Arcillas. - U

Arcillas
http://www.oakton.edu/user/4/billtong/eas100/clays.htm
Características generales
Definición del término
El término arcillas se utiliza de forma general por múltiples áreas, donde su significado varía
dependiendo del área que se trate. Así, desde el punto de vista petrológico, la arcilla es una roca
sedimentaria, en la mayor parte de los casos de origen detrítico, con características bien definidas.
Para un sedimentólogo, arcilla es un término granulométrico, que abarca los sedimentos con un
tamaño de grano inferior a 2 μm. 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. Desde el punto de
vista económico las arcillas son un grupo de minerales industriales con diferentes características
mineralógicas y genéticas y con distintas propiedades tecnológicas y aplicaciones. La definición
más adecuada para nuestro caso es considerar a las arcillas como un grupo de minerales
(minerales de la arcilla), filosilicatos en su mayor parte, cuyas propiedades físico-químicas
dependen de su estructura y de su tamaño de grano, muy fino (inferior a 2 μm).
Características físicas y químicas
Las características físicas y químicas de las arcillas se derivan de su composición química, su
estructura en láminas y su tamaño. Los minerales de la arcilla poseen gran afinidad por el agua;
algunos la absorben fácilmente y pueden duplicar su tamaño estando húmedas. La mayoría de los
minerales de la arcilla tiene la habilidad de absorber iones de una solución y liberar los iones
cuando cambian las condiciones.
Las moléculas de agua se atraen fuertemente a la superficie de las arcillas. Así, cuando un poco de
arcilla es añadida al agua, esta se distribuye uniformemente a través del líquido. Esta propiedad
comúnmente se utiliza en pinturas, para distribuir los pigmentos (color) sobre la base de la
pintura.
El proceso en que algunas arcillas absorben agua y se hinchan es reversible. Las arcillas expansibles
se expanden o contraen en respuesta a factores ambientales, como la humedad y temperatura.
Así, puede existir una diferencia de casi un 100% entre una misma arcilla seca y húmeda.
Otra propiedad importante en las arcillas es la capacidad de intercambiar iones. Los iones pueden
ser atraídos hacia la superficie de las arcillas o ser incorporado en su estructura. Por esto, las
arcillas puedes ser importantes agentes transportadores de contaminantes de un área a otra (en el
caso de que entren iones o moléculas como pesticidas).
Yacimientos y minerales
Minerales
Los minerales de las arcillas se puede clasificar de varias formas: primarias, aquellas cuyo
yacimiento se encuentra en el mismo lugar en que se formaron (Ej: Caolín, única arcilla primaria) y
secundarias, aquellas que han sido desplazadas después de su formación. Existen 3 grupos
principales de arcillas:
1.- Caolinita
2.- Montmorillonita-Smectita
3.- Illita
1.
Yacimientos (http://pubs.usgs.gov/info/clays/)
Los minerales de las arcilla se forman en condiciones geológicas bien limitadas. Los ambientes de
formación comunes incluyen horizontes de suelos, sedimentos marinos y continentales, campos
geotermales, depósitos volcánicos y meteorización de rocas. La mayoría de las arcillas se forma
donde las rocas están en contacto con agua, aire o vapor (Ej: laderas de cerro meteorizadas,
sedimentos en el mar o fondo de lago, sedimentos muy enterrados con agua de poro, rocas en
contacto con fluídos hidrotermales). Todos estos ambientes pueden causar la formación de arcillas
a partir de minerales preexistentes, donde destaca el caso de las bentónicas (grupo de la
Smectita), que se forman por alteración de rocas y poseen un gran interés económico.
Erosión
El transporte y deposición de arcillas producto de la erosión de rocas continentales y marinas y
suelos son parte importante del ciclo de formación de rocas sedimentarias. Lutitas o fangolitas
pueden contener hasta un 50% de arcillas y actualmente componen alrededor de la mitad de los
sedimentos de plataforma continental marina y cuencas oceánicas profundas. Ambientes
continentales como lagos, ríos, estuarios y deltas también poseen grandes cantidades de
sedimentos de grano fino.
Diagénesis
La diagénesis se refiere a la alteración in-situ de minerales hacia formas más estables (no incluye a
alteración superficial, pues esa es meteorización) cuando por ejemplo, un minerales estable en un
ambientes es expuesto a otro producto de enterramiento y compactación. Así, diversos silicatos
como feldespatos, vidrio volcánico, carbonatos y óxidos de hierro son transformados durante la
diagénesis en arcillas más estables a las condiciones exógenas mediante disolución y
recristalización.
Meteorización
La meteorización de rocas y suelos es la principal forma en la cual los minerales de arcilla se
forman en la superficie de la Tierra. La meteorización involucra separación física y descomposición
química que cambia minerales originales en minerales de arcillas. Los principales factores que
afectan la meteorización de una roca o suelo son el tipo de roca, la cantidad de agua presente, la
temperatura, la presencia de organismos y material orgánico y la cantidad de tiempo. Se pueden
formar diferentes tipos de arcillas dependiendo de las condiciones climáticas presentes (clima
húmedo tropical, seco-tropical, etc)
Yacimiento en el mundo
Yacimientos de ball-clay
Se caracterizan por su gran contenido de caolinita (>70%), considerable presencia de illita y
pequeña cantidad de montmorillonita.
Los principales yacimientos de este tipo se encuentran en EEUU, aunque el mayor exportador es el
Reino Unido. En el caso de EEUU, los principales yacimientos se encuentran en Kentucky,
Tennessee, Mississippi y Texas. En el Reino Unido, en el sur-oeste de Inglaterra, específicamente
en Devon y Dorset. Los otros yacimientos importantes de este tipo se encuentran en la región que
anteriormente comprendía Checoslovaquia y la Unión Soviética.
Yacimientos de caolinita
La mitad de la producción mundial de caolinita proviene del suroeste de Inglaterra, en el Reino
Unido (casi la misma región que los yacimientos de ball-clay) y de Georgia/Carolina del Norte en
EEUU. Otras regiones con grandes yacimientos son la región de Bretaña, al norte de Francia,
Alemania, Rusia y España, específicamente en Lugo, Cuenca-Turel-Valencia y Guadalajara.
Arcillas especiales
Existen algunos tipos de arcillas con fines especiales cuya extracción es deseada por sus
aplicaciones. Dentro de estas arcillas se encuentra la bentonita, que se extrae en la mayor parte de
los países de Europa: Italia (isla de Ponza y Cerdeña), en el R.U. (Surrey, Somerset, Bedforshire), en
España (Almería, Toledo y Madrid), etc. En EEUU se extrae principalmente de Wyoming, Arizona y
Oklahoma.
La sepiolita también es una arcilla con fines especiales que se extrae principalmente de España
(Toledo y Madrid), EEUU y Turquía.
Yacimiento en Chile
Bentonita
Los yacimientos, prospectos y ocurrencias de bentonita en la Región de Tarapacá, se localiza en las
pampas de la Provincia de Arica e Iquique y en el altiplano de la Provincia de Parinacota. Se
atribuye la formación de mantos de arcilla bentoníticas a la alteración por hidratación de cenizas
volcánicas, producidas en procesos volcánicos contemporáneos a la aparicion de los sedimentos
clásticos, arcilloso que conforman las formaciones.
Los yacimientos, prospectos y ocurrencias en la primera región son:
Provincia de Arica: San Eduardo
Provincia Parinacota: Quebrada Allane, Macarena, Rió Lauca y Camino Umirpa
Provincia Iquique: Tana I, Quiuña, Cerro Mojote y Quillagua
La Región de Tarapacá constituye la única productora nacional de bentonita, mediante la
producción por parte de la Minera Macarena desde el yacimiento San Eduardo, único en
explotación, realizada a rajo abierto
Arcillas comunes
En Chile, los yacimientos de arcillas comunes se distribuyen entre la Región de Tarapacá y la
Región de los Lagos. Ubicándose los principales yacimientos y prospectos de arcilla común en la
Quebrada de Azapa, Provincia de Arica y en el sector de Pozo Almonte, depresión central de la
Provincia de Iquique.
Actualmente el único yacimiento de Arcillas comunes en explotación, es el yacimiento Casa
Grande, localizado en la quebrada de Azapa a 10 km al este de Arica.
Caolinita
Los prospectos y ocurrencias de caolín en la Región de Tarapacá se localizan en el altiplano de la
Provincia de Parinacota y Quebrada Allane y Umirpa.
Valores de mercado
Usos
Usos generales
Las arcillas, mezcladas con agua, exhiben un comportamiento plástico, mientras que secas se
comportan de manera firme y dura. Por lo mismo, son utilizadas como cerámicas, ya sea para fines
ornamentales o utilitarios, así como en la construcción en forma de ladrillos, murallas o baldosas.
También es común que se utilicen en loza, ollas, pipas de tabaco e instrumentos musicales como la
ocarina. Es común encontrarlas en las cadenas de producción de diversos elementos, como el
papel, cemento y filtración química.
Los minerales de las arcillas también son impermeables, por lo que se utilizan en junturas donde
se requiere dicha característica, como en presas o como barreras en vertederos.
Algunos estudios señalan que los guacamayos visitan zonas arcillosas en forma de collpa (nombrar
a un lugar en especial, en donde ciertos animales sienten el irresistible deseo o urgencia de comer
tierra) para comer.
Algunas arcillas también poseen usos medicinales, para aliviar dolores estomacales y diarrea.
Usos particulares
Bentonita
La bentonita posee múltiples usos industriales. Algunos de los mas importantes son:
Arenas de moldeo: Utilizadas para la fabricación de moldes para fundición, donde se mezcla
bentonita con arena para facilitar la plasticidad y moldeo y darle resistencia al molde para
mantener la forma adquirida mientras se vierte el material fundido.
Lodos de perforación: Proporciona al lodo de perforación las funciones que debe cumplir, como
limpieza del fondo del pozo, mantenimiento en suspensión del ripio, control de presiones de
formación y estabilización de paredes, etc.
Peletización: Se utiliza como aglutinante en la producción de pelets del material previamente
pulverizado durante las tareas de separación y concentración.
Absorbentes: Se utiliza en decoloración y clarificación de aceites, vinos, sidras, cervezas, etc.
Material de sellado: Para sellar depósitos de residuos tóxicos y peligrosos, así como radiactivos.
Para contener aguas, como en estanques y lagos ornamentales (campos de golf)
Caolinita
El principal uso de la caolinita es en la industria papelera, utilizando mas del 50% de la producción.
Se utiliza para la fabricación del papel, como para proporcionarle a este un acabado estucado.
También se utiliza en la fabricación de materiales cerámicos (porcelana, loza) y de refractarios
(aislantes térmicos y cementos). Se ha utilizado caolinita sustituyendo a las resinas en pinturas,
también participa en la fabricación de aislantes, caucho, pesticidas, abonos y alimentos de
animales.
Sepiolita-Paligorskita
Se utilizan como absorbentes, soporte para aerosoles y aerogeles para pesticidas y fertilizantes,
purificación de derivados del petróleo.
Problemáticas asociadas a la extracción y procesamiento del recurso
No se encontraron problemáticas asociadas a la extracción y procesamiento del recurso, pero se
discutirá de problemáticas de las arcillas.
Suelos expansibles (http://geology.com/articles/expansive-soil.shtml)
Las arcillas pueden generar diversos problemas. Uno de los más comunes es cuando se presentan
arcillas expansibles, como la esmectita, en lo que es llamado suelos expansibles. Estos suelos son
capaces de expandirse al absorber agua, en donde se expandirán más mientras más agua absorba
(hasta un 10%). Este cambio en el volumen puede generar una fuerza lo suficientemente grande
sobre algún edificio o estructura como para causar daños estructurales tales como fracturamiento
de fundaciones, pisos y paredes de subterráneos. De igual forma, cuando estos suelos se secan, se
contraen y generan grietas que reducen el soporte de la estructura y pueden resultar en daños
graves. Esto genera un ciclo de expansión y compresión que somete a la estructura a repetitivos
cambios de stress.
La sociedad americana de ingenieros civiles estima que ¼ de los hogares de EEUU presentan algún
daño causado por suelos expansibles y generan más pérdidas que terremotos, inundaciones,
huracanes y tornados sumados. A pesar de esto, poca gente está consciente del problema pues el
daño se produce lentamente y no se atribuye a un evento único.
http://www.minersoc.org/pages/Archive-CM/Volume_21/21-3-261.pdf