zeolita - Emiva Solutions

ZEOLITA
CARACTERÍSTICAS USOS Y
APLICACIONES
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INDICE GENERAL
ZEOLITA
3
PROPIEDADES DE LA ZEOLITA
3
PROPIEDADES FISICAS
3
PROPIEDADES QUIMICAS
3
LA PROPIEDAD ADSORVENTE
4
LA PROPIEDAD DE INTERCAMBIO IONICO
4
USOS Y APLICACIONES
5
Agricultura acondicionamiento y
fertilización de suelos
5
Nutrición animal
6
Tratamientos de purinos
7
Eliminación de amonio (NH4+) en piscicultura
7
Como lecho en los nidales y sobre las excretas
7
Conservación de granos y semillas
8
Cementos y Hormigones
9
Zeolita en el medio ambiente
12
Tratamiento de aguas con zeolita
12
Remoción de cationes metálicos
12
GRANULOMETRÍA
13
VARIEDADES DE ZEOLITAS
13
INFORMACIÓN ASESORAMIENTO Y VENTAS
14
2
ZEOLITA
Las zeolitas son un grupo de minerales no metálicos de propiedades únicas, de reciente
desarrollo, que las hacen económicamente muy útiles. Pertenecen a la familia de los
aluminosilicatos, y se encuentran en forma natural en la tierra. Son de fácil extracción y
procesamiento, y ecológicamente amigables. Poseen propiedades de retención y
liberación de líquidos y gases, realizando y acelerando intercambios que optimizan
procesos en una variedad de situaciones de aplicación productiva en agricultura,
ganadería e industria.
PROPIEDADES DE LAS ZEOLITAS
Las zeolitas se presentan en la naturaleza como rocas blandas, relativamente fáciles de
moler, y muy absorbentes de la humedad. Se extraen en canteras a cielo abierto con
medios mecánicos simples y trabajo manual. Se trata de una minería que genera muchos
puestos de trabajo, y no es contaminante, sino que por el contrario, obtiene un mineral de
alto valor ecológico.
Las zeolitas son aluminosilicatos hidratados de Sodio, Calcio, Magnesio, Potasio y otros
minerales alcalinos y alcalinos térreos que se encuentran en forma natural en la tierra.
Poseen una estructura cristalina eléctricamente cargada que puede ser utilizada para
retener cationes y aniones. Durante su formación, algunos de los compuestos de aluminio
son reemplazados por silicatos en la superficie de las zeolitas.
Cada una de estas sustituciones crea una carga negativa en la superficie de la zeolita,
que requerirá un catión (ion cargado positivamente, como por ejemplo, el amonio) , para
balancear las cargas.
La capacidad de intercambio catiónico (CIC) es uno de los principales parámetros
mediante el cual se evalúa la calidad de un mineral zeolítico, es una magnitud que da una
medida del monto de equivalentes de un catión que es capaz de retener por intercambio
iónico una masa de zeolita. Esta capacidad está directamente relacionada con la cantidad
de Aluminio presente en la red zeolítica y depende directamente de su composición
química.
Las zeolitas absorben líquidos hasta alrededor del 40% de su peso, por lo que se usan en
aplicaciones vinculadas con la remediación de suelos, limpieza de residuos industriales y
petroleros y otros usos ambientales.
Propiedades físicas
La caracterización de cualquier zeolita incluye la descripción básica de sus características
mineralógicas y una evaluación al cambio por efecto de la humedad, las cuales son
consideradas para las aplicaciones comerciales específicas.
Propiedades químicas
Las aplicaciones de las zeolitas naturales hacen uso de una o más de sus propiedades
químicas, que incluyen propiedades de adsorción, intercambio de iones, deshidratación y
3
rehidratación. Estas propiedades están en función de la estructura del cristal de cada
especie, y su estructura y composición catiónica.
Las más importantes propiedades son:
•
Alto grado de hidratación
•
Baja densidad y un gran volumen de vacíos cuando es deshidratado
•
Estabilidad de su estructura cristalina cuando se deshidrata
•
Propiedades de intercambio catiónico
•
Presencia de canales moleculares uniformes clasificados en los cristales
deshidratados
•
Habilidad de absorber gases y vapores
•
Propiedades catalíticas
La propiedad absorbente ha permitido desarrollar tecnologías que utilizan a las zeolitas
como portadores de fertilizantes y pesticidas constituyendo núcleos fertilizantes de alta
eficiencia, económicos y de fácil manipulación y aplicación.
También en aves y ganado la propiedad absorbente permite mejorar en el estómago de
los animales el equilibrio interno de la materia ingerida, eliminando micotoxinas y
facilitando la digestión.
En otro ámbito, las zeolitas naturales se utilizan como elementos filtrantes en una
variedad de situaciones, y cuando se las trata industrialmente constituyen filtros de alta
precisión que se utilizan en las aplicaciones más exigentes. (1)
La propiedad de intercambio iónico es la que determina la singularidad de las zeolitas.
Permite intercambiar compuestos químicos elementales y se complementa con la
propiedad absorbente dándole a estos minerales una capacidad única en fertilización
agrícola, nutrición animal, hormigones y cementos, procesos industriales diversos,
acuacultura, usos ambientales y otros. (2)
Se han utilizado zeolitas para remediar situaciones de riesgo en la industria nuclear. Su
uso fue masivo en Chernobyl, y lo será en Japón (Fukushima).
(1) La efectividad de las zeolitas está dada por su doble capacidad de absorber y adsorber. La
absorción se realiza en el interior del cristal, tomando entre el 30% y el 40% de líquidos con respecto
a su peso.
(2) Lo que hace casi únicas a las zeolitas como mineral natural, y muchísimo más eficientes que su
eventual competidora la bentonita es su capacidad de adsorción. Este es un fenómeno superficial
que involucra no solamente a los iones disueltos en líquidos, sino también a los gases.
La capacidad de adsorción es lo que da a las zeolitas las propiedades de eliminación de olores,
regulación y aprovechamiento de nitrógeno, amoníaco, cationes de metales pesados y otros que
ayudan a la salud de los animales e higiene en avícolas, feed lots y criaderos de cerdos.
La capacidad de adsorción se manifiesta en las caracterizaciones del mineral en la “Capacidad de
intercambio catiónico” que varía entre 1,5 y 2 mE/gr y en términos de magnitudes físicas la adsorción
tiene un valor del orden de 0,35cm3/gr
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USOS Y APLICACIONES
Agricultura: acondicionamiento y fertilización de suelos
La zeolita es un mineral de especial interés agronómico por su participación en los
mecanismos de nutrición de las plantas y su contribución al acondicionamiento de los
suelos.
El efecto de agregar zeolitas al suelo es multipropósito. No solo se desempeñan muy bien
como aireadores de suelos y para neutralizar suelos ácidos, sino que también regulan la
liberación de amonio, nitrógeno y potasio de los fertilizantes, e inciden en el
aprovechamiento de otros elementos por parte de las plantas.
Los nutrientes se liberan gradualmente en un período de tiempo más prolongado,
aumentando su tiempo de residencia en los suelos. Esta propiedad evita la pérdida de
fertilizantes por dispersión o lixiviación. La disminución de pérdidas junto con la capacidad
de intercambio catiónico de la zeolita lleva a un ahorro entre el 20 y el 30 % de urea por
sustitución.
Para el fósforo el intercambio es con el calcio de los fosfatos y rocas fosfóricas,
mejorando la liberación de fósforo del suelo y su absorción por parte de la planta.
Por el mismo mecanismo que para los fosfatos, la liberación del azufre contenido en el
yeso es potenciada por la zeolita.
Algunos resultados generales de la aplicación de zeolita en agricultura son:
-
Incremento de los rendimientos entre 15 y 25 %, con producciones de calidad
superior
-
Disminución del consumo de agua en más de 30 %
-
Disminución de los costos de fertilización entre 30 y 40 %
CULTIVO
MAIZ
PAPA
TOMATE
PEPINO
BATATA
FORMULA
Sin Zeolita
Con Zeolita
Sin Zeolita
Con Zeolita
Sin Zeolita
Con Zeolita
Sin Zeolita
Con Zeolita
Sin Zeolita
Con Zeolita
RENDIMIENTO (T/Ha)
2,12
3,15
24,31
29,96
32,05
36,80
32,40
43,62
11,50
14,20
5
INCREMENTO (%)
48,58
21,20
14,80
34,6
23,9
Nutrición animal
La adición de zeolitas naturales a los alimentos animales incrementa la eficiencia global
de la alimentación al disminuir el impacto del amoníaco en el sistema digestivo animal, por
absorción de las micotoxinas y por otras acciones.
En efecto, la inclusión de la zeolita en la alimentación de pollos, pavos, cerdos, y también
bovinos, produce mayores tasas de crecimiento, mejora en la eficiencia de la
alimentación, disminución en los casos de diarrea y problemas relacionados, y
excrementos más secos y menos malolientes.
Las principales ventajas de la adición de zeolitas en el alimento de los animales son:
-
Mejora la eficiencia de utilización de los nutrientes.
Incrementa la tasa de engorde.
Control preventivo de problemas entéricos (diarreas, úlceras, etc.).
Control de olores indeseables en las instalaciones.
Prevención de la contaminación y desarrollo de hongos durante el almacenaje de
granos y piensos.
Reducción en más de un 50% de las micotoxinas contenidas en los alimentos y
animales.
Reducción del costo de elaboración de los piensos.
Mayor durabilidad en los alimentos peletizados.
Previene el stress al destete.
Mejora los indicadores metabólicos en pollos de ceba.
En gallinas ponedoras, se aumenta la producción de huevos, y se mejora la
calidad de la cáscara con un menor gasto en pienso.
Además de lo anterior, se mejora la conversión masal (consumo de MPT / kg de
huevos producidos).
Propiedades Físicas
Color:
Punto de fusión:
C. I . Catiónico:
Densidad de Bulto:
Humedad:
pH :
Retención de agua:
Granulometría:
Verde grisáceo – Beige claro
1300 grados celsius
120-150 meq/100 g.
0.7 – 0.9 gr / cm3
3–5%
7.0 – 7.5
20 – 25 %
100 % < 1.0mm
Composición Química
SiO2 – 68.38 %
Al2O3 – 12.37 %
Fe2O3 – 2.10 %
CaO –
4.67 %
Na2O – 1.05 %
K2O - 1.76 %
TiO2 – 0.15 %
PPI - 12. 16 %
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Tratamientos de purinos
Las zeolitas naturales pueden utilizarse en el control de malos olores generados en
granjas de cultivo intensivo. Si se utiliza como aditivo en el pienso, disminuye
notablemente el contenido en amoniaco en los purinos, también puede utilizarse
directamente en el pozo de los purinos. Tienen una gran absorción de amoníaco y de H2S
que provocan malos olores, ayudando en el proceso de digestión anaeróbica de los
purinos. El producto resultante es un fertilizante natural de liberación lenta.
El nivel óptimo de zeolita natural para minimizar la emisión de malos olores
independiente del nivel de humedad y del contenido de nitrógeno de los residuos
a tratar, aunque en varios estudios se ha demostrado que dosis entre 2 y 4 gramos de
zeolita/litro de residuo permiten una reducción del tiempo de digestión anaeróbica. Las
zeolitas naturales también se utilizan en plantas de tratamiento de residuos para prevenir
las emisiones de malos olores en la atmósfera.
Eliminación de amonio (NH4+) en piscicultura
La capacidad de remoción de amonio (NH4+) por las zeolitas naturales, hace que sean
una forma natural muy efectiva de controlar los altos niveles de amonio generados en la
actividad piscícola, con lo que se logra un incremento en la producción de peces.
Las zeolitas, pueden utilizarse en el sistema de filtración de agua o bien vertidas
directamente en el agua ya que son completamente inofensivas para el medio acuático.
Como lecho en los nidales y sobre las excretas
En el mundo no se ha encontrado un material que reúna las características físicoquímicas adecuadas para ser utilizado como lecho, las cuales se evalúan por el grado de
higroscopicidad, apelmazamiento, pulverulencia y contaminación.
Recomendaciones sobre el modo de empleo
Especie
Bovino (Leche)
Cerdos (Ceba)
% de inclusión
2.5
3.5 – 6.0
7
Talla(mm)
<1.0
< 1.0
Cerdos (Pre ceba)
Cerdos Reprod.Lactante
Aves (Ceba)
Aves (Ponedoras)
Aves (Reprod. Pesadas)
Camas y excretas
Camas y nidales
Piensos y Materias Primas
1.
2.
3.
4.
5.
6.
3.0
200-400 /puerca.día
5.0
2.5 – 10.0
3.0 – 7.0
5 kg/m2
3 kg / m2
5
<1.0
<1.0
<1.0
<1.0
<1.0
3–8
1-3
<1.0
Aplicación de fertilizante con la adición de zeolita
Menor riesgo de volatilización ya que la zeolita absorbe el amonio libre
El agua de riego o las precipitaciones introducen la zeolita en el suelo
El fertilizante es retenido por la zeolita en la zona radical hasta que es requerido por las plantas.
Se reducen las pérdidas del fertilizante por lixiviación aumentando la “vida útil” del fertilizante.
Se mejoran las propiedades físico-químicas del suelo en el largo plazo (Capacidad de Intercambio
Catiónico, retención de nutrientes, etc.)
Conservación de granos y semillas
Debido a la habilidad de la zeolita para absorber
el exceso de humedad, es utilizada en el
almacenamiento de granos y semillas.
En el almacenamiento de fertilizantes,
especialmente embolsados, evita la compactación
y la formación de terrones.
Los granos sufrieron destrucción total y
perdieron su integridad antes de los 2 años
durante el almacenaje al ambiente cuando
no se mezclaron con zeolita.
Los granos mezclados con zeolita mostraron similar
comportamiento que en el almacenaje en frigorífico.
En los granos de todas las especies hubo menor
número de insectos y hongos cuando estuvo presente
la zeolita en el almacenaje al ambiente.
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Cementos y Hormigones
Son conocidas las evidencias de empleo en las construcciones antiguas, 1500 – 2000
años antes de nuestra era, de minerales con contenido de zeolitas naturales en las
mezclas con cal, de las llamadas tierras de Santorin, Trass Renano, y similares minerales
descubiertos en Pozzoli cerca de la Bahía de Nápoles. También es conocido el amplio
empleo que los romanos hicieron de estos minerales es sus colosales obras construidas
en la antigüedad: Coliseos, Acueductos, y la extraordinaria Cúpula del Panteón de 42.0 m
de luz, en el que junto al empleo de los cementos cal-puzolana en los muros de 7 m. de
espesor, levantados para soportar los empujes, se utilizó la pómez puzolánica como árido
ligero.
Muchas de estas construcciones conservadas hoy en admirables condiciones testimonian
una de las propiedades fundamentales de la sostenibilidad: la durabilidad.
Las zeolitas y tobas zeolíticas tienen la propiedad de reaccionar fácilmente con la cal. Los
materiales cementicios con esta propiedad, que históricamente venía asociada a un
material volcánico de la zona de Pozzuoli, cerca de Nápoles, se llaman materiales
puzzolánicos.
La mezcla de polvos de clinker de cementos portland con zeolitas da lugar a los cementos
puzzolánicos, en cuya manufactura se ahorra combustible y se incrementa la
productividad sin alterar la calidad y el desempeño del producto final. Las principales
cementeras del país usan como puzzolanas minerales de la familia de los silicoaluminatos
pero no siempre zeolitizados. Las zeolitas sustituyen con ventaja dichos minerales
Es de uso en la construcción el llamado cemento romano, constituido por zeolita y cal, sin
agregado de cemento portland, y que es apto para determinado tipo de construcciones,
especialmente viviendas económicas.
Las zeolitas naturales pueden utilizarse en la preparación de hormigón ligero para la
construcción, en revestimientos, azulejos, losas y otras aplicaciones.
Constituyen un agregado sustituto de los áridos, que aligera el peso del hormigón. Su
estructura de silicato poroso la hace más ligera que la arena, dando más volumen por
tonelada de producto con una dureza y resistencia similares.
La zeolita no contiene barro que disminuye la resistencia del hormigón, y su estructura
porosa retiene la humedad lo que facilita que el hormigón cure más rápidamente.
En usos de mayor sofisticación, la aplicación apropiada de zeolitas en hormigones puede
producir un incremento en las resistencias con ahorros superiores al 10 % en el consumo
de cemento portland y aumento de la durabilidad.
Cuando se combina con otros aditivos pueden obtenerse hormigones de alta prestación,
con resistencias de más 90 MPa al cabo de un año, y alta resistencia a la corrosión, lo
que hace que estos hormigones sean particularmente aptos para ambientes marítimos.
La alta porosidad de este mineral además de hacerlo ideal como árido o agregado ligero,
favorece también este proceso pues la superficie activa o de reacción es mayor.
Diversos trabajos empíricos hacen suponer que los canales o poros al llenarse de gel
cementicio hacen que esta partícula adquiera mayores resistencias que las propias del
mineral, haciéndolas un árido ligero de alta resistencia.
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Dado que las zeolitas reaccionan desde edades muy tempranas con el Ca(OH)2, ellas
influyen de manera decisiva en la estabilidad de los productos de hidratación al eliminar o
mejorando sustancialmente la calidad y continuidad de la interfase árido-pasta de
cemento hidratado, lo cual se traduce en mayor resistencia mecánica y menor facilidad
para la difusión de los iones agresivos que deterioran el hormigón y los aceros en caso de
estructuras armadas.
Es decir estamos en presencia de un hormigón más compacto, de mayor resistencia, con
menor porosidad y por tanto impermeable lo que influye significativamente en el
incremento de las capacidades mecánicas, siendo la base para el alcance de mayores
resistencias de prestaciones en las estructuras de hormigón sometidas a la agresividad
del medio ambiente muy en particular el marítimo.
Indicadores
Caliza
Dolomitizada
Consumo energético (Kw-h)
Kwh/m3
Relación entre consumos
619,02
11,4
8,03
Arenisc
a
Calcárea
252
4,5
3,17
Caliza
Blanda
Zeolitas
96,32
1,72
1,21
27,18
1,42
1
La utilización de zeolitas en los cementos y hormigones ha dado lugar a numerosas
aplicaciones:
1. Hormigones de altas prestaciones
Objetivo: Obtención de hormigones de alta prestación mediante aditivos para mejorar
propiedades reológicas, resistencia a la compresión, y menor densidad.
Se logran mediante la combinación de zeolitas y aditivos plastificantes, obteniéndose
resultados a la medida de lo requerido, con resistencias de más de 90 MPa al cabo de un
año, y fluidez de 15 seg (Ensayo ASTM C 939) comparada con 35 seg máx de la
especificación.
Estos hormigones y sus propiedades constituyen diseños ad-hoc dependiendo de las
necesidades específicas y de las gravillas y cementos disponibles.
Son indicados para prefabricaciones, ya que permiten duplicar la productividad de los
moldes, y trabajar con estructuras más livianas
2. Hormigones de uso marino
Objetivo: obtención de hormigones de uso en ambientes marítimos.
La adición de zeolita logra la obtención de hormigones de alta prestación aptos para su
uso en ambientes marinos y de alta corrosión.
3. Cementos mezclados portland
Objetivo: producir cementos portland con adición de puzzolanas naturales a fin de
ahorrar energía en el proceso de producción y lograr una alta durabilidad frente a la
corrosión marítima.
Este producto tiene una resistencia a la compresión a los 28 días de 35 Mpa (min).
Empleando aditivos se pueden obtener hormigones de alta resistencia para prefabricados.
Economía: Ahorro de energía y de mantenimiento en las construcciones
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4. Mortero ligero premezclado estructural
Objetivo: Producir morteros ligeros de alta resistencia adecuados para su uso en
construcciones navales, ambientes marítimos y en prefabricados.
Propiedades generales:
Masa específica (Kg/m3) seco al aire
Resistencia a la compresión 28 días (MPa)
Id. a un año más de (MPa)
Resistencia alcanzada en laboratorio más de (MPa)
Absorción de agua un año (%)
1750
45
60
80
2,5
5. Mortero ligero premezclado para acabado
Objetivo: producir morteros ligeros, impermeables, adecuados para el recubrimiento de
elementos laminares con espesor reducido (< 4mm) para la protección contra la corrosión
marítima.
Propiedades generales:
Masa específica (Kg/m3)
Propiedad
Permeabilidad al agua (g) máximo
Absorción de agua (%)
Resistencia a la flexión (MPa)
Resistencia a la compresión
1700
Valor
5
10
9
39
Espec. JIS A 6203
Máximo 30
Máximo 15
Mínimo 4
Mínimo 10
Economía: Disminución de costos de mantenimiento
6. Azulejos, losas de fachada y losas antiácidas
El empleo de zeolitas en estas aplicaciones mejora la calidad y baja los costos
7. Fabricación de bloques
La zeolita aumenta la resistencia, acelera el fraguado, disminuye los costos, baja el peso
del bloque y mantiene en forma inmejorable la integridad superficial
8. Aditivos minerales, químicos y plastificantes
Zeolitas naturales y aditivos aplicados en forma específica para cada aplicación dan como
resultado materiales de construcción de óptima relación calidad/precio entendiéndose por
calidad propiedades de resistencia mecánica, resistencia a la corrosión, durabilidad, bajo
peso específico, propiedades reológicas y otras que conforman una oferta de excelencia.
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Zeolita en el medio ambiente
Tratamiento de aguas con zeolita
La zeolita natural es uno de los mejores productos disponibles en la naturaleza para la
filtración de agua. Su porosidad y superficie específica combinada con su capacidad de
intercambio catiónico natural la convierten en un medio filtrante muy superior a la arena y
otros minerales. La zeolita natural elimina partículas contaminantes de 10µm e inferiores,
adsorbe cationes en solución como Fe, Mn, Cu, Zn, y metales pesados como Pb y As, y
puede eliminar malos olores y algunos contaminantes orgánicos.
La zeolita natural tiene una particular afinidad por los iones de amonio y se utiliza con
éxito en depuradoras industriales para eliminar altos niveles de amonio de las aguas
residuales. También se utilizan para eliminar contaminación por metales pesados en
efluentes industriales.
La mayoría de las tecnologías que utilizan zeolitas naturales para la purificación de agua
están basadas en su gran capacidad de intercambio catiónico. El catión que más
comúnmente afecta la salud de humanos y animales en el agua es el NH4+. Puede
removerse intercambiándolo por cationes biológicamente aceptables como Na+, K+,
Mg2+, Ca2+, o H+ residentes en los sitios de intercambio de las zeolitas.
Remoción de cationes metálicos
Cationes radioactivos
El Cs+ y el Sr+ radioactivos pueden estar presentes en aguas de reciclos en plantas
nucleares, o como contaminantes ambientales. La zeolita tiene alta selectividad por estos
cationes.
Las zeolitas naturales pueden usarse para la remoción y fijación de elementos
radioactivos, incluyendo la remoción de cesio de desechos con niveles altos de
radioactividad, la descontaminación de desechos con niveles intermedios y bajos, y la
inmovilización de desechos radioactivos para su posterior almacenamiento a largo plazo.
Arsénico, metales pesados y elementos radioactivos
Las zeolitas naturales son una alternativa atractiva para la remoción de cationes metálicos
pesados de los efluentes de desecho, principalmente de origen industrial.
Trabajos realizados por nuestra empresa, confirmando la bibliografía demostraron la alta
selectividad de la zeolita en la adsorción de cesio, arsénico y otros metales pesados.
Hidrocarburos
También se ha demostrado la utilidad de la zeolita en la limpieza de la contaminación por
hidrocarburos.
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Granulometría
Las granulometrías que se ofrecen son variadas, consulte de acuerdo a las necesidades
y lo asesoraremos sobre el tipo de tamiz requerido
Variedades de Zeolita del yacimiento
La mordenita es un mineral de la clase de los tectosilicatos, y dentro de esta pertenece al
llamado “grupo de las zeolitas”. Fue descubierta en 1864 en la pequeña localidad de
Morden de la bahía de Fundy en el condado de Kings, en Nueva Escocia(Canadá), siendo
nombrada así por el nombre de la localidad donde se encontró. Un sinónimo poco usado
es el de arduinit
La clinoptilolita es una serie de tres minerales con el mismo nombre, de la clase de
los tectosilicatos y dentro de éstos, del "grupo de las zeolitas". Su nombre viene del
griego klino (oblícuo), por la forma monoclínica de sus cristales. Se usa industrialmente
por sus propiedades de intercambiador iónico, lo que le hace tener una gran afinidad por
unirse a los iones amonio, por lo que se emplea en la fabricación de sensores de urea,
elaboración de desodorantes, fertilizantes agrícolas, etc.
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INFORMACION ASESORAMIENTO Y VENTAS
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