arcillas 2

Download ARCILLAS 2

Post on 22-Oct-2015

17 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • LAS ARCILLAS: PROPIEDADES Y USOS

    Emilia Garca Romero: Universidad Complutense (Madrid)

    Mercedes Surez Barrios: Universidad de Salamanca

  • Pgina 2 de 25

    NDICE INTRODUCCIN................................................................................... 3 ESTRUCTURA DE LOS FILOSILICATOS........................................... 4 CLASIFICACION................................................................................... 7 PROPIEDADES FISICO-QUMICAS .................................................... 8 ARCILLAS INDUSTRIALES............................................................... 12 EXTRACCIN Y PROCESADO ......................................................... 16 APLICACIONES INDUSTRIALES...................................................... 17 BIBLIOGRAFIA DE INTERS............................................................ 25

  • Pgina 3 de 25

    LAS ARCILLAS: PROPIEDADES Y USOS Emilia Garca Romero: Universidad Complutense (Madrid)

    Mercedes Surez Barrios: Universidad de Salamanca

    INTRODUCCIN

    El trmino arcilla se usa habitualmente con diferentes significados:

    Desde el punto de vista mineralgico, engloba a un grupo de minerales (minerales

    de la arcilla), filosilicatos en su mayor parte, cuyas propiedades fisico-qumicas

    dependen de su estructura y de su tamao de grano, muy fino (inferior a 2 mm).

    Desde el punto de vista petrolgico la arcilla es una roca sedimentaria, en la

    mayor parte de los casos de origen detrtico, con caractersticas bien definidas.

    Para un sedimentlogo, arcilla es un trmino granulomtrico, que abarca los

    sedimentos con un tamao de grano inferior a 2 mm.

    Para un ceramista una arcilla es un material natural que cuando se mezcla con

    agua en la cantidad adecuada se convierte en una pasta plstica. Desde el punto

    de vista econmico las arcillas son un grupo de minerales industriales con

    diferentes caractersticas mineralgicas y genticas y con distintas propiedades

    tecnolgicas y aplicaciones.

    Por tanto, el trmino arcilla no slo tiene connotaciones mineralgicas, sino tambin de tamao de

    partcula, en este sentido se consideran arcillas todas las fracciones con un tamao de grano

    inferior a 2 mm. Segn esto todos los filosilicatos pueden considerarse verdaderas arcillas si se

    encuentran dentro de dicho rango de tamaos, incluso minerales no pertenecientes al grupo de los

    filosilicatos (cuarzo, feldespatos, etc.) pueden ser considerados partculas arcillosas cuando estn

    incluidos en un sedimento arcilloso y sus tamaos no superan las 2 mm.

    Las arcillas son constituyentes esenciales de gran parte de los suelos y sedimentos debido a que

    son, en su mayor parte, productos finales de la meteorizacin de los silicatos que, formados a

    mayores presiones y temperaturas, en el medio exgeno se hidrolizan.

  • Pgina 4 de 25

    ESTRUCTURA DE LOS FILOSILICATOS

    Como veremos, las propiedades de las arcillas son consecuencia de sus caractersticas

    estructurales. Por ello es imprescindible conocer la estructura de los filosilicatos para poder

    comprender sus propiedades.

    Las arcillas, al igual que el resto de los filosilicatos, presentan una estructura basada en el

    apilamiento de planos de iones oxgeno e hidroxilos. Los grupos tetradricos (SiO)44- se unen

    compartiendo tres de sus cuatro oxgenos con otros vecinos formando capas, de extensin infinita

    y frmula (Si2O5)2-, que constituyen la unidad fundamental de los filosilicatos. En ellas los

    tetraedros se distribuyen formando hexgonos. El silicio tetradrico puede estar, en parte,

    sustituido por Al3+ o Fe3+.

    Estas capas tetradricas se unen a otras octadricas de tipo gibbsita o brucita. En ellas algunos

    Al3+ o Mg2+, pueden estar sustituidos por Fe2+ o Fe3+ y ms raramente por Li, Cr, Mn, Ni, Cu o Zn.

    El plano de unin entre ambas capas est formado por los oxgenos de los tetraedros que se

    encontraban sin compartir con otros tetraedros (oxgenos apicales), y por grupos (OH)- de la capa

    brucitica o gibsitica, de forma que, en este plano, quede un (OH)- en el centro de cada hexgono

    formado por 6 oxgenos apicales. El resto de los (OH)- son reemplazados por los oxgenos de los

    tetraedros (Figura siguiente).

  • Pgina 5 de 25

    Una unin similar puede ocurrir en la superficie opuesta de la capa octadrica. As, los filosilicatos

    pueden estar formados por dos capas: tetradrica ms octadrica y se denominan bilaminares,

    1:1, o T:O; o bien por tres capas: una octadrica y dos tetradricas, denominndose trilaminares,

    2:1 o T:O:T. A la unidad formada por la unin de una capa octadrica ms una o dos tetradricas

    se la denomina lmina.

    Si todos los huecos octadricos estn ocupados, la lmina se denomina trioctadrica (Mg2+

    dominante en la capa octadrica). Si solo estn ocupadas dos tercios de las posiciones

    octadricas y el tercio restante est vacante, se denomina dioctadrica (el Al3+ es el catin

    octadrico dominante).

    En algunos filosilicatos (esmectitas, vermiculitas, micas...) las lminas no son elctricamente

    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

    lminas consecutivas, de cationes (como por ejemplo en el grupo de las micas), cationes

    hidratados (como en las vermiculitas y esmectitas) o grupos hidroxilo coordinados

    octadricamente, similares a las capas octadricas, como sucede en las cloritas. A stas ltimas

    tambin se las denomina T:O:T:O o 2:1:1. La unidad formada por una lmina ms la interlmina

    es la unidad estructural. Los cationes interlaminares ms frecuentes son alcalinos (Na y K) o

    alcalinotrreos (Mg y Ca).

    Las fuerzas que unen las diferentes unidades estructurales son ms dbiles que las existentes

    entre los iones de una misma lmina, por ese motivo los filosilicatos tienen una clara direccin de

    exfoliacin, paralela a las lminas.

  • Pgina 6 de 25

    Tambin pertenecen a este grupo de minerales la Sepiolita y la Paligorskita, a pesar de presentar

    diferencias estructurales con el resto de los filosilicatos. Estructuralmente estn formadas por

    lminas discontinuas de tipo mica. A diferencia del resto de los filosilicatos, que son laminares,

    stos tienen hbito fibroso (figura siguiente), ya que la capa basal de oxgenos es continua, pero

    los oxgenos apicales sufren una inversin peridica cada 8 posiciones octadricas (Sepiolita) o

    cada 5 posiciones (Paligorskita). Esta inversin da lugar a la interrupcin de la capa octadrica

    que es discontinua.

  • Pgina 7 de 25

    CLASIFICACION

    Los filosilicatos se clasifican atendiendo a que sean bilaminares o trilaminares y dioctadricos o

    trioctadricos (Tabla siguiente). Como puede verse pertenecen a los filosilicatos grupos de

    minerales tan importantes como las micas y las arcillas.

    DIOCTADRICOS TRIOCTADRICOS CARGA Caolinita Antigorita

    CANDITAS Nacrita SERPENTINA Crisotilo Dickita Lizardita

    BILAMINARES T : O 1:1

    Halloisita Bertierina X = 0

    Pirofilita Talco X = 0 Montmorillonita Saponita

    ESMECTITAS Beidellita ESMECTITAS Hectorita Nontronita

    X = 0,2-0,6

    Vermiculitas Vermiculitas X = 0,6-0,9 Illitas X = 0,9

    Moscovita Biotita MICAS Paragonita MICAS Flogopita

    TRILAMINARES T : O : T

    2 : 1

    Lepidolita X = 1

    T : O . T : O 2 : 1 : 1 CLORITAS

    FIBROSOS Paligorskita Sepiolita

  • Pgina 8 de 25

    PROPIEDADES FISICO-QUMICAS

    Las importantes aplicaciones industriales de este grupo de minerales radican en sus propiedades

    fsico-qumicas. Dichas propiedades derivan, principalmente, de:

    Su extremadamente pequeo tamao de partcula (inferior a 2 mm)

    Su morfologa laminar (filosilicatos)

    Las sustituciones isomrficas, que dan lugar a la aparicin de carga en las lminas y a la

    presencia de cationes dbilmente ligados en el espacio interlaminar.

    Como consecuencia de estos factores, presentan, por una parte, un valor elevado del rea

    superficial y, a la vez, la presencia de una gran cantidad de superficie activa, con enlaces no

    saturados. Por ello pueden interaccionar con muy diversas sustancias, en especial compuestos

    polares, por lo que tienen comportamiento plstico en mezclas arcilla-agua con elevada proporcin

    slido/lquido y son capaces en algunos casos de hinchar, con el desarrollo de propiedades

    reolgicas en suspensiones acuosas.

    Por otra parte, la existencia de carga en las lminas se compensa, como ya se ha citado, con la

    entrada en el espacio interlaminar de cationes dbilmente ligados y con estado variable de

    hidratacin, que pueden ser intercambiados fcilmente mediante la puesta en contacto de la arcilla

    con una solucin saturada en otros cationes, a esta propiedad se la conoce como capacidad de

    intercambio catinico y es tambin la base de multitud de aplicaciones industriales.

    Superficie especfica

    La superficie especfica o rea superficial de una arcilla se define como el rea de la superficie

    externa ms el rea de la superficie interna (en el caso de que esta exista) de las partculas

    constituyentes, por unidad de masa, expresada en m2/g.

    Las arcillas poseen una elevada superficie especfica, muy importante para ciertos usos

    industriales en los que la interaccin slido-fluido depende directamente de esta propiedad.

    A c