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  • CAPTULO 26

    PURIFICACIN DE ARCILLAS DE CAOLN MEDIANTE TCNICAS ELECTROQUMICAS

    Flores Segura J. C., Reyes Cruz V. E., Legorreta Garca F., Hernndez Cruz L.E. y Veloz Rodrguez M. A.

    REA ACADMICA DE CIENCIAS DE LA TIERRA Y MATERIALES, INSTITUTO DE CIENCIAS BSICAS E INGENIERA DE LA UNIVERSIDAD AUTNOMA DEL ESTADO DE HIDALGO

  • Desarrollos Recientes en Metalurgia, Materiales y Medio Ambiente

    Materiales

    CCAAPPTTUULLOO 2266

    Purificacin de Arcillas de Caoln Mediante Tcnicas Electroqumicas

    Flores Segura J. C., Reyes Cruz V. E., Legorreta Garca F., Hernndez Cruz L.E., y Veloz Rodrguez M. A.

    rea Acadmica de Ciencias de la Tierra y Materiales, Instituto de Ciencias Bsicas e Ingeniera de la Universidad Autnoma del Estado de Hidalgo, Ciudad Universitaria, Carretera PachucaTulancingo Km. 4.5,

    Mineral de la Reforma Hidalgo; C.P. 42184, Mxico.

    Resumen

    En la presente investigacin se realiz el estudio y tratamiento de una arcilla de caoln proveniente del municipio de Agua Blanca de Iturbide en el Estado de Hidalgo (Mxico) con el fin de separar los xidos de hierro que contiene. La arcilla fue clasificada y tratada a fin de obtener partculas micromtricas. El material micromtrico fue puesto en solucin y estudiado por voltamperometra, sta solucin mostr un proceso catdico atribuido a la reduccin del hierro del caoln. As mismo, un proceso subsecuente de macroelectrlisis a potencial de celda controlado, mostr que terminado el proceso, el hierro queda separado en solucin; ayudando a aumentar su pureza. El mineral de partida fue caracterizado por difraccin de rayos X (DRX), anlisis de tamao de partcula (ATP), microscopa electrnica de barrido (MEB) y anlisis qumico por espectrmetra de alta dispersin de plasmaacoplado inductivamente (ICP). El producto obtenido fue caracterizado por ICP.

    Palabras Clave: Arcillas; Caoln; Purificacin; Electroqumica.

    1. Introduccin

    El caoln es una arcilla producto de la descomposicin de rocas feldespticas, se trata de un silicato de aluminio hidratado cuyo componente principal es la caolinita, su frmula es 2H2OAl2O32SiO2, tiene una amplia aplicacin en diversas industrias, su consumo a nivel mundial fue estimado por Freedonia Group y ser de 24.8 millones de toneladas mtricas para 2013. Existen grandes yacimientos en pases

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  • como: Estados Unidos, Inglaterra, Brasil, Indonesia, China, etc., en donde el caoln es extrado y tratado para purificarlo, y as, aprovechar al mximo sus propiedades [1] .

    En Mxico existen tambin importantes yacimientos, principalmente en los estados de Veracruz, Guanajuato, e Hidalgo [2]. En Hidalgo hay un yacimiento en el municipio de Agua Blanca de Iturbide [3], en dnde el caoln presenta una importante cantidad de impurezas, las cuales degradan su valor y sus propiedades (principalmente su blancura debido a los xidos de hierro) [4] .

    El proceso de purificacin en hmedo, que se sigue en la mayora de plantas donde se tratan las arcillas de caoln alrededor del mundo, incluyen adems de los mtodos mecnicos como extraccin, desarenado, mezclado, clasificado, decantado y secado[1], alguno o la combinacin de los siguientes: separacin magntica de alta intensidad, flotacin, lixiviacin y floculacin [49].

    Dentro de los procesos de purificacin, los que han adquirido mayor importancia son: el proceso de lixiviacin el cual consiste en tratar el caoln con cidos a fin de reducir los xidos de hierro que contiene y de esta manera blanquear las arcillas contaminadas [7,9], y el de flotacin el cual consiste en agregar un surfactante hidrfobo a la solucin de caoln y hacer pasar burbujas de aire que atrapen las impurezas [6,8]. La aplicacin de varias tcnicas de purificacin provoca que el costo para su tratamiento se incremente [2].

    Claudio Cameselle y colaboradores en 2007 [10] encontraron que la aplicacin de potencial elctrico en combinacin con el uso de cido oxlico en una celda de electrorremediacin, ayuda a blanquear el caoln aumentando su blancura a un 80%, adems de minimizar la cantidad de reactivos utilizados en el tratamiento comn de purificacin para arcillas de caoln. El proceso de electrorremediacin consiste en colocar un suelo humectado entre dos pozos que contienen un electrolito, a fin de que los mecanismos de transporte causados por la aplicacin de un campo elctrico concentren los contaminantes en alguno de los electrodos, stos mecanismos son: electrosmosis, electromigracin, electroforesis, y difusin.

    Los resultados obtenidos por Camesselle revelan que los procesos electroqumicos pueden ser una alternativa para afrontar la problemtica de purificacin del caoln contaminado. Sin embargo, estos estudios tambin indican que se requiere un alto consumo energtico en el proceso al crear frentes con bajo pH.

    Por esta razn, en la presente investigacin se aborda esta problemtica realizando caracterizacin y estudios electroqumicos de una solucin de arcilla de caoln proveniente del municipio de Agua Blanca, Hidalgo. Cabe mencionar que la aplicacin de stas tcnicas en una celda electroltica representa una disminucin en la cantidad de energa utilizada, en comparacin con el tratamiento de electrorremediacin.

    La arcilla de caoln fue primeramente procesada mecnicamente hasta obtener partculas micromtricas. Las partculas micromtricas fueron puestas en solucin. Se realiz el estudio voltamperomtrico correspondiente y tambin un estudio cronopotenciomtrico con la solucin de arcilla de caoln en una celda electroltica, con el fin de conocer las condiciones energticas sobre las cuales se reducen los xidos de hierro. Con la informacin obtenida de estos estudios, se realiz un estudio de macroelectrlisis con esta solucin de arcillas de caoln a fin de llevar a cabo la remocin de xidos de hierro de la arcilla.

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  • 2. Procedimientos experimentales

    La preparacin mecnica consisti en cribado hmedo de la arcilla de caoln (proveniente del municipio de Agua Blanca, Hidalgo y comercializada por la empresa Molinos y Moliendas de Pachuca) con tamiz 400 mallas para obtener partculas con un tamao menor a los 37 m. La difraccin de rayos X fue realizada con el difractmetro de rayos X marca Inel, modelo EQUINOX 2000 con fuente de radiacin Cu K. La muestra fue secada a 120C. Se pulveriz en un mortero de gata y se dispuso en el portamuestras del equipo. La morfologa de la arcilla fue observada mediante un microscopio electrnico de barrido, marca Jeol, modelo JSM 6300. La muestra secada a 120C fue previamente recubierta con oro. Para el anlisis de tamao de partcula, una pequea cantidad de muestra se coloc en agua desionizada y se expuso a bao ultrasnico durante 3 min, posteriormente se proces mediante un analizador de tamao de partcula por difraccin de rayo laser marca Beckman Coulter, modelo LS13320.

    Para el anlisis qumico, las muestras se digestaron con HF y H3BO3. Posteriormente, se analizaron con un espectrmetro de plasma por acoplamiento inductivo, marca Perkin Elmer, modelo Optima 3000XL.

    Para el estudio electroqumico se utilizaron las tcnicas de voltamperometra cclica y cronopotenciometra que se llevaron a cabo en una celda electroqumica de 3 electrodos. Los sustratos utilizados son: Como electrodo de trabajo una placa de plata, como contraelectrodo un DSA y como electrodo de referencia Calomel (SCE por sus siglas en ingles). La solucin utilizada para el estudio voltamperomtrico fue: solucin de arcillas de caoln al 25% de slidos en cantidades de 300 mL. En la realizacin de los estudios electroqumicos se utiliz un potenciostatogalvanostato PAR263A. Las tcnicas se aplicaron a travs del software del equipo.

    Para el estudio de macroelectrlisis se utiliz el arregl de 2 electrodos con un potencial de celda obtenido a partir del estudio cronopotenciomtrico y una fuente de poder marca GW Instek.

    3. Resultados y discusiones

    3.1 Caracterizacin de la arcilla de caoln.

    El difractograma de la arcilla de caoln analizada se describe en la figura 1. La muestra presenta un alto contenido de caolinita (JCPDS 010781996) y, cuarzo (JCPDS 030650466) en sus fases mayoritarias.

    Por otro lado, se corrobora que estas arcillas poseen una importante cantidad de impurezas entre las que destacan la maghemita y los xidos de hierro y titanio, siendo los xidos de hierro los que aportan una coloracin beigerojiza a las arcillas, cuando se encuentran en cantidades significativas.

    La figura 2 se muestra los resultados arrojados del anlisis de tamao de partcula por difraccin de rayo lser.

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  • Figura 1. Difractograma de rayos X de la Hidalgo. (K=Caolinita; Q=Cuarzo; M=Maghemita; T=xidos de titanio; y F=xidos de hierro).

    Figura 2. Distribucin de tamao de partcula para la

    . Difractograma de rayos X de la arcilla de caoln proveniente del municipio de Agua Blanca, (K=Caolinita; Q=Cuarzo; M=Maghemita; T=xidos de titanio; y F=xidos de hierro).

    istribucin de tamao de partcula para la arcilla de caoln.

    arcilla de caoln proveniente del municipio de Agua Blanca, (K=Caolinita; Q=Cuarzo; M=Maghemita; T=xidos de titanio; y F=xidos de hierro).

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  • En la figura 2 se observan dos poblaciones aproximadamente 2m que ocupa el mayor porcentaje del volumenpoblacin mayoritaria corresponde a partculas con un tamao tambin puede apreciarse la existencia de partculas con un tamao tamaos pueden presentarse debido a interacciones entre ellas formando acumulaciones de gran tamao. Esto correspoen las microscopas obtenidas mediante el microscopio electrnico de barrido

    La figura 3 se presenta la microscopa de observarse acumulaciones de caolcargas que posee el mineral, interactan entre s creando acumulaciones.

    Figura 3. Microscopa de la arcilla

    dos poblaciones de partculas mayoritarias, una con un tamao m que ocupa el