Aluminio

El óxido de aluminio Al2O3 tiene nombre propio y se llama alúmina. También se le conoce como corindón y es, tras la sílice, el óxido más importante de la cerámica.

Se presenta en varias formas cristalinas siendo la forma más densa la ∝-alúmina o corindón. Ella sola funde a 2040ºC aproximadamente. Es insoluble en agua y ligeramente soluble en ácidos y bases fundentes.

La forma natural de la alúmina es el corindón que, con trazas de Cr, Co, Cu y Fe forma algunas piedras preciosas como el rubí o el zafiro. El corindón es el segundo mineral más duro, tras el diamante, según la escala de Moh. El esmeril, que se utiliza como abrasivo, es un tipo de corindón con impurezas de hierro. 

Las formas hidratadas del óxido de aluminio son bauxita, gibsita y diásporo.  Bauxita es también el nombre de una roca rica en estos óxidos hidratados de aluminio.

En la cerámica es un óxido intermediario o estabilizador, que facilita la combinación entre los fundentes y los formadores de vidrio (sílice). 

Como óxido neutro o anfótero, la alúmina puede mostrar carácter alcalino (básico) o ácido. A alta temperatura, el carácter alcalino hace que se comporte como fundente. Así, el punto de fusión de la sílice baja de 1710ºC a 1545ºC por adición del 10% de alúmina. Aparte de su eutéctico con el SiO2, la alúmina no se comporta como fundente con otros materiales. Por ejemplo, el CaO y el MgO son más refractarios que la alúmina porque se funden a temperaturas más altas, pero si se combinan con otros elementos se comportan como fundentes, al contrario que la alúmina que mantiene su carácter refractario.

En las suspensiones, la alúmina disminuye la sedimentación y mejora la adherencia de vidriados crudos al soporte de pasta.

Su presencia aumenta la temperatura de fusión, y es el responsable en gran medida de la viscosidad del vidriado fundido, a la vez que hace que el intervalo de fusión sea más grande. En la fusión aumenta la tensión superficial. Con poca alúmina el vidriado resbala por las paredes y se pega en el horno a la plancha que soporta la pieza y con mucha alúmina resulta demasiado viscoso y rígido, lo cual puede provocar superficies con defectos. 

Evita la formación de cristales por desvitrificación siempre y cuando no haya presencia significativa de CaO.

En la cerámica proporciona durabilidad del vidriado, aumentando dureza, resistencia a la abrasión, a la vez que aumenta la resistencia química. Con la alúmina se disminuye la solubilidad del plomo, del zinc y de los alcalinos. La alúmina aporta refractariedad a las arcillas y si la añadimos en forma de hidrato o alúmina calcinada (que son sólidos cristalinos) podemos obtener materiales refractarios cerámicos técnicos.

Dependiendo del ratio alúmina:sílice de un vidriado, si la cantidad de alúmina es alta, el vidriado adquiere superficie mate, independientemente de los fundentes que haya en su composición.

Respuesta al color

La alúmina es transparente e incolora, pero altera los colores y suele hacer difícil la coloración clara de muchos óxidos, favoreciendo los colores negros y oscuros.

Materias primas

Rara vez se introduce la alúmina pura en los vidriados, siendo lo habitual utilizar alguna arcilla como materia prima de la alúmina, principalmente caolín Al2O3·2SiO2·2H2O debido a su mayor pureza, o diversos feldespatos (albita, ortoclasa, anortita), nefelina-sienita o feldespatoides (espodumeno Li2O·Al2O3·4SiO2, petalita Li2O·Al2O3·8SiO2).

Otros silicatos como cianita, distena y sillimanita Al2O3·SiO2 pueden utilizarse para obtener alúmina pero contienen ∝-Al2O3 que es el corindón, es decir, son muy duros y difíciles de moler, y tan solo se utilizan para lograr superficies rugosas en determinados vidriados.

Aunque no suele ser necesario añadir más alúmina de la contenida en arcillas, caolines  y feldespatos, hay una serie de materias primas que también podrían utilizarse para suministrar alúmina a nuestra mezclas, como son, la Moloquita (caolín calcinado), polvo de bauxita (roca con hidróxidos de aluminio), la Gibsita, el Hidróxido de Aluminio, la alúmina calcinada y la arcilla calcinada .

También se obtiene alúmina de ciertas rocas como la fonolita, rica en feldespatoides (nefelina, leucita) y feldespato ortoclasa y plagioclasa sódica, o de la piedra pómez.

En general se dispone de 4 tipos de alúmina para uso cerámico:

  • Alúmina calcinada que se presenta en varias formas dependiendo del grado de calcinación
  • Alúmina tabular que posee una riqueza en alúmina cristalizada en forma de ∝-alúmina de casi el 100% y es por tanto más pura que la calcinada.
  • Alúmina fundida, tras realizar su fusión en un horno de arco eléctrico
  • Alúmina hidratada que es muy utilizada por su mayor reactividad. Se emplea pintando los soportes refractarios del horno, formando una capa intermedia entre las piezas y los soportes.

Alúmina y arcilla calcinadas: Son las materias primas calcinadas, es decir, calentadas por encima de 600ºC, perdiendo el agua química. La alúmina calcinada es Ɣ-Alúmina.   Cuando el vidriado contiene una cantidad elevada de arcilla, suele introducirse una parte de ésta calcinada para mejorar el acoplamiento sobre el soporte. Sirven ambas también como materia prima de alúmina.

Moloquita o metacaolín: Moloquita o meta-caolín son otros nombres utilizados para designar al caolín calcinado a 1500ºC  o chamota de caolín. A veces se utiliza para disminuir la contracción, tanto durante el secado como la debida al coeficiente de dilatación.

Hidróxido de aluminio: Al(OH)3, Contiene un 56% de alúmina y un 46% de agua. Como el agua se evapora durante la cocción, significa que por cada 100 g de hidróxido de aluminio estamos aportando 56 g de alúmina al vidriado.

Gibsita: Hidrato de aluminio, Al2O3·3H2O, PM: 156,0. Es una de las fuentes del óxido de aluminio. También se conoce como gibsita una de las dos capas que forman el cristal de caolinita.

Sillimanita: Su fórmula es Al2O3·SiO2, también se denomina andalucita. Silicato tipo nesosilicato,  duro y refractario que aparece en rocas metamórficas. Se utiliza en cerámica para agregar alúmina a las pastas. Realmente la sillimanita y la andalucita son dos formas cristalinas del mismo silicato (polimorfos), pero su uso cerámico es el mismo..

Mullita: De fórmula 3Al2O3·2SiO2. Es un mineral muy escaso. Sin embargo es un compuesto que se forma durante la cocción formando cristales en forma de agujas (aciculares) que entrelazan los otros componentes del cuerpo cerámico incrementando su resistencia. En su formación hay varias etapas intermedias pero a partir de 1000ºC comienza a aparecer como producto final, si bien hasta 1150ºC no puede asegurarse su presencia. Si queremos introducir mullita adicional en una pasta, reforzando la que se produce durante la cocción, en lugar del mineral de mullita se suele añadir moloquita (caolín calcinado).

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