proceso de hidratacion de la bentonita mediante sem ambiental.

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XXVI R E U N iÓN ( S E M ) / XX R E U N iÓN (SEA)
-
2006
,
PROCESO DE HIDRATACION DE LA BENTONITA
MEDIANTE SEM AMBIENTAL.
E . CABALLERO
y
C J . IMÉNEZ D E CrSNERos
Estación Experimental del Zaidín, CSIC, Profesor Albareda 1, 1 8008, Granada
de preparación como secado, fij ado, congelado y de re­
cubrimiento iónico de metales, tales como el oro, re­
qu e r i d os p a r a su observ a c i ó n b aj o l as c o n d i ciones
usuales de los microscopios de alto y b aj o vacío. Con
este e quipo se pueden observar en tiempo real fenóme­
nos de transporte de líquidos, reacciones químicas, di­
soluciones, hidrataciones, cristalizaciones y otros pro­
cesos que o curren a presiones de vapor elevadas, ma­
y o r es q u e l as p e r m i t i d as e n l as c á m a r as d e l os
microscopios convencionales y de bajo vací o .
E l material seleccionado para el estudio ha s i d o la
fracción < 211m de bentonita p r o c e d ente del Cabo d e
Gata (Almería), obtenida mediante sedimentación de
a c u e r d o con la l e y de S t o c k e s , y p os t e r i o r
centrifugación con centrífuga de fluj o continu o . A con­
tinu ación se han p r e p a r a d o b e ntoni t as homoióni c as
sódica y cálcica, por mezcla de d isoluciones concen­
tradas sódicas ( 1 N NaCl) y cálcicas (O, I N CaC1 2 ) en
las cantidades apropiadas .
Las experiencias se h a n realizado en el S E M ambien­
tal ubicado en el CEAMA (Centro Andaluz de Medio
Ambiente, de la Universidad de Granada) las condicio­
nes de trabaj o han sido : HV: 20, Okv; M a g : 4000x; WD :
8 , 5 m m . L as d i f e r e ntes fases d e h i d r a t a c i ó n de l as
muestras se han realiz ado in si tu, de acuerdo a la tabla
siguiente :
Los resultados observados durante el proceso de
hidrata ción de cada una d e las muestras estudiadas p o­
nen de manifiesto, como era de esper ar, un aumento de
volumen del cristal seleccionado al aumentar el grado
de hidratación. En la Figura 1 se muestran las fotogra­
f í as d e l a m u e s t r a d es hi d r a t a d a y c o n l a m á x i m a
hidratación p a r a c a d a u n a de l as esmectitas estudia­
d as . La mayor diferencia se observa entre la esmectita
L os minerales de la arcilla son c a d a vez m as usados
para prevenir la difusión de contaminantes ambienta­
les debido al hinchamiento, capacidad de hidratación,
alta á r e a esp e c i f i c a y b aj a conductivi d a d hidráulica
que p resentan. Estudios sobre la hidratación de los mi­
nerales de la arcilla ponen en evidencia la complej i d a d
y d i f i c u l t a d d e l t e m a en cues t i ó n . D e a c u e r d o c o n
Güven ( 1 992); Bradbury y Baeyens ( 2 0 0 3 ) en el pro ceso
de hidratación d e los miner ales de la arcilla se pueden
distinguir diferentes tipos de aguas d e hidratación: a)
Interlaminar: limitada a los espacios interlaminares y
asociada a la hidratación de los cationes de cambio. b)
Continua u osmótica: incluye, además de los esp acios
interlaminares a las superficies externas y c) Conden­
sación capilar de agua libre que rellena los micro poros
existentes inter- e intra-agregados .
P o r otra p arte, estu dios d e l agua d e adsorción en
bentonitas aportan evidencias de que la estructura del
complejo arcilla-agua depende fuertemente del catión
inte r c a mb i ab l e , así como de l a p r o p o r c i ó n a r c i l l a/
agu a .
E n e s t e t r a b aj o p r es e n t a m o s s e c u e n c i as d e
h i d r a t a c i ó n d e u n a es m e c t i t a d es d e s u f a s e
deshi dratada hasta su total hidrata ción, p asando por
distintas fases inte rmedias de hidratación (humedades
relativas de 0, 1 5 ; 0, 30; 0,55; 0, 63 Y 0,80) realiz adas uti­
lizando un microscopio ele ctrónico de barrido ambien­
tal (ESEM) . Las secuencias de hidratación se han reali­
z a d o tanto en la esmectita natural como en esmectitas
homoiónicas cálcica y sódica.
El microscopio ele ctrónico de barrido ambiental per­
mite la conservación de las condiciones naturales de
muestras tanto orgánicas como inorgánicas, con lo cual
se evitan alteraciones de ellas al exponerse a procesos
PIPo
Tª (ºC)
P(Torr)
0,0
1 5,0
1,0
0, 1 5
3,0
1 ,20
0,30
3,0
2,40
0,55
2,0
3,80
0,63
2,0
4,30
0, 80
2,0
5, 1 5
Tabla 1 : Valores de Tª, Presión para cada una de las humedades relativas seleccionadas en el es tudio de SEM ambiental
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e)
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f)
Figura 1 : Secuencia de hidratación observada mediante SEM ambiental para (a) esmectita natural, (b) esmectita cálci­
ca y(c) esmectita sódica, deshidratadas y con humedades relativas de (d) 0, 80, (e) 0, 63 y (f) 0, 76, respectivamente.
Ca y N a para grados de hidratación elevados. Cuando
el grado de hidratación es bajo solo se observa hincha­
miento con apertura de láminas, pero al aumentar el
g r a d o d e h i d r a t a ci ó n a val o r es superiores a PIPo
0,63, se observa que mientras que en la arcilla-Ca se
=
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mantiene la estructura, la arcilla-sódica la va perdien­
do y se puede ver como el agua se adsorbe en los bor­
des de ésta, esto último no se observa en la cálcica (Fig.
1 ) . Estos resultad os estarían de acuerdo con lo descrito
por Caballero et al (2006) que indican que el Ca al ser
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un catión b ivalente, con alto poder po lariz ante, se ro­
dea de un m ayor número de moléculas de agua que el
Na, y tiene una mayor energía de hinchamiento . Una
pequeña cantidad d e agua produce el hinchamiento de
la bentonita . En la cálcica el agua ocupa la interlámina
en una doble capa, y después ocuparía los huecos li­
bres entre los grupos de moléculas de agua coordina­
das a los cationes . Así, toda el agua adsorbida se en­
cuentra o cupando los espa cios interlaminares, de ma­
nera que no se altera la estructura . Por su p arte, el N a,
al ser un c atión monovalente, con menor número de
moléculas de agua coordinadas que e l Ca, presenta
m e n o r e n e r g í a de h i n c h a m i e n t o p a r a f o r m a r l a
mono c a p a, p o r l o que e l agua adsorb i d a llenará l a
i n t e r l á m i n a , c o n d e ns a r á c a p i l a r m e n t e e n l os
microporos y podrá también, adsorberse sobre la su­
perficie externa.
Así mismo Newman, ( 1 987) dice que al aumentar la
razón agua/bentonita, la muestra cálcica solo modifi­
ca su esp aciado interlaminar, mientras que la muestra
sódica puede hinchar libremente (hinchamiento
osmótico) hasta formar u n gel o una suspensión con las
láminas individuales separadas .
L a esmectita natural p resenta un c o m p o rtamiento
mas similar a la muestra cálcica que a la sódica, puesto
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que esta muestra contiene como catión interlaminar
mayoritario al Ca ( Cab allero et al., 2006) .
A G RAD E C I M I E N T O S
Este trab aj o se ha re alizado en el marco d e l Proyecto
CGL 2004-0 1 6 5 1 /BT E
REFERENCIAS
Bradbury, M . H . , B aeyens, B . (2003 ) . J . C o n t . Hidro!., 6 1 ,
329-338
Caballero, E . , Jiménez de Cisne ros, C and Linares, J.
(2006) . Clays and Clay Mineral (in press)
Güven, N . , ( 1 992) . In : Guven, N . and Pollastro, R . M .
( E ds . ) , C l a y - Wa t e r i n t e r f a c e a n d i ts r h e o l o g i c a l
i m p l i c a t i o ns . C l a y M i n e r als S o c i e t y Wo rks h o p
Lectures, vo ! . 4 , Clay Minerals Society, Boulder, Co­
lorado, pp. 2-79 .
Laird, D . A . ( 1 9 9 9 ) . Clays and Clay Mineral, 4 7, 630636.
N e w m a n A . C . D . , ( 1 9 8 7 ) I n : Newman A . C . D . ( E d . ) ,
Chemistry o f CIay and Clay Minerals . Mineralogi cal
Society,
John Wiley and Sons, New York, 23 7-274.
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