasticidad. Se utilizan en la fabricación de baldosas de revestimientos porosos. Las arcillas de este tipo que más se explotan para la industria cerámica del azulejo están en cuencas terciarias, depositadas en ambientes palustres lacustres. • Los yacimientos de arcillas rojas se caracterizan por una amplia distribución geográfica, gran variabilidad en cuanto a los ambientes genéticos a los que aparecen asociados (depósitos marinos, continentales, lacustres, aluviales y de alteración meteórica e hidrotermal), y un amplio rango en relación con la edad geológica (desde el Precámbrico superior-Cámbrico inferior hasta el NeógenoCuaternario). • los yacimientos constituidos por pizarras de edad paleozoica que son explotados para la fabricación de productos cerámicos. Su mineralogía está formada por illita, clorita, caolinita y cuarzo, como minerales mayoritarios; el feldespato frecuentemente aparece como minoritario. El hierro aparece en forma de hematites, goethita e incluso como geles de hierro amorfos. En algunos de estos yacimientos se ha descrito la presencia de pirofilita. • Se utilizan en alfarería, ladrillería y para la elaboración de cuerpos porosos y productos gresificados. Campo de Aplicación • El principal uso de estos materiales arcillosos se da en el campo de la cerámica de construcción (tejas, ladrillos, tubos, baldosas....), alfarería tradicional, lozas, azulejos y gres. Prácticamente todas las arcillas son aptas para estos usos, primando las consideraciones económicas. También son utilizadas en la manufactura de cementos, como fuente de alúmina y sílice, y en la producción de áridos ligeros (arcillas expandidas). Caolines y arcillas caoliníticas • Un caolín es una roca que contiene una cierta proporción de minerales del grupo de caolín, que puede ser económicamente extraída y concentrada. • La arcilla caolinítica es también un caolín en sentido amplio. Igualmente, se trata de una arcilla compuesta, fundamentalmente, de minerales del grupo del caolín. Esta no se procesa, se usa tal cual, e inicialmente los porcentajes en minerales del grupo del caolín son más altos que en el caolín (>50%). • El caolín, tal como se obtiene en una explotación mineral posee un contenido variable de caolinita y/o halloysita que, a veces no llega al 20 %, además suele tener cuarzo, feldespatos, micas, y, dependiendo de la roca madre otro tipo de minerales accesorios. Para concentrar el mineral es preciso someterlo procesos de beneficiado (tamizado, separación magnética, hidrociclonado, centrifugado, deslaminación, etc.), que eleven el contenido en filosilicatos por encima del 80 %. El producto final, generalmente, recibe el nombre de caolín lavado. • Como la caolinita tiene un tamaño de partícula muy pequeño, el lavado de las fracciones groseras conduce a un material con alto contenido en caolinita. Es evidente que cuanto mayor sea el contenido en fracciones finas del caolín bruto, mayor será también el porcentaje en caolinita. Un caolín comercial de alta calidad a penas deberá tener partículas superiores a los 20 μm, lo que garantizaría una riqueza en caolinita superior al 80%. • El caolín puede presentarse en dos tipos de yacimientos: • Primarios: originados por la degeneración in situ de feldespatos y otros silicatos alumínicos, dando como resultado caolinita. Se subdividen en: • • • Residuales: están asociados a periodos geológicos con unas condiciones climáticas de calidez y alta pluviosidad, que permitieron la meteorización intensa del sustrato rocoso. Los depósitos son tabulares aunque irregulares, y presentan un tránsito regular de la zona caolinizada a la roca madre sin alterar. La potencia es variable, desde unos decímetros a decenas de metros. Hidrotermales: su descomposición está originada por la circulación de aguas a temperaturas elevadas en macizos rocosos graníticos. Dan lugar a depósitos irregulares. Secundarios: Aparecen en zonas sedimentarias no ligadas de forma directa a la roca madre, y se forman por meteorización o alteración hidrotermal. “ball clays” o “arcillas de bolas” • Son arcillas caoliníticas plásticas que cuecen con un color blanco o casi blanco. • El nombre deriva del método original de extracción, que consistía en cortar la arcilla en bolas con un peso de 12 a 14 Kg. Las bolas estaban constituidas principalmente por caolinita, aunque contenían también cantidades minoritarias de esmectitas. • En su estado natural son con frecuencia oscuras, con colores grises, azules o negros, debido a las impurezas orgánicas. Esta materia carbonosa es eliminada en las primeras etapas de la cocción, por lo que algunos bolos presentan una coloración clara o casi blanca tras la cocción si su contenido en hierro es bajo. • La impureza más predominante en las arcillas de bolos es el cuarzo del tamaño arena. • La plasticidad y el color de cocción de estas arcillas, unidas a una contracción baja, hacen de ellas unas materias primas muy valiosas para materiales cerámicos. Las arcillas de bolas presentan generalmente una granulometría muy fina, con un 50 a 90% de sus partículas con un diámetro esférico equivalente menor de 1micra, un poder aglomerante apreciable y una refractariedad inferior a la del caolín puro, mostrando un color marfil o crema claro tras la cocción. • Están constituidas básicamente por caolinita asociada con ilita (0-30%) y cuarzo (10-25%), finamente divididos, con pequeñas cantidades de clorita, esmectita e interestratificados ilita/esmectita y con frecuencia contienen materia orgánica. • Son siempre arcillas sedimentarias con características específicas de cada depósito y con variaciones de calidad incluso dentro de un mismo depósito. Esto hace que los productores tengan que recurrir a formular mezclas para mantener una uniformidad de calidad en las arcillas de bolas que se comercializan. • En la industria cerámica estas arcillas se utilizan en la composición de pastas blancas. • El tamaño de partícula de las arcillas de bolas, mucho más fino que el del caolín, hace que tengan una mayor plasticidad y unos módulos de rotura más altos. Una de las razones principales por las que las arcillas de bolas se añaden a los cuerpos cerámicos es para elevar su plasticidad y la resistencia de las piezas en verde y en cocido. Arcillas de gres (stoneware) • Las arcillas de gres son plásticas y a menudo de color gris cuando están húmedas. Sus colores tras el quemado van desde gris claro y crema hasta gris medio y café. Los colores de quemado se ven muy afectados por el tipo de quema. • Las arcillas de gres tienen un factor de absorción de aproximadamente 2 a 5 por ciento, y generalmente se queman a temperaturas que oscilan entre 1150°C y 1300°C (cono 3cono 11). • Las arcillas de gres se denominan "stoneware" porque las piezas cocidas exhiben características de piedra (superficie dura y densa con color abigarrado). • El gres se adhiere bien con sus esmaltes y debe ser a prueba de fugas (impermeable) después de quemarse hasta la madurez. Es resistente y tolerante durante las etapas de torneado y quemado. • Debido a su dureza y muy baja porosidad, esta arcilla es una excelente opción para productos que demandan altas propiedades funcionales de durabilidad y servicio como vajillas. Cuanto mayor es la temperatura de maduración de la arcilla de gres, más duradera y más impermeable al agua es la vajilla. “fire clays” o “arcillas refractarias” • Son unas arcillas sedimentarias de refractariedad no inferior a 1500ºC y que cuecen con un color castaño claro. Estas arcillas suelen presentarse en la naturaleza bajo capas de carbón o intercaladas entre ellas y, en algunos casos, se las denomina “underclays”. • Están constituidas esencialmente por caolinita, asociada con cantidades también importantes, aunque variables, de cuarzo, mica, dickita, ilita, esmectita, interestratificados ilita/esmectita y materia orgánica. • Se utilizan habitualmente en la fabricación de loza de mesa y en cerámica ornamental. • En la formulación de un cuerpo cerámico para este tipo de loza participan la caolinita (40-50%), el cuarzo (40-45%) y feldespato o mica (5-20%). • La temperatura de vitrificación sin señal alguna de deformación del cuerpo cerámico se • sitúa entre 1120 y 1250ºC, con colores que van desde el gris claro, gris u ocre amarillento hasta pardo-rojizo, dependiendo del contenido en hierro (porcentaje de Fe2O3) y de la atmósfera del horno. Bentonitas • Las rocas en las que las esmectitas son los minerales dominantes se denominan “bentonitas”, nombre que procede de la localidad de Fort Benton, Wyoming (USA) y, corrientemente, se conoce como bentonita al producto de la alteración, en el entorno de la superficie terrestre (meteorización), de rocas volcánicas ricas en materiales vítreos. • El término de bentonita fue definido por Ross y Shannon (1926) como una arcilla originada por alteración de material vítreo ígneo, normalmente de tobas o cenizas volcánicas. • Más recientemente, Grim y Güven (1978) redefinieron el término bentonita como cualquier arcilla compuesta predominantemente por esmectitas, independientemente de su origen. • Aunque las bentonitas no se utilizan en cantidades importantes en la fabricación de piezas cerámicas, es conveniente saber que sólo una pequeña cantidad de esmectita añadida a una arcilla caolinífera apta para la fabricación de cerámica de pasta blanca, o a un caolín lavado, mejora sensiblemente su plasticidad y su resistencia mecánica. La adición de estas bentonitas no debe suponer un contenido total en Fe2O3 superior al 1,2% por el efecto nocivo para el color de la pieza. Sin embargo, si se añade un exceso de esmectita, se pueden ocasionar dificultades durante el proceso del secado que se reflejan en una contracción excesiva y un agrietamiento de las piezas cerámicas. LAS ARCILLAS ESPECIALES • :Se conoce con este nombre a los depósitos de arcillas en los que los minerales dominantes son la paligorskita y/o la sepiolita. • Los depósitos de interés económico son más bien raros, aunque se trata de dos minerales de la arcilla que son relativamente frecuentes en horizontes edáficos y en sedimentos. • Las mayores concentraciones de estos minerales se han encontrado en depósitos formados en ambientes evaporíticos someros, perimarinos y lacustres (Jones y Galán,1988), en los que se genera una u otra especie por transformación de esmectitas y/o precipitación directa a partir de soluciones alcalinas con actividades altas del Mg y la sílice. • Los depósitos de estas arcillas suelen contener impurezas tales como cuarzo, feldespatos, carbonatos, yeso, cristobalita, esmectitas, ilitas, caolinita, clorita y óxidos de hierro. Algunos de estos minerales (cuarzo, feldespatos, esmectitas alumínicas, ilita,caolinita y clorita) son componentes detríticos transportados por las corrientes al medio sedimentario, mientras que los otros (carbonatos, yeso, ópalo y las esmectitas magnésicas) se originan paragenéticamente con la sepiolita y/o la paligorskita. • Estas arcillas especiales se presentan habitualmente en forma de agregados terrosos compactos o bien con texturas de aglomerados fibrosos de baja densidad (0,4-0,7 g/cm 2); suelen tener colores blancos, blanco-amarillentos, verdosos, grises o rosas. • Los minerales se presentan como manojos de cristalitos aciculares aglomerados que se dispersan en agua y otros disolventes polares para producir un agregado enmarañado de fibras al azar en el disolvente. • La utilización comercial de estas arcillas especiales está basada en sus propiedades de sorción, reológicas y catalíticas, derivadas de sus características estructurales, morfológicas, dimensionales y composicionales. paligorskita y/o la sepiolita • La presencia de microporos y canales en estos minerales, junto a su tamaño de partícula fino y hábito fibroso, dan cuenta de sus grandes áreas superficiales. • Las áreas superficiales externas e internas se han estimado que son de 400 y 500 m2/g, respectivamente, para la sepiolita de Vallecas y de 300 y 600 m2/g para la paligorskita de Attapulgus (Serna y van Scoyoc, 1979). No obstante, el área superficial específica BET de la sepiolita es de 300 m2/g y la de la paligorskita es de 150 m2/g. • Los minerales fibrosos de la arcilla, por sus grandes áreas superficiales, suscanales estructurales y sus hábitos fibrosos, presentan una capacidad alta para adsorber y absorber diversas sustancias, lo que los hace útiles en muchas aplicaciones industriales. • Ambos minerales en su forma natural son arcillas muy absorbentes y pueden retener hasta el 200% (paligorskita) y el 250% (sepiolita) de su propio peso en agua. • Uno de los mercados más importantes para las arcillas absorbentes industriales es el de las camas de gatos, comercializándose en forma de gránulos redondeados, con tamaños de 1 a 6 mm de diámetro, y libres de polvo. • Los gránulos absorbentes se utilizan también como soportes de pesticidas y herbicidas y como agentes decolorantes en los aceites minerales y vegetales, las parafinas, grasas, mantecas y vinos. Pruebas para determinar la utilidad de la arcilla Pruebas para determinar la utilidad de la arcilla • • • • • • Ensayo de impurezas solubles. Ensayo del exceso de arena u otros fragmentos minerales. Ensayo de la presencia de cal. Ensayo de la plasticidad. Ensayo del agua de plasticidad y de la contracción por secado. Ensayo para determinar la posible zona de temperaturas de cocción del material y su color de cocción; cociendo muestras a distintas temperaturas. Los conos 08, 04, 1, 4 y 9 pueden ser intervalos adecuados para los primeros ensayos. • Ensayo de la contracción y absorción en muestras cocidas a distintas temperaturas. • Ensayo de defloculación. CARACTERIZACION FISICOCERAMICA DE LAS MATERIAS PRIMAS ARCILLOSAS Let us suppose that the result of the experiment was 40% (m/m) sand, 30 %(m/m) silt and 30% (m/m) clay. When the soil for example roughly contains more than 60% (m/m) clay, less than 40% (m/m) silt and the rest is sand, then the it is called clay. In the example above the soil kind is a “sandy loam”, as are all compositions within the area between the dotted lines. Plasticidad • La plasticidad es una propiedad que presentan los materiales arcillosos, de forma que al mezclarse con agua forman una suspensión coloidal y por lo tanto aumenta su fluidez (capacidad de deformación), favoreciéndose así el moldeo. • La plasticidad está íntimamente relacionada con la granulometría, puesto que, para una misma materia prima a menor tamaño de partícula presentará una mayor plasticidad. • Este factor no es determinante en la formación de piezas cerámicas por prensado, pero es obvio que toda pasta cerámica debe tener una plasticidad adecuada para facilitar su moldeo. • Este parámetro se puede modificar variando la composición de la pasta cerámica, mediante la adición de determinadas sustancias. La materia orgánica aumenta la plasticidad del material, mientras que otras sustancias como cenizas volantes, arenas silíceas y las propias arcillas calcinadas (chamota) la disminuye. Medición de la plasticidad • Una manera práctica de determinar el grado de plasticidad de un suelo es mediante los límites de Atterberg: límite líquido, límite plástico e índice de plasticidad. • El límite líquido permite conocer el porcentaje de humedad que posee un suelo, • el límite plástico relaciona la menor cantidad de agua con la cual se puede dar forma a un suelo. • El índice de plasticidad determina el rango de trabajo y se obtiene de la diferencia de ambos límites. • Este es un método rápido, sencillo y de bajo costo para evaluar la plasticidad, sin embargo, su mayor inconveniente es el grado de subjetividad en la determinación de los resultados Método de Atterberg para medir la plasticidad • La plasticidad de las arcillas humedecidas, en sentido geotécnico y también en sentido cerámico, es la aptitud a la deformación bajo esfuerzo, sin pérdida de cohesión, hecho que posibilita que la arcilla pueda moldearse. • La deformación plástica y la resistencia a la cizalla (así como otras propiedades relacionadas) de sistemas arcilla-agua varían con el contenido en agua. • Así, por incorporación de agua se pasa desde un material granular sin resistencia mecánica (el polvo del material arcilloso seco), a una pasta arcillosa consistente y deformable plásticamente; de modo semejante, desde una dispersión acuosa de bajo contenido en sólidos, que se comporta como un líquido y que no presenta resistencia a la cizalla, al disminuir el contenido en agua, se pasa progresivamente a una masa plástica, que sí llega a presentarla. • Atterberg desarrolló un procedimiento para la evaluación de la plasticidad basado en la determinación de : a) límite plástico : contenido en agua preciso para permitir deformación plástica , b) límite líquido: contenido en agua preciso para que el sistema se comporte como un líquido, sin presentar resistencia a la cizalla y c) índice de plasticidad: diferencia entre ambos, correspondiente al intervalo de contenidos en agua en que se tiene comportamiento plástico. • La determinación de los límites de Atterberg permiten una valoración preliminar de la plasticidad, siendo una guía para establecer la trabajabilidad en crudo de pastas arcillosas y resulta de gran utilidad en la optimización de mezclas de arcillas para la artesanía y cerámica estructural. Carta de identificación de minerales arcillosos mediante el límite plástico y el índice de plasticidad (modificado de Bain, 1971) Análisis dilatométrico • El ensayo dilatométrico se realiza para obtener información sobre el comportamiento de la materia prima durante el proceso de cocción, así como, para determinar el rango de temperatura óptima para su cocción. • Al someter la materia prima a un incremento de temperatura tienen lugar cambios volumétricos, tanto de expansión como de contracción, que son debidos principalmente a: pérdida de agua de los minerales de la arcilla a baja temperatura (agua de absorción), cambios alotrópicos en los minerales, desprendimiento de gases, y la formación de nuevas fases minerales. • La adecuada interpretación de estos cambios, permite programar curvas óptimas en el proceso de cocción de las arcillas, evitando de esta manera la formación de fisuras, grietas y demás defectos que pueden aparecer como consecuencia de los cambios volumétricos. Ensayos de cocción • Mediante los diagramas de gresificación se representan, en función de la temperatura de cocción, los siguientes parámetros físicos: absorción de agua (relacionada con la porosidad abierta), contracción lineal y densidad aparente. A partir de ellos, se pueden deducir las siguientes características: • • • • Intervalo de temperatura de cocción adecuado para cada tipo de pasta. Rango de temperatura donde la absorción de agua es nula. Determinación de la expansión o contracción a una temperatura determinada. Color de cocción: En las especificaciones de ciertos productos se requiere un color determinado. Las piezas cerámicas de pasta blanca son más apreciadas para los productos esmaltados, ya que el color blanco permite obtener efectos especiales en el esmaltado. El color en las piezas cerámicas es debido a la existencia de elementos cromóforos sobre todo Fe, que procede de la destrucción de la clorita o incluso de la illita y de la recristalización de geles de hierro. La Cocción • Para resolver los problemas que pudieran presentarse, tanto en la cocción de piezas desnudas como vidriadas, es importante conocer los fenómenos que ocurren durante la cocción. Temperaturas de Quemado • Hay tres rangos de temperaturas básicos: 1. Baja temperatura: Cone 06 to Cone 3 (1850 °F - 2135°F) 2. Temperatura media: Cone 4 to Cone 7 (2160 °F - 2290°F) 3. Alta temperatura: Cone 8 to Cone 10 (2315 °F - 2380°F) Qué le pasa a las arcillas durante el quemado? • Durante el ciclo completo de cocción de arcilla en un horno, la arcilla pasa de una sustancia totalmente frágil (arcilla) a una sustancia similar a la piedra (cerámica) impermeable al agua y al tiempo. Después de que la arcilla se haya secado completamente al aire, "deshuesada" y colocada en el horno, la cocción consta de varias etapas que se detallan a continuación. • 1) Calcinación de materia carbonosa y azufre. Los cuerpos de arcilla contienen carbono, materiales orgánicos y azufre que se quemarán entre 300 ° C y 800 ° C. • 2) Expulsión del Agua química o estructural. Después de que la arcilla se seca, todavía contiene agua que está químicamente unida. El agua unida químicamente escapa del cuerpo de arcilla entre 350 ° C y 800 ° C. La pieza se volverá sustancialmente más ligera sin contracción física. Es crítico que durante esta etapa, el aumento de la temperatura sea lento para evitar el escape rápido de vapor que puede provocar una explosión. • 3) Inversión de cuarzo. El cuarzo, también llamado óxido de sílice, tiene una estructura cristalina que cambia a una temperatura de 573 ° C. Este cambio en la estructura cristalina hará que la cerámica aumente de tamaño en un 2% mientras se calienta y perderá este 2% cuando se enfríe. El material es frágil durante este cambio y la temperatura del horno debe elevarse lentamente. • 4) Sinterización. A partir de aproximadamente 900 ° C las partículas de arcilla comienzan a fusionarse. Este proceso se llama sinterización y, cuando se completa, la arcilla se convierte en cerámica. Una vez que la temperatura alcanza entre 980°C (cono 06) y1060° C (cono 04) se bizcocha. En esta etapa, la cerámica porosa, algo frágil, aún no se ha vitificado y se llama loza o bisque. El Bisque permite que los esmaltes crudos y húmedos se adhieran a la cerámica antes de la cocción del vidriado. • 5) Vitrificación y madurez. La vitrificación es la fusión progresiva de una arcilla que hace que el producto final sea más duro y más duradero. A medida que la vitrificación avanza con el aumento de la temperatura, la proporción de enlace vítreo aumenta y la porosidad de la cerámica cocida disminuye. También es durante esta etapa que se forman cristales de mullita o silicato de aluminio que actúan como aglutinantes fortaleciendo aún más el cuerpo de arcilla. • 6) Enfriamiento. La forma cristalina de sílice sufre nuevamente un cambio de forma cristalina y la pieza debe enfriarse lentamente en las cercanías de las temperaturas de 580°C y, en algunos casos, también a los 220°C para evitar grietas. Diagramas de gresificación • La morfología de los diagramas de gresificación va a ser diferente según sea el producto que se quiera obtener. Para la obtención de una pasta porosa para la fabricación de azulejos, la absorción de agua debe ser superior al 10% y la contracción por cocción mínima, mientras que en la formulación de pasta no porosa (productos gresificados), la absorción de agua debe ser mínima y la contracción no debe superar el 8%. La temperatura a la que se alcanza estas condiciones, para los productos gresificados, difiere tanto para el gres rojo como para el blanco. • Otro hecho que se desprende de la observación de estos diagramas es que el gres rojo presenta un intervalo de temperatura de cocción muy reducido, de manera que pequeñas oscilaciones en la temperatura de cocción pueden producir una sobrecocción que de lugar a una deformación, o una cocción insuficiente, que provocaría que el proceso de vitrificación no fuera completo. • Una vez alcanzada la temperatura de vitrificación, los valores de absorción de agua y de porosidad abierta vuelven a incrementarse y la densidad aparente disminuye, fenómeno que está relacionado con el efecto de bloating. Sin embargo, en los materiales utilizados para la formulación de gres blanco el intervalo de cocción se mantiene durante un amplio rango de temperaturas, por lo que es poco probable que existan deformaciones de las piezas por sobrecocción o por cocción insuficiente. PASTAS Pastas cerámicas • Plásticos: arcillas • Relleno o desengrasantes: son materiales no plásticos, tales como la arena sílica y la chamota • Fundentes: tales como el feldespato, talco. Carbonato de calcio o las fritas. Los plásticos dan la trabajabilidad necesaria a la pasta de arcilla. Los rellenos o desengrasantes hacen posible que la arcilla se seque con seguridad sin deformación o agrietamiento indebidos y disminuyen el valor de la contracción. Los fundentes controlan el punto de fusión y endurecimiento de la arcilla y hacen que se cueza a un grado satisfactorio de densidad, porosidad y propiedades de resistencia y durabilidad. Cuáles son los criterios para seleccionar la pasta cerámica? • 1) El proceso de moldeo: moldeado o esculpido a mano, torneado, prensado, vaciado, entortado, extruido. • 2) Tamaño y forma de las piezas • 3) Textura superficial • 4) Temperatura y Tipo de quemado • 5) Uso del producto final • 6) Color de la pasta natural o interacción con el esmalte Tipos de pastas cerámicas en función de la temperatura • Los tres tipos de pastas más utilizados son: • la loza porosa, • el gres de fuego medio, • el gres de alto fuego y la porcelana. Tipo de pasta en función del método de moldeo Moldeo a mano El requisito principal de un cuerpo de arcilla para moldeo manual es la resistencia y la plasticidad. Resistencia La resistencia es la capacidad de la arcilla moldeada para mantenerse firme a medida que las formas se construyen, manipulan y unen sin ceder, estirarse o agrietarse. Las formas construidas a mano necesitan un alto grado de resistencia en la etapa húmeda. La fuerza se vuelve aún más importante a medida que los objetos construidos a mano son más grandes o más planos. Una proporción más alta de grog (5% a 30%) es típica para las elecciones de construcción manual. El grog puede ser fino o grueso, dependiendo de las cualidades de la superficie que desee el alfarero. Tales altas adiciones de grog también dan como resultado un tiempo de secado al aire de arcilla más rápido y con una reducción en la posibilidad de agrietamiento durante el proceso de secado. Plasticidad Una pieza de moldeada a mano también necesitará plasticidad para ser viable. Cuanto más extremas sean las formas que se están construyendo (p. Ej.,ángulos agudos), más plasticidad necesitará la arcilla. Moldeo en Torno Hay tres características necesarias para un cuerpo de arcilla para torno: a) alto grado de plasticidad, baja tasa de absorción de agua y c) lo suficientemente fuerte como para mantener su forma mientras se trabaja (apretado, girado, fuerza de gravedad, tirado y empujado). • Plasticidad La plasticidad es la característica más importante que se necesita para que el torneado que sea viable. Sin embargo, cuanto más plástica sea una arcilla, más se encogerá y, por lo tanto, tendrá un mayor potencial de deformarse durante el secado. • Resistencia La arcilla debe tener la fuerza suficiente para mantenerse en pie cuando se le tornea a formas más altas. Para lograr la resistencia, los cuerpos de arcilla para torno contienen algunas partículas como arena o grog o ambas. Cuando se usa grog, debe ser más fino para proporcionar la fuerza sin ser demasiado grueso para lastimar las manos del alfarero. En general, un cuerpo de arcilla para torno no debe contener más del 7 al 9% de aditivos particulados. • Absorción de agua Cuanto más tiempo se trabaja una arcilla en el torno de alfarero, más suave se vuelve a medida que el agua se mezcla con la arcilla aumentando la posibilidad de colapso y limitando el tamaño / altura de las piezas. La velocidad de absorción de agua, por lo tanto, es un factor importante. Las arcillas plásticas absorben menos agua que la arcilla con materiales gruesos y están del lado rígido. Esto también significa que la arcilla es más dura y más agotadora para trabajar. Por lo tanto, una buena arcilla de torno debe equilibrarse entre plasticidad, resistencia y absorción de agua. Desarrollo de una pasta cerámica • La materia prima utilizada en su fabricación puede estar formada por un solo tipo de arcillas o una mezcla de distintas arcillas a las que se les puede añadir o no, arenas, carbonatos, talco, chamota, etc., según sean los requerimientos del producto cerámico. • Los materiales arcillosos forman la materia prima básica para la fabricación de los productos cerámicos. La mayoría de estos productos están elaborados a partir de mezclas adecuadas de arcillas de tipo caolinítico, ilítico-caolinítico e ilíticoclorítico con arenas cuarcíticas, cuarzo-feldespáticas y/o feldespatos. • En el grupo de las arcillas comunes se incluyen las pizarras, que se caracterizan por estar constituidas por filosilicatos, fundamentalmente illita, asociada en mayor o menor medida a caolinita y clorita. Otros minerales de la arcilla ligados a las pizarras son: pirofilita, paragonita, vermiculita, e interestratificados. Existen otros minerales presentes como son: cuarzo, feldespato, sulfuros, sulfatos, materia orgánica y carbón que condiciona su empleo en este sector. • La elección de una materia prima depende en esencia de: a) el producto que se desea, y b) su disponibilidad. • La materia prima condiciona las características de la pasta y mediante el proceso de fabricación elegido se obtiene un producto con unas propiedades determinadas, que permitirán usos demandados por el mercado. • Por tanto, si se parte de las características y usos del producto cerámico, la elección de las materias primas estará muy condicionada. • Sólo la disponibilidad, que se traduce al final en calidad y precio, podrá hacer factible la fabricación del producto cerámico. Criterios para la elección de las materias primas cerámicas • Los materiales cerámicos clásicos se clasifican en función de una serie de criterios que van a incidir directamente en su campo de aplicación: grado de porosidad, presencia o no de esmalte y color del producto cocido • Material poroso es aquel que presenta una capacidad de absorción de agua por lo general comprendida entre un 10-20%, mientras que el producto no poroso presenta valores inferiores al 10%. El término no poroso se puede utilizar como sinónimo de producto vitrificado o gresificado. • Un segundo criterio estriba en la presencia o no de esmalte en el producto cerámico, ya sea éste poroso o vitrificado. La función del esmalte, además de decorativa, radica en hacer que el producto cerámico sea impermeable y adquiera mayor resistencia y solidez. • El tercer y último criterio es el color que presenta la pasta cerámica con la cocción, pudiendo dividirse en cerámica de pasta blanca o de pasta coloreada. Fases del proceso cerámico Comportamiento térmico de materias primas cerámicas tradicionales . Proceso general de fabricación de productos cerámicos Clasificación de los productos cerámicos • Los productos cerámicos tradicionales se pueden clasificar por la temperatura de cocción y/o por la coloración final. • Según el color de cocción los productos pueden ser coloreados o blancos, y se pueden clasificar según el rango de temperatura de cocción de la siguiente forma: • l . Productos de color: Cerámica estructural Temperatura: 850° -1100°C • 2. Productos de cocción blanca Temperatura: 1100-1250°C • 3. Productos refractarios Temperatura >1450°C Modificaciones sobre una pasta de arcilla Cambios de color o textura. Cambios de la plasticidad. Cambios para mejorar la contracción en el secado o la cocción. Cambios para variar la temperatura de maduración. Cambios para mejorar el acoplamiento de los vidriados. Dejando de lado por el momento los cambios de color y textura, veremos que todos los ajustes de la arcilla implican: (a) ajuste de sus propiedades físicas para darle la deseada plasticidad, trabajabilidad y contracción, o (b) ajuste de su reacción a la cocción, bien sea elevando o bajando la temperatura necesaria para llevar a cabo el grado deseado de densificación. Los cambios del primer tipo se hacen añadiendo arcillas u otros materiales de más o menos plasticidad y de diferentes tamaños de partículas. Los cambios del segundo tipo se hacen añadiendo arcillas u otros materiales de mayor o menor fusibilidad. Pastas cerámicas diseñadas en función del método de moldeo específico • Las pastas de arcilla no solo deben diseñarse para una temperatura de cocción particular, de manera que den a tal temperatura el deseado color, textura y grado de dureza y densidad específica; también deben ser diseñadas para métodos de conformación determinados. A la arcilla puede dársele forma de objetos mediante modelado, torneado, calibrado, prensado, prensado en seco y colado o vertido en moldes en forma de engobe. Cada uno de estos métodos de conformación exige ciertas propiedades físicas de la arcilla Pasta para torno • Para el torneado hacemos una exigencia extrema de la plasticidad de la arcilla. Una arcilla realmente buena para tornear no debe tomar agua fácilmente mientras se trabaja y debe soportarse bien y mantener su forma incluso cuando está blanda y tiene secciones delgadas. En las arcillas de torneado debemos estar preparados para aceptar una contracción alta y cierta tendencia a la deformación y, en consecuencia, los cacharros deben ser tratados cuidadosamente en el secado y la cocción. • Como regla general, las pastas para tornear se hacen con el porcentaje más pequeño posible de sustancias no plásticas en ellas, tales como el pedernal y el feldespato. La arcilla plástica (de bola) se utiliza casi siempre para aumentar la plasticidad. Sin embargo, cuando la proporción de arcilla plástica se eleva hasta alrededor del 30%, pueden empezar las dificultades con la contracción y el secado y la pasta puede hacerse pegajosa. También puede añadirse bentonita a la arcilla para mejorar su trabajabilidad en el torno, sin embargo, si se utiliza más de alrededor de un 2% la arcilla puede hacerse pegajosa y difícil de amasar. • Para hacer formas grandes, mayores de 30cm de altura, es recomendable una arcilla con algo de “mordiente”. La chamota le da a una pasta de torneado el necesario armazón o estructura para hacer que se sostenga. Se ha encontrado que la chamota que se ha calibrado para pasar el tamiz de 30 mallas y quedarse en el tamiz de 80 mallas es la más adecuada para la arcilla de tornear. En general, alrededor de un 8 o 10% de material granular puede mejorar grandemente el comportamiento de tales arcillas. • Puesto que los objetos modelados tales como esculturas, azulejos, piezas arquitectónicas o vasijas grandes son corrientemente bastante gruesas, se necesita una arcilla que seque con poco peligro de agrietamiento. La arcilla también debe cocer con seguridad, especialmente durante las etapas iniciales de calentamiento cuando se está separando el agua de la arcilla. Una gran cantidad de chamota proporciona estas propiedades necesarias a las arcillas para modelar. El contenido corriente de chamota es del 20 al 30%. Pueden hacerse pastas de arcilla ligeras mezclando agregados combustibles con la arcilla. Estos se queman y desaparecen en la cocción dejando picaduras o vacíos en la estructura cocida. Puede emplearse serrín, posos de café, huesos de fruta o similares. En el estado plástico tales añadidos orgánicos a la arcilla actúan en cierto modo como chamota, añadiendo rugosidad y facilitando el secado. Durante la cocción, se produce la combustión completa de los agregados, corrientemente sin dificultad en un ciclo de cocción normal. Las pastas ligeras se han encontrado útiles para piezas grandes y para elementos arquitectónicos en los que el peso es un factor importante. También se usa perlita, que es una ceniza volcánica muy ligera Pasta de vaciado • El proceso de vaciado o colada exige una suspensión fluida de arcilla en agua que corra fácilmente pero que no se asiente en los moldes. El engobe de arcilla debe verterse muy suavemente en el molde dejando una superficie libre de grumos o rugosidades. Además las piezas coladas no deben humedecer indebidamente el molde, deben soltarse por sí mismas del molde después del secado y no deben tener una deformación o contracción excesivas. • Una mezcla corriente de arcilla y agua no colará bien en un molde de yeso. La razón es que se necesita una gran cantidad de agua para hacer que la arcilla fluya como una suspensión líquida. Tal engobe tiene la seria desventaja de una tendencia a asentarse dejando el agua encima y un barro pesado en el fondo. Así pues, la colada no será una manera práctica de hacer vasijas hasta que se tenga alguna manera de rebajar la cantidad de agua necesaria para hacer un engobe fluido. El proceso que logra este resultado se conoce como defloculación. • • Cuando se mezclan entre sí agua y arcilla para formar un engobe, se dice que está en una situación floculante. Esto es, los diminutos granos de arcilla están cogidos entre sí en grumos o “flóculos” y cada grano de arcilla en lugar de flotar separadamente por sí mismo en el agua y fluir así fácilmente sobre y alrededor de las partículas vecinas, está reunido en un glóbulo de muchas partículas. Estos flóculos o grumos de granos de arcilla requieren relativamente una buena cantidad de agua para mantenerse flotando. • La tendencia de las partículas de arcilla a reunirse en grupos cuando se suspenden en agua puede explicarse por la atracción eléctrica. Con el fin de disminuir la cantidad de agua necesaria en el engobe de arcilla, hay que dispersar las partículas de arcilla, rompiendo los flóculos de manera que cada partícula de arcilla flote por sí misma. Esto se realiza añadiendo a la arcilla una sustancia, corrientemente un álcali, tal como el silicato sódico o la ceniza de sosa, conocida como electrólito. Un electrólito produce el efecto de cambiar la carga eléctrica de algunas de las partículas de arcilla haciendo que estas se repelan entre sí y floten individualmente en el agua. • La tendencia de las partículas de arcilla a reunirse en grupos cuando se suspenden en agua puede explicarse por la atracción eléctrica. Con el fin de disminuir la cantidad de agua necesaria en el engobe de arcilla, hay que dispersar las partículas de arcilla, rompiendo los flóculos de manera que cada partícula de arcilla flote por sí misma. Esto se realiza añadiendo a la arcilla una sustancia, corrientemente un álcali, tal como el silicato sódico o la ceniza de sosa, conocida como electrólito. Un electrólito produce el efecto de cambiar la carga eléctrica de algunas de las partículas de arcilla haciendo que estas se repelan entre sí y floten individualmente en el agua. • Algunas arcillas no se defloculan en absoluto y no pueden utilizarse para engobes de colar. Las arcillas superficiales corrientes conteniendo cantidad considerable de hierro o álcali libre, son corrientemente difíciles, si no imposibles, de transformar en engobes prácticos para colar. Las arcillas más puras tales como el caolín y la arcilla plástica pueden deflocularse con relativa facilidad y producen buenos engobes para colar. Muchas arcillas para loza que cuecen en color anteado y arcillas refractarias, también se defloculan y cuelan bien. El color y la textura de las pastas • La arcilla cocida puede alinearse en color desde el blanco puro o el gris, a través de los tostados claros, anteados, rojo o rojo anaranjado, pasando por el marrón y el marrón oscuro hasta el negro. Esta serie de colores aunque es predominantemente cálida y limitada es suficiente para dar una selección amplia de colores para los distintos tipos de cerámica. En textura la arcilla puede ir desde la muy lisa a la extremadamente áspera. • Casi todas las arcillas contienen suficiente hierro para darles, cuando se cuecen, un tono ligeramente cálido. La arcilla blanca pura es la excepción. Otros óxidos colorantes pueden aparecer también en la arcilla además del hierro, sobre todo el manganeso, pero normalmente están en tan pequeñas cantidades que su efecto colorante es abrumado por el hierro; algunas arcillas sin embargo están tan contaminadas con hierro, manganeso y otros óxidos metálicos, que se cuecen a un marrón muy oscuro o a negro. El color de la arcilla cocida depende también, de forma muy importante, de la temperatura de cocción y la atmósfera del horno. • La textura en la arcilla puede ser de dos clases: una textura que es realmente una rugosidad, y una impresión visual de textura resultante de colores rotos, puntos, manchitas o borrones. La textura de tipo visual puede inducirse en la pasta de arcilla añadiendo óxidos colorantes en forma granular que se cocerán a un color más oscuro que las zonas de arcilla que los rodean. Para conseguir este efecto puede utilizarse, por ejemplo, la ilmenita, con un tamaño de grano no demasiado fino. Gres cerámico • La experiencia demuestra, que durante la cocción de una pasta cerámica vitrificable, la porosidad decrece ''hasta llegar a ser cero" a una temperatura en la cual la vitrificación todavía no es totalmente completa. El producto cocido hasta este grado, es el gres. Si la cocción se continúa más adelante, en tiempo o en temperatura, la vitrificación prosigue y la porosidad aumenta de nuevo con el desarrollo de la estructura alveolar típica de la verdadera porcelana. Las excelentes propiedades químicas y mecánicas del gres, son debidas a su porosidad cero, de tal forma que la sobrecocción tiene para él un efecto debilitante. • El gres se define en general, pero concretamente, "como un producto cerámico vitrificado, caracterizado principalmente por su opacidad y su impermeabilidad", en contraste con la loza que es opaca pero permeable y con la porcelana que es impermeable pero traslúcida. Puede tener cualquier color, desde el blanco hasta el negro, y rompe con fractura concoidal o de piedra. Ocupa, por lo tanto, una posición central entre todos los productos cerámicos y, por esto, cuando una pasta porosa "se mejora", se hace más vítrea, puede dar lugar a un gres; a la inversa, las pastas finas vitrificadas, cuando se destinan para fines técnicos, dejan de cumplir las especificaciones concernientes al color y traslucidez, y entonces dan lugar también a un gres. Clasificación de los distintos tipos de gres a) b) El gres ordinario, o gres normal, que es básicamente una pasta densa pero económica, de color ante o azulado, cuya característica más importante es su resistencia al ataque por todos los agentes químicos, excepto el ácido fluorhídrico y sus derivados, y los cáusticos alcalinos calientes. Con él se pueden modelar grandes piezas, debido a que se prepara con arcillas plásticas de grano fino y gran resistencia mecánica en verde. El gres fino, hecho con materias primas más cuidadosamente seleccionadas, preparadas y mezcladas; se emplea para vajillas y piezas artísticas. c) El gres blanco, es un producto de calidad que requiere materias primas más puras y un proceso más refinado, eliminando cualquier posibilidad de contaminación. d) El gres resistente al choque térmico, que tiene adiciones especiales o tratamientos térmicos especiales, para hacerlo más resistente a los cambios de temperatura. e) El gres eléctrico, que lleva adiciones especiales con las que se consigue mejorar las mediocres propiedades eléctricas del gres normal. Rango de composiciones de los distintos tipos de Gres • La zona de composiciones posibles para gres es muy amplia, pero las composiciones de gres normal se distinguen por el hecho de emplear elevados porcentajes, a veces hasta un 70 %, de arcillas secundarias naturales, por ejemplo, ciertas "ball clays" y arcillas gresificantes, que son en general arcillas ilíticas y caoliníticas con bastante plasticidad y alta resistencia en verde. Estas arcillas vitrifican bien sin excesiva temperatura debido a su natural contenido en fundentes, tales como óxidos de potasio, sodio y hierro en cantidad suficiente, mientras que la cal y la magnesia se encuentran generalmente en las proximidades del 2 %. Es decir, las arcillas de gres son refractarias o semirrefractarias, pero contienen suficiente fundente para cocer, dando una pasta densa a temperaturas suficientemente bajas (±1.100ºC). Son relativamente plásticas sin tener demasiada contracción al aire y al fuego. • En general, las pastas compuestas mejor definidas para emplear como gres químico o para vajilla de mesa, son las formadas a base de 30-70 % de arcilla de gres, 5-25 % de feldespato y 30-60 % de cuarzo. La proporción de la pasta escogida e introducida como chamota, depende particularmente del tamaño de las piezas a fabricar. Las grandes piezas requieren más chamota para prevenir las distorsiones y roturas, pero en cambio la pieza cocida resultante es ligeramente más porosa, de 2'0 a 2'5 %, comparado con 0'5 % si no llevara tanta chamota. Los altos contenidos en chamota hacen también disminuir la resistencia a la tracción, que ya es de por sí baja en el gres. Formulaciones típicas para cerámicas blancas
