ADAPTAR EL TEXTO DE ACUERDO A LAS

Anais do 45º Congresso Brasileiro de Cerâmica
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30 de maio a 2 de junho de 2001 - Florianópolis – SC
CARACTERIZACIÓN ESTRUCTURAL DEL COMPONENTE ARCILLOSO EN
MATERIALES TOBÁCEOS DE LA PROVINCIA DE NEUQUÉN, ARGENTINA
J. L. Venaruzzo(1), M. L. Rueda(1), G. G. Fouga(1), J. F. Caro(1), C. Volzone(2)
1. Asentamiento Universitario Zapala – Facultad de Ingeniería Universidad Nacional
del Comahue – UNC. 12 de Julio y Rahue, (8340) Zapala, Prov. Neuquén. Tel.
02942-421847. E-mail: [email protected] mailto:[email protected]
2. Centro de Tecnología de Recursos Minerales y Cerámica- CETMIC-CONICET
RESUMEN
En la provincia de Neuquén, situada en el sudoeste de la Argentina, existen
grandes extensiones de depósitos tobáceos, los cuales pueden ser utilizados como
materia prima para la fabricación de cemento puzzolánico, agregado para
hormigones livianos y fabricación de bloques para mampostería, entre otros. Las
tobas se originan a partir de cineritas o cenizas volcánicas consolidadas, estando
constituidas principalmente por vidrio volcánico y feldespatos, siendo en su mayoría
riolíticas y dacíticas. Los materiales fueron caracterizados por análisis químico,
difracción de rayos X y análisis térmico. Para evaluar el componente arcilloso en el
material tobáceo se realizaron cortes granulométricos por debajo de dos micrones y
analizados con técnicas específicas por difracción de rayos X. El mineral arcilloso
determina el grado de alteración de estos materiales, lo que los haría propicios para
otras aplicaciones si se los purifica y/ó reciben diferentes tratamientos.
PALABRAS CLAVES: Material tobáceo, arcilla, esmectita, beidellita, montmorillonita.
INTRODUCCION
Las tobas son rocas piroclásticas
(1),
formadas por materiales detríticos que son
expulsados por las chimeneas volcánicas, transportados por el aire y depositados en
la superficie del suelo, lagos o en el mar. Además de partículas de vidrio, cristales y
fragmentos de cristales de diferentes minerales, pueden aparecer constituyentes
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subordinados. Los trozos de cristales pertenecen a minerales de rocas como riolitas
y andesitas. Los minerales secundarios son calcita, montmorillonita, allofano,
halloysita, celadonita, zeolita, cristobalita, ópalo, calcedonia, cuarzo y óxido de
hierro. Una alteración general con paso a montmorillonita y cristobalita da por
resultado bentonita. En algunos casos los trozos de vidrio presentan cristalizaciones
de sanidina y tridimitas fibrozas. Existen en cantidades importantes en la provincia
de Neuquén, Argentina. Los materiales objeto de este trabajo pertenecen a la
formación Collón Curá del Mioseno Superior.
Trabajos anteriores
(2,3)
muestran que materiales tobáceos, luego de recibir
diferentes tratamientos adquieren características adsortivas favorables para retener
gases y metales pesados en solución, atribuyéndose esto a la presencia de mineral
arcilloso.
El objetivo del trabajo es caracterizar el componente arcilloso de tres materiales
tobáceos de la Provincia de Neuquén, Argentina, desde el punto de vista estructural,
utilizando técnicas de difracción de rayos X, análisis químico y análisis térmico.
PARTE EXPERIMENTAL
Tres muestras de material tobáceo, M:200 (74 m), de la provincia de Neuquén
fueron seleccionadas para este estudio y se denominaron M1,
M2 y M6. Las
muestras M1 y M2 pertenecen a un mismo afloramiento cercano a la ciudad de
Zapala en tanto que la muestra M6 proviene de un depósito cercano a la localidad
de Las Lajas.
Para un análisis mas detallado se realizaron cortes granulométricos por debajo
de dos micrones, aplicando la Ley de Stokes para concentrar el componente
arcilloso, denominando a estas muestras M1f, M2f y M6f.
La caracterización de los materiales tobáceos e identificación de la especie
arcillosa presente, se efectuó por difracción de rayos X, utilizando un equipo Philips
PW 3010 con radiación Cu K y filtro de Ni, a 40 kV y 20 mA.
Los análisis químicos fueron realizados por ICP (Inductively Couple Plasma),
bajo norma ISO 9002. Los análisis térmicos se realizaron en un equipo Netzsch
Simultaneous Thermal Analyzer STA 409.
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RESULTADOS
Análisis sobre muestras originales
Difracción de rayos X
Los difractogramas de las muestras M1 y M2, Figura 1, indican que se tratan
de materiales tobáceos compuestos de cuarzo, feldespato y mineral arcilloso:
interestratificado de esmectita - illita, con mayor proporción de esmectita en la M2.
Además, puede observarse cierto grado de desorden estructural en la M1 por el
ensanchamiento de los picos. El difractograma de la muestra M6 indica que este
material se encuentra formado principalmente por cristobalita y feldespato con bajo
contenido de minerales arcillosos, esmectita – illita. Estos componentes arcillosos
corresponden a filosilicatos con láminas tipo 2:1, es decir estructuralmente
constituidos por dos capas de tetraedros de sílice separadas por una capa de
octaedros de aluminio. Reemplazos isomórficos, que ocurren en la naturaleza, del
Si4+ por el Al3+ en la capa tetraédrica y del Al3+ por el Mg2+ ó Fe2+ en la capa
octaédrica originan déficits de cargas que son compensados por cationes que se
ubican en el espaciado entre las láminas. Estos cationes son fácilmente
reemplazables y pueden encontrarse Na+, K+, Ca2+, Mg2+. En el caso de la illita, el
catión predominante interlaminar es el potasio.
C
F
F
FQ
I
F
F F
EF
F
F
E
F
M6
E
E
F
I
Q
F F
F
EF
E
M2
F
E
I
0
10
E F
Q
Q F
F
20
EF
30
F
40
F
E
E
50
M1
60
Angulo 2
Figura 1: Difractograma comparativo de las muestras M1, M2 y M6.
E: esmectita, I: illita, Q: cuarzo, C: cristobalita, F: feldespato
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Análisis químicos
La Tabla I presenta los análisis químicos efectuados a los materiales.
Tabla I: Análisis químico de las muestras M1, M2 y M6
MUESTRAS
M1
M2
M6
SiO2
%
62,19
58,44
71,68
Al2O3 Fe2O3
%
%
12,93 4,86
14,00 4,04
13,62 2,33
MgO
%
0,99
1,80
0,24
CaO Na2O
%
%
1,92 2,69
1,84 3,33
0,79 4,87
K2O
%
1,37
0,58
4,36
TiO2 LOI SiO2
%
%
MO*
0,66
12
2,45
0,55 14,60 2,24
0,29 1,40 2,70
*MO = (Al2O3+Fe2O3+MgO+TiO2+CaO+Na2O+K2O)
El contenido de sílice de la muestra M1 es superior al de la muestra M2 y
también
posee
una
relación
SiO2/(Al2O3+Fe2O3+MgO+TiO2+CaO+Na2O+K2O)
mayor, indicando una menor proporción de material arcilloso. Esto se condice con lo
observado por difracción de rayos X (Figura 1). La muestra M6 contiene un elevado
porcentaje de sílice y un importante contenido de potasio, lo que indica que posee
mayor contenido de cuarzo, cristobalita y feldespato respectivamente, que en las
muestras
M1
y
M2.
Por
otro
lado
la
relación
SiO2/(Al2O3+Fe2O3+MgO+TiO2+CaO+Na2O+K2O) señala que la muestra posee
menor contenido de material arcilloso respecto de las muestras anteriores.
Análisis Térmico Diferencial
La Figura 2, Figura 3 y
Figura 4, muestran los resultados de los análisis
térmicos de las muestras M1, M2 y M6, respectivamente. Los diagramas de las
muestras M1 y M2 tienen características propias de las esmectitas, un importante
pico endotérmico en la zona de los 100-200 C, correspondiente a la pérdida de
agua interlaminar y un segundo pico endotérmico, correspondiente a la pérdida de
oxhidrilos de la estructura
(4).
En la Tabla II se muestran los valores de temperaturas
correspondientes a la pérdida de agua interlaminar (primer pico endotérmico) y de
los oxhidrilos de la estructura (segundo pico endotérmico, doblete en este caso).
La presencia de un doblete en la zona de los 450-700 C estaría indicando la
presencia simultánea de dos especies esmectíticas. Las muestras M1 y M2 que
pertenecen la misma Formación presentan características algo diferentes,
apreciables en el doblete de la banda correspondiente al segundo pico endotérmico.
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Figura 2: Análisis térmico diferencial y térmico gravimétrico de la muestra M1
Teniendo en cuenta que se trata de materiales tobáceos con presencia de
esmectita, ese doblete correspondería por la ubicación de los picos a diferentes
especies de esmectitas tales como beidellita (540 ºC) y montmorillonita (680 ºC)
(4).
Para confirmar la presencia de ambas, se realizaron ensayos de caracterización
específicos en base a intercambio con litio
(5),
que consiste en tratar a la muestra con
una sal de litio, con posterior calentamiento a 300 grados y glicolación.
Figura 3: Análisis térmico diferencial y térmico gravimétrico de la muestra M2
La expansión del espaciado interlaminar a 17 Å luego del tratamiento es
indicativo de la presencia de la especie esmectítica denominada beidellita, en tanto
la contracción del espaciado a 9,2 Å indica la presencia de la especie esmectítica
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denominada montmorillonita. Pudo determinarse una mayor proporción de
beidellita/montmorillonita en la muestra M1, respecto a la M2, cuyas proporciones
fueron (medidas como áreas de pico): 5,3 y 0,50, respectivamente. La beidellita se
caracteriza por poseer reemplazos del silicio por el aluminio en la capa tetraédrica
de la estructura 2:1, en tanto que la montmorillonita se caracteriza por poseer
reemplazos del aluminio por magnesio en la capa octaédrica.
Tabla II: ATD – TG de las muestras M1, M2 y M6
1er. Pico end.
2do. pico end.
Pérdida de peso
ºC
ºC
%
M1
145
536, 650
9,47
M2
150
545, 680
13,59
M6
89
480, 590
1,13
MUESTRA
El diagrama de análisis térmico de la muestra M6 (Figura 4, realizado con
mayor sensibilidad para una observación más detallada, es totalmente diferente),
respecto a las muestras M1 y M2; al igual que como fue observado en el
difractograma (Figura 1). La bandas observadas en el ATD de la M6 indica pequeña
proporción
de
material
esmectítico
presente
y
correspondería
a
una
nontronita/beidellita y montmorillonita, observables por la ubicación del doblete en la
zona de los 450 – 600 ºC.
Figura 4: Análisis térmico diferencial y térmico gravimétrico de la muestra M6
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El doble pico en-exotérmico alrededor de los 900 ºC, Figura 3, es atribuido a la
destrucción y reorganización en nuevas fases de la esmectita.
Análisis Termogravimétrico
En la Tabla II, se muestran los valores de pérdida de peso total, hasta 1000 ºC
de cada una de los materiales tobáceos analizados. La diferente cantidad en
porciento de pérdida de peso observada en las muestras (M1: 9,43%; M2: 13,49% y
M6: 1,13%) correspondería proporcionalmente a la presencia de material arcilloso en
la composición mineralógica. La pequeña proporción de pérdida en peso en la M6
corrobora la escasa presencia de material arcilloso en la misma
Análisis estructural sobre fracción menor de 2 micrones
Las muestras concentradas en fracción arcillosa: M1f, M2f y M6f fueron
caracterizadas por análisis químicos y por difracción de rayos X.
Difracción de rayos X
La Figura 5 muestra los difractogramas de las muestras conteniendo partículas
menores de 2 micrones: M1f, M2f y M6f
F
C
F
F
F
F
E I
FC
F
E
F
F
E M6f
E
E
F
I
E
FF
E
E
M2f
E
E
E
FF Q F
E
E
I
0
10
20
30
40
50
M1f
60
Angulo 2
Figura 5: Difractograma comparativo de las muestras M1f, M2f y M6f.
E: esmectita, I: illita, Q: cuarzo, C: cristobalita, F: feldespato
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La muestra M1f está compuesta por material arcilloso, montmorillonita-illita con
bajo contenido en impurezas de cuarzo y feldespato, si la comparamos con su
original (Figura 1). Lo mismo ha ocurrido con la muestra M2 luego de su
concentración en finos. Referente a la muestra M6f, aun sigue conteniendo
impurezas de cristobalita y feldespato pero en menor proporción.
Análisis químicos
La Tabla III muestra los análisis químicos de las muestras concentradas en
fracción arcillosa.
Tabla III: Análisis químico de las muestras M1f, M2f y M6f
MUESTRAS
M1f
M2f
M6f
SiO2
%
56,21
57,69
68,22
Al2O3 Fe2O3
%
%
12,84 7,93
14,00 5,07
15,65 1,51
MgO
%
1,68
2,34
0,35
CaO Na2O
%
%
1,22 1,94
0,89 3,09
0,81 5,93
K2O
%
0,89
0,42
4,45
TiO2
%
0,88
0,52
0,15
LOI
%
16,1
15,1
1,50
SiO2
MO*
2,05
2,19
2,36
*MO = (Al2O3+Fe2O3+MgO+TiO2+CaO+Na2O+K2O)
El contenido de SiO2 en las muestras finas se ha reducido y esto se debe a la
eliminación de cuarzo y feldespato en la M1 y M2 y de cristobalita y feldespato en la
M6, como se ha observado en el difractograma de la Figura 5. El aumento en el
porciento de la pérdida de peso en las muestras fraccionadas también indica que
existe una concentración en contenido arcilloso.
CONCLUSIONES
Los materiales tobáceos de la Provincia de Neuquén, Argentina, M1 y M2
tienen un grado de alteración mayor que la M6 debido a su alto contenido en
material
arcilloso,
los
cuales
pueden
concentrarse
por
fraccionamiento
granulométrico.
El componente arcilloso encontrado en estos materiales fue esmectita-illita. La
especie esmectítica beidellita fue mayor que la especie montmorillonita en la
muestra M1, y viceversa en la muestra M2. Si bien no ha podido determinarse la
proporción de beidellita/montmorillonita en la muestra M6 por el bajo contenido en
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material arcilloso, el análisis térmico permitió visualizar la presencia de ambas
especies.
Los materiales tobáceos M1 y M2 serían materiales adsorbentes potenciales
por su contenido en material arcilloso del tipo esmectítico ya que de acuerdo a
trabajos previos
(2, 3),
ha podido deducirse que la presencia de arcilla esmectítica es
importante como adsorbente de gases.
REFERENCIAS
1. M. Mazzoni, Procesos y depósitos piroclásticos, Asociación Geológica Argentina,
serie B, Didáctica y Complementaria, N 14, Buenos Aires, 1986.
2. A. Hülsken, J.F. Caro, G. Fouga, J. Ortiga y C. Volzone, Características adsortivas
de
gases de un mineral tobáceo modificado, Actas Jornadas SAM2000–IV
Coloquio Latinoamericano de Fractura y Fatiga, Neuquén, 16-18 de Agosto, 2000,
p. 1073-1080.
3. J. Venaruzzo, M. Rueda, D. Hall Gómez, J. Ortiga y C. Volzone, Tratamiento ácido
y alcalino de un mineral tobáceo de la provincia de Neuquén, para su análisis
como adsorbente de gases, Actas X Congreso Argentino e Internacional de
Cerámica, Vidrio y Refractario - V Congreso de Cerámica del Mercosur, Segemar,
Buenos Aires, 18-20 Septiembre, 2000, 210-215.
4. R.C. Mackenzie and S. Calliere, in Data Handbook for Clay Minerals and
Nonmetallic Minerals. Edited by H. Van Olphen and J.J.Fripiat. p.243. Pergamon,
Oxford (1979).
5. R. Greene-Kelly, The identification of montmorillonoids in clays, Journal of Soil
Science, 4, (1953), p. 233-237.
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STRUCTURAL CHARACTERIZATION OF THE CLAY COMPONENT IN
TOBACEOUS MATERIALS FROM NEUQUÉN PROVINCE, ARGENTINA
ABSTRACT
In Neuquén province, situated in SW of Argentina, there are larger extensions
of the tobaceous deposits. This material is used as raw material for cement
puzzolanic, as additive in concret, in rubblerwork, etc. The tuffs have originated from
cinerites or consolidated volcanic ash. The mainly components are volcanic glass
and feldspar, being in their majority rhyolitic and dacitic. The samples were
characterized by chemical analysis, X-ray diffraction and thermal analysis. The clay
minerals in tobaceous material determine the altered degree and then it will be able
to use for other applications after special treatments.
KEYWORDS: Tobaceous materials, clay, smectite, beidellite, montmorillonite.