El Aluminio en la Cerámica

El aluminio, en la forma de su óxido (Al2O3) y conocido básicamente como alúmina, es uno de los componentes principales de la cerámica que provee, entre otras cosas, la alta resistencia y la conductividad caloríficas.

Es, de hecho, uno de los tres componentes principales de la arcilla; componente indispensable en la cerámica debido a que, además de suministrar esta resistencia al calor, confiere la plasticidad a pastas, engobes y esmaltes: esta es la razón por la cual, vamos a dar preferencia a las arcillas para introducir la alúmina a nuestros compuestos cerámicos.

Sin embargo, en muchas ocasiones las composiciones exigen agregados extra de alúmina que no puede ser introducida en forma de arcilla, debido a que su contenido de sílice rebasaría el límite prescrito por la fórmula. Para estos casos, se utilizan dos tipos de compuestos derivados de los mismos minerales.

El primero de ellos es la diáspora [αAlO(OH)], nombre mineralógico que se da a los cristales naturales de hidróxido de aluminio que, a diferencia del óxido, contienen iones hidroxilo. Debido al polimorfismo estructural, el hidróxido de aluminio también puede aparecer en las formas de Gibbsita [AlO(OH)] y de Bohemita [γAlO(OH)], de composiciones químicas idénticas, pero de forma cristalina distinta. Cualesquiera de estas rocas, introducen el hidróxido de aluminio de manera similar y, con el efecto del calor durante la calcinación o la cochura, terminarán por perder los iones hidroxilo que se desprenden en forma de vapor de agua para convertirse en alúmina pura (Al2O3) que, debido a estos procesos, recibe, dentro del campo de la cerámica, el nombre de “alúmina calcinada”, con lo que se la distingue de sus predecesores a los que llamamos “alúmina hidratada”, y que conforman el segundo grupo introductor de alúmina en este campo.

Bauxita.

El mineral conocido con el nombre de bauxita es una mezcla en proporciones variadas de las distintas formas de hidróxido de aluminio. Algunas de ellas se acercan a la composición y estructura de la gibbsita, pero, en su mayoría, son mezclas en las que se suele encontrar algo de hierro como impureza. Como consecuencia de ello, la bauxita no es un mineral único y su nombre debería aplicarse solamente a un tipo de roca.

Las distintas bauxitas contienen diferentes proporciones de diáspora, gibbsita y bohemita, una de las cuales, puede aparecer como dominante. Todas ellas, al igual que las versiones más puras de algún hidróxido de aluminio, pueden utilizarse para introducir alúmina a los componentes cerámicos, siempre y cuando la liberación de agua que producen durante la cochura no cause los problemas característicos de la liberación de gases.

Corindón.

Dentro del segundo grupo de introductores de alúmina encontramos al corindón (Al2O3), nombre mineralógico que recibe el óxido de aluminio puro. El corindón suele aparecer como cristales gruesos y masivos o en forma de arenas de granulación muy diversa.

Debido a su dureza (H9), las variedades gemológicas están consideradas dentro del grupo de las piedras preciosas. Los rubíes, por ejemplo, son de corindón contaminado con trazas de cromo, y los zafiros, cuando son azules, deben su color a la presencia de hierro y de titanio.

Rubí

Zafiro

Esta versión de óxido de aluminio tiene la ventaja de no contener agua en sus cristales, lo que hace que no produzca gases durante la quema.

El pigmento rosa de Alúmina – Cromo es un tipo de espinela muy semejante al rubí, y se obtiene por calcinación de una mezcla de alúmina, óxido de cromo y óxido de zinc.

Tabla indicativa de estos materiales y su nomenclatura

Los silicatos de aluminio.

 

Dentro del grupo de los nesosilicatos, encontramos un subgrupo de compuestos que contienen alúmina y sílice, por lo que se conoce como el “grupo Al2SiO5”.

Los compuestos que ofrece este grupo son, en realidad, polimorfos de la misma estructura química:

  1. Andalusita (Al2SiO5). Es una versión ortorrómbica de este silicato con los tetraedros de sílice dispuestos alrededor de dos poliedros de alúmina.
  2. Sillimanita (Al2SiO5). Esta es otra versión ortorrómbica del silicato de aluminio, pero en que los poliedros de alúmina y sílice se alternan uno a uno.
  3. Cianita o Kianita. (Al2SiO5). En este caso, tenemos el mismo silicato, pero de cristalización triclínica

           

Estos minerales contienen una proporción más elevada de alúmina que las arcillas, ya que su relación es uno a uno. Pueden agregarse a un componente cerámico para hacerlo más refractario, pero debe recalcularse la cantidad de sílice de la fórmula original, restando la proporción introducida por estos compuestos. Es importante notar, no obstante, que estos minerales tampoco son plásticos.

Por último, la Mullita o Porcelanita es también un nesosilicato ampliamente empleado en la cerámica como un mineral altamente refractario debido a que es el mineral que contiene la mayor cantidad de alúmina en relación con la sílice.

Su fórmula presenta dos variedades estequiométricas: 3Al2O3 – 2SiO2 y 2Al2O3 – SiO2. Debe su nombre a que fue descubierta en 1924 en la isla de Mull, en Escocia.

Agregada a un cuerpo cerámico en sustitución de una parte proporcional de sílice pura, ayuda a disminuir el porcentaje total sumatorio de cuarzo contenido en las materias primas (silicatos) para que este contenido resulte por debajo del 70 %. Un cuerpo cerámico que excede este porcentaje de sílice en su composición va a producir, sin duda, el defecto de descascarillado.

Efecto de descascarillado por exceso de sílice en un cuerpo cerámico

Asimismo, cuando se requiere de un excedente de alúmina en algún vidriado para hacerlo mate, cualesquiera de los introductores de hidróxido, óxido o silicato de aluminio pueden ser empleados haciendo siempre las compensaciones necesarias para no exceder ninguno de los demás componentes. En pastas altamente refractarias y para escultura, siempre aparecerán estos compuestos como un ingrediente indispensable, muy particularmente, el groque o chamota de mullita de granulación gruesa. Sus agregados pueden llegar a ser hasta del 20 por ciento por encima de la fórmula, a condición de que la plasticidad no merme.