Formación de gases y volatilización durante la cocción

Durante todo el proceso de cocción se producen desprendimientos de gases. Estos gases se desprenden por las causas siguientes:

  • la volatilidad de ciertos óxidos y otros compuestos con el incremento de temperatura, 
  • por reacciones químicas entre distintos compuestos con la temperatura
  • por reacciones químicas que desprenden gases provocadas por la atmósfera del horno. 

Las fases en las que se producen mayores desprendimientos de gases son durante la calcinación, por la descomposición de muchas materias primas, y durante la fusión.

Gases por volatilidad

En muchos materiales, si seguimos aumentando la temperatura más allá de su fusión se produce la evaporación, de forma que un compuesto en estado líquido pasa a estado gaseoso. Incluso, algunos compuestos, pasan directamente del estado sólido al gaseoso sin pasar por el estado líquido, denominándose este proceso sublimación.

Volatilización es un término más genérico que se suele asignar tanto a los procesos de evaporación como a los procesos de sublimación, es decir, decimos que un compuesto es volátil cuando pasa a estado gaseoso, desde sólido o desde líquido. Durante el transcurso de una cocción cerámica se producen múltiples volatilizaciones de distintos compuestos según aumenta la temperatura hasta que se alcanza la fusión, tanto en los vidriados como en las pastas.

Hay determinados óxidos, utilizados en cerámica, que son muy volátiles. Estos compuestos volátiles, cuando están en forma de gases, pueden sedimentar sobre el soporte creando así vidriados que pueden ser provocados de forma intencionada o que se producen de forma no deseada. 

Los óxidos de sodio y potasio, el óxido de plomo y el óxido de boro se volatilizan paulatinamente según va aumentando la temperatura. Este proceso comienza realmente a baja temperatura y se va haciendo más notable según aumenta la temperatura. Esta volatilidad puede provocar que un vidriado deje de tener las proporciones adecuadas de fundentes y no se funda correctamente a la temperatura prevista.

Algunos colorantes, como el óxido de cromo, el de cobre y el de cadmio, también se volatilizan.  Los vidriados de molibdeno pueden realizarse a cualquier temperatura y se pueden conseguir por sublimación (el molibdeno se sublima a partir de 700ºC) de forma que obtendremos cristalizaciones en todas las piezas del horno por precipitación de los gases de molibdeno. Las volatilizaciones de colorantes  “contaminan” todas las piezas del horno ya que sus vapores se vuelven a depositar sobre todo lo que haya en el contenedor del horno, creando coloraciones indeseables. Por ejemplo, un vidriado blanco de SnO2 se vuelve rosa si se sedimentan vapores de Cr2O3, y si estamos en reducción, se puede volver rosa por sedimentación de vapores de CuO.

Además de los óxidos mencionados, los cloruros y los fluoruros se volatilizan con mucha facilidad, tanto antes como después de su descomposición. También ocurre esto con los cloruros de metales pesados. Si se dejan recipientes con sal común entre las piezas a cocer, se producirán sedimentos de sodio irregulares y muy vivos, especialmente con atmósfera reductora (debido a las turbulencias de los gases de combustión). 

Todas las volatilizaciones se sedimentan también en las paredes y en las piezas refractarias del horno, creando una capa vítrea que se vuelve pegajosa, que vuelve a volatilizarse de nuevo en cada cocción. Para evitar estos efectos se suelen pintar las superficies del horno con una mezcla de caolín y cuarzo, o bien se espolvorea polvo de alúmina puro (tóxico) sobre las placas y soportes. Son especialmente problemáticas para los hornos las volatilizaciones de molibdeno, plomo, cromo y cobre.

Gases por reacciones entre compuestos

En el calentamiento, durante la calcinación, se desprenden gases que son fundamentalmente vapor de agua, CO2, SO2, etc.. fruto de la deshidroxilación y la descomposición de carbonatos, sulfuros, sulfatos, etc…

Con ciertas materias primas (sobre todo talco y colemanita), puede ocurrir que el vapor de agua se libere por encima de la temperatura de reblandecimiento del vidriado, lo cual puede producir problemas si se realiza un calentamiento demasiado rápido. 

Los carbonatos liberan CO2 en su descomposición, entre los 450 y los 900ºC. Esta liberación de gas puede provocar burbujas en vidriados fluidos, como ocurre cuando tenemos espato calizo en el vidriado.

Si el combustible empleado en la cocción contiene azufre, o bien si la pasta contiene pirita, durante la cocción se produce SO2 y SO3 en la atmósfera del horno, que se deposita y reacciona con los óxidos alcalinotérreos (BaO, CaO, MgO) produciendo sulfatos que al solidificar darán superficies blancas mates arrugadas.

También se produce emisión de gases, en este caso O2, por desprendimiento de oxígeno de los distintos óxidos colorantes durante la fusión.

Los óxidos Mn2O3, MnO2, Co2O3, Co3O4, y Fe2O3 desprenden oxígeno durante la cocción al transformarse en óxidos bivalentes, o cuando son bivalentes y se disuelven en atmósferas reductoras. Estas transformaciones ocurren cuando el vidriado ya está fundido y provocan burbujas que se pueden traducir en defectos del vidriado como picaduras, o cráteres, u opacidades. También se producen estos defectos en pastas y engobes cuando estos óxidos están presentes. Para evitar estos inconvenientes se pueden utilizar fritas, en las que las transformaciones ya se han producido, o utilizar cocciones muy oxidantes.

Gases por reacciones provocadas por la atmósfera del horno

En las cocciones reductoras, es decir cocciones con poco oxígeno, en la atmósfera del horno se producen gases (como O y CO) junto a partículas sólidas (carbono sólido, hollín,..), que tratan de “robar” oxígeno a los óxidos en estado fundido. 

Esto provoca que, sobre todo en los vidriados, se produzcan movimientos de oxígeno que se desprenden de los óxidos. Si el vidriado es muy viscoso, habrá menor movimiento que si el vidriado es fluido. 

Por otro lado, el carbono procedente de la combustión o de la reacción CO + CO → CO2 + C se deposita en los poros de pastas bizcochadas  y vidriados (antes de fundir) de forma que al llegar a la fusión queda atrapado aportando la coloración negruzca tan típica de los ahumados y carbonaciones.

Si el vapor de agua contenido en la atmósfera del horno es muy abundante, se absorbe por los vidriados fundidos disminuyendo su viscosidad, de forma que se favorece la formación de cristales y se facilitan los movimientos de oxígeno en atmósfera reductora.

Vidriados y cocciones atmosféricas

La volatilización y posterior sedimentación de ciertos óxidos también se puede utilizar de forma deseada para obtener ciertas decoraciones y vidriados.

Se denomina cocción atmosférica a procesos en los que determinados compuestos se introducen en forma de gases en la atmósfera del horno, o en forma de sólidos o líquidos que al realizar la combustión se volatilizan y posteriormente se sedimentan sobre la superficie del soporte, de forma que se producen coloraciones y efectos decorativos, y en muchos casos vidriados por la reacción entre la pasta cerámica del soporte y los productos sedimentados.

Los compuestos volatilizados que forman parte de estas atmósferas del horno pueden proceder de compuestos y sustancias que se han volatilizado debido a la acción de la temperatura, cenizas provenientes de la combustión de materiales orgánicos (por ejemplo cenizas de maderas en hornos de leña), y/o  el humo y el hollín procedentes de combustión reductora (carbonación) en un horno. 

El vidriado de sal, consiste en añadir cloruro sódico (sal) durante la cocción para que se volatilice en el atmósfera del horno y se deposite sobre las piezas.

Los vidriados de cenizas son probablemente las cocciones atmosféricas más antiguas y se producen en hornos de leña cuando las cenizas pasan a la atmósfera del horno y se sedimentan sobre las piezas, aportando fundentes como la cal que , al reaccionar con la sílice de las pastas, producen un vidriado de las piezas.

En muchas de las técnicas utilizadas para las cocciones atmosféricas se emplean hornos especiales. En el caso de los vidriados de sal es obligatorio el uso de un horno especial, ya que el esmaltado de gas de sodio no solo se deposita sobre las piezas sino también sobre todas las paredes del horno.

En otros casos, se utilizan hornos auxiliares donde se realiza el proceso de reducción, como ocurre en todas las técnicas que utilizan bidones, hoyos en el suelo, etc..

En otros casos se utilizan hornos normales, pero se introducen las piezas en pequeños contenedores o gacetas , de forma que la atmósfera que rodea a la pieza es el aire contenido en la gaceta.

En cuanto a los “colorantes” utilizados en estos procesos, se puede usar prácticamente cualquier cosa. El carbono en forma de humo es el colorante más utilizado, pero también se emplean cuerdas, cables, crines, sustancias orgánicas, etc.. También se emplean mucho ciertas sales volátiles que se aplican en forma líquida sobre las piezas (como el cloruro férrico), o se depositan en la atmósfera del horno, provocando su volatilización y su sedimentación sobre las piezas. 

En muchos de los casos, el tipo de construcción de los hornos afecta al resultado de este tipo de cocciones, al igual que el tipo de arcillas utilizado en las piezas. Este tipo de procesos produce características únicas como son las marcas de variegación que dejan las llamas y los humos así como otras sustancias que ponemos en el aire o el líquido que se dispersan y se sedimentan siguiendo el flujo del calor en el horno.

Un comentario en “Formación de gases y volatilización durante la cocción

Deja una respuesta

Introduce tus datos o haz clic en un icono para iniciar sesión:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Salir /  Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Salir /  Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Salir /  Cambiar )

Conectando a %s

A %d blogueros les gusta esto: