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LAS ARCILLAS: PROPIEDADES Y USOS

Emilia Garca Romero: Universidad Complutense (Madrid)

Mercedes Surez Barrios: Universidad de Salamanca

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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

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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 m).

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 m.

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 m. 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 m.

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.

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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).

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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.

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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.

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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

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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 m)

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 supe

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