Ingeniería Ambiental
El término arcilla se usa habitualmente
con diferentes significados:
Mineralógico:Engloba a los minerales filosilicatos, cuyas propiedades físico-químicas dependen de su estructura y de su tamaño de grano, muy fino (inferior a 2 um).
Para un sedimentólogo:Arcilla es un término granulométrico, que abarca los sedimentos con un tamaño de
grano inferior a 2 um
Petrológico:Es una roca sedimentaria, en la mayor parte
de los casos de origen detrítico.
Para un ceramista: Una arcilla es un material natural que
cuando se mezcla con agua en la cantidad adecuada se convierte en una pasta plástica
Se consideran arcillas todas las fracciones con un tamaño de grano inferior a 2 um.
Incluso minerales no pertenecientes al grupo de los filosilicatos (cuarzo, feldespatos, etc.) pueden ser considerados partículas arcillosas cuando están incluidos en un sedimento arcilloso y sus tamaños no superan las 2 um.
ExtracciónLa explotación, normalmente, se efectúa a cielo abierto, utilizando medios mecánicos convencionales.
Los primeros objetos de alfarería se remontan al período Paleolítico y se trata de jarras o de pequeñas representaciones de divinidades maternales y de culto a la fertilidad
En la antigüedad americana la mayoría de sus pueblos eran agrícolas y, por tanto, sedentarios, lo que hizo que se produjeran grandes cantidades de utensilios domésticos para su uso culinario o de almacenaje
En Perú donde surgieron los primeros estilos en cerámica. El estilo Chavín (900-200 a.C.), con sus motivos de jaguares, fue superado durante el periodo clásico (primer milenio d.C.) por la cerámica de la cultura mochica, que floreció en la costa septentrional
PROPIEDADES FISICO-QUÍMICASPROPIEDADES FISICO-QUÍMICAS
Las aplicaciones industriales de este grupo de minerales radican en sus propiedades físico-químicas:
a) Pequeño tamaño de partícula (inferior a 2 um).b) Su morfología laminar (filosilicatos).c) Las sustituciones isomórficas, que dan lugar a la
aparición de carga en las láminas y a la presencia de cationes débilmente ligados en el espacio interlaminar.
CAPACIDAD DE ABSORCIÓN CAPACIDAD DE ABSORCIÓN
Algunas arcillas encuentran su principal campo de aplicación en el sector de los absorbentes ya que pueden absorber agua u otras moléculas en el espacio interlaminar (esmectitas) o en los canales estructurales (sepiolita y paligorskita).
CAPACIDAD DE INTERCAMBIO CATIÓNICO CAPACIDAD DE INTERCAMBIO CATIÓNICO
Fenómeno consistente en la pérdida de resistencia de un coloide, al amasarlo, y su posterior recuperación con el tiempo. Las arcillas tixotrópicas cuando son amasadas se convierten en un verdadero
líquido.
TIXOTROPÍA TIXOTROPÍA
Son capaces de cambiar, fácilmente, los iones fijados en la superficie exterior de sus cristales o atraer cationes a su superficie (Ca+,Mg+ , K+ )
HIDRATACIÓN E HINCHAMIENTOHIDRATACIÓN E HINCHAMIENTO
La hidratación y deshidratación del espacio interlaminar son propiedades características de las esmectitas, y cuya importancia es crucial en los diferentes usos industriales.
+ H+ H22OO
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Arcilla secaArcilla seca
HinchamientoHinchamiento
PLASTICIDADPLASTICIDAD
Las arcillas son eminentemente plásticas.
Esta propiedad se debe a que el agua forma una envuelta sobre las partículas laminares produciendo un efecto lubricante que facilita el deslizamiento de unas partículas sobre otras cuando se ejerce un esfuerzo sobre ellas
Cationes intercambiablesCationes intercambiables
+ H+ H22OO
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Suspensión coloidalSuspensión coloidalViscosidadViscosidad
ESTRUCTURA DE LOS FILOSILICATOSESTRUCTURA DE LOS FILOSILICATOS
Dichos tetraedros se unen compartiendo tres de sus cuatro oxígenos con otros vecinos formando capas, de extensión infinita y fórmula (Si2O5)2- (capa tetraédrica), que constituyen la unidad fundamental de los filosilicatos
La unidad estructural básica de los filosilicatos son tetraedros de silicio y oxígeno (SiO)4
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Tipos de arcilla La arcilla de China o caolín La arcilla de bola
La arcilla refractaria Las arcillas misceláneas
Usos en construcciónComo base de:
Productos de loseta de arcilla: Ingrediente principal del ladrillo, loseta de cerámica, teja para techo, chapa de cerámica.
Como morteroAbrasivosMateria prima para abrasivos
Como componente de:Aditivos, Agente impermeabilizante
CementoEs ingrediente del cemento
Linóleo Ingrediente
PinturaIngrediente
CauchoPara aumentar la resistencia al desgaste; como rellenador.
Pero las arcillas tienen desventajas por ejemplo un suelo arcilloso no es adecuado para la construcción debido a la retención de agua.
Productos de alfarería Azulejos
El gres porcelana vitrificada, semiporcelana o loza
CLASIFICACIÓN DE ACUERDO A SU CLASIFICACIÓN DE ACUERDO A SU CARGA.CARGA.
Tipo de Carga Dioctaédricas Trioctaédricas
Carga tetraédrica BeidellitaNontronita (Fe) Saponita
Carga octaédrica Montmorillonita EstevensitaHectorita (F,Li)
ESTRUCTURA TETRAÉDRICAESTRUCTURA TETRAÉDRICA
El tetraedro Si-O 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.
ESTRUCTURA OCTAÉDRICAESTRUCTURA OCTAÉDRICA
Los octaedros se encuentran descompensados eléctricamente (dos cargas positivas si el catión octaédrico es el Mg o tres si se trata de Al, frente a las 12 posibles cargas negativas que pueden aportar los seis vértices).
Las capas de tetraedros y octaedros se acoplan dando láminas que al repetirse forma la estructura cristalina.
CLASIFICACION POR LA CLASIFICACION POR LA DISPOSICIÓN DE SUS PLACASDISPOSICIÓN DE SUS PLACAS
LAMINARES
La mayoría de las arcillas se encuentran formadas por placas o láminas dispuestas cara a cara.
Una placa individual está compuesta por átomos dispuestos de una forma tetraédrica u octaédrica.
Caolinita Al2 Si2 O5 (OH)4 (Dioctaédrica).
El caolín o caolinita, es una arcilla blanca muy pura que se utiliza para la fabricación de porcelanas y de aprestos para almidonar. También es utilizada en ciertos medicamentos y como agente adsorbente.
Aplicación Características
PapelEn el recubrimiento del papel, reduce la porosidad y da suavidad y brillo a la superficie.
RefractariosEn la elaboración de perfiles, bloques y ladrillos refractarios, así como cemento refractario y resistente a los ácidos
CerámicaEn la fabricación de sanitarios, comedores, porcelana eléctrica y tejas de alto grado, vajillas, objetos de baño
Vidrio En la formulación de placas de vidrio
Pinturas
En la elaboración de pigmentos de extensión para pinturas y en la fabricación de tintas. Se usa como dilatador por su inercia química, suave fluidez, facilidad de dispersión y por no ser abrasivo
PlásticosEs usado como relleno en hules y plásticos y auxiliar en procesos de filtración. En revestimientos plásticos para ductos y tejas plásticas
AgroquímicosForma parte de los componentes de insecticidas y pesticidas bien como material de acompañamiento a insecticidas presentados en polvo o bien solo.
Aplicación Características
FarmacéuticaEn la elaboración de medicamentos por ser químicamente inerte y libre de bacterias.
CosméticosEs uno de los principales componentes de los cosméticos.
Construcción. En el concreto mejora la durabilidad, remueve el hidróxido de calcio químicamente activo, mejora la porosidad y la adhesión entre el cemento, la arena y la grava.
Serpentina. Mg3 Si2 O5 (OH)4 (Trioctaédrica).
Las serpentinas constituyen un grupo de minerales que se caracterizan por no presentarse en forma de cristales, excepto en el caso de pseudomorfismo.
Antigorita.- De color verde oscuro, translúcida.
Lizardita.
Crisótilo o asbesto.- Formado por fibras finas y paralelas, que se separan fácilmente. (aislante térmico).
Berthierita.
Flogopita. Es un mineral del grupo de los silicatos, subgrupo filosilicatos y dentro de ellos pertenece a las micas. Es frecuente encontrarlo en paquetes de láminas de color castaño, a veces de grandes dimensiones.
Biotita.Es un filosilicatos de hierro y magnesio ,del grupo de las micas con fácil exfoliación basal, transparente, color oscuro y brillo nacarado a metálico.
Es un mineral muy difundido como componente de numerosas rocas ígneas (granitos, sienitas, traquitas, etc.), metamórficas y sedimentarias.Es un mineral muy difundido como componente de numerosas rocas ígneas (granitos, sienitas, traquitas, etc.), metamórficas y sedimentarias.
Lepidolita.- La lepidolita es un mineral del grupo de las micas.
Es un FILOSILICATOS lila o rosa violáceo del grupo de las micas, que es una fuente secundaria de litio. Se asocia con otros minerales de litio como espodumena en pegmatitas. Es una de las mayores fuentes del raro rubidio y del cesio.
Talco.- El talco (nombre derivado del árabe tal q) es un mineral del grupo VIII (silicatos), según la clasificación de Strunz, de color blanco a gris azul.
En la escala de Mohs se toma como patrón de la menor dureza posible, asignándosele convencionalmente el valor 1. Al tacto resulta tan grasiento o jabonoso que puede rayarse con la uña.
c) Pirofilita Al2 Si4 O10 (OH)2: (Dioctaédrica: Sin sustituciones. Espesor fijo (9 amstrong)).
La pirofilita es un mineral del grupo VIII (silicato) según la clasificación de Strunz. Es un silicato de alumina hidratado, cuya fórmula es Al2Si4O10(OH)2 y su composición teórica es 66,7% SiO2, 28,3% Al2O3 y 5% H2O. Normalmente está mezclado con caolinita, alunita y cuarzo.
Normalmente se presenta en forma de laminillas o en agregados foliáceos o radiados, debido a su estructura y fractura micáceas, lo que además la hace ser suave y untuosa al tacto.
d) Moscovita (10 amstrong). K Al2 (Si3 Al) O10 (OH)2: Dioctaédrica: Con sustituciones en la capa tetraédrica. Espesor fijo
La moscovita es un mineral del grupo de los silicatos, subgrupo filosilicatos y dentro de ellos pertenece a las micas alumínicas. Químicamente es un aluminosilicato de potasio y aluminio, que puede llevar magnesio , cromo y una gran variedad de otros elementos en sus numerosas variedades.
Montmorillonita Na0,4 (Al1,6 Mg0,4) Si4 O10 (OH)2: Dioctaédrica: Con sustituciones en la capa octaédrica. Espesor variable (10-18 amstrong). La montmorillonita es un mineral del grupo de los silicatos, subgrupo filosilicatos y dentro de ellos pertenece a las llamadas arcillas. Es un hidroxisilicato de magnesio y aluminio, con otros posibles elementos.Recibe su nombre de la localidad francesa de Montmorillon. Se caracteriza por una composición química inconstante. Es soluble en ácido y se expande al contacto con agua
Talco Mg3 Si4 O10 (OH)2: Trioctaédrica: Sin sustituciones. Espesor fijo (9 amstrong).
Flogopita K Mg3 (Si3 Al) O10 (OH)2: Trioctaédrica: Con sustituciones en la capa tetraédrica. Espesor fijo (10 amstrong).
Hectorita Na0,4 (Mg2,6 Li0,4) Si4 O10 (OH)2: Trioctaédrica: Con sustituciones en la capa octaédrica. Espesor variable (10-18 amstrong). Es una arcilla del Grupo de las esmectitas.Suelen presentarse en agregados laminares o en masas suaves y blandas. Estos minerales suelen precipitar en cuencas sedimentarias endorreicas con pH alcalino y gran concentración iónica. También pueden aparecer como productos de alteración hidrotermal de rocas ácidas o neutras
Vermiculita : Dioctaédrica y trioctaédrica: Con sustituciones en la capa tetraédrica y octaédrica. Espesor variable (10-14 amstrong).
La vermiculita es un mineral formado por silicatos de hierro o magnesio, del grupo de las micas. Se origina principalmente en la alteración hidrotermal de biotita.
Cloritas: Trioctaédricas y dioctaédricas. Con sustituciones en ambas capas. Espesor fijo (14 amstrong).
Clorita es el nombre genérico de unos aluminosilicatos, del grupo de los filosilicatos, en algunos de los cuales predomina el hierro, mientras que en otros es más importante la proporción de manganeso y de otros metales.
FIBROSASSepiolita. Estructura 2:1 con giro de los tetraedros y octaedros cada seis. Espesor variable (12-10 amstrong).
La sepiolita es un mineral del grupo VIII (Filosilicatos), según la clasificación de Strunz de fórmula química Mg4Si6O15(OH)2·6H2O. Cristaliza en sistema ortorrómbico y posee una dureza de 2 en la Escala de Mohs. Presenta fractura concoidea, exfoliación ausente, brillo opaco y raya blanca.
Paligorsquita. Estructura 2:1 con giro de los tetraedros y octaedros cada cuatro. Espesor fijo (10,5 amstrong).
Caracterizadas por un alto contenido de silicio de la capa tetraédrica (próximo a 8 e incluso superiores), un número de cationes octaédricos comprendido entre 2.82 y 4.11, una relación con R3: R2+ próxima a 2 típicos de un paligorskita.
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