Calcinación y deshidroxilación

La calcinación es el proceso de calentar una sustancia a temperatura elevada para provocar la descomposición térmica o un cambio químico que cambie las propiedades de la sustancia. Las sales de carbono, azufre o nitrógeno se descomponen formando óxidos metálicos y gases CO2, SO2 o NO2. Los silicatos, hidróxidos y boratos pierden los grupos OH- liberando vapor de agua. El resultado son materias primas calcinadas, con unas propiedades distintas a las que tenían las materias primas originales.

La descomposición de las distintas materias primas se produce en un rango de temperaturas dependiendo de su naturaleza, y también del tamaño de las partículas ya que es necesario que el calor se transmita por toda la materia. Si realizamos una cocción rápida y las partículas son grandes la descomposición finalizará a temperaturas mayores.  

La pérdida de “agua química” es la llamada deshidroxilación que consiste en que los iones OH– de la estructura cristalina de las arcillas y los boratos comienzan a ser eliminados en forma de vapor de agua. Esta transformación ocurre mayoritariamente entre los 500º y los 650º en el caolín, transformándose en metacaolín o caolín calcinado, perdiendo su estructura cristalina. En la Illita, silicato predominante en las arcillas secundarias, la pérdida de OH comienza por encima de 300º y puede continuar hasta los 900º.

Los boratos, como bórax, colemanita y ulexita, inician esta transformación a 400º. Si la cocción es muy rápida en este periodo, pueden producirse arrollamientos del esmalte por defectos de agarre del vidriado de boro con la pasta. 

Algunos silicatos como el talco y algunos boratos como la colemanita liberan vapor de agua por encima de la temperatura de reblandecimiento del vidriado, lo cual puede producir problemas si se realiza un calentamiento demasiado rápido. 

Las sales de carbono y azufre se descomponen produciendo gases que escapan del horno y óxidos que permanecen en el cuerpo cerámico. Los gases que se producen por la descomposición térmica o termólisis son dióxido de carbono (CO2) en carbonatos, dióxido de azufre y oxígeno (SO2+O2) en los sulfatos, etc… Los gases procedentes de las descomposiciones pueden llegar a producir estallamientos en la pasta y cráteres en los vidriados si se trata de partículas gruesas ya que se produce un gran volumen de gases que intenta escapar de la arcilla.

En las arcillas es importante tener en cuenta la cantidad de carbonato cálcico CaCO3, magnésico MgCO3 y dolomita MgCa·2CO3 en su composición ya que se necesitará una cocción lenta hasta alcanzar los 1000º para permitir su total descomposición. 

En la composición de vidriados se emplean además otros carbonatos como los de litio Li2CO3, estroncio SrCO3, bario BaCO3 y zinc ZnCO3 para que actúen como fundentes tras su descomposición. Como colorantes, los más utilizados son los carbonatos de cobre CuCO3, de cobalto CoCO3 y de manganeso MnCO3. 

Conviene evitar el uso de arcillas con impurezas en forma de sulfatos, como el yeso (sulfato de calcio) o el sulfato de magnesio, que se descomponen alrededor de los 1100º (o incluso llegar hasta 1150º), ya que son temperaturas en las que muchos esmaltes ya están fundidos y se producen defectos por burbujas en los vidriados. 

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

En ciertas técnicas decorativas se trabaja con cloruros y fluoruros. Estas sales binarias son solubles y muy peligrosas ya que pueden ser absorbidas por la piel y las mucosas. Su descomposición genera iones de cloro Cl- y flúor F- (entre 700º y 900º) que al enlazarse con hidrógeno se transforman en gases clorhídrico y fluorhídrico altamente contaminantes y venenosos. 

La alúmina calcinada se obtiene mediante el llamado “proceso Bayer” partiendo del mineral “Bauxita” con alto contenido en aluminio. La bauxita se disuelve en sosa (hidróxido de sodio NaOH) para obtener aluminato de sodio (NaAlO2) que posteriormente se lava, se filtra y se precipita con hidróxido de aluminio Al(OH)3 para finalmente calentarlo a temperaturas que están entre 950º y 1200ºC. Así se obtiene la alúmina calcinada Al2O3.

También se obtiene alúmina calcinada a partir del mineral Gibbsita compuesto principalmente por hidróxido de aluminio Al(OH)3 en su forma cristalina “gamma”. Tras deshidratar el hidróxido se procede a su calentamiento a 1200ºC para obtener alúmina calcinada Al2O3.

Sustancia que se descompone	Reacción de termólisis	Rango aproximado de temperaturas
Carbonato de Calcio Carbonato de Magnesio Carbonato de Litio Carbonato de Estroncio Carbonato de Bario Carbonato de Zinc Sulfato de Calcio Sulfato de Magnesio Hidróxido de Calcio Hidróxido de Hierro Hidróxido de aluminio	CaCO3 →  CaO+CO2 MgCO3  → MgO+CO2 Li2CO3 → Li2O+CO2 SrCO3 → SrO+CO2 BaCO3 → BaO+CO2 ZnCO3 → ZnO+CO2 2CaSO4 → 2CaO+2SO2+O2 2MgSO4 → 2MgO+2SO2+O2 Ca(OH)2 → CaO+H2O 2Fe(OH)3 →  Fe2O3+3H2O 2Al(OH)3 → Al2O3+3H2O	900º-1200º 780º-1100º 730º-1270º 1100º-1200º 1000º-1450º 200-300º 1100°C- 1000ºC- 525ºC 250º 575º-1200º

Los óxidos Mn2O3, MnO2, Co2O3, Co3O4, y Fe2O3 desprenden oxígeno durante la cocción al transformarse en monóxidos, o cuando 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.