Silicatos

Los minerales de silicatos son las principales materias primas utilizadas en cerámica.

Los silicatos son el grupo de minerales más abundante en la corteza terrestre ya que suponen el 95% de ella.  Estos minerales forman rocas y se componen sobre todo de silicio y oxígeno, aunque también suelen incorporar en su composición otros elementos como aluminio, hierro, magnesio, calcio, etc..

Los minerales silicatos tienen una forma cristalina. La cristalización de los silicatos se basa en muchos  tetraedros conectados entre ellos de múltiples formas. Lo importante es que todos los silicatos se basan en esa unidad elemental para su cristalización. 

El tetraedro consta de un átomo de silicio que se coloca en el centro del tetraedro y cuatro átomos de oxígeno que se sitúan en los cuatro vértices del tetraedro.

Dentro del grupo de los silicatos están, entre otros, los que forman las arcillas, que se llaman filosilicatos y que se mezclan con compuestos de aluminio formando “filosilicatos de aluminio”.

Las arcillas no son minerales sino rocas pulverizadas, pero al ser rocas no tienen una composición pura y suelen ser una mezcla de minerales, y entre esos minerales los silicatos son los más abundantes en su composición. La arcilla es el resultado del envejecimiento de la corteza terrestre. A través del tiempo los fenómenos atmosféricos como la lluvia, el viento o los glaciares, modifican, rompen y desmenuzan las rocas. A este tipo de rocas se les llama rocas sedimentarias. Las arcillas suelen proceder de rocas que contienen feldespato (el feldespato es un mineral silicato) como por ejemplo el granito.

Las arcillas más puras como el caolín o la bentonita se forman así y se les llama arcillas primarias porque son sedimentos de rocas que había en el mismo lugar donde se encuentran estas arcillas puras.

Sin embargo, lo más común es que los sedimentos de roca sean transportados por corrientes de agua, combinándose durante el viaje con otras sustancias, para depositarse  finalmente en algún lugar. Y así se forman las arcillas secundarias, que tienen muchas más impurezas que las primarias y suelen ser mezclas de distintos minerales como feldespatos, cuarzo, carbonatos y micas, adquiriendo coloración por la presencia de hierro y otros óxidos colorantes. Dentro de la composición de una arcilla también puede haber impurezas consistentes en partículas no minerales (fitolitos).

Los silicatos que forman las arcillas son de distintos tipos, pero el más común es la caolinita (Al2O3.2SiO2.2H2O), que es un «filosilicato de alúmina hidratado» con una composición equivalente a 40% de alúmina (óxido de aluminio), 46% de sílice (óxido de silicio), y 14% de agua. 

Las partículas de arcilla son muy pequeñas, inferiores a 2 micras de diámetro. Por eso, cuando mezclamos la arcilla con agua se obtiene una suspensión de partículas que se denomina coloide.

Subclases de silicatos

Desde un punto de vista químico, los minerales llamados silicatos están compuestos principalmente por oxígeno y silicio y tienen una estructura atómica ordenada formando cristales con distintas formas (cadenas, láminas o estructuras en tres dimensiones). 

Todos los cristales se forman  a partir de la combinación de aniones en forma de tetraedros [SiO4]4-  que se combinan con cationes para lograr que la carga eléctrica del conjunto sea neutra. Los cationes pueden ser sobre todo iones alcalinos y alcalinotérreos. 

Además, en la red formada por los tetraedros [SiO4]4-, se suelen colar otros tetraedros formados por el aluminio porque el tetraedro de aluminio es muy similar en  tamaño (radio iónico) y en carga eléctrica al tetraedro de silicio. Esos tetraedros de aluminio tienen la fórmula  [AlO4]5- .

Las distintas formas de los cristales que forman los tetraedros definen las subclases de silicatos, y son las siguientes:

Ortosilicatos o Nesosilicatos: Son silicatos con tetraedros sueltos, de forma que cada tetraedro busca cationes distintos al silicio hasta quedar con carga neutra. Su fórmula es (SiO4)4-. Dentro de esta subclase están: Zircón, Olivino, Granate y Aluminosilicatos (Andalucita, Jadarita, Sillimanita, Distena).

Sorosilicatos: Los tetraedros se unen de dos en dos por un vértice para formar un grupo [Si2O7]6- En esta subclase están: Epidota, Melilita, Torveitita, Hemimorfita, Lawsonita

Ciclosilicatos: Los tetraedros se unen formando anillos. Hay anillos de tres, cuatro o seis tetraedros. Sus fórmulas son [Si3O9]6-  y [Si6O18]12- . 

Se agrupan en: Turmalina y sus variedades (chorlo, dravita, indigolita, lidicoaíta, elbaita, rubelita), Berilo y sus variedades (esmeralda, morganita), Cordierita, Dioptasa.

Inosilicatos: Formados por grupos de tetraedros unidos en largas cadenas de longitud indefinida. Los hay de cadena simple o de cadena doble.

Los más comunes son los que presentan cadenas simples (SiO3)n  llamados piroxeno, mientras que los llamados anfíbol tienen cadenas dobles. Son fibrosos y se agrupan en: Piroxeno, Anfíbol, Piroxenoide y Anfiboloide.

Filosilicatos: con tetraedros unidos por tres vértices a otros, formando una red plana que se extiende en un plano de dimensiones indefinidas. Son de hábito foliado. 

Se agrupan en: Clorita, Micas, Talco, Pirofilita, Serpentinas y Caolinita. 

Recordemos que las arcillas están formadas por filosilicatos, sobre todo por Caolinita.

Tectosilicatos: con tetraedros unidos por sus cuatro vértices a otros tetraedros, produciendo una malla de extensión tridimensional, compleja (SiO2)n . La sustitución de silicio por aluminio en algunos tetraedros permite que en la malla se coloquen cationes. Se agrupan en: Cuarzo, Tridimita, Cristobalita, Feldespatos, Zeolita, Escapolita.

Silicatos empleados en cerámica

Los minerales de silicatos son las principales materias primas fundamentales utilizadas en cerámica, ya sea como materias primas plásticas, compactantes o fundentes.

Como materias primas secundarias (colorantes y opacificantes) también se puede encontrar algunos buenos ejemplos, como el silicato de zirconio (opacificante), o los «pigmentos» que podríamos definir como silicatos creados artificialmente con el objetivo de colorear.

1.- Materias primas fundamentales plásticas: Son los filosilicatos que conocemos como arcillas. Tanto las arcillas primarias (caolín y bentonita) como las arcillas secundarias.

2.- Materias primas fundamentales formadoras de red: Son tectosilicatos que contienen casi exclusivamente sílice, por ejemplo el cuarzo o la cristobalita. También se utilizan en cerámica rocas trituradas que contienen un alto índice de tectosilicatos de sílice como son el sílex, el pedernal e incluso ciertas arenas de río.

3.- Materias primas fundamentales fundentes: Si bien las materias primas fundamentales plásticas y compactantes son siempre silicatos, en el caso de los fundentes se emplean en muchas ocasiones silicatos, pero también otros tipos de materias primas «no silicatos». Los silicatos utilizados como fundentes son principalmente:

  • Los feldespatos y los feldespatoides (ortosa, albita, pegmatita, sienita nefelina, espodumeno, lepidolita, petalita, etc…). Se trata de tectosilicatos que se utilizan para introducir óxidos fundentes alcalinos (sodio, potasio, litio)
  • Talco es un filosilicato de magnesio utilizado para introducir el óxido fundente de magnesio
  • Wollastonita es un inosilicato de tipo piroxeno con calcio, que se utiliza para introducir el óxido fundente de calcio

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