LECCION 2.- CERAMICAS // MATERIAS PRIMAS. 1.- Introducción ...

LECCION 2.- CERAMICAS // MATERIAS PRIMAS.
1.- Introducción.
Para la fabricación de los materiales cerámicos se utilizan las siguientes materias primas:
Plásticas.
Arcillas naturales de una o más variedades para poder conseguir mejores propiedades. Desde el punto
de vista mineralógico su composición es mayoritariamente caolinita con montmorillonita como
componente subordinado. Suelen acompañar halloysita, illita y pirofilita, además de los minerales no
arcillosos como cuarzo, feldespato, micas y vidrio volcánico. Las arcillas plásticas a menudo se
clasifican de acuerdo con el tamaño de partícula (porcentaje contenido de partículas inferiores a 0.5
µm).
La conformación de la pasta cerámica más conveniente, mediante la mezcla de arcillas y otros
minerales, es una práctica de uso propia de cada industria para cada producto. Las especificaciones de
la materia prima son establecidas en función de la tecnología empleada y el destino del producto a
elaborar.
Las pastas cerámicas deben tener características tales que permitan su conformación en crudo, un
secado satisfactorio y de buena calidad, adecuada resistencia, temperatura de fusión ajustada, y otras
características específicas de acuerdo con el producto final. En la fabricación de lozas, las
especificaciones referidas al color son menos exigentes debido a la cobertura con esmalte que se
realiza a la pieza.
No plásticas.
Materias que se agregan a las arcillas para disminuir su excesiva plasticidad, rebajar su temperatura de
cocción, aumentar su porosidad, colorear o recubrir de esmalte las piezas.
Se utilizan los siguientes tipos:
(i).- Desgrasantes:
Materiales arenosos que reducen la excesiva plasticidad de algunas arcillas, ya que no retienen agua y
disminuyen su adherencia al estar húmedas, lo que dificulta su manejo y moldeo. La retracción es
menor al secarse la pasta. Se deben añadir finamente molidos para no quitar homogeneidad. Los más
utilizados son:
- La arena de cuarzo (SiO2) o anhídrido silícico, que puede estar presente en la propia arcilla o
añadirse. Aumenta de volumen al elevar la temperatura reduciendo la contracción de la pasta aunque
un calentamiento brusco produce una expansión violenta que podría romper la pieza.
- El feldespato potásico que da transparencia a las porcelanas y lozas y sirve también para fabricar
esmaltes cerámicos.
- La chamota o barro cocido es el más utilizado y económico por proceder de piezas rotas o
defectuosas que se pulverizan añadiéndose a la arcilla y no se contrae al volverse a cocer.
- Escoria granulada.

(ii).-Fundentes:
Se añaden a la pasta para reducir la temperatura de cocción ya que bajan el punto de fusión del
material, abaratando costos y permitiendo la parcial vitrificación de las piezas. Los más utilizados son:
- Carbonato cálcico, que muy frecuentemente es impureza de la arcilla, no siendo necesario añadirlo.
El aporte calizo es sin embargo perjudicial para la pieza y conviene reducirlo o molerlo finamente.
- El feldespato potásico que da transparencia a las porcelanas y lozas y sirve también para fabricar
esmaltes cerámicos.
- Óxidos de hierro.
También se usan sosa y potasa.
(iii).- Materiales quemantes.
Se añaden a la pasta con el fin de aumentar la porosidad y favorecer la sinterización uniforme de la
pasta cerámica. Se utilizan materiales orgánicos como el serrín o carbón (lignito) que al quemarse en
el horno dan piezas de alta porosidad y poco peso.
(iv).- Materiales plastificantes.
Se añaden para aumentar la plasticidad de la pasta cerámica. Se usan arcillas de alta plasticidad y
sustancias tensoactivas (Hidróxido, carbonato o silicato sódico, cal, oxalato, humus, etc.).
La dosificación de estas materias primas depende del tipo de producto a conseguir, clasificados de
acuerdo a su permeabilidad y grado de vitrificación, o vidriado parcial en sus caras en productos
cerámicos porosos, semipermeables e impermeables.
Los materiales cerámicos se obtienen a partir de distintos tipos de arcillas, que son rocas sedimentarias
de origen mecánico formadas en la fase detrítica de partículas muy finas.
En la tabla 1.1 se detallan los principales productos cerámicos y las materias primas a utilizar.

Tabla 1.1.- MATERIAS PRIMAS UTILIZADAS EN LAS PRINCIPALES INDUSTRIAS CERAMICAS

2.- Los silicatos y su estructura.
2.1.- Introducción.
Más del 90 % de los minerales que forman las rocas son silicatos, que son compuestos de silicio y oxígeno,
(elementos más abundantes en la corteza terrestre, Tabla 2.1.1), y uno o más iones metálicos. Por consiguiente,
la mayor parte de suelos, rocas, arcillas y arenas son clasificados como silicatos.
En lugar de caracterizar las estructuras cristalinas de los silicatos en términos de celdillas unidad, es más
conveniente utilizar varias combinaciones de tetraedros de [ ] 4
SiO4 −
(Figura 2.1.1), y así todos los silicatos
2
O − y el centro
están formados a partir de un esqueleto de tetraedros con los vértices ocupados por iones
4
por Si + . . Cada átomo de silicio esta unido a cuatro átomos de oxigeno, los cuales están situados en los
vértices del tetraedro. El átomo de silicio esta colocado en el centro. Puesto que esta es la unidad básica de los
silicatos, frecuentemente se considera una entidad cargada negativamente (- 4).
4
Si + (r = 0.39 A
En presencia de un ión pequeño y fuertemente cargado como el
) , los iones oxigeno
2
O − (r = 1.32 A
) se encuentran fuertemente polarizados y deformados y el tetraedro es menor que el
calculado a partir de los radios iónicos. La distancia Si-O determinada con la ayuda de espectros de
difracción de rayos X es de 1.62 A
en vez de 1.71 A
que es la suma de los radios del ión silicio
2
del anión—oxigeno ( O − ). La arista del tetraedro es de 2.55 A
.
SiO −
El tetraedro [ ] 4
4
4
Si + y
se encuentra eléctricamente descompensado (el Si aporta cuatro cargas positivas
frente a la ocho negativas de los cuatro oxígenos de los vértices), por lo que ha de unirse a otros cationes
para neutralizar las cargas.
A menudo los silicatos no son considerados iónicos puesto que tienen un significativo carácter covalente en
los enlaces Si -- O, los cuales son direccionales y relativamente fuertes. Las varias estructuras de los silicatos
SiO −
se originan a partir de las distintas maneras en que las unidades de [ ] 4
4
distribuciones de una, dos o tres dimensiones.
TABLA 2.1.1.- Elementos más abundantes en la Naturaleza.
ELEMENTO PORCENTAJE EN PESO EN LA
CORTEZA TERRESTRE
1.-OXIGENO 46.46
2.-SILICIO 27.61 74.07
3.-ALUMINIO 8.07
4.-HIERRO 5.06
5.-CALCIO 3.64
6.-SODIO 2.83
7.-POTASIO 2.58
8.-MAGNESIO 2.07
9.-TITANIO 0.62
10.-HIDROGENO 0.14
11.-LOS RESTANTES ELEMENTOS 0.92
pueden combinarse en

Figura 2.1.1.- Un tetraedro silicio-oxigeno [ ] 4
SiO4 −
.
Dependiendo del número de oxígenos que se coordinen a otros silicios se originan los grandes grupos de
silicatos (es decir, según el número de vértices compartidos por tetraedros, que pueden ser 0, 1, 2, 3, y 4):
Dichos grupos son:
Nº de oxígenos
compartidos por cada
tetraedro
Tipo de agrupamiento
de los tetraedros
Nombre del gran
grupo de silicato
0 aislados NESOSILICATOS
1 parejas SOROSILICATOS
2 anillos CICLOSILICATOS
2 y 3 cadenas INOSILICATOS
3 planos FILOSILICATOS
4 tridimensional TECTOSILICATOS

Una representación de estos agrupamientos se muestra en la figura 2.1.2. Según sea la coordinación de los
otros oxígenos que se unen a otros cationes distintos del silicio se forman los diferentes minerales dentro de
cada gran grupo de silicatos.
Figura 2.1.2.- Representación de los grandes grupos de silicatos. Ejemplo de nesosilicato: Olivino.

2.2.-Sílice.
Químicamente, el silicato más sencillo es el dióxido de silicio, o sílice (SiO2). Estructuralmente, es una red
tridimensional que se genera cuando todos los átomos de oxigeno de cada tetraedro son compartidos con
tetraedros adyacentes. Por consiguiente, el material es eléctricamente neutro y todos los átomos tienen
estructuras electrónicas estables. En estas circunstancias, la relación entre los átomos de Si y O es 1:2, tal
como esta indicado por la formula química.
Si todos los tetraedros se colocan de una forma regular y ordenada, se forma una estructura cristalina.
Existen tres formas cristalinas polimórficas primarias de la sílice: cuarzo, cristobalita (Figura 2.2.1) y tridimita.
Sus estructuras son relativamente complicadas, y comparativamente abiertas, o sea, los átomos no están
empaquetados al máximo. Como consecuencia, estas sílices cristalinas tienen densidades relativamente bajas,
por ejemplo, a temperatura ambiente, el cuarzo tiene una densidad de solo 2.65 g/cm 3 . La resistencia del
enlace Si -- O se refleja en una temperatura de fusión relativamente alta, 1710 °C.
Figura 2.2.1.- Estructura de la α -cristobalita (a) mostrando la red tipo diamante
(b) de átomos de Si entre los cuales se insertan átomos de O.
Los cambios de una especie a otra, y de variedad dentro de la misma especie, envuelven variaciones de
volumen muy importantes. La sílice anhidra existe en todas sus formas en los productos industriales, por
esto el conocimiento de sus propiedades y las consecuencias de los cambios de estado cristalino son
verdaderamente importantes en la tecnología cerámica. E l comportamiento de los ladrillos de sílice, las
relaciones entre el soporte y el esmalte, la resistencia al choque térmic o , dependen de la cantidad y la
variedad cristalina que entre en su composición, o de la fase vítrea obtenida por ataque de estas variedades
de sílice.
Las formas estables a temperaturas elevadas del cuarzo, tridimita y cristobalita, son más simples y
simétricas que las correspondientes a temperaturas bajas.
Los intervalos de estabilidad de las diversas especies de sílice se muestran en la tabla 2.2.1.
Los cambios de variedades de sílice dentro de una misma especie no implican la desaparición de los
tetraedros sino solamente una modificación en la dirección y longitud de los enlaces. La energía necesaria
para efectuar estas transformaciones es débil y la inversión es casi instantánea y reversible. Para esta
inversión no se necesita la acción de ningún catalizador y se produce simultáneamente en toda la masa
cristalina, siendo acompañada de una variación energética muy pequeña. El cuarzo α , que es el que
encontramos en la naturaleza, es una versión deformada de la forma β estable a alta temperatura. La
inversión del cuarzo α al cuarzo β tiene lugar a 573° C y en ella se produce un aumento de volumen en
el sentido α ⇒ β .

Tabla 2.2.1.- Intervalos de estabilidad de las diversas especies de sílice.
Las fases anteriores y sus temperaturas de inversión se hallan resumidas en la figura 2.2.2, debida a Sosman.
Figura 2.2.2.- Clasificación gráfica de las fases de la sílice, con indicación de las temperaturas de
inversión térmica β α
→ . Las líneas de trazo continuo indican estados estables y las
de trazo discontinuo estados metaestables e inestables.

Los cristales de cuarzo tienen la característica de que sus superficies forman figuras geométricas bien
determinadas. Ocurren en formas prismáticas con caras lisas. Así, una variedad común del cuarzo se
presenta en forma de doble pirámide (Figura 2.2.3.a), otra variedad adquiere la forma de una bipirámide
hexagonal con un prisma (Figura 2.2.3.b), mientras que en otras ocasiones presenta una forma distorsionada
(Figura 2.2.3.c).
Figura 2.2.3.- Formas que tienen diversas variedades de cristales de cuarzo.
La forma cristalina más corriente del cuarzo α es la de un prisma terminado por dos pirámides
hexagonales, siendo las caras de las pirámides iguales dos a dos. Estos cristales están frecuentemente
maclados y no presentan planos de agrietamiento. Tiene dureza 7 en la escala de Mohs y es la variedad más
g
densa de la sílice (2.653 3
cm ).
La estructura básica de cuarzo consiste en cadenas en espiral (Hélices) de tetraedros alrededor de ejes
ternarios y senarios. En la figura 2.2.4.a se muestra una de las hélices triples, y en la 2.2.4.b un diagrama
mostrando a las hélices unidas formando la red cristalina,
Figura 2.2.4.- (a).- Hélices triples, (b).- Hélices unidas formando la red cristalina,
En la figura 2.2.5 están representados los modelos estructurales del cuarzo α y del cuarzo β .

(a) (b)
Figura 2.2.3.- Modelos estructurales del: (a).- cuarzo α (b).- cuarzo β .
Las relaciones entre las formas de la tridimita no son muy conocidas. La tridimita α 1,
estable a temperatura
ambiente, cristaliza en el sistema ortorrómbico pero su malla es seudoexagonal. La transformación tiene
lugar a 117 °C para dar tridimita β 1 con un aumento de volumen del 0.15%. En el caso de la tridimita α 1 la
transformación en β 2 tiene lugar a los 163 °C con un aumento de volumen del 0.20%. Las dos tridimitas 1
y β 2 son hexagonales y sus diferencias estructurales son muy pequeñas.
En la cristobalita, la transformación , α → β se realiza con un aumento de volumen del 3 %. La variación
tiene lugar a 220 °C en el calentamiento y entre 240 y 170 °C en el enfriamiento. La cristobalita α es
seudocúbica mientras que la cristobalita β es cúbica.
La gran variación de volumen de la cristobalita confiere a los productos cerámicos ricos en ella una gran
dilatación y una sensibilidad al choque térmico a baja temperatura.
Mientras que las transformaciones dentro de la misma especie son instantáneas y reversibles, consumiendo
una mínima cantidad de energía, las transformaciones de una especie en otra son lentas y exigen una cierta
cantidad de energía ya que encierran un cambio profundo de toda la estructura del cristal.
Estas transformaciones son muy difíciles a partir de los cristales puros y exigen la presencia de agentes
mineralizadores que actúen como catalizadores permitiendo un paso intermedio, generalmente amorfo,
que hace posible el reagrupamiento de los átomos.
El cuarzo se transforma en presencia de un catalizador, entre 367 y 1470 °C, primero en cristobalita y
después en tridimita, siendo el paso de cristobalita a tridimita muy lento, ya que no puede realizarse sin el
paso por el estado amorfo.
β

Por fusión de las diversas especies de sílice se obtiene la sílice vítrea que posee una viscosidad
excepcional y conserva su naturaleza Amorfa al enfriarse. El punto de fusión del cuarzo es muy difícil de
determinar, ya que es un cambio extremadamente lento. Las trazas de impurezas reducen el punto de
fusión y aceleran su transformación en sílice vítrea. El vidrio de sílice posee un coeficiente de dilatación
muy bajo, lo que confiere una gran resistencia al choque térmico.
La sílice vítrea no sufre transformación por debajo de los 1000 °C. En presencia de fundentes puede dar
directamente tridimita y en ausencia de fundentes y a altas temperaturas da cristobalita que pasa después a
tridimita. La devitrificación siempre tiene lugar desde la superficie al interior de la masa vítrea.
La constitución del vidrio de sílice presenta una red irregular de tetraedros de SiO4 unidos por sus vértices
de un modo desordenado.
2.3.- Filosilicatos. Arcillas.
Las arcillas son “rocas” o materiales terrosos formados principalmente por silicatos alumínicos con materia
coloidal y trozos de fragmentos de rocas, que generalmente se hacen plásticas cuando están húmedas y
pétreas por la acción del fuego. La fabricación tiene su fundamento en la plasticidad o capacidad de moldeo
por deformación plástica que tienen las arcillas según su contenido de agua. Una vez conformadas las
piezas, por desecación y cocción se producen las transformaciones irreversibles que le dan carácter pétreo.
Estas propiedades dan a las arcillas su utilidad, puesto que se les puede moldear en casi todas las formas, las
cuales conservan después de ser sometidas a la acción del fuego. La arcilla tiene muchos otros usos además
de la cerámica, principalmente en la construcción y fabricación. El vocablo arcilla proviene del latín “
arguilla “, palabra asignada a las materias arcillosas.
Las arcillas son origen secundario, que se han formado en la naturaleza por la meteorización y la erosión
físico-química de las rocas ígneas causada por el agua, el CO2 y los ácidos inorgánicos. Los depósitos o
yacimientos mas importantes se han formado a partir de los feldespatos (cuya composición varia desde el
KAlSi3O8 hasta el NaAlSi3O8 y el CaAl2Si2O8) de rocas tales como el granito ( Feldespatos 66 %,
cuarzo 26 %, micas 7.5 %, otros minerales (circón, magnetita, apatito, ilmenita, etc. 0.5 %). En la figura
2.3.1. puede verse un esquema simplificado de la génesis de los materiales arcillosos.
Están constituidas esencialmente por aluminosilicatos hidratados con una estructura laminar o de capas,
acompañados de otros minerales denominados “accesorios” entre los que podemos citar cuarzo, calcita,
óxidos y sulfuros de hierro, yeso, rutilo (TiO2), ilmenita (FeTiO3), dolomita, álcalis (que se derivan
principalmente de las micas y feldespatos, aunque parte se debe al intercambio catiónico de las propias
arcillas), materia orgánica, etc.
Por lo general, las arcillas son mineralógicamente filosilicatos o silicatos laminares de tamaño de grano muy
fino y morfología laminar lo que les confiere un elevado valor de superficie específica y por lo tanto una
amplia superficie de reacción fisicoquímica que facilita su interacción con multitud de sustancias en especial
con compuestos polares como el agua. De ello se derivan sus propiedades plásticas y reológicas y su
capacidad de cambio catiónico. Este conjunto de propiedades hace que las arcillas tengan muchas
aplicaciones industriales en los campos de la cerámica, los absorbentes y el petróleo.
En la figura 2.3.2 puede verse la estructura general de los filosilicatos, en la que se pone de manifiesto que,
generalmente, poseen una gran superficie planar perpendicular al eje cristalográfico c y pequeñas caras
laterales. Se distinguen cuatro niveles de organización:
1.- Planos constituidos por átomos, tales como O y OH.
2.- Hojas o láminas, tetraédricas u octaédricas, formadas por una combinación de planos.
3.- Capas formadas por una combinación de hojas.
4.- Cristal, que es el resultado de un apilamiento de hojas en la dirección cristalográfica c.

Figura 2.3.1. - Esquema simplificado de la génesis de las arcillas.
Figura 2.3.2.- Estructura general de los filosilicatos.

En la estructura cristalina de estos minerales se distinguen dos unidades fundamentales (Figura 2.3.3): la
SiO −
tetraedrica, formada por tetraedros de silicio y oxígeno [ ] 4
4
y la octaédrica, formada por octaedros de
coordinación, con Al 3+ , Mg 2+ , Fe 2+ o Fe 3+ ,y más raramente Li, Cr, Mn, Ni, Cu o Zn, en el centro y O y/o
( OH )
−
en los seis vértices. Los octaedros son bipirámides con su plano ecuatorial cuadrado y todas sus
caras triángulos equiláteros iguales.
• SILICIO • ALUMINIO, MAGNESIO, ETC
Figura 2.3.3. - Unidades fundamentales de la estructura cristalina de los minerales arcillosos.
Dichas unidades se disponen formando dos tipos de láminas básicas o elementales, que en las distintas
especies mineralógicas pueden variar en su composición química y en su disposición. Son las láminas
tetraédrica y octaédrica.
En la lámina tetraédrica de sílice (Figura 2.3.4), tres de los cuatro oxígenos de cada tetraedro se comparten
con tres tetraedros vecinos para compensar sus cargas (Cada oxígeno unido a dos iones silicio, recibe una
Si O −
,
valencia de cada uno y satisface así su carga.), formando capas, de extensión infinita y fórmula [ ] 2
2 5
que constituyen la unidad fundamental de los filosilicatos. Este tipo de unión permite la extensión de la
estructura, en forma análoga a lo que ocurre con los compuestos del carbono en la química orgánica, por lo
que a veces se lo describe con el nombre de polimerización.
La hoja tetraédrica tiene simetría hexagonal, observándose los anillos de seis oxígenos y todos los oxígenos
apicales no compartidos (con una valencia libre), se encuentran en un mismo plano orientados en la misma
dirección. El Si 4+ del centro de los tetraedros, puede ser reemplazado - al menos en parte - isomórficamente
por Al 3+ ya que presentan parecido radio iónico y la estructura no se altera en forma significativa. Cuando
ocurre este tipo de sustitución (sustitución isomórfica), la lámina tetraédrica se descompensa eléctricamente
pues existen cargas negativas de los oxígenos que quedan sin compensar o dicho de otra manera, existe
déficit de cargas positivas.
Figura 2.3.4.- Capa de tetraedros dispuestos en red hexagonal.

En la lamina octaédrica de alúmina, Al(OH)6, (Tipo gibosita) constituida por octaedros que incluyen un
catión (Al 3+ , Mg 2+ , Fe 2+ , Fe 3+ ) situado en el centro de seis oxidrilos, los octaedros se unen entre sí
compartiendo aristas, es decir, compartiendo oxidrilos con octaedros vecinos, tal como se puede ver en la
figura 2.3.5.
Figura 2.3.5.- Hoja de unidades octaedricas.
Cuando el catión central de los octaedros es trivalente (Al 3+ ) sólo se necesita que dos tercios de los huecos
centrales octaédricos estén ocupados para balancear la capa eléctricamente (Figura 2.3.6.a). En cambio,
cuando el catión central es bivalente Mg 2+ , (Lámina octaédrica de óxido de magnesio , Mg(OH)2 , tipo
brucita) o Fe 2+ se necesita que todos los huecos centrales estén ocupados (Figura 2.3.6.b).
Esto sirve de base para la división de los minerales arcillosos según la composición química de la lámina
octaédrica: se dice que son dioctaédricos cuando el catión central es trivalente (el Al es el catión octaédrico
dominante) y se dice que son trioctaédricos cuando el catión central es bivalente (Mg 2+ dominante en la
capa octaédrica).
Figura 2.3.6.- Componentes elementales de las capas de los minerales arcillosos:
(a).- lámina dioctaédrica; (b).- lámina trioctaédrica.

Las capas de tetraedros y octaedros se acoplan dando láminas u hojas El plano de unión entre ambas capas
está formado por los oxígenos de los tetraedros que se encuentran sin compartir con otros tetraedros
(oxígenos apicales), y por grupos ( OH )
−
de la capa octaédrica, de forma que, en este plano, quede un
( OH )
−
en el centro de cada hexágono formado por 6 oxígenos apicales. El resto de los ( OH )
−
reemplazados por los oxígenos de los tetraedros (Figura 2.3.7).
Figura 2.3.7.- Estructura ideal de un filosilicato 1:1 dioctaédrico
Una unión similar puede ocurrir en la superficie opuesta de la capa octaédrica. Así, los filosilicatos pueden
estar formados por dos capas: tetraédrica más octaédrica, denominándose bilaminares, 1:1, ó T:O (Figura
2.3.7); o bien por tres láminas: una octaédrica y dos tetraédricas y se denominan trilaminares, 2:1 ó T:O:T
(Figura 2.3.8).
son

Figura 2.3.8.- Estructura ideal de un filosilicato 2:1 dioctaédrico
A la unidad formada por la unión de una capa octaédrica más una o dos tetraédricas se denomina lámina, y
el apilamiento de estas láminas en dirección vertical forma la estructura cristalina (Figura 2.3.9).
Figura 2.3.9.- Estructura en láminas u hojas.
Esta estructura es esencial en los minerales arcillosos filíticos. La cohesión en el plano de la hoja es muy
grande, pero muy débil lateralmente, lo que confiere a estos minerales propiedades plásticas (caolinitas) o
de fisuras particularmente claras (micas).
La unión se realiza a través de compartir los oxígenos apicales con una valencia libre de la lámina
tetraédrica. Estos oxígenos actúan como puentes de unión entre tetraedros y octaedros, permitiendo una
verdadera fusión entre ellos. Cada uno de estos oxígenos, resulta ser común a un tetraedro de la lámina
tetraédrica y a dos octaedros (si el catión central es Al 3+ , lámina dioctaédrica) o tres octaedros (si el catión
central octaédrico es Mg 2 o Fe 2+ , lámina trioctaédrica). Esto se observa claramente en la figura.2.3.6.a y b.

En algunos filosilicatos (esmectitas, vermiculitas, micas...) las láminas no son eléctricamente neutras debido
a las sustituciones de unos cationes por otros de distinta carga. El balance de carga se mantiene por la
presencia, en el espacio interlaminar, o espacio existente entre dos láminas consecutivas, de cationes (como
por ejemplo en el grupo de las micas), cationes hidratados (como en las vermiculitas y esmectitas) o grupos
hidroxilo coordinados octaédricamente, similares a las capas octaédricas, como sucede en las cloritas. A
éstas últimas también se las denomina T:O:T:O o 2:1:1.
La unidad formada por una lámina más la interlámina es la unidad estructural (Figura 2.3.10) Los cationes
interlaminares más frecuentes son alcalinos (Na y K) o alcalinotérreos (Mg y Ca).
Figura 2.3.10.- Estructura ideal de un filosilicato 2:1:1 (T:O:T:O).
Las fuerzas que unen las diferentes unidades estructurales son más débiles que las existentes entre los iones
de una misma lámina, por ese motivo los filosilicatos tienen una clara dirección de exfoliación, paralela a
las láminas.
Entonces los filosilicatos se clasifican atendiendo a que sean bilaminares o trilaminares y dioctaédricos o
trioctaédricos (Tabla 2.3.1). Como puede verse pertenecen a los filosilicatos grupos de minerales tan
importantes como las micas y las arcillas.

Tabla 2.3.1.- Clasificación de los filosilicatos.
Por su parte, los minerales arcillosos se clasifican en difeentes grupos según el espesor de la hoja
elemental. Se distinguen así los grupos del tipo del caolín, del tipo de la mica, del tipo de la clorita, en los
cuales las hojas miden respectivamente 7, 10 y 14 A
(Tabla 2.3.2). De cada uno de estos subgrupos
estructurales se derivan un gran número de minerales por sustitución de cationes en las capas, interposición
de agua entre las hojas, disposición—de unas hojas con respecto a otras, modo de unión de las hojas, etc.
GRUPO DE ARCILLAS
Grupo Caolín
(Caolinita, Nacrita,
Anauxita, etc.)
Grupo Zeolitas
(Clinoptilolitas, Aragonitas,
etc.)
Grupo Montmorillonitas
(Esméctica, Bentonitas,
Beidelita, etc.)
Grupo Micas –
Hidratadas
(Sepiolitas, Vermiculitas,
Atapulguita)
Grupo Micas– No
Hidratadas
(Ilitas, Cloritas)
Tabla 2.3.2.- CLASIFICACION DE LAS ARCILLAS.
FORMACIÓN
Mg 2+ / Al 3+
TRIOCTAEDRAL
TECTOSILICATOS /
DIOCTAEDRAL
DIOCTAEDRAL
DIOCTAEDRAL Y/O
TRIOCTAEDRAL
TRIOCTAEDRAL
FORMACIÓN
Si 4+ / Al 3+
1:1
Si - Al
(Isoelectricas)
1:2
Si - Al - Al
(Polar, Expandible)
2:1
Si -Al - Si
(Polar, Expandible)
2:1
Si -Al - Si
(Polar y/o
Dipolares)
(Expandible)
2:1:1
Si - Al - Si - Al
(Dipolares, No
expandible)
CATIONES
INTERLAMINARES
Alta en magnesio
Bajo en potasio
Alto en calcio y/o
sodio
Alto en calcio y/o
sodio
Alto en potasio
Bajo en magnesio
Alto en magnesio
Bajo en potasio
ESPESOR
⎛ ⎞
DE LA HOJA ⎜ A⎟
⎝ ⎠
7.18
9.5 (Talco)
10 (Mica)
14

2.3.1.- Minerales con estructura tipo caolín (Dos capas por hoja).
Las capas elementales de los minerales de este grupo están constituidas por la asociación de una capa
octaédrica de Al o Mg y una capa de tetraedros de silicio. Los oxígenos ocupan los vértices comunes de los
poliedros y los vértices de los octaedros que no están unidos a los tetraedros de sílice están ocupados por
oxhidrilos (Figura 2.3.1.1).
Si se designa por X a los elementos en posición octaédrica y por Y a los elementos en posición tetraédrica, los
minerales del tipo del caolín corresponden a la fórmula ideal, para una semi-malla, siguiente:
en la que Y es principalmente
(i).- Capa trioctaédrica.
n
( )( )
X Y O OH
2 5 4
4
Si + pero también puede ser
Figura 2.3.1.1.- Estructura de la caolinita.
3
Al + o en raras ocasiones
3
Fe + .
Los minerales de capa trioctaédrica, para los que n = 3, constituyen la familia de las serpentinas en la que el mineral
tipo es la antigorita o serpentina. La mayor parte de las serpentinas presentan una composición química compleja
3
debido a la sustitución de Fe + 3
por Al + 2
y de Mg + 2
por Fe + 2
o Ni + . La sustitución es parcial en la amesita y
total en la chamosita. La sustitución de aluminio por silicio en los tetraedros da lugar a las bertierinas, de
fórmula general:
( Al Mg )[ Si Al ] O ( OH )
x 3−x 2− x x 5 4
en las que pueden haber sustituciones octaédricas de zinc, manganeso o hierro ferroso.Estos minerales no son de
interés cerámico.

(ii).- Capa dioctaédrica
Los minerales de capa dioctaédrica constituyen la familia de la caolinita que es el elemento fundamental
de la mayor parte de las arcillas y caolines empleados en cerámica. En estos minerales, las sustituciones son
muy raras. Pueden dividirse en minerales no hidratados e hidratados.
(a).- Minerales de capa dioctaédrica no hidratados.
En estos minerales, la unión entre las capas se realiza por medio de fuerzas de Van der Waals y no existe
posibilidad de intercalación de moléculas de agua, moléculas orgánicas u otros iones minerales.
Las capas de estos minerales, al estar unidas por fuerzas débiles (Van der Waals), tienen la posibilidad de
deslizarse unas sobre otras, lo que confiere a estos minerales sus propiedades plásticas. Más modernamente
se sabe que estas fuerzas de unión entre capas están regidas por puentes de hidrógeno.
La unión entre capas puede realizarse en diferentes posiciones de los dos planos, uno que lleva los ( OH )
−
2
y el otro que aporta grupos O − capaces de atraer al ión hidrógeno del oxhidrilo. Las diferentes posiciones
de unión entre los planos determina el sistema cristalino del mineral (Figuras 2.3.1.2 y 2.3.1.3).
Figura 2.3.1.2.- Estructura de la caolinita.

Figura 2.3.1.3.- Estructura de la caolinita.
Los minerales no hidratados del grupo del caolín comprenden cuatro especies cristalográficas: caolinita,
nacrita, dickita y livesita.
Estos minerales difieren por la posición de sus diferentes capas. La caolinita está caracterizada por el
ordenamiento perfecto de las capas que la componen, las capas se encuentran situadas igualmente unas con
respecto a otras, lo que confiere una sola capa por malla con un conjunto triclinico. El número de capas por
malla es de dos para la dickita y de seis para la nacrita (Figura 2.3.1.4). La dickita conserva la forma
cristalina monoclinica, la nacrita y la livesita tienen formas cristalinas ortorrómbica y seudomonoclinica
respectivamente.
Otro mineral es la metahalloisita que posee una red muy desordenada en cuanto a la orientación. La
caolinita y la metahalloisita constituyen los términos primero y último de esta serie de minerales.
La dickita y la nacrita son raras en la naturaleza, en cambio la caolinita es un mineral muy abundante.
Todos estos minerales responden a la fórmula 2SiO2.Al2O3.2H2O.

Figura 2.3.1.4.- Estructura de la caolinita, dichita y nacrita.

(b).- Minerales de capa dioctaédrica hidratados.
Estos minerales poseen sus capas separadas por una capa de moléculas de agua, en la que pueden tomar
iones minerales o moléculas orgánicas. El mineral tipo es la halloisita, 2SiO2.Al2O3.2H2O + 2H2O. La
presencia de moléculas de agua da origen a una distancia reticular total de 10.1 A
y a una cierta
indepencia entre capas, lo que permite su arrollamiento en forma de tubo.
Por calentamiento a 40°C, en una atmósfera seca, se van perdiendo las moléculas de agua entre capas y se
van desarrollando los tubos hasta llegar a la metahalloisita.
2.3.2.- Minerales con estructura tipo mica (Tres capas por hoja).
3
Los minerales de este grupo están constituidos por tres capas: una octaédrica de Al + 2
o Mg + situada
entre dos capas hexagonales de tetraedros de sílice. Son numerosos los minerales que presentan esta
estructura y las sustituciones son frecuentes, tanto en la capa tetraédrica como en la octaédrica, lo que
obliga a la presencia de diferentes cationes para asegurar la neutralidad eléctrica.
La naturaleza de los cationes y su unión más o menos estrecha con las capas del mineral multiplican las
especies quimicas y modifican las propiedades fisicoquímicas del mineral. Se distinguen entre estos
minerales los que no contienen agua zeolitica en su estructura o intercalada entre sus capas, que son: mica,
pirofilita, talco y flogopita, los que están parcialmente hidratados: glauconita e ilita y los que están
hidratados: montmorillonita, beidellita, nontronita, saponita y vermiculita.
Todos estos minerales responden a la fórmula general:
n
( )( )
X Y O OH Z
4 10 2
en la que Z representa los cationes fijados en las diversas micas o los cationes intercambiables en los otros
minerales y X e Y son los iones en posición octaédrica y tetraédrica en la estructura. El valor de n es
igual a 3 (n = 3) cuando la capa central es trioctaédrica e igual a 2 (n = 2) cuando es dioctaédrica.
(i).- Minerales tipo (Talco y Pirofilita).
El mineral magnesiano tipo e s e l talco y el aluminoso la pirofilita. Sus fórmulas estructurales aparecen
en las figuras 2.3.2.1 y 2.3.2.1, respectivamente. El conjunto de la capa es neutro y no aparecen cationes
alcalinos o alcalino-terreos, por lo que Z = 0
Sus fórmulas son las siguientes:
Pirofilita: Al2 ( Si4O10 )( OH ) 2
Talco: Mg3 ( Si4O10 )( OH ) 2
La pirofilita es un mineral relativamente raro. Los grupos oxhidrilo están en el interior de la capa,
protegidos por dos capas de tetraedros. Es un mineral casi inerte, no reacciona con ácidos ni bases y tiene
dureza 1 como el talco.

Figura 2.3.2.1.- Estructura del talco.
Figura 2.3.2.2.- Estructura de la pirofilita.
(ii).- Minerales derivados cristalográficamente (no diagenéticamente)
(a).- Familia de las micas.
Presentan la misma estructura que los minerales precedentes. El equilibrio eléctrico se restablece por la
2
presencia de ionesCa
+ , K + y Na + , que forman parte del retículo cristalino. Estos iones de gran diámetro
se unen a los oxígenos de las capas tetraédricas exteriores de dos capas superpuestas sobre las que se
3
reparten las valencias residuales provenientes de la sustitución de Al + 4
por Si + . De este modo, aseguran la
cohesión entre las capas.

En el caso de las micas aluminosas, la capa aluminosa no tiene sustitución. En la capa tetraédrica, un
silicio de cada cuatro está reemplazado por un aluminio, lo que da la mica potásica o moscovita que
corresponde a una composición química bien definida dada por la fórmula:
( ) ( )
2 3 10 2
Al Si Al O OH K o también 6 SiO2.3 Al2O3. K2O.2H 2O
En la figura 2.3.2.3 puede verse la estructura de la moscovita.
La mica sódica o paragonito, de fórmula:
Figura 2.3.2.3.- Estructura de la moscovita.
Al2 ( Si3Al ) O10 ( OH ) Na 2
conserva la misma sustitución, pero no así la mica cálcica o margarita que presenta una sustitución de dos
silicios por dos aluminios. Su fórmula es la siguiente:
Al2 ( Si2Al 2 ) O10 ( OH ) Ca 2
La moscovita se presenta en forma de láminas flexibles y elásticas. La sericita es un mineral hidratado que
proviene de la descomposición de la moscovita o de feldespatos. Su composición química viene dada por la
fórmula
6 SiO2.3 Al2O3. K2O.4H 2O
La flogopita es la mica magnesiana, en la que un silicio de cada cuatro está reemplazado por un aluminio,
sin sustituciones en la capa octaédrica. Su composición es:
correspondiente a:
La facilidad de sustitución del
2
Mg + por el
6 SiO2. Al2O3.6 MgO. K2O.2H 2O
Mg3 ( Si3Al ) O10 ( OH ) K 2
2
Fe + lleva a las micas negras (biotitas).

(b).- Familia de la ilitas.
La estructura de estos minerales es parecida a la de las montmorillonitas. La sustitución de sílice por
alúmina en las capas tetraédricas varía desde el 10 al 20 % y los iones que compensan el defecto de carga
eléctrica suelen ser iones potasio y no son reemplazados fácilmente. Estos iones aseguran la unión de las
Silice
capas del mineral. La relación varía en estos minerales desde 2 a 4, siendo generalmente de 3. Las
Alumina ilitas aluminosas tienen una composición muy parecida a la sericita (moscovita muy dividida). Son
minerales muy abundantes en la naturaleza.
La glauconita es una ilita ferrífera que se presenta en forma de granos verdes criptocristalinos que se
encuentran en numerosos yacimientos sedimentarios.
En la figura 2.3.2.4 puede verse la estructura de la ilita.
(c).- Familia de las montmorillonitas.
Figura 2.3.2.4.- Estructura de la ilita.
En esta familia, las capas di o trioctaédricas están separadas por un número variable de capas de
moléculas de agua. Los minerales de capa trioctaédrica derivan del talco (hectorita y saponita) y los de capa
dioctaédrica derivan de la pirofilita (familia de las montmorillonitas, beidellitas), pero mientras que este
último grupo forma una serie continua, no se han encontrado minerales de transición entre la hectorita y la
saponita. Su estructura se representa en las figuras 2.3.2.5.
Las montmorillonitas reponden a la fórmula general:
( )( ) ( )
Al Mg Si Al O OH CE H O
2−x x 4− y y 10 2 x+ y 2 +
en la que CE son los cationes intercambiables. Una fórmula media seria:
( )( ) ( )
Al Mg Si Al O OH Na +
H O
1.66 0.33 3.85 0.15 10 2 0.48 2

Las beidellitas no difieren de las montmorillonitas más que por su mayor proporción de iones
3
Al + 4
sustituidos por Si + en la capa tetraédrica:
( )( ) ( )
Al Mg Si Al O OH Na + H O
1.50 0.50 3.70 0.30 10 2 0.80 2
Las capas del mineral están separadas por moléculas de agua orientadas. El número de moléculas de agua
depende de las condiciones higroscópicas y de los cationes adsorbidos; su número es de dos para los
cationes divalentes
2
Mg + ,
K + dando una distancia reticu lar de 12.5 A
2
Ca + dando una distancia reticular de 15.5 A
, y de una para los cationes Na + ,
en condiciones atmosféricas normales. En presencia de al re
húmedo, la distancia reticular puede llegar a ser de 18 A
, en el primer caso, con la interposición de tres
moléculas de agua e incluso de 21.4 A
para cuatro moléculas de agua interpuestas.
Figura 2.3.2.5.- Estructura de la montmorillonita.

Por calentamiento entre 300 y 500 °C, la distancia reticular disminuye hasta 12.5 A
correspondiente a la
interposición de una sola molécula de agua. El fenómeno es reversible y el mineral puede rehidratarse, a
menos que se supere dicha temperatura (agua zeolítica). Por encima de los 550° C, el agua desaparece y el
mineral ya no vuelve a hidratarse.
Las moléculas de agua entre capas pueden ser reemplazadas por sustancias orgánicas como glicerina,
etilenglicol, etc. Estos minerales dan reacciones coloreadas con ciertos fenoles y aminas aromáticas, como
la coloración roja con la ortofenildiamina, azul con la parafenildiamina y con la bencidina. De este modo,
el sulfato de bencidina se ha utilizado para distinguir la montmorillonita de la caolinita despues de la
eliminación de materia orgánica.
3
En la nontronita hay una sustitución parcial del Al + de las montmorillonitas-beidellitas por
mineral bastante raro que se encuentra a menudo diseminado en los caolines.
( , ) ( )( )
⎡
⎣ Fe Al Mg ⎤
1.66 0.33 ⎦ Si4O10 OH Na 2 0.33 + H2O 3
Fe + . Es un
Las arcillas de esta familia se utilizan en la industria, con el nombre de bentonitas, por su poder
absorbente y en cerámica por su capacidad de aumentar la plasticidad.
(d).- Familia de las vermiculitas.
Las vermiculitas son minerales de alteración hidrotermal de las micas. Poseen la estructura de la biotita en la
2
que los defectos de valencia, debidos a las sustituciones, se compensan con Mg + 2
y Ca + fuertemente
hidratados e intercambiables, que se localizan entre las capas sucesivas y aseguran su unión. Estos iones
estan situados en los centros de octaedros cuyos vértices estan ocupados por moléculas de agua. Su
capacidad de cambio de base es elevada, del orden de 100 a 150 meq. por cada 100 gr. de materia. Se
emplean como aislantes térmicos después de calentadas a alta temperatura.
Las vermiculitas dioctaédricas responden a la fórmula general:
( )( ) ( )
Al Si Al O OH CE H O
2+ y 4−x x 10 2 x− y 2 +
donde el catión intercambiable (CE) es normalmente magnesio.
Las vermiculitas trioctaédricas son frecuentemente ferroso-férricas.
En la figura 2.3.2.6 puede verse la estructura de la vermiculita.

Figura 2.3.2.6.- Estructura de la vermiculita
2.3.3.- Minerales con estructura tipo clorita (Cuatro capas por hoja).
Este grupo esta caracterizado por una capa de flogopita asociada a una capa de brucita. La estructura ideal
comprende una capa trioctaédrica de magnesio, una capa tetraédrica de silicio-aluminio, una capa
trioctaédrica de magnesio y otra capa tetraédrica de silicio-aluminio.
La distancia reticular es de 14 A
( )( )
2n 4 10 8
y su fórmula general es:
X Y O OH X = Mg, Y = Si
La leptoclorita o clorita verdadera presenta la fórmula:
( Mg )( Mg Al )( Si Al ) O ( OH )
3 3−x x 4− x x 10 8
Existen numerosas variedades que se diferencian por el valor de x, que varía entre 1 y 2, y por la naturaleza
de los sustituyentes.
En la figura 2.3.3.1 puede verse la estructura de la clorita.

Figura 2.3.3.1.- Estructura de la clorita

2.3.4.- Minerales con estructura compleja interestratificada.
Son los minerales constituidos por un conjunto regular o no de los minerales precedentes. De este modo,
la rectorita y la allevardita son complejos regulares interestratificados de mica y montmorillonita, mientras
que la hidromica esta constituida de capas irregularmente repartidas de mica y vermiculita.
También pertenecen a este grupo de minerales arcillososo la sepiolita y la paligorskita o atapulgita, a pesar
de presentar diferencias estructurales con el resto de los filosilicatos. Estructuralmente están formadas por
láminas discontinuas de tipo mica T:O:T Figuras 2.3.4.1 y 2.3.4.2). A diferencia del resto de los
filosilicatos, que son laminares, éstos tienen hábito fibroso (Figura 2.3.4.3), ya que la capa basal de oxígenos
es continua, pero los oxígenos apicales sufren una inversión periódica cada 8 posiciones octaédricas
(Sepiolita) o cada 5 posiciones (Paligorskita). Esta inversión da lugar a la interrupción de la capa octaédrica
que es discontinua.
Figura 2.3.4.1.- Representación esquemática de la estructura de la atapulgita.

Figura 2.3.4.2.- Representación esquemática de la estructura de la sepiolita.
Figura 2.3.4.3.- Aspecto fibroso de la sepiolita y atapulgita.
2.4.- Minerales presentes en las arcillas naturales.
En general las arcillas se presentan con bastantes impurezas pero lejos de ser un inconveniente, a veces es
una ventaja, desde el punto de vista práctico. En la tabla 2.4.1 puede verse la diferencia entre la caolinita
químicamente pura y una arcilla grasa, usual en cerámica.

Tabla 2.4.1.- Diferencia entre las características de una caolinita químicamente pura y una arcilla
grasa, usual en cerámica.
Aunque, en algunos casos, un mineral tipo puede predominar, las impurezas presentes pueden ser
importantes para determinar sus propiedades. Las arcillas, en particular, contienen muchos minerales tipo y
son extraordinariamente variables en composición. Tan complejo es su estudio y tan grandes las dificultades
que encierra que, aunque las arcillas se utilizan extensamente en todos los materiales cerámicos, muy
pocas han si do científicamente examinadas y conocidos los detalles completos de su composición
química y mineralógica.
A medida que el desarrollo tecnológico aumenta, más exigentes son los requisitos que deben cumplir.
Las arcillas están compuestas de muchos tipos de minerales, la mayor parte de ellos en forma de partículas
extraordinariamente pequeñas y por esto su estudio es difícil incluso usando los métodos experimentales
más modernos. Además, la influencia de la distribución de los tamaños de partícula sobre las propiedades
de la arcilla es, en algunos casos, tan importante como el tipo y cantidad de los minerales presentes.
En su forma natural las arcillas consisten en:
(a).- Minerales de origen primario. Están presentes en rocas ígneas y no han sufrido alteraciones notables en
su composición.
(b).- Minerales de origen secundario producidos por la acción de agentes físicos y químicos sobre los
minerales primarios.
Los efectos de las impurezas en una arcilla dependen de:
-La naturaleza y comportamiento de la arcilla.
- La proporción en que están presentes.
- El tamaño y forma de las partículas de arcilla y de las impurezas.
- Las condiciones a que se someten tanto la arcilla como las impurezas (temperatura, tiempo,
atmósfera del horno, efecto de otras sustancias presentes}.
Los principales componentes químicos presentes en las arcillas son: sílice, alúmina, minerales que
contienen alcalinos, compuestos de hierro, compuestos de calcio, compuestos de bario, compuestos de
magnesio, compuestos de titanio, compuestos de manganeso presentes en pequeñas proporciones, silicatos
alumínicos complejos que contienen otros elementos, materia carbonosa, humedad y agua coloidal, bases
intercambiables. Otras impurezas pueden presentarse en menores proporciones.

(i).- Sílice.
La sílice se presenta en las arcillas de las siguientes formas: en estado libre como cuarzo u otra forma
cristalina o amorfa de sílice o como sílice coloidal, combinada con alúmina en forma de minerales
arcillosos, con fundentes y alúmina en forma de feldespatos, micas u otros silicatos aluminicos o formando
silicatos simples como la wollastonita.
El efecto de la sílice libre en las arcillas es el siguiente:
- Reduce la plasticidad.
- Disminuye la contracción de secado y cocción.
- Reduce la resistencia mecánica.
-Reduce la refractariedad en muchos casos, aunque no en todos.
El tamaño de partícula de la sílice es también importante. Cuan do el tamaño de partícula es pequeño
puede reaccionar y actuar como fundente y cuando el tamaño de partícula es grande, la sílice aumenta la
refractariedad.
La sílice libre se presenta en la mayor parte de las variedades de arcilla. En arcillas residuales está
presente, principalmente, como cuarzo cristalino ya que es un compuesto común de las rocas ígneas y no
se altera mediante el efecto de los agentes atmosféricos.
Las arcillas sedimentarias presentan normalmente cantidades apreciables de cuarzo que ha sido transportado
y depositado junto con los minerales arcillosos. Además de cuarzo, se presentan formas cripto cristalinas y
amorfas de la sílice, como la calcedonia y el pedernal. Estas formas de sílice son mucho más reactivas que
el cuarzo cristalino y por lo tanto se convierten más áapidamente en cristobalita y tridimita y reaccionan con
los compuestos fundentes a temperaturas más bajas.
(ii).- Alúmina.
La alúmina se presenta en las arcillas no solamente en forma de minerales arcillosos sino también como
feldespatos, mica y otros silicatos aluminicos. En algunas arcillas se presenta alúmina libre derivada de
bauxitas y lateritas. Las arcillas halloisíticas contienen, frecuentemente, alúmina libre asociada en forma de
gibbsita. Estas arcillas son valiosas para su utilización en refractarios. Otras arcillas pueden contener
alúmina en forma de gibbsita, diásporo (AlO.OH) o alúmina coloidal.
Los compuestos aluminosos no arcillosos tienen los siguientes efectos sobre las arcillas:
- Reducen la plasticidad.
- Aumentan la refractariedad de la arcilla siempre que el contenido en alúmina sea mayor del 5%, ya
que la refractariedad de los ladrillos de sílice se reduce enormemente con el contenido en
alúmina. Aproximadamente por cada 0.1 % de alúmina se reduce la temperatura máxima de
operación del orden de 10 °C.
(iii).- Minerales alcalinos.
Los alcalinos están presentes en las arcillas como:
(a).- Silicatos o silicatos alúminicos (feldespatos, micas, etc.).
(b).- Cationes adsorbidos en la superficie de los cristales de los minera les arcillosos. El grado de adsorción
depende de la superficie específica y de la naturaleza de los minerales arcillosos.
(c).- Sales solubles como sulfato sódico, cloruro sódico, sulfato potásico, etc.

En gres, porcelana y otros productos cerámicos cuanto mayor es la proporción de alcalinos más fundente
es la masa.
El principal efecto de los álcalis presentes en las arcillas es reducir la refractariedad o temperatura de
vitrificación ya que se combinan con la sílice y la alúmina para dar fases líquidss a baja temperatura-de
fusión (=700 °C) y consecuentemente se denominan fundentes.
Las sales alcalinas solubles tienen una influencia notables sobre las propiedades plásticas y coloidales de las
arcillas.
(iv).- Minerales de hierro.
Los minerales de hierro que pueden presentarse en la naturaleza pueden clasificarse en: óxido férrico
( )
2 3
Fe O , óxido ferroso (FeO), óxido ferroso-férrico ( Fe O ) , sulfuros de hierro (S2Fe, SFe), carbonato de
hierro (CO3Fe), hidróxidos ferroso y férrico, silicatos ferrosos y silicatos aluminico-ferrosos, aluminato
ferroso, sales solubles de hierro y cloritas.
3 4
Los principales minerales de hierro presentes en las arcillas son:
- Magnetita ( )
3 4
Fe O : se presenta en forma de cristales cúbicos negros con una dureza de 5.5 – 6.5 y una
g
densidad entre 4.9 y 5.2 . No es frecuente en arcillas y se produce por la reducción parcial del óxido
3
cm
férrico. Se encuentra en productos gresificados de pasta roja.
- Hematites ( )
2 3
Fe O : se presenta en forma de cristales hexagonales de color gris metálico o rojizo o como
g
partículas amorfas rojas, con una dureza de 5.5 – 6.5 y una densidad de 4.5 – 5.3 g . No es común en
3
cm
arcillas sometidas a la acción de los agentes atmosféricos ya que se hidrata fácilmente a limonita. Es un
importante agente colorante, especialmente en ladrillos rojos y en productos cerámicos de pavimento y
revestimiento de pasta roja.
- Limonita ( . )
Fe O xH O : es un óxido de hierro hidratado que se presenta en forma de partículas amorfas
2 3 2
g
amarillas o marrones, con una dureza de 5 – 5.5 y una densidad entre 3.6 y 4.0 . El término limonita
3
cm
no se aplica a un compuesto químico definido sino que incluye un gran número de compuestos de
composición variable y de naturaleza coloidal. Es muy común en las arcillas y es el responsable del color
amarillo de las mismas. Se presenta en arcillas sometidas a la acción atmosférica.
Se puede presentar como una película sobre las partículas de arcilla o como nódulos irregulares
distribuidos por toda la masa. Durante el calentamiento pierde agua y forma óxido férrico rojo, por lo que
es-te mineral es uno de los responsables del color rojo de los productos cerámicos obtenidos con arcillas.
- Goetita ( FeO. OH ) o ( Fe2O3. H2O ) : es un óxido de hierro hidratado que se presenta en forma de cristales
ortorrómbicos marrón oscuro, amarillentos o rojizos, con una dureza de 5 - 5,5 y una densidad de 4 a 4.4
g
. Es común en muchas arcillas, en las que está distribuido en forma coloidal alrededor de las partículas
3
cm
de otros minerales.

- Lepidocrita ( FeO. OH )
γ − : no es común en las arcillas, aunque se le puede localizar como componente
minoritario de algunos fireclays.
- Oxido ferroso (FeO): no se presenta en las arcillas, aunque puede producirse en la cocción de productos
cerámicos de pasta roja si la atmósfera es reductora.
- Piritas: bajo este término general de los sulfuros de hierro, se incluyen tres minerales importantes: pirita,
marcasita y pirrotita.
Pirita ( S2Fe ) : es un sulfuro de hierro que se presenta en cristales cúbicos amarillentos y que tiene una
g
dureza de 6 – 6.5 y una densidad de 4.8 a 5.1 . Se encuentra diseminada en la arcilla en forma de
3
cm
pequeñas partículas o en forma de grandes nódulos o masas fibrosas.
Marcasita ( S2Fe ) : tiene la misma composición que la pirita pero cristaliza en forma de cristales
ortorrómbicos y se encuentra en forma de masas fibrosas o nódulos. La marcasita se oxida fácilmente a
sulfato ferroso por la acción de los agentes atmosféricos dando una costra blanquecina sobre la arcilla seca.
La pirita, por el contrario, no se oxida con facilidad.
Pirrotita ( )
n n
S Fe : es un sulfuro de hierro que se presenta en cristales hexagonales de color rojo, marrón
g
o cobre, o en grandes masas, con una dureza de 3.4 – 4.5 y una densidad de 4.4 a 4.65 . No es
3
cm
frecuente en arcillas excepto en formaciones residuales.
Al contrario que los óxidos de hierro, carbonatos y sulfatos, las piritas no forman el esperado color rojo del
hierro de los productos cerámicos de pasta roja, sino que producen pequeñas manchas negras si la
molienda es suficientemente fina, o grandes partículas fundidas si la molienda es grosera.
- Sulfato ferroso (SO4Fe.7H2O): se presenta en las arcillas como sal soluble, producida por la
descomposicióm de los sulfuros de hierro y normalmente da eflorescencias.
- Chalibita o siderita (CO3Fe): se presenta en forma de cristales hexagonales de color amarillo, marrón o
g
rojo, con una dureza de 3.5 – 4.5 y una densidad de 3.7 a 3.9 . Se encuentra en tres formas: como una
3
cm
película superficial sobre las partículas de otros minerales, en forma de pequeños cristales o en forma de
grandes masas.
Otros muchos minerales, incluyendo silicatos y silicatos alumínicos como la hornblenda, augita, olivino,
fayalita, glauconita, etc., contienen una proporción variable de óxidos de hierro.
El carbonato ferroso puede reducirse a óxido ferroso que actúa como fundente combinándose con la sílice
de la arcilla y produciendo silicatos fusibles negros, o puede ser oxidado a óxido férrico que no es
perjudicial.
Los sulfuros, al calentarse, pierden la mitad de su contenido en azufre entre los 400 y los 600°C y el resto a
alta temperatura. En atmósfera reductora se produce óxido ferroso que actua como un podero so fundente, y
en atmósfera oxidante se forma óxido férrico que apenas afecta a la refractariedad de la arcilla.
Los ferrosilicatos y ferrosilicatos alumínicos se comportan de manera similar a los feldespatos. Son
moderadamente fundentes y aumentan la cantidad de fase vítrea.

Los principales efectos de los compuestos de hierro en las arcillas son:
-Variación del color.
- Reducción de la refractariedad de la arcilla.
- Los compuestos solubles pueden dar eflorescencias.
- Pueden formar manchas visibles en los productos cocidos.
(v).- Minerales de calcio.
Los principales minerales de calcio en las arcillas son: calcita (CO3Ca) que se presenta en forma de
g
cristales hexagonales de color blanco o gris con una dureza de 3 y una densidad de 2.71 o en forma de
3
cm
partículas amorfas; aragonito (CO3Ca) que se presenta en for-ma de cristales ortorrómbicos de color blanco
g
y gris con una dureza de 3.5 - 4 y una densidad de 2.94 o en forma de partículas amorfas; varios
3
cm
silicatos cálcicos y silicatos aluminico-cálcicos que incluyen algunos feldespatos, micas y otros minerales
primarios o productos de su alteración.
Otros compuestos de calcio también están presentes en las arcillas en proporciones pequeñas, incluyendo:
- Yeso (sulfato cálcico SO4Ca.2H2O ): se presenta en forma de cristales monoclinicos incoloros, blancos,
g
grises, amarillentos o rojizos, con una dureza de 1.5 - 2 y una densidad de 2.3 3
- Anhidrita ( SO4Ca ): se presenta difícilmente en las arcillas.
Los principales efectos de los minerales de calcio en las arcillas son:
-Actúan como fundentes ya que se combinan con la sílice y la alúmina para dar eutécticos de bajo punto de
fusión y por tanto reducen la temperatura de vitrificación y la refractariedad.
- Producen una fase líquida de baja viscosidad y de gran poder corrosivo que funde a baja temperatura y
causa una seria deformación de la pieza.
- A temperaturas menores a la de reacción reducen la contracción de la arcilla y facilitan el secado.
- Los compuestos de calcio, cuando se combinan con minerales de hierro, reducen el color rojo de estos
últimos trasladándolo hacia el blanco.
-El carbonato cálcico, cuando se calienta a 900 °C, se convierte en óxido cálcico que, si permanece sin
combinar, en el enfriamiento puede absorber humedad del aire, aumentar de volumen y quebrar o fisurar
la pieza.
-El sulfato cálcico es estable a la cocción a baja temperatura, permaneciendo inalterable en ladrillos de
c o n s t r u c c i ó n y azulejos. Esta es una de las causas más frecuentes de eflorescencias.
-Como agentes fundentes en pastas y esmaltes, disminuyen la dilatación, pero aumentan la temperatura de
maduración cuando reemplazan a los alcalinos.
(vi).- Minerales de bario.
No son frecuentes en las arcillas. El único importante es la barita (sulfato bórico 4
SO Ba ) que se presenta
en cristales ortorrómbicos incoloros, blancos, amarillos, rojos, marrones o azules, con una dureza de 2.5 –
3.5 y una densidad de 4.5 gr/cc.
cm .

(vii).- Minerales de estroncio.
Los minerales de estroncio aparecen raramente en las arcillas; el único que se ha reconocido es la celestita
(sulfato de estroncio SO4Sr ) que se presenta en cristales ortorrómbicos con una dureza de 3 a 3.5 y una
g
densidad de 3.96 3
cm .
(viii).- Minerales de magnesio.
Los minerales de magnesio se presentan en pequeñas proporciones en todas las arcillas, principalmente
como magnesita ( CO3Mg ) , dolomita ( CO3 ) CaMg , cloritas, espinelas, cordieritas y diversos silicatos y si-
2
licatos alumínicos. La magnesita se encuentra en algunos casos en forma de pequeñas partículas,
demasiado pequeñas para poder ser reconocidas, estando siempre en una proporción menor del 3%.
EL sulfato magnésico ( SO4Mg.7H 2O
) se encuentra en pequeñas pro porciones en arcillas para la
fabricación de ladrillos, pero incluso cantidades del orden del 0.05 % pueden estropear las piezas ya que
producen eflorescencias. Este efecto se contrarresta añadiendo a la arcilla, antes de la molienda, carbonato
bórico finamente dividido.
Los compuestos de magnesio actúan como fundentes reduciendo la refractariedad de las arcillas. La fase
vítrea que se produce por la acción de los compuestos de magnesio sobre la arcilla es más viscosa que la que
producen los compuestos de calcio y por esto disminuyen la facilidad de deformación de los productos
cocidos.
(ix).- Minerales de titanio.
Son frecuentes en la mayor parte de las arcillas; los principa les minerales son el rutilo, la anatasa y la
brookita, todos ellos de fórmula TiO2. En algunos casos están presentes la esfena ( CaTiSiO 5 ) y la ilmenita
(TiO3Fe). En esmaltes y vidrios actúan como poderosos opacificantes.
(x).- Minerales de fósforo.
Se encuentran en algunas arcillas; el más importante es el apatito, un fosfato cálcico complejo que
contiene, además, cloro y flúor. Su fórmula es ( , )
Ca F Cl P O . Se presenta en forma de cristales
5 3 12
hexagonales de color azul, gris, rojo, marrón, verde y amarillo, con una dureza de 5 y una densidad entre
g
3.17 y 3.23 3
cm .
(xi).- Minerales de flúor.
Son frecuentes en las arcillas; derivan directamente de rocas primarias tales como el granito. E l
principal mineral presente en las arcillas es el espatoflúor (fluoruro cálcico F2Ca ).
Los fluoruros son un serio contaminante de las arcillas. A altas temperaturas se comportan como poderosos
fundentes y al combinarse con la arcilla volatilizan tetrafluoruro de silicio ( SiF 4 ) . Este product o es
altamente reactivo ya que puede reducir el brillo de las superficies esmaltadas y atacar los refractarios del
horno. Un contenido en flúor mayor del 0.2 % puede presentar problemas a las piezas o a la estructura del
horno.

(xii).- Materia orgánica o materia carbonosa.
Está presente en proporciones variables de acuerdo con el tipo de formación; proviene principalmente del
lavado de agua que contiene ácidos húmicos, de la deposición de la arcilla sobre la materia orgánica, de la
mezcla de rocas bituminosas o carbonosas con la arcilla durante la deposición de estas.
Los principales efectos de la materia orgánica son:
- Dar color oscuro a la materia prima.
- Producir atmósfera reductora en el horno de modo que afecta al color y al comportamiento a la
vitrificación.
-Reducir la cantidad de combustible requerida para la cocción.
- Puede producir "corazón negro".
2.5.- Feldespatos.
Los feldespatos son silicatos con estructuras tetraédricas tridimensionales y son los minerales más
abundantes de la corteza terrestre y participan en ella con más del 60 % en volumen, en detalle las
plagioclasas ocupan 41% en volumen y los feldespatos alcalinos ocupan 21 % en volumen.
Los feldespatos forman un grupo de 3 componentes, los cuales son:
KAlSi O
- Feldespato potásico: 3 8
- Albita: NaAlSi3O 8
- Anortita: CaAl2Si 2O 8
Los minerales mixtos con una composición entre el feldespato potásico y la albita se denominan feldespatos
alcalinos, los minerales mixtos de composición entre albita y anortita forman el grupo de las plagioclasas.
Las relaciones entre ellos se presentan en el sistema ternario de los feldespatos (Figura 2.5.1). En los
extremos de este triangulo están expresados las formulas cristaloquímicas de los tres componentes. Todas
las mezclas entre estos tres componentes se encuentran en un punto determinado dentro del triángulo.
Las plagioclasas tienen distintas denominaciones según su composición química o es decir según su
contenido en la componente Albita (Ab) y en la componente Anortita (An).
El feldespato ortosa (3SiO2.K2O.Al2O3) cristaliza en el sistema monoclínico formando maclas. Su densidad
g
es 2.56 y su dureza 6. Es prácticamente inatacable por agentes atmosféricos y químicos, haciéndolo
3
cm
tan sólo el clorhídrico caliente y las lejías alcalinas. Da a las rocas características análogas al cuarzo,
aunque en determinadas condiciones de humedad y temperatura sufre un proceso de caolinización,
convirtiéndose en caolín, liberando cuarzo y sales solubles, dando lugar a las arcillas. Tiene un color claro,
gris o rosa, según impurezas.
Las plagioclasas son feldespatos sodio-cálcicos cuyas variedades son la Albita (alumínico - sódico), la
Anortita (cálcico), la Oligoclasa (mixta con Na) y el Labrador o Gabro (mixta con Ca).

Tipo de plagioclasa Albita (Ab) en % Anortita en %
Albita 100 - 90 0 - 10
Oligoclasa 90 - 70 10 - 30
Andesina 70 - 50 30 - 50
Labradorita 50 - 30 50 - 70
Bytownita 30 - 10 70 - 90
Anortita 10 - 0 90 - 100
Figura 2.5.1.- Sistema ternario de los Feldespatos: Anortita-Albita-Feldespato potásico.