Overview

La materia prima principal del proceso de fabricación de la cerámica, es la arcilla. Raramente esta puede ser utilizada tal y como está en la naturaleza, por lo que hay que añadir otros materiales tales como fundentes u otros tipos de arcillas para mejorar sus propiedades. De hecho existen diferentes formas de preparar las arcillas de acuerdo con el fin que se persiga (45).

Por tanto las materias primas fundamentales para la elaboración de ladrillos de cerámica roja son:

1.Elementos plásticos: Son las arcillas y caolines que forman la base de las pastas cerámicas debido a su plasticidad.

Se puede definir a la arcilla como una sustancia mineral terrosa, compuesta en gran parte de hidrosilicato de alúmina, que se hace plástica cuando se humedece, y dura y semejante a la roca cuando se cuece. Otra definición podría ser: la sustancia mineral proveniente de la disgregación y descomposición de las rocas feldespáticas durante millones de años, para dar lugar a partículas pequeñísimas. (30)

El término arcilla se usa habitualmente con diferentes significados:(41)

-Desde el punto de vista mineralógico, engloba a un grupo de minerales (minerales de la arcilla), filosilicatos en su mayor parte, cuyas propiedades físico – químicas dependen de su estructura y de su tamaño de grano, muy fino (inferior a 2 μm).mayor parte de los casos de origen detrítico, con características bien definidas. (36)

-Para un sedimentólogo, arcilla es un término granulométrico, que abarca los sedimentos con un tamaño de grano inferior a 2 μm.

-Para un ceramista una arcilla es un material natural, que cuando se mezcla con agua en la cantidad adecuada se convierte en una pasta plástica. Desde el punto de vista económico las arcillas son un grupo de minerales industriales con diferentes características mineralógicas y genéticas y con distintas propiedades tecnológicas y aplicaciones. (36)

Por su composición química, se pueden clasificar según Seger:

I. Arcillas puras ricas en alúmina, dan productos refractarios de color blanco.

II. Arcillas ricas en alúmina y pobres en hierro, dan por cocción coloración amarilla o gris, empleándose para fabricar lozas.

III. Arcillas pobres en alúmina y ricas en hierro. Por cocción adquieren color rojo característico y elevando más la temperatura se vuelve violáceo y azul. Son las arcillas

más favorables para fabricar materiales de construcción, siendo la relación entre la cantidad de alúmina y hierro igual a 3 la más favorable.

IV. Arcillas pobres en alúmina, ricas en hierro y cal, como las margas arcillosas, dan a baja temperatura coloración roja y a alta roja claro o blanco-amarillento, debido a la formación de silicatos cálcicos y si se funden toman color verde o negro. (23)

2.Elementos magros o desgrasantes.

Son los materiales encargados de disminuir la plasticidad de las arcillas y su retracción al secado, y evitan retracciones muy bruscas de la masa que conducen al agrietamiento. Entre los materiales más utilizados como desgrasantes en las mezclas cerámicas se encuentran las arenas, la piedra pulverizada, conchas molidas (arcilla cocida y pulverizada), huesos, el cuarzo, el pedernal, las arcillas silíceas, la cáscara de arroz, hierbas, residuos molidos de ladrillos cocidos (chamota), entre otros. (8)

3.Los Fundentes

Los fundentes dentro de las pastas cerámicas son componentes de bajo punto de fusión, que se combinan con los compuestos alumino-silíceos y que reducen la temperatura de fusión de la masa arcillosa; son sustancias que funden y hacen que fundan otros componentes. En otras palabras, son los encargados de bajar la temperatura de vitrificación y hacen que la pasta cerámica densifique más rápidamente. (27; 28; 13)

Los fundentes más usados en la fabricación de materiales cerámicos a nivel mundial son los siguientes: El Bórax, el ácido bórico, el carbonato de sodio, el carbonato de calcio, el nitrato de sodio, el carbonato de potasio, huesos calcinados, la apatita, el fluoruro de calcio, la criolita, óxidos de hierro, óxidos de antimonio, óxidos de plomo, minerales de litio y minerales de bario, el silicato de sodio, el lodo rojo de aluminio o residuo de bauxita, el vidrio molido, el feldespato, dolomitas, sílice(SiO2) y el carbonato de calcio(CaCO3).(28; 13; 14)

Otros fundentes utilizados en la producción de piezas cerámicas sobre todo en la producción artesanal de ladrillos son: el aserrín, el alquitrán y el grafito.

1.3.1 El carbonato de calcio. Su acción fundente.

Este mineral ejerce una acción fundente muy enérgica en las pastas cerámicas rebajando la temperatura de cocción. Por acción del calor, se descompone en óxido de calcio y desprende gas carbónico, por eso se usa también cuando se desea obtener cerámica porosa. Si aparece en la arcilla como granos grandes, la cal formada durante la cocción tiende a carbonatarse e hidratarse al salir del horno por acción del medio ambiente, produciendo grietas en el interior y erosión en la superficie de los productos como resultado del aumento de volumen. En las pastas crudas actúa como antiplástico, aunque no reduce el encogimiento en el secado tanto como la sílice. (23)

La acción fundente de los carbonatos (calcita) durante el proceso de cocción está asociada a la reducción de la temperatura de sinterización, básicamente porque estos minerales influyen en las transformaciones mineralógicas que tienen lugar en los minerales de arcilla durante su tratamiento térmico y permite la formación de mayor cantidad de fases vítreas a menor temperatura comparado con materiales que carecen de carbonatos, (29; 13; 38). Durante la cocción tienen lugar dos procesos: a) la deshidrolización de la caolinita (500-600°C) y b) la descarbonatación de los carbonatos (700-800°C). Una gran cantidad de material amorfo es creado a través de este proceso, el cual favorece la formación de nuevas fases: Anortita, Gelenita, Wollastonita (34).

Las dosis de carbonatos de calcio y magnesio más usadas en la práctica según la literatura están siempre en el rango 15%-35% en relación al peso de la arcilla. En todos estos casos para temperaturas de quema entre 900-1000 °C se reportan caídas de la resistencia a compresión producidos por el aumento de la porosidad. Esta porosidad viene dada por la presencia de grietas debido a la expansión del óxido de calcio sin combinar cuando se hidrata, y de la misma estructura porosa del óxido de calcio que se forma, (29; 13; 38).

Información muy interesante sobre los cambios en la composición mineralógica de las arcillas durante el tratamiento térmico de estas con la adición de fundentes, fue hallada en el artículo presentado por Mayoral et al “Thermochimica Acta” (112), el cual describe la acción fundente

del CaCO3en los minerales de arcilla. El trabajo está basado en el estudio del mecanismo de

descomposición de la Caolinita en el sistema ternario CaO-Al2O3-2SiO2. (Ver Figura 1)

Una investigación realizada por un equipo perteneciente al Centro de Investigación y Desarrollo de las Estructuras y los Materiales de construcción de la UCLV (CIDEM), llevó a cabo un estudio sobre el efecto de la adición de pequeñas cantidades de carbonato de calcio como fundente en la producción de ladrillos rojos de cerámica cocida, con el objetivo de mejorar el perfil energético de la producción a través de la disminución de la temperatura y el tiempo de quema. Dicho trabajo demostró que la adición de cantidades de carbonato de calcio que oscilen entre el 2-5% de la masa de arcilla mejora la resistencia a compresión de los

ladrillos a temperaturas cercanas a los 900oC, y tiempos de sinterización de 1-3 horas. Este

efecto se atribuye a las modificaciones de las reacciones que se producen en las arcillas durante el tratamiento térmico por la presencia del mineral calcita, que permite que la sinterización ocurra a temperaturas más bajas en las arcillas estudiadas, que tienen composición mineralógica donde predomina el mineral motmorillonita. El trabajo hizo un amplio estudio de los cambios en las propiedades físico-químico-mecánicas que se producen a escala microscópica y macroscópica. Estos estudios muestran un incremento consistente de la resistencia mecánica, que se atribuye a la formación de la fase anorthita entre los productos de reacción. Los resultados del trabajo fueron puestos a prueba en talleres prototipo reales, donde se demostró que se producen incrementos de la resistencia a compresión entre 40- 50%, y una reducción de los costos energéticos que oscilan entre un 30-50%. Ver ANEXO 14

En Cuba se reporta el uso de margas calizas o carbonatadas, con alto contenido de CaCO3

en su composición química (85,61%) en combinación con arcillas rojas comunes en proporciones 80-20%, respectivamente, en la producción de ladrillos cerámicos. La fábrica en la que se utilizan estas materias primas es el combinado cerámico de Managua, ubicado en la provincia de La Habana.