Minerales arcillosos

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA GEOLÓGICA
TRABAJO MONOGRAFICO
Curso
:
YACIMIENTOS NO METALICOS
Docentes
:
Ing. CHUQUIRUNA CHAVEZ WILDER
Por
:
BARBOZA QUIROZ, Mauro
Infante Quispe, Atalías
Quispe chilón, Manuel
Cajamarca, octubre de 2010
UNC
E.A.P.I.G.
INDICE
INTRODUCCIÓN ............................................................................................................ 3
OBJETIVOS ..................................................................................................................... 4
MINERALES DE ARCILLA ........................................................................................... 5
PROPIEDADES FISICO-QUÍMICAS......................................................................... 5
ARCILLAS INDUSTRIALES ..................................................................................... 8
EXTRACCIÓN Y PROCESADO .............................................................................. 12
APLICACIONES INDUSTRIALES .......................................................................... 12
EL EMPLEO DE MINERALES ARCILLOSO EN LA CONSTRUCCIÓN DE
ALMACENES ............................................................................................................ 18
PROCESO DE FABRICACIÓN DE PRODUCTOS CERÁMICOS ............................ 26
PREPARACION DE LAS PASTAS ARCILLOSAS ................................................ 26
TRATAMIENTOS COMPLEMENTARIOS ............................................................. 34
CUBIERTAS CERÁMICAS: ESMALTES Y BARNICES ....................................... 36
GEOLOGÍA DE LOS DEPÓSITOS ARCILLOSOS..................................................... 38
FORMACIÓN DE ARCILLAS EN EL SUELO........................................................ 38
FORMACIONES ARCILLOSAS .............................................................................. 40
LA ESTRUCTURA DE LAS ARCILLAS ................................................................ 42
FILOSILICATOS BILAMINARES .......................................................................... 46
CONCLUSIONES. ......................................................................................................... 54
BIBLIOGRAFÍA. ........................................................................................................... 55
Yacimientos no metálicos
Minerales arcillosos
Página 2
UNC
E.A.P.I.G.
INTRODUCCIÓN
El término arcilla se usa habitualmente con diferentes significados:



Desde el punto de vista mineralógico, engloba a un grupo de minerales
(minerales de la arcilla), filosilicatos en su mayor parte, cuyas propiedades
fisicoquímicas dependen de su estructura y de su tamaño de grano, muy fino
(inferior a 2 mm).
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 mm. Pueden formarse en una
cuenca de sedimentación en cuyo caso son minerales arcillosos autigénicos o
neoformados. En otros casos pueden proceder de una reorganización
mineralógica durante la diagénesis (minerales arcillosos diagenéticos). Las
arcillas detríticas son corrientemente denominadas arcillas primarias o
heredadas, y las otras arcillas secundarias.
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.
Por tanto, el término arcilla no sólo tiene connotaciones mineralógicas, sino también de
tamaño de partícula, en este sentido se consideran arcillas todas las fracciones con un
tamaño de grano inferior a 2 mm. Según esto todos los filosilicatos pueden considerarse
verdaderas arcillas si se encuentran dentro de dicho rango de tamaños, 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 mm.
Las arcillas son constituyentes esenciales de gran parte de los suelos y sedimentos
debido a que son, en su mayor parte, productos finales de la meteorización de los
silicatos que, formados a mayores presiones y temperaturas, en el medio exógeno se
hidrolizan.Las importantes aplicaciones industriales de las arcillas radican en sus
propiedades fisicoquímicas. Dichas propiedades derivan, principalmente, de:



Su extremadamente pequeño tamaño de partícula
Su morfología laminar (filosilicatos)
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.
Yacimientos no metálicos
Minerales arcillosos
Página 3
UNC
E.A.P.I.G.
OBJETIVOS
 Reconocer el origen y propiedades de los materiales arcillosos.
 Saber los diferentes usos que les pueden dar a los materiales arcillosos.
 Saber el proceso de fabricación de los productos cerámicos, a partir de ello
recomendar el tipo de material a usar para cada tipo de trabajo.
 Instar a las personas a la explotación de los yacimientos no metálicos en nuestro
país, ya que contamos con gran cantidad de materia prima.
Yacimientos no metálicos
Minerales arcillosos
Página 4
UNC
E.A.P.I.G.
MINERALES DE ARCILLA
Los minerales de arcilla son filosilicatos de
aluminio hidratados, a veces con cantidades
variables de hierro, magnesio, metales alcalinos,
tierras alcalinas y otros cationes.
Las arcillas tienen estructuras similares a las micas
y se forman láminas planas hexagonales. Los
minerales arcilloso son productos comunes de la meteorización (incluyendo la
meteorización del feldespatos) y productos de la alteración hidrotermal y de baja
temperatura. Los minerales arcillosos son muy comunes en roca sedimentarias finas
granuladas como las pizarras, lamito y areniscas, y de rocas finas granuladas
metamórficas pizarras y filitas.
GRUPOS DE MINERALES ARCILLOSOS




Grupo caolinita: incluye los minerales caolinita, dickita, haloisita y nacrita.
o Algunas fuentes incluyen al grupo serpentinas por sus similitudes
estructurales (Bailey 1980).
Grupo smectita: incluye pirofilita, talco, vermiculita, sauconita, saponita,
nontronita, montmorillonita.
Grupo illita: incluye a las micas arcillosas. La illita es el único mineral.
Grupo clorita: incluye una amplia variedad de minerales similares con
considerable variación química.
PROPIEDADES FISICO-QUÍMICAS
1. Superficie específica
La superficie específica o área superficial de una arcilla se define como el área
de la superficie externa más el área de la superficie interna (en el caso de que
esta exista) de las partículas constituyentes, por unidad de masa, expresada en
m2 /g.
Las arcillas poseen una elevada superficie específica, muy importante para
ciertos usos industriales en los que la interacción sólido-fluido depende
directamente de esta propiedad.
Yacimientos no metálicos
Minerales arcillosos
Página 5
UNC
E.A.P.I.G.
A continuación se muestran algunos ejemplos de superficies específicas de
arcillas:
Caolinita de elevada cristalinidad hasta
Caolinita de baja cristalinidad hasta
Halloisita hasta
Illita hasta
Montmorillonita
Sepiolita
Paligorskita
15 m2 /g
50 m2 /g
60 m2 /g
50 m2 /g
80-300 m2 /g
100-240 m2 /g
100-200 m2 /g
2. Capacidad de Intercambio catiónico
Es una propiedad fundamental de las esmectitas. Son capaces de cambiar,
fácilmente, los iones fijados en la superficie exterior de sus cristales, en los
espacios interlaminares, o en otros espacios interiores de las estructuras, por
otros existentes en las soluciones acuosas envolventes. La capacidad de
intercambio catiónico (CEC) se puede definir como la suma de todos los
cationes de cambio que un mineral puede adsorber a un determinado pH. Es
equivalente a la medida del total de cargas negativas del mineral. Estas cargas
negativas pueden ser generadas de tres formas diferentes:



Sustituciones isomórficas dentro de la estructura.
Enlaces insaturados en los bordes y superficies externas.
Disociación de los grupos hidroxilos accesibles.
El primer tipo es conocido como carga permanente y supone un 80 % de la carga
neta de la partícula; además es independiente de las condiciones de pH y
actividad iónica del medio.
Los dos últimos tipos de origen varían en función del pH y de la actividad
iónica. Corresponden a bordes cristalinos, químicamente activos y representan el
20 % de la carga total de la lámina.
A continuación se muestran algunos ejemplos de capacidad de intercambio
catiónico (en meq/100 g):
Caolinita:
Halloisita:
Illita:
Clorita:
Vermiculita:
Montmorillonita:
Sepiolita-paligorskita:
Yacimientos no metálicos
3-5
10-40
10-50
10-50
100-200
80-200
20-35
Minerales arcillosos
Página 6
UNC
E.A.P.I.G.
3. 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).
La capacidad de absorción está directamente relacionada con las características
texturales (superficie específica y porosidad) y se puede hablar de dos tipos de
procesos que difícilmente se dan de forma aislada: absorción (cuando se trata
fundamentalmente de procesos físicos como la retención por capilaridad) y
adsorción (cuando existe una interacción de tipo químico entre el adsorbente, en
este caso la arcilla, y el líquido o gas adsorbido, denominado adsorbato).
La capacidad de adsorción se expresa en porcentaje de absorbato con respecto a
la masa y depende, para una misma arcilla, de la sustancia de que se trate. La
absorción de agua de arcillas absorbentes es mayor del 100% con respecto al
peso.
4. Hidratación 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. Aunque hidratación y deshidratación ocurren con
independencia del tipo de catión de cambio presente, el grado de hidratación sí
está ligado a la naturaleza del catión interlaminar y a la carga de la lámina.
La absorción de agua en el espacio interlaminar tiene como consecuencia la
separación de las láminas dando lugar al hinchamiento. Este proceso depende
del balance entre la atracción electrostática catión-lámina y la energía de
hidratación del catión. A medida que se intercalan capas de agua y la separación
entre las láminas aumenta, las fuerzas que predominan son de repulsión
electrostática entre láminas, lo que contribuye a que el proceso de hinchamiento
pueda llegar a disociar completamente unas láminas de otras. Cuando el catión
interlaminar es el sodio, las esmectitas tienen una gran capacidad de
hinchamiento, pudiendo llegar a producirse la completa disociación de cristales
individuales de esmectita, teniendo como resultado un alto grado de dispersión y
un máximo desarrollo de propiedades coloidales. Si por el contrario, tienen Ca o
Mg como cationes de cambio su capacidad de hinchamiento será mucho más
reducida.
5. Plasticidad
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.
La elevada plasticidad de las arcillas es consecuencia, nuevamente, de su
morfología laminar, tamaño de partícula extremadamente pequeño (elevada área
superficial) y alta capacidad de hinchamiento.
Yacimientos no metálicos
Minerales arcillosos
Página 7
UNC
E.A.P.I.G.
Generalmente, esta plasticidad puede ser cuantificada mediante la determinación
de los índices de Atterberg (Límite Líquido, Límite Plástico y Límite de
Retracción). Estos límites marcan una separación arbitraria entre los cuatro
estados o modos de comportamiento de un suelo sólido, semisólido, plástico y
semilíquido o viscoso (Jiménez Salas, et al., 1975).
La relación existente entre el límite líquido y el índice de plasticidad ofrece una
gran información sobre la composición granulométrica, comportamiento,
naturaleza y calidad de la arcilla. Existe una gran variación entre los límites de
Atterberg de diferentes minerales de la arcilla, e incluso para un mismo mineral
arcilloso, en función del catión de cambio. En gran parte, esta variación se debe
a la diferencia en el tamaño de partícula y al grado de perfección del cristal. En
general, cuanto más pequeñas son las partículas y más imperfecta su estructura,
más plástico es el material.
6. Tixotropía
La tixotropía se define como el 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. Si, a continuación, se las deja en reposo recuperan la cohesión, así como
el comportamiento sólido. Para que una arcilla tixotrópica muestre este especial
comportamiento deberá poseer un contenido en agua próximo a su límite
líquido. Por el contrario, en torno a su límite plástico no existe posibilidad de
comportamiento tixotrópico.
ARCILLAS INDUSTRIALES
Hoy en día las arcillas comerciales, aquellas que sirven como materia prima industrial
figuran entre los recursos minerales más importantes, tanto por el volumen explotado
como por el valor de la producción. Un 90 % de la producción se dedica,
preferentemente a la fabricación de materiales de construcción y agregados. Sólo un 10
% se dedica a otras industrias (fabricación de papel, caucho, pinturas, absorbentes,
decolorantes, arenas de moldeo, productos químicos y farmacéuticos, agricultura, etc.)
En general al primer tipo (las que se utilizan en construcción) se las denomina arcillas
cerámicas, arcillas para la construcción o arcillas comunes, son arcillas compuestas
por dos o más minerales de la arcilla, generalmente ilita y esmectita, con importantes
cantidades de otros minerales que no son filosilicatos (carbonatos, cuarzo...). Se utilizan
para la fabricación de materiales de construcción y agregados.
Al segundo tipo se las denomina arcillas especiales, son arcillas constituidas
fundamentalmente por un sólo tipo de mineral de la arcilla, y sus propiedades dependen
esencialmente de las características de ese mineral. Estas, a pesar de ser mucho menos
importantes en volumen, suponen más del 70 % del valor de las arcillas comerciales, y
son objeto de comercio internacional.
Yacimientos no metálicos
Minerales arcillosos
Página 8
UNC
E.A.P.I.G.
Las arcillas especiales se pueden dividir en caolines y arcillas caoliníferas, y bentonitas,
sepiolita y paligorskita:
1. Caolines y arcillas caoliníferas
Un caolín es una roca que contiene una cierta proporción de minerales del grupo
de caolín, que puede ser económicamente extraída y concentrada. Se trata,
generalmente, de una arcosa o arena caolínifera, granito o gneis caolinitizado,
que es necesario procesar para enriquecer en minerales del grupo del caolín.
La arcilla caolinífera es también un caolín en sentido amplio. Igualmente, se
trata de una arcilla compuesta, fundamentalmente, de minerales del grupo del
caolín. Esta no se procesa, se usa tal cual, e inicialmente los porcentajes en
minerales del grupo del caolín son más altos que en el caolín (>50%). Cuando el
caolín se usa para cerámica blanca recibe la denominación de China Clay.
El caolín, tal como se obtiene en una explotación mineral (caolín bruto/todo
uno) posee un contenido variable de caolinita y/o halloysita que, a veces no llega
al 20 %, además suele tener cuarzo, feldespatos, micas, y, dependiendo de la
roca madre otro tipo de minerales accesorios. Para concentrar el mineral es
preciso someterlo a diferentes procesos que eleven el contenido en filosilicatos
por encima del 80 %. El producto final, generalmente, recibe el nombre de
caolín lavado.
Como la caolinita tiene un tamaño de partícula muy pequeño, el lavado de las
fracciones groseras conduce a un material con alto contenido en caolinita. Es
evidente que cuanto mayor sea el contenido en fracciones finas del caolín bruto,
mayor será también el porcentaje en caolinita. Un caolín comercial de alta
calidad a penas deberá tener partícula
garantizaría una riqueza en caolinita superior al 80%.
Otro término utilizado para arcillas especiales, con un indudable significado
industrial, es el de arcillas refractarias: Arcillas caoliníferas utilizadas para la
fabricación de materiales cerámicos refractarios.
Dentro de este grupo pueden incluirse las denominadas ball-clays, o arcillas
caoliníferas plásticas y dispersables en agua, que son grises o negras pero que
cuecen blanco. Son los materiales más interesantes para la fabricación de
cerámica blanca de gran calidad. Las fire-clays o arcillas refractarias
propiamente dichas, suelen tener óxidos de hierro, lo que hace que no cuezan
blanco. Las flint-clays o arcillas caoliníferas duras, carentes de plasticidad se
utilizan fundamentalmente para la fabricación de refractarios silicoaluminosos.
Por último las Tonsteins (Underclays), son muy similares a las flint-clays, son
niveles volcánicos.
Yacimientos no metálicos
Minerales arcillosos
Página 9
UNC
E.A.P.I.G.
2. Bentonita
La bentonita es una arcilla que consiste esencialmente de minerales esmectíticos
(el grupo de las montmorillonitas), indiferente al origen u ocurrencia. Esta
definición resuelve el problema entre la terminología geológica e industrial y
resuelve la dificultad para asignar un nombre a la arcilla esmectítica formada a
partir de rocas ígneas diferentes de la ceniza, tufa o vidrio o aquellas de origen
sedimentario o incierto. De todos modos, la bentonita, cuando es usada con este
significado es una roca (consiste en más de un mineral), y no será posible
distinguirlas de las tierras de batan en muchos casos.
Generalmente, los términos aceptados de la bentonita para los productos
comerciales son los siguientes:
Bentonita: generalmente describe una arcilla consistente esencialmente de
montmorillonita, haciendo caso omiso de su origen u ocurrencia.
Bentonita sódica: es una montmorillonita que ocurre naturalmente con un alto
nivel de iones sodio. La bentonita sódica tiene muy alta capacidad de
hinchamiento, y forma un gel cuando se agrega agua. Estas son usadas en lodos
para perforación y como un ligante en la peletización de mineral de hierro. Otros
nombres comunes para las bentonitas sódicas incluyen bentonita Wyoming o
bentonita Western indicando la localización de los principales depósitos en
Estados Unidos; también se la puede denominar según el uso final al cual se
emplee por ejemplo la bentonita petrolera, etc.
Bentonita sódica activada o sintética: otras arcillas montmorilloniticas pueden
ser tratadas con soda ash para producir bentonita de intercambio sódico. Esta se
produce por la adición de pequeñas cantidades de soda ash (típicamente 3 a 6%)
a las montmorillonitas cálcicas previo al secado y trituración. Los diferentes
grados comerciales se producen variando el porcentaje de soda ash que se
agrega. Este material tiene las mismas propiedades de hinchamiento que los
grados naturales y compite en los mismos mercados.
Bentonita cálcica: son montmorillonitas donde los iones intercambiables son
principalmente calcio. Esta tiene menor capacidad de hinchamiento que las
variedades sódicas. Algunos tipos cálcicos se hinchan un poco más que las
arcillas comunes, y se desagregan más en masas granulares en agua. También se
las conoce con los nombres de bentonita sin hinchamiento, Southern, Texas o
Mississippi.
Metabentonita: es un término que ha sido usado
montmorillonitas ricas en potasio encontradas en Israel.
Yacimientos no metálicos
Minerales arcillosos
para
describir
Página 10
UNC
E.A.P.I.G.
Arcillas ácida – activada: son montmorillonitas cálcicas que han sido tratadas
para incrementar su área de superficie y mejorar sus propiedades de
blanqueamiento y refinación.
Bentonita blanca: es usada para describir montmorillonita cálcica pura con alta
blancura y brillo, la cual es usada en cosméticos, artículos de toilette,
farmacéuticos, detergentes, revestimiento de superficies y cerámicas eléctricas.
Arcillas orgánicas: son arcillas montmorillonitas que tienen sus iones
intercambiables reemplazados con componentes orgánicos. Estas arcillas pueden
ser usadas en sistemas con bases organicas. También son llamadas organofílicas,
bentonitas tratadas orgánicamente o tratada con polímeros, organobentonitas o
bentones.
Por lo tanto existen diversas maneras de definir la bentonita ya sea por sus
cualidades de hinchamiento, su localización o su uso final.
3. Paligorskita-Sepiolita
Las sepiolitas y paligorskitas son arcillas con un contenido en dichos minerales
superior al 50 %. Son minerales con hábito fibroso con una enorme área
superficial debida tanto al pequeño tamaño de partícula como la porosidad
estructural que presenta su estructura. La superficie específica teórica se calcula
alrededor de los 900 m2 /g, aunque la superficie accesible es muy inferior.
Su peculiar estructura les confiere una serie de propiedades, entre ellas las de
formar suspensiones poco afectadas por la concentración iónica y una enorme
capacidad sorcitiva, por lo que son poderosos decolorantes y absorbentes.
También tienen propiedades reológicas, son capaces de formar geles y
suspensiones estables de alta viscosidad a bajas concentraciones de sólido. Al
igual que las esmectitas, son susceptibles de ser activadas mediante tratamientos
térmicos y ácidos.
4. Otros tipos de arcillas especiales
También pueden considerarse arcillas especiales las halloysitas, compuestas
fundamentalmente por halloysita, mineral del grupo del caolín y las hectoritas,
compuestas por hectorita (una esmectita), Las arcillas halloysiticas también
pueden considerarse caolines, y las hectoritas un tipo de bentonitas. Ambos tipos
son muy escasos en el mundo.
Recientemente el termino arcilla especial ha sido restringido aún más por
algunos autores y lo reservan para arcillas raras como la sepiolita o hectorita,
poco abundantes, o como la paligorskita y bentonitas blancas. También lo usan
para arcillas modificadas químicamente como las bentonitas activadas con
tratamientos ácidos o organofílicas, quedando fuera de la denominación de
arcillas especiales los caolines, bentonitas y, por supuesto las arcillas comunes.
Yacimientos no metálicos
Minerales arcillosos
Página 11
UNC
E.A.P.I.G.
EXTRACCIÓN Y PROCESADO
La explotación, normalmente, se efectúa a cielo abierto, utilizando medios mecánicos
convencionales. La potencia del recubrimiento a remover varía de unos yacimientos a
otros, pero, generalmente, en la mayor parte de las explotaciones son inferiores a los
15m.
El procesado industrial del producto de cantera viene fijado por la naturaleza y uso a
que se destine. Generalmente es sencillo, reduciédose a un machaqueo previo y
eliminación de la humedad y finalmente, a una molienda hasta los tamaños de partícula
deseados. La temperatura de secado depende de la utilización posterior de la arcilla.
APLICACIONES INDUSTRIALES
Desde el punto de vista industrial, la mayor parte de las aplicaciones no requieren
especificaciones estrictas en cuanto a composición química (composición de las capas
tetraédrica y octaédrica). Sin embargo, en el caso de las bentonitas si tiene importancia
el quimismo del espacio interlaminar y sus propiedades fisicoquímicas.
1. Arcillas Comunes.
El principal uso de estos materiales arcillosos se da en el campo de la cerámica
de construcción (tejas, ladrillos, tubos, baldosas....), alfarería tradicional, lozas,
azulejos y gres. Uso al que se destinan desde los comienzos de la humanidad.
Prácticamente todas las arcillas son aptas para estos usos, primando las
consideraciones económicas.
Son así mismo son utilizadas en la manufactura de cementos, como fuente de
alúmina y sílice, y en la producción de áridos ligeros (arcillas expandidas).
2. Caolín.
Se trata de un mineral muy importante desde el punto de vista industrial. Ha sido
utilizando desde antiguo para numerosos usos. En el siglo XVI adquirió
granfama entre la nobleza la porcelana fabricada a base de pastas cerámicas ricas
en caolín. Los principales usos a los que se destina en la actualidad son:
a. Fabricación de papel.
El principal consumidor de caolín es la industria papelera, utilizando más
del 50 % de la producción. En esta industria se usa tanto como carga,
como para proporcionarle al papel el acabado superficial o estucado.
Para que pueda ser destinado a este uso las especificaciones de calidad
requeridas son muy estrictas, tanto en pureza como en color o tamaño de
grano.
Yacimientos no metálicos
Minerales arcillosos
Página 12
UNC
E.A.P.I.G.
b. Cerámica y refractarios.
También es importante el uso del caolín en la fabricación de materiales
cerámicos (porcelana, gres, loza sanitaria o de mesa, electrocerámica) y
de refractarios (aislantes térmicos y cementos). Al igual que en el caso
del papel las especificaciones requeridas para el uso de caolines en
cerámica y refractarios son estrictas en cuanto a pureza y tamaño de
grano.
c. Otros usos
Además se utilizan caolines, en menores proporciones, en otras
industrias: como carga más económica sustituyendo a las resinas en
pinturas, aislantes, caucho. También como carga de abonos, pesticidas y
alimentos de animales.
La industria química consume cantidades importantes de caolín en la
fabricación de sulfato, fosfato y cloruro de Al, así como para la
fabricación de ceolitas sintéticas.
A partir del caolín calcinado se obtienen catalizadores y fibras de vidrio.
La industria farmacéutica utiliza caolín como elemento inerte en
cosméticos y como elemento activo en absorbentes estomacales.
3. Bentonitas
Son muy numerosos los usos industriales de las bentonitas, tanto que resulta
difícil enumerarlos todos. Los más importantes son:
a. Arenas de moldeo
A pesar de que la industria ha evolucionado considerablemente en las
últimas décadas y ha ido sustituyendo a las bentonitas por otros
productos en la fabricación de moldes para fundición, éste sigue siendo
su uso principal.
Las arenas de moldeo están compuestas por arena y arcilla, generalmente
bentonita, que proporciona cohesión y plasticidad a la mezcla, facilitando
sumoldeo y dándole resistencia suficiente para mantener la forma
adquirida después de retirar el moldeo y mientras se vierte el material
fundido.
La proporción de las bentonitas en la mezcla varia entre el 5 y el 10 %,
pudiendo ser ésta tanto sódica como cálcica, según el uso a que se destine
el molde. La bentonita sódica se usa en fundiciones de mayor
temperatura que la cálcica por ser más estable a altas temperaturas,
suelen utilizarse en fundición de acero, hierro dúctil y maleable y en
menor medida en la gama de los metales no férreos. Por otro lado la
bentonita cálcica facilita la producción de moldes con más complicados
detalles y se utiliza, principalmente, en fundición de metales no férreos.
Yacimientos no metálicos
Minerales arcillosos
Página 13
UNC
E.A.P.I.G.
b. Lodos de perforación.
A pesar de los importantes cambios que van sufriendo con el tiempo las
formulaciones de los lodos de perforación, (comenzó a utilizarse a
principios del siglo XX) este sigue siendo uno de los mercados más
importantes de las bentonitas.
Las funciones que debe cumplir el lodo son:
 Extracción del ripio y limpieza del fondo del pozo.
 Enfriamiento de la herramienta de perforación.
 Control de presiones de formación y estabilización de las paredes.
 Mantenimiento en suspensión del ripio.
 Transmisión de potencia hidráulica al tricono.
 Soportar parte del peso de la sarta de perforación.
 Permitir la adición de agentes densificantes
Las bentonitas de Wyoming son las más utilizadas para la preparación de
lodos de perforación.
c. Peletización
La bentonita se ha venido usando desde los años 50 como agente
aglutinante en la producción de pelets del material previamente
pulverizado durante las tareas de separación y concentración.
Laproporción de bentonita añadida es del 0,5%, en la mayor parte de los
casos.
Aunque no existen especificaciones estandarizadas para este uso, se
emplean bentonitas sódicas, naturales o activadas, puesto que son las
únicas que forman buenos pelets con las resistencias en verde y en seco
requeridas, así como una resistencia mecánica elevada tras la
calcinación.
d. Absorbentes.
La elevada superficie específica de la bentonita, le confiere una gran
capacidad tanto de absorción como de adsorción. Debido a esto se
emplea en decoloración y clarificación de aceites, vinos, sidras, cervezas,
etc. Tienen gran importancia en los procesos industriales de purificación
de aguas que contengan diferentes tipos de aceites industriales y
contaminantes orgánicos.
Se utiliza además como soporte de productos químicos, como por
ejemplo herbicidas, pesticidas e insecticidas, posibilitando una
distribución homogénea del producto tóxico.
En los últimos años, además, están compitiendo con otras arcillas
absorbentes (sepiolita y paligorskita) como materia prima para la
fabricación de lechos de animales. La demanda de bentonitas para este
uso varia sustancialmente de unos paises a otros.
Yacimientos no metálicos
Minerales arcillosos
Página 14
UNC
E.A.P.I.G.
e. Material de Sellado
La creciente importancia que está tomado en los últimos años, por parte
de los gobiernos de toda Europa, la legislación en lo referente a medio
ambiente, ha favorecido la apertura y desarrollo de todo un mercado
orientado hacia el uso de bentonitas como material de sellado en
depósitos de residuos tanto tóxicos y peligrosos, como radiactivos de
baja y media actividad.
Durante muchos años las bentonitas se han venido utilizando en mezclas
de suelos en torno a los vertederos, con el fin de disminuir la
permeabilidad de los mismos. De esta forma se impide el escape de gases
o lixiviados generados en el depósito. Esta mezcla se podía realizar in
situ o sacando el suelo de su emplazamiento, mezclándolo con la
bentonita y volviéndolo a colocar en su sitio, la ventaja de la primera
alternativa es que supone un gasto menor pero, sin embargo, implica una
mezcla menos homogénea. La segunda alternativa, sin embargo, es más
cara pero asegura una mejor homogeneización de la mezcla bentonitasuelo. Por otro lado, esto disminuye la cantidad de bentonita necesaria
(5-6 %), frente a 7-8 % para la utilizada en mezclas in situ.
Así mismo,
se utilizan bentonitas sódicas como material
impermeabilizante y contenedor en los siguientes campos:





Como contenedores de aguas frescas: Estanques y lagos
ornamentales, campos de golf, canales.
Como contenedores de aguas residuales: Efluentes industriales
(balsas).
En suelos contaminados: Cubiertas, barreras verticales.
En el sellado de pozos de aguas subterráneas contaminadas.
En depósitos de residuos radiactivos: Repositorios subterráneos,
sellado de fracturas en granitos, etc.
f. Ingeniería Civil.
Se utiliza para cementar fisuras y grietas de rocas, absorbiendo la
humedad para impedir que esta produzca derrumbamiento de túneles o
excavaciones, para impermeabilizar trincheras, estabilización de charcas,
etc.
Para que puedan ser utilizadas han de estar dotadas de un marcado
carácter tixotrópico, viscosidad, alta capacidad de hinchamiento y buena
dispersabilidad. Las bentonitas sódicas o cálcicas activadas son las que
presentan las mejores propiedades para este uso.
Los usos en este campo se pueden resumir en:
 Creación de membranas impermeables en torno a barreras en el
suelo, o como soporte de excavaciones.
 Prevención de hundimientos. En las obras, se puede evitar el
desplome de paredes lubricándolas con lechadas de bentonita.
 Protección de tuberías: como lubricante y rellenando grietas.
Yacimientos no metálicos
Minerales arcillosos
Página 15
UNC
E.A.P.I.G.




En cementos: aumenta su capacidad de ser trabajado y su
plasticidad.
En túneles: Ayuda a la estabilización y soporte en la construcción
de túneles. Actúa como lubricante (un 3-5 % de lodo de bentonita
sódica mantenida a determinada presión soporta el frente del
túnel). También es posible el transporte de los materiales
excavados en el seno de fluidos benoníticos por arrastre.
En tomas de tierra: Proporciona seguridad en el caso de rotura de
cables enterrados.
Transporte de sólidos en suspensión.
g. Alimentación animal
Una aplicación de las bentonitas que está cobrando importancia en los
últimos tiempos es su utilización como ligante en la fabricación de
alimentos pelletizados para animales. Se emplea en la alimentación de
pollos, cerdos, pavos, cabras, corderos, y ganado vacuno,
fundamentalmente. Actúa como ligante y sirve de soporte de vitaminas,
sales minerales, antibióticos y de otros aditivos.
h. Catálisis.
El uso de aluminosilicatos en diferentes campos de la catálisis es tan
antiguo como el propio concepto de catálisis. Son muchas las
aplicaciones de las arcillas como catalizadores o soporte de catalizadores
en diferentes procesos químicos. Así, son utilizadas en reacciones de
desulfuración de gasolina, isomerización de terpenos, polimerización de
olefinas, cracking de petróleo, etc.
Las propiedades catalíticas de las bentonitas son resultado directo de su
elevada superficie específica y tipo de centros activos.
La pilarización consiste en introducir, en el espacio interlaminar de una
esmectita, un policatión muy voluminoso que, tras calcinación, da lugar a
un oxido estable que determina una porosidad fija y permanente de
tamaño controlado (tamices moleculares).
i.
Industria farmacéutica.
Desde hace tiempo las arcillas se vienen usando como excipiente por la
industria farmacéutica. Debido a que no son tóxicas, ni irritantes, y a que
no pueden ser absorbidas por el cuerpo humano se utilizan para la
elaboración de preparaciones tanto de uso tópico como oral. Se utiliza
como adsorbente, estabilizante, espesante, agente suspensor y como
modificador de la viscosidad.
Su principal uso es la preparación de suspensiones tópicas, geles y
soluciones. Cuando se usa como parte de una preparación oral, su
Yacimientos no metálicos
Minerales arcillosos
Página 16
UNC
E.A.P.I.G.
naturaleza adsorbente puede enmascarar el sabor de otros ingredientes, o
puede relentizar la liberación de ciertos fármacos catiónicos (la hectorita
y la saponita se utilizan como fármacos o drogas retardantes).
Como en el resto de los excipientes, las cantidades que se requieren son
pequeñas. Generalmente las concentraciones de bentonita como agente
de soporte es del 0,5-5 % y del 1-2 % cuando se usa como adsorbente.
j.
Otros usos
Las posibles aplicaciones de las bentonitas son tan numerosas que es casi
imposible citarlas todas. Además de los campos de aplicación industrial
indicados anteriormente, las bentonitas se utilizan:
 En la industria de detergentes, como emulsionante y por su poder
ablandador del agua, debido a su elevada capacidad de
intercambio catiónico.
 Par la fabricación de pinturas, grasas, lubricantes, plásticos,
cosméticos, se utilizan arcillas organofílicas, capaces de hinchar
y dispersarse en disolventes orgánicos, y utilizarse, por lo tanto,
como agentes gelificantes, tixotrópicos o emulsionantes.
 Para desarrollar el color en leucocolorantes, en papeles
autocopiativos, se utilizan bentonitas activadas con ácido.
 En agricultura, para mejorar las propiedades de suelos arenosos o
ácidos. Así mismo se utilizan esmectitas sódicas para recubrir
ciertos tipos de semillas, de forma que su tamaño aumente, y
resulte más fácil su distribución mecánica, a la vez que se mejora
la germinación.
 En la obtención de membranas de ósmosis inversa, para la
desalinización de aguas.
4. PALIGORSKITA Y SEPIOLITA.
Las arcillas con paligorskita o sepiolita como mineral mayoritario son raras. Son
arcillas conocidas desde antiguo. Los Mayasfabricaban el azul Maya con
paligorskita. La sepiolita se ha utilizado desde antiguo para fabricar pipas (pipas
de espuma de mar). Además entre 1735 y 1808 se preparaba con sepiolita de
Vallecas la pasta de la famosa porcelana del buen Retiro. En Vallecas está el
yacimiento más importante del mundo de este mineral.
Los usos de estas dos sustancias son consecuencia de sus propiedades
reológicas, tixotropía, alta superficie específica, baja capacidad de cambio y,
sobre todo, su levado poder absorbente. Por ello se utilizan en:
 Como absorbentes, para lechos de animales, suelos.
 Como soporte en aerosoles y aerogeles para pesticidas y fertilizantes.
 Por sus propiedades adsorbentes, en la purificación de productos de
petróleo, azúcar.
 En procesos de filtración, floculación y clarificación.
 Por sus propiedades reológicas, en los dos de perforación con base de
agua salada, farmacia, pinturas, resinas, cosmética.
 En cerámica y aislantes.
Yacimientos no metálicos
Minerales arcillosos
Página 17
UNC
E.A.P.I.G.
EL EMPLEO DE MINERALES ARCILLOSO EN LA CONSTRUCCIÓN DE
ALMACENES
Para ello se diseñan una serie de barreras y capas de seguridad externas e internas, en
las que participan determinadas rocas o minerales. Uno de los elementos de seguridad
básico en este tipo de almacén es el sellado adecuado de los materiales almacenados.
Los dispositivos de sellado que se pueden utilizar en función de las características del
residuo almacenado y del substrato sobre el que se dispone son los siguientes:

Sellado perimétrico. Suele consistir en una barrera que rodea al emplazamiento,
completamente o al menos en aquellas zonas que puedan ser susceptibles de
escape de lixiviados. Se trata de excavaciones tipo zanja, que se rellenan con una
mezcla del propio material que se extrae de la zanja y arcillas, que aseguren una
adecuada disminución de la permeabilidad
de la berrera. La anchura,
profundidad, y calidad de la mezcla de arcillas dependerán de parámetros
propios
de cada emplazamiento: profundidad
prevista del mismo,
nivel
piezométrico, permeabilidad de la formación en que se implante, distancia al
almacén.
El material arcilloso seleccionado para fabricar las barreras de arcilla
compactada es bentonita. Su selección obedece a:

Su baja permeabilidad (≈3.10-14 m/s) (minimiza la llegada del agua).

Su conductividad térmica (0,6-1,4 W/mK) (disipa el calor).

Su capacidad de hinchamiento (7 Mpa) (sellado de vías de acceso de
agua).

Su superficie específica (725 m2 /g) (retención de radionucleidos y
conservación de la química del agua dentro de un cierto rango).

Alta
plasticidad
(límite
líquido
102%-límite
plástico
53%)
(protección mecánica).


Capacidad de succión (sellado del repositorio).
Capa de impermeabilización. Constituye la cubierta inferior del vaso del
almacén. Debe incluir una capa mineral que cumpla con los siguientes requisitos
de permeabilidad y espesor:
Yacimientos no metálicos
Minerales arcillosos
Página 18
UNC
E.A.P.I.G.
Tipo de residuos
Tóxicos y peligrosos
No peligrosos
Inertes
Permeabilidad (m/s) Espesor
K ≤ 10-9
≥5m
-9
K ≤ 10
≥1m
-7
K ≤ 10
≥1m
Además de esta barrera, deberá existir una sistema de recogida de lixiviados e
impermeabilización artificial, que incluya una capa de drenaje de al menos 0.5 m
de espesor.
Impermeabilización del fondo de un estanque (izquierda) para impedir las
filtraciones en profundidad.
Al centro, bentonitas para el sellado. A la izquierda, aplicación de las
bentonitas en el fondo del estanque.

Recubrimiento superior. Tiene por objeto impedir la dispersión aérea de los
residuos almacenados y sus productos (olores, gases), así como impedir el
acceso al almacén de las aguas pluviales. En función del tipo de residuo y de la
mayor o menor necesidad de asegurar su perfecto aislamiento, deberá tener
distintas características de permeabilidad y espesor, siendo los requerimientos
más estrictos los correspondientes a los almacenes de residuos tóxicos y
peligrosos.
Sellado superior de los residuos de una planta de papel (izquierda).
A la derecha un detalle de los materiales sintéticos de sellado.

Capas de separación. La organización interna del almacén exige la separación
física de los sectores en que se dispongan los residuos de cada día, o los de
distinta naturaleza. La separación de estos sectores se lleva a cabo con un
Yacimientos no metálicos
Minerales arcillosos
Página 19
UNC
E.A.P.I.G.
material impermeabilizante, de unos 15-20 cm de espesor aproximado. Estos
materiales representan del orden del 25% del volumen del relleno del vertedero.

Material compactante. En muchos casos el residuo se almacena conjuntamente
con un material que actúa asegurando la compactación del conjunto, y favorece
la estanqueidad dentro de los diferentes sectores. Se suelen emplear materiales
de procedencias diversas tales como rechazos de canteras o graveras.
Esquema de un almacén de residuos
En definitiva, este tipo de instalaciones requieren un alto volumen de materiales,
cuyas características de permeabilidad deben ser las adecuadas para cumplir las
especificaciones establecidas para cada una de las posibles aplicaciones. En
general se requieren materiales de baja permeabilidad, lo que por lo general se
garantiza con la presencia en el mismo de un alto porcentaje de arcillas.
PRESAS DE MATERIALES SUELTOS
Las presas de materiales sueltos son presas que están formadas por rocas o tierras
sueltas sin cementar. Para conseguir la impermeabilidad de la presa se construyen
pantallas impermeables de arcilla, asfalto o algún material sintético. Se usan
preferentemente cuando el sitio donde se apoya la presa no resiste las cargas que una
presa de gravedad o arco podrían aplicarle. Se suelen utilizar para aprovechar los
materiales disponibles en el sitio.
Las presas de materiales sueltos pueden construirse casi con cualquier material con
equipo de construcción rudimentario. Las presas de tierra se han construido con éxito
utilizando grava, arena, limo, polvo de roca y arcilla. Si se dispone de gran cantidad de
material permeable como arena y grava y hay que importar material arcilloso, la cortina
tendría un corazón o núcleo pequeño de arcilla impermeable y el material local
constituiría el grueso de la cortina.
Yacimientos no metálicos
Minerales arcillosos
Página 20
UNC
E.A.P.I.G.
Se ha utilizado concretamente como corazón impermeable, pero no ofrece la
flexibilidad de los materiales de arcilla. Si no hay material permeable, la cortina puede
construirse con materiales arcillosos con drenes inferiores de arena y grava importada
debajo de la línea de base de aguas abajo, para recolectar las filtraciones y reducir las
presiones de poro.
Las presas de materiales suelos se construyen a veces en lugares donde es difícil la
elaboración de otros materiales, (Presa de Kajaki en Afganistán)
ARCILLAS NATURALES (MOTMORILLONITA) EN LA REMOCION DE
METALES PRESENTES EN AGUAS CONTAMINADAS POR LA ACTIVIDA
MINERA EN ZONAS RURALES DE BOLIVIA
Esta actividad genera residuos líquidos ácidos con elevada turbidez, que contienen
principalmente metales, sulfatos y cloruros, residuos que en la mayoría de los casos, no
reciben tratamiento alguno y que junto a lixiviados de residuos sólidos , acumulados a la
intemperie por varias décadas, son descargados a cuerpos de agua o al medio ambiente,
constituyéndose en una de las principales fuentes de contaminación de aguas en zonas
mineras, como es la cuenca del Rio Chayanta en el Norte de Potosí, Bolivia.
Considerando que los procesos de tratamiento convencionales de remoción de metales,
como son la precipitación química, intercambio iónico a través de resinas, uso de
membranas entre otros, se constituyen en tecnologías inviables a ser utilizadas en
comunidades rurales, por su elevado costo y la complejidad de su manejo , en el Centro
de Aguas y Saneamiento Ambiental de la Universidad Mayor de San Simón,
Cochabamba, Bolivia, se viene desarrollando investigaciones dirigidas al uso de arcillas
naturales como es la Motmorillonita, para la remoción de metales en aguas
contaminadas por la actividad minera, como una alternativa de tratamiento eficiente, de
bajo costo y de posible aplicación en comunidades rurales del Norte de Potosí.
Yacimientos no metálicos
Minerales arcillosos
Página 21
UNC
E.A.P.I.G.
MINIMIZACIÓN, TRATAMIENTO Y DISPOSICIÓN FINAL DE RESIDUOS
INDUSTRIALES Y PELIGROSOS
El proceso de blanqueo en la refinación de aceites y grasas se efectúa mediante la
utilización de arcillas activadas, las que eliminan gran parte de los colorantes orgánicos e
impurezas. Como resultado de este proceso se genera, en América Latina, más de 24.000
t/año de residuos sólidos consistentes en arcillas activadas usadas.
La presente investigación evaluó la utilización de dichos residuos como material
impermeabilizante en un relleno de seguridad después de someter la arcilla usada a un
pretratamiento para su estabilización. Los resultados mostraron la factibilidad de su
aplicación como material impermeabilizante con el beneficio adicional de que la arcilla,
por ser un intercambiador iónico natural y por conservar parte de su actividad, es capaz de
retener sustancias altamente contaminantes tales como los metales pesados, entre otros.
Debido a los resultados satisfactorios obtenidos en la etapa de investigación, se ha
planteado llevar a cabo la siguiente etapa del proyecto, consistente en la construcción de un
relleno de seguridad demostrativo para la recepción de residuos peligrosos. Para esto la
ONG Alternativa, la empresa Arcillas Activadas Andinas S.A., la Municipalidad de Lima,
la empresa RELIMA y el Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del
Ambiente (CEPIS) están uniendo esfuerzos en la búsqueda de alternativas de
financiamiento.
ALMACENAMIENTO
RADIACTIVOS.
GEOLOGICO
PROFUNDO
DE
RESIDUOS
El almacenamiento definitivo a profundidades considerables es la estrategia
universalmente considerada como más adecuada para garantizar el aislamiento a largo
plazo de los residuos radiactivos de alta actividad y del combustible irradiado.
Actualmente se consideran tres tipos de formaciones geológicas como adecuadas para
albergar una instalación de este tipo: sal, arcilla y granito. Estas formaciones son muy
abundantes en la España peninsular. Se tiene que evaluar los campos de temperatura,
tensiones y deformaciones que podría esperar que se desarrollaran en los campos
lejanos, asociados al almacenamiento geológico en formaciones salinas, graníticos y
arcillosos.
Las formaciones arcillosas están siendo consideradas por varios países como una opción
viable para emplazar un almacenamiento geológico profundo (AGP) de residuos
radiactivos. La demostración de la aptitud de tales formaciones como barreras frente al
transporte de los radionucleidos requiere abordar una serie de cuidadosos estudios que
engloban experimentos de laboratorio (difusión en celdas) y experimentos a escala
natural en condiciones análogas a las que regirán en un AGP en este tipo de
formaciones geológicas.
Yacimientos no metálicos
Minerales arcillosos
Página 22
UNC
Yacimientos no metálicos
E.A.P.I.G.
Minerales arcillosos
Página 23
UNC
Yacimientos no metálicos
E.A.P.I.G.
Minerales arcillosos
Página 24
UNC
Yacimientos no metálicos
E.A.P.I.G.
Minerales arcillosos
Página 25
UNC
E.A.P.I.G.
PROCESO DE FABRICACIÓN DE PRODUCTOS CERÁMICOS
Hasta la obtención de un determinado producto cerámico la arcilla y demás materias
primas han de pasar por una serie de procesos. No es sencillo generalizar la fabricación
de cerámicas ya que para cada producto hay un procedimiento distinto
PREPARACION DE LAS PASTAS ARCILLOSAS
La preparación de la pasta se realiza mecánicamente, produciéndose consecutivamente
las siguientes operaciones:
a.
b.
c.
d.
e.
Tamizado: para eliminar las
partículas más gruesas, no
correspondientes a la fracción
arcillosa.
Lavado: para eliminar otras
impurezas.
Molido: para disgregar las
arcillas
y
triturar
los
desengrasantes.
Mezclado y amasado: para
conseguir
toda
la
homogeneización
de
la
materia prima y agua.
Raspado laminado: permite
una mayor homogenización
de la pasta.
En la preparación de la pasta cerámica existen tres ambientes principales:
Los elementos plásticos, los elementos magros o desengrasantes y los fundentes. La
proporción y calidad de estos ingredientes determinara el producto cerámico.
1.
Elementos plásticos: son la arcilla y caolines que forman la base de las pastas
cerámicas debido a su plasticidad.
2.
Elementos magros o desengrasantes: son la sílice, la arena, trozos molidos de
terracola (chamota) y las arcillas silíceas. Son para reducir su excesiva plasticidad,
para aumentar la porosidad así como para facilitar el secado del objeto.
Yacimientos no metálicos
Minerales arcillosos
Página 26
UNC
3.
E.A.P.I.G.
Elementos fundentes: son los feldespatos, las micas, la cal, los fosfatos, las fritas
molidas, los vidrios pulverizados y las arcillas fundentes, ferrosas y calcáreas.
MADURACION:
La pasta cruda madura, cuando se estaciona por largos periodos, a veces varios meses,
mejorando sus propiedades. Se dice, probablemente sin exageración, que las porcelanas
chinas del siglo XV se confeccionan con materia prima madurada durante 50 años.
MOLDEO.
1.
Moldeo con torno. Artesanalmente se moldea con tornos o maquinas que se
accionan manualmente, como la extrusora.
2.
Moldeo por extrusión. Actualmente se realiza el moldeo a máquina (galleteras o
extrucxionadora), estos sistemas tratan de obtener productos seriados de mayor
calidad. Permiten disminuirá el agua de amasado y trabajar con pastas más secas, o
bien trabajar con arcillas poco plásticas. Básicamente constan de un cuerpo
cilíndrico horizontal en el cual gira un eje que tiene unos helicoides, que empujan la
pasta hacia una boquilla que le da forma.
En industria, la extrucción consiste en la utilización de un flujo continuo de
materias primas para la obtención de productos. La cerámica puede formarse a
través de la extrucción.
La extrucción de la terracota se usa para producir las cañerías. Muchos ladrillos
modernos también son manufacturados usando un proceso de extrucción de
ladrillos.
Extrusora industrial par a moldear ladrillos
Yacimientos no metálicos
Minerales arcillosos
Página 27
UNC
E.A.P.I.G.
El tradicional torno alfarero es un disco horizontal sobre el cual se pone la pasta cruda;
cuando gira el operario la moldea con sus manos.
El mismo principio se aplica en equipos mecanizados, pero en lugar de las manos hay
sistemas de perfiles y cuchillas.
Boquillas de estructuras manuales
3.
Moldeo de prensa.
Permite el moldeo de pastas secas para la fabricación de tejas planas se da la forma
mediante tronquel que se comprime a gran presión. Pueden ser: por prensado
plástico, prensado semiseco y prensado seco.
Yacimientos no metálicos
Minerales arcillosos
Página 28
UNC
E.A.P.I.G.
Prensado plástico. Un pedazo de barro de consistencia plástica se prensa entre un
molde superior y uno inferior contenidos en una estructura metalica.
Los moldes se hacen de yeso y al aplicar vacio se remueve la humedad del barro.
Al aumentar la presión los moldes de yeso fallan. Se reemplazan por resinas
plásticas o materiales cerámicos pororsos. Estos moldes funcionan en posición
vertical.
Molde para lavatorio
Prensado semiseco. La porción de pasta (taco o una pastilla recién extruida), se
introduce en el molde de la prensa. A continuación la parte móvil baja a a la vez
gira hasta conformar la pieza.
Los moldes pueden ser de acero, de yeso o de cerámica porosa. La extracción suele
hacerse por aire comprimido.
La baja proporción de agua produce alta plasticidad que impide el uso de
metodosde formando plástico. Se usan altas presiones para superar la baja
plasticidad del material y forzarlo dentro de la cavidad de un dado.
Con frecuencia se forman rebabas. Alto nivel de automatización.
Productos. Tejas ladrillos refractarios.
Yacimientos no metálicos
Minerales arcillosos
Página 29
UNC
E.A.P.I.G.
Prensado en seco. El sistema tiene una alta productividad. La pasta, en forma de
polvo, se introduce en el molde.
El prensado, se realiza en vaias faces para compactar y desairear el polvo. A la
salida , la pieza entra directamente a secadores verticales.
Productos: azulejos, aisladores eléctricos, ladrillos refractarios, revestimientos.
4.
Moldeo por colada. Se utiliza una pasta arcillosa liquida mediante álcalis que
recibe el nombre de barbotina, se introduce en moldes de yeso que son los
encargados de dar la forma del producto, este sistema se emplea en ciertos
productos de porcelana, loza o gres (fregaderos, inodoros, bidets, etc.).
Yacimientos no metálicos
Minerales arcillosos
Página 30
UNC
E.A.P.I.G.
SECADO.
Durante el secado se elimina parte del agua de amasado hasta un 5%. Debe realizarse de
forma gradual y progresiva para evitar alabeos y resquebrajamientos.
Durante el secado de piezas cerámicas, tienen lugar simultánea y consecutivamente un
desplazamiento de agua través del solido húmedo y a través del gas. El aire que se
utiliza debe ser lo suficiente seco y caliente, pues se utiliza, no solo para eliminar el
agua procedente del solido sino también para suministrar la energía en forma de calor,
que necesita esa agua para evaporarse.
Actualmente el secado de las piezas de realiza en secaderos verticales u horizontales.
Tras el conformado de las piezas estas se introducen en el interior del secadero, en
donde se ponen en contacto en contracorriente con gases calientes. Estos gases calientes
procedentes de la chimenea de enfriamiento del horno. El principal mecanismo de
transición de calor entre el aire y las pizas es el de convección.
SECADERO
Las piezas moldeadas se secan al ambiente, en la sombra, aproximadamente 3 a 4 días
de acuerdo a la humedad del ambiente y al tamaño de la pieza. En los talleres más
modernos se utilizan secadores a base de aire caliente.
Yacimientos no metálicos
Minerales arcillosos
Página 31
UNC
E.A.P.I.G.
COCCION.
La cocción de la pasta cruda exige lento calentamiento. Si fuera brusco, la evaporación
de agua contraería excesivamente el volumen con el peligro de ampollas y fisuras que
desvalorizan su aspecto y aumenta la fragilidad. Un enfriamiento demasiado rápido
origina defectos similares. Además se debe controlar la temperatura máxima de cocción
y el tiempo que esta se mantiene. Si es insuficiente no se completan las reacciones
indispensables; si se sobrepasa, el ablandamiento (fusión) deforma la pieza cocida.
Cualquier defecto de las fases de fabricación anteriores se manifestara y potenciara
durante la cocción. La cocción se realiza en distintos tipos de hornos:
a. Hornos discontinuos. estarán fríos cuando se coloquen los productos a cocer, a
continuación se eleva la temperatura progresivamente hasta obtener el punto óptimo
previsto para cada pasta, y luego se va enfriando lentamente.
b. Hornos continuos. La temperatura para la cocción siempre estará presente, para la
cocción de los productos se deslizan estos por la zona de fuego (hornos túnel)o por el
contario el fuego avanza encontrándose los productos estáticos (hornos hoffmann).
Sea cual sea el sistema están constituidos por tres zonas caloríficas;
precalentamiento, cocción y enfriamiento.
Los productos cocidos o bizcochos, son sometidos luego a diversos tratamientos de
acabado y decoración.
Yacimientos no metálicos
Minerales arcillosos
Página 32
UNC
E.A.P.I.G.
COCHURA
a. Hasta 400 °C. Arcilla seca, sin cambios estructurales. Reversibles.
b. De 400 a 600°C. se elimina agua de composición y varían sus propiedades.
Proceso irreversible. Retracción definitiva.
c. Más de 600°C.
COCCION UNICA, MONOCOCCION Y BICOCCION.
Los materiales cerámicos pueden someterse a una, dos o más cocciones. Las baldosas
no esmaltadas reciben una única cocción; en el caso de baldosas esmaltadas, pueden
someterse a una cocción tras la aplicación del esmalte sobre las piezas crudas (proceso
de monococción), o someterse a una primera cocción para obtener el soporte, al que se
aplica el esmalte para someterlo luego a una segunda cocción (proceso de bicocción).
En algunos materiales decorados se aplica una tercera cocción a menor temperatura. En
ocasiones puede haber un secado adicional tras la etapa de esmaltado. Esta se lleva a
cabo inmediatamente antes de introducir el material en el horno, con el fin de reducir el
contenido en humedad de las piezas hasta niveles suficientemente bajos para que la
etapa de cocción se desarrolle adecuadamente.
Yacimientos no metálicos
Minerales arcillosos
Página 33
UNC
E.A.P.I.G.
Cocción rápida.
La cocción rápida de las baldosas cerámicas, actualmente predominante, se realiza
actualmente en hornos monoestrato de rodillos, que han permitido reducir
extraordinariamente la duración de los ciclos de cocción hasta tiempos inferiores a los
40 minutos, debido a la mejora de los coeficientes de transmisión de calor de las piezas,
y la uniformidad y flexibilidad de los mismos.
En los hornos monoestrato, las piezas se mueven por encima de los rodillos y el calor
necesario para su cocción es aportado por quemadores gas natural-aire, situados en las
paredes del horno. Los mecanismos principales de transmisión de calor presentes
durante este proceso son la convección y la radiación.
TRATAMIENTOS COMPLEMENTARIOS
El bizcocho nunca se utiliza directamente porque sus superficies no están pulidas. En el
caso de las lozas y porcelanas se mejora su aspecto externo con el vidriado.
El vidriado
Se sumerge el objeto dentro de una suspensión acuosa de arena, caolín, feldespato,
piedra caliza y oxido de plomo, todos ellos finamente pulverizados. Esta mezcla
sedimenta formando una película delgada y uniforme. Se procede entonces a una
segunda cocción a temperatura que no exceda los 800 º C. Los componentes del
vidriado reaccionan entre si dando silicatos de calcio y de plomo, es decir un vidrio. La
capa vítrea es dura, impermeable y brillante. Confiere buena presentación e incrementa
algunas propiedades, como la resistencia a los cambios de temperatura y al golpe.
Cuando el vidriado contiene óxidos metálicos u otras sustancias adecuadas se obtiene
un esmalte. Los esmaltes blancos y opacos se hacen con casiterita (SnO2, dióxido de
estaño) y fluorita (F2Ca, Fluoruro de calcio). El esmaltado oculta el color y las
imperfecciones del bizcocho, en particular de las lozas. Para esmaltes de un tono
uniforme se recurre a los mismos óxidos que para los vidrios.
Yacimientos no metálicos
Minerales arcillosos
Página 34
UNC
E.A.P.I.G.
Esmaltes.
Se decora pintando manualmente o pegando calcomanías papeles con los colorantes
engomados antes de un vidriado transparente. Estos esmaltes al fuego son inalterables.
Los esmaltes “sobre cubierta” se pintan sobre un previo vidriado opaco, blanco o de
color, y luego se calientan a 600- 800 ºC.
Decoración sobre cerámica cocida
Decoración sobre arcilla seca cocida. Después de la primera cocción o bizcochado, se
procederá a la decoración usando colorantes, óxidos o esmaltes, bien aplicados a pincel,
por inmersión o baño (1), por vertido (2) o mediante pulverización. Hemos de tener en
cuenta que no se pueden seguir los principios comunes para la obtención de colores.
Sobre la arcilla seca, en principio, podemos aplicar dos formas:
1. Decoración bajo cubierta, cuando decoramos por medio de colorantes u óxidos
directamente sobre la obra bizcochada y después, le añadimos una cubierta transparente
o barniz.
2. Decoración sobre cubierta, como su nombre indica la decoración se efectúa encima
de la cubierta definitiva, aunque se puede actuar de varias formas:
a.
Sobre cubierta en crudo (Sobre esmalte crudo), es decir, aplicando los colorantes,
óxidos o esmaltes, antes de la cocción de la cubierta.
b. sobre cubierta que ha sido cocida previamente (Sobre esmalte cocido). Estos objetos,
fabricados normalmente con pastas blancas, barnizados generalmente al estaño, se
denominan de mayólica, destacando en esta escuela la ciudad de Faenza (Italia).
d.
Sobre cubierta que ha sido previamente cocida a medio fuego (Sobre esmalte
semicocido), es decir se somete la pieza, a la que se le ha aplicado una cubierta
(esmalte o barniz), a una cocción de 400º a 600º C. para endurecer esta capa y
facilitar el trabajo de decoración por medio de los óxidos o colorantes.
Yacimientos no metálicos
Minerales arcillosos
Página 35
UNC
E.A.P.I.G.
CUBIERTAS CERÁMICAS: ESMALTES Y BARNICES
En cerámica, se denomina cubierta al proceso final que tiene como objetivo tapar el
poro de la materia cerámica, dotándola de impermeabilidad y añadiéndole belleza,
dureza, resistencia a las inclemencias ambientales etc.
Cubierta es todo lo que cubre, aquello que ponemos encima, y según las cualidades de
la cubierta, taparemos o esconderemos aquello que estamos cubriendo, según si éstas
son transparentes u opacas. Por lo tanto usaremos como cubiertas los barnices y
esmaltes. Antes de seguir adelante, hemos de aclarar estos dos términos que, en muchos
casos, y en la mayoría de los tratados cerámicos se confunden y se mezclan de manera
arbitraria, a saber:
El barniz
Conocido también como "vidriado" es un borosilicato de plomo, es decir un compuesto
de boro, sílice y plomo. El nombre de "vidriado" le viene dado por su parecido físico (su
tranparencia) y químico sus componentes con el verdadero vidrio.
El esmalte.
Al igual que el barniz es un borosilicato de plomo al que se le añade estaño. El óxido de
estaño modifica el barniz y lo transforma en esmalte, confiriéndole la propiedad de
hacerlo blanco y opaco tras la cocción, aunque la blancura, se puede transformar
agregándole otros óxidos o sustancias pigmentarias.
No obstante, en la actualidad, todavía se siguen usando las piezas sin esmaltar
aprovechando su característica principal, la porosidad, sobre todo en recipientes para
almacenamiento y consumo de agua, ya que los "cacharros" usados para estos fines
(botijos de barro blanco, botijas, cántaros etc.), que están sin ningún tipo de cubierta, su
materia, mantiene el poro totalmente abierto por lo que, el agua contenida en tales
recipientes, tiende a salir al exterior, lo que hace que toda la superficie del cacharro",
siempre esté húmeda.
Yacimientos no metálicos
Minerales arcillosos
Página 36
UNC
E.A.P.I.G.
Por acción del calor o el aire, la humedad tiende a evaporarse. El fenómeno de la
evaporación produce una reducción de calor de la masa total del continente y del
contenido, por cuya razón, por mucho calor que haga, el agua de estos recipientes,
siempre se mantiene fresca. Y es por esto que, en esos días de calor, es conveniente
dejar estos recipientes, en las corrientes de aire para favorecer la evaporación.
Yacimientos no metálicos
Minerales arcillosos
Página 37
UNC
E.A.P.I.G.
GEOLOGÍA DE LOS DEPÓSITOS ARCILLOSOS
Es bueno tener presente que en los depósitos naturales siempre coexisten varias clases de
minerales arcillosos simples e interestratificados acompañados de óxidos de hierro o
de titanio, piritas, yeso, calcita, feldespatos y otros minerales; por lo tanto, cuando se
afronta el estudio de un depósito arcilloso éste no se debe limitar a los minerales que están
en mayor proporción, porque, aunque en general las propiedades de los materiales se ven
influidas notablemente por los constituyentes mayoritarios, los menores pueden representar
un papel importante.
FORMACIÓN DE ARCILLAS EN EL SUELO
Una cuestión importante en la formación del suelo es la génesis de los minerales
más característicos del mismo: las arcillas. En concreto, la formación de los
minerales de la arcilla en este ambiente está íntimamente ligada a reacciones de
hidrólisis de los minerales silicatados de las rocas. Estas reacciones pueden
desarrollarse en el medio hidrotermal (durante la formación de un depósito
mineral), o como procesos exógenos (bajo condiciones atmosféricas), una vez que
las rocas por erosión se encuentran en la superficie o su proximidad. El CO 2
disuelto en el agua de lluvia o de los ríos puede desencadenar una serie de procesos
hidrolíticos: CO 2 + H2 O
H2 CO 3. El ácido carbónico así formado reacciona con
los feldespatos, induciendo la formación de minerales del grupo de la arcilla. A
continuación ilustramos este tipo de reacciones con tres ejemplos conducentes a la
formación de caolinita, Al2 Si2 O5 (OH)4 :
1)
Hidrólisis de anortita (plagioclasa cálcica):
CaAl2 Si2 O8 + 2 H2 CO3 + H2 O
2)
Hidrólisis de la albita (plagioclasa sódica):
2 NaAlSi3 O8 + 2 H2 CO 3 + 9 H2 O
3)
Ca2+ + 2 HCO 3 - + Al2 Si2 O5 (OH)4
2 Na+ + 2 HCO 3 - + Al2 Si2 O5 (OH)4 + 4 H2 SiO 4
Hidrólisis de la ortoclasa (feldespato potásico):
2 KAlSi3 O8 + 2 H2 CO3 + 9 H2 O
Yacimientos no metálicos
2 K + + 2 HCO 3 - + Al2 Si2 O5 (OH)4 + 4 H2 SiO 4
Minerales arcillosos
Página 38
UNC
E.A.P.I.G.
Roca alterada a arcillas caoliníticas. Note el blanqueo de la roca.
El clima, a través de los parámetros de humedad y temperatura, controla fuertemente el
proceso formador de arcillas a partir de los silicatos. Así, en condiciones de humedad y
calor la hidrólisis dará lugar a arcillas caoliníticas, e incluso a un residuo final de
gibbsita, Al(OH)3 . Por el contrario, en climas áridos la arcilla predominante resulta ser
del tipo illita-esmectita. Cabe destacar, no obstante, que el mundo de los procesos
formadores de arcillas es extraordinariamente complejo, por lo cual lo anteriormente
dicho tiene que ser tomado únicamente en el contexto de una simplificación didáctica.
Las figuras adjuntas ilustran la complejidad de variables implicadas.
Mineralogía de arcillas formada en el suelo en función de las precipitaciones.
Yacimientos no metálicos
Minerales arcillosos
Página 39
UNC
E.A.P.I.G.
Tipos y espesores característicos de suelos formados en las distintas zonas climáticas.
FORMACIONES ARCILLOSAS
En Perú existió una gran actividad volcánica durante los periodos Oligoceno-Mioceno,
lo cual provocó la formación de enormes depósitos de rocas vidriosas que a su vez
fueron alteradas y dieron origen a la mayor parte de las arcillas que encontramos. Estas
son, por lo regular, del tipo montmorillonita
Fueron originadas por la alteración de las rocas piroplásticas depositadas previamente
en valles por medio de una nube ardiente. La subsecuente alteración de tales rocas
ígneas y la deposición del material alterado en suelo seco dio origen a minerales
arcillosos ricos en potasio, mientras que el mineral depositado en la zona lacustre (de
origen marino) se alteró y produjo las arcillas color verde y rosa. En su mayor parte la
calidad de la arcilla es superior, del tipo montmorillonita expandible, y ocurre en
concentraciones variables según la zona.
Yacimientos no metálicos
Minerales arcillosos
Página 40
UNC
E.A.P.I.G.
EL ORIGEN DE LOS SILICATOS
Aun con las técnicas modernas disponibles hoy en día, el conocimiento que tenemos de
la corteza terrestre es muy limitado, ya que sólo se ha explorado una pequeñísima
porción del casquete superficial, es decir aproximadamente los primeros cuatro
kilómetros a partir de la superficie, o sea el 0.062% del diámetro terrestre (12 740 km).
Sin embargo, mediante métodos indirectos, como los sismológicos, se ha logrado poner
en evidencia que la estructura interna de la Tierra, a semejanza de una cebolla, está
formada por capas que tienen una composición más o menos definida: así, hacia el
interior de la superficie encontramos la capa llamada SIAL, situada entre los 40 y 100
km de profundidad, que es rica en sílice (SiO2 ) y aluminio, es de tipo ácido y con una
densidad media de 2.7. Más hacia el interior hallaremos la capa denominada SIMA, rica
en hierro y magnesio pero con algunas porciones de sílice, aluminio y otros elementos,
de carácter básico, más caliente y fluida que la capa SIAL. La capa SIMA es
considerada la madre directa de todas las formaciones minerales que afloraron a la
superficie. Es decir, que es muy probable que las primeras rocas superficiales se hayan
formado por el enfriamiento y cristalización posterior de las corrientes de magma
provenientes de la capa SIMA, acarreadas por las erupciones volcánicas y enfriadas en
la superficie, dando origen a las rocas básicas como los basaltos. En cambio, la
afloración del material fundido proveniente de la capa SIAL, a través de las hendiduras
y fallas, originó la formación de las rocas ígneas de carácter ácido: los granitos. Las
segregaciones del magma caliente, su migración y su compactación posteriores, dieron
origen a diversos minerales, como las cromitas, magnetitas, corindón, sienitas,
mármoles y cuarcitas, entre otros. Unos más resultaron de la presión de los suelos al
replegarse, como ocurrió con el grafito.
La acción de los vapores y de los gases calientes sobre las primeras rocas condujo a su
alteración y a la consecuente formación de mezclas finas de minerales. Estas últimas
permanecieron en forma de residuos o bien fueron transportadas y depositadas en los
lechos de los ríos y en los fondos marinos. El arrastre y depósito de esas mezclas finas
pudo efectuarse por vía fluvial, es decir, por acción de los ríos o bien por medio de los
glaciares y los vientos. El resultado fue su depósito en los lechos lacustres y marinos, lo
cual produjo los yacimientos más importantes.
Yacimientos no metálicos
Minerales arcillosos
Página 41
UNC
E.A.P.I.G.
Por lo anterior, es fácil aceptar que el 95% de la corteza terrestre está formada por
silicatos. La corteza tiene una densidad media de 2.7, mientras que la densidad media de
la Tierra es de 5.5, o sea que en el interior se concentran los elementos más pesados,
hierro, níquel, etcétera.
La familia de los silicatos comprende la mayoría de los minerales de la corteza terrestre,
incluido el cuarzo y, como veremos, su composición y estructura están relacionados
directamente con la historia geológica de la Tierra, es decir, que dependen de la
naturaleza de la roca madre que les dio origen, así como del ambiente a que fueron
sometidos durante la etapa de arrastre o deposición. Las arcillas son, pues, una rama de
los silicatos y su formación obedeció a tres mecanismos principales: 1) por herencia, 2)
por neoformación y 3) por transformación. El primer mecanismo indica que el material
arcilloso fue derivado directamente de una roca madre y es este tipo de arcillas el que
predomina en los sedimentos de lagos y mares.
Los otros dos mecanismos implicaron una reacción química entre varios componentes
—o bien a partir de la arcilla original—, por lo que este tipo de formación requirió de
mayor energía y de ciertas condiciones hidrotérmicas. Curiosamente, estos mecanismos
están relacionados con la latitud en el planeta, de modo que encontramos que el primer
mecanismo fue más común en las regiones árticas, mientras que la neoformación y la
transformación resultaron dominantes en los trópicos húmedos. A las arcillas que se
presentan en la naturaleza como una pasta suave se les llama "lodos", mientras que
aquellas que tienen la apariencia de un sólido blancuzco se les denomina piedra lodosa
o bien roca laminada (en inglés: shale). Es importante que a los depósitos de arcilla se
les nombre arcillosos, a fin de distinguirlos de los depósitos arenosos y además
plásticos, a fin de diferenciarlos de las rocas ígneas.
LA ESTRUCTURA DE LAS ARCILLAS
Hemos visto cómo la unión de varios tetraedros nos genera hojas que se extienden a lo
largo y a lo ancho, dando origen a las estructuras laminares. Veamos de cerca qué
ocurre al unir los vértices para formar anillos tipo 6T (seis tetraedros), como se muestra
en la figura 5 (b). Las puntas de los tetraedros se encuentran a la misma altura,
formando un plano, de igual manera ocurre con los átomos de silicio situados en el
Yacimientos no metálicos
Minerales arcillosos
Página 42
UNC
E.A.P.I.G.
centro de los tetraedros y con los de oxígeno situados en las bases. La articulación de
esos tres planos nos conduce pues a la formación de una hoja tetraédrica (tipo T).
Figura 5 (b). El anillo de seis tetraedros.
Siguiendo esta secuencia, podemos ahora unir dos hojas para formar una lámina
tetraédrica, tal y como se ilustra en la figura 6. En ésta se observa que las dos hojas se
encuentran invertidas, una con respecto a la otra, compartiendo uno de los vértices.
Figura 6. Una lámina de tetraedros (T).
Similarmente, existen otros cuerpos poligonales que podemos unir entre sí para formar
cadenas, tal y como ocurre con el octaedro (octa, ocho; edros, cara), representado en la
Yacimientos no metálicos
Minerales arcillosos
Página 43
UNC
E.A.P.I.G.
figura 7, formación típica de los compuestos de aluminio, por ejemplo Al (OH)6 , o del
magnesio. Este arreglo es una hoja octaédrica (tipo O).
Figura 7. Una hoja de octaedros (O).
Ahora bien, la unión de una hoja del tipo T, con otra del tipo O, genera una lámina TO, o lámina 1:1, tal y como se ilustra en la figura 8. La coincidencia, sin embargo, no es
perfecta cuando se trata de hojas T formadas por silicio-oxígeno y de hojas tipo O
formadas por aluminio-oxígeno-oxhidrilo, lo cual crea un efecto de esfuerzo entre las
hojas que es de gran importancia para algunas de las aplicaciones de las arcillas que
presentan este tipo de láminas (T-O), por ejemplo el caolín.
Figura 8. Una lámina T-O.
Ahora terminamos la secuencia agregando una tercera hoja tipo T a la lámina T-O
mencionada arriba y el resultado se ilustra en la figura 9, que muestra la lámina T-O-T,
o, como algunos lectores perspicaces la llaman: la estructura de sandwich, debido a que
dos hojas tipo T se asemejan a los panes del sandwich, mientras que el jamón
Yacimientos no metálicos
Minerales arcillosos
Página 44
UNC
E.A.P.I.G.
correspondería a la hoja tipo O. Esta lámina tiene pues dos hojas T y una hoja O, o sea
la lámina es del tipo 2:1.
Figura 9. Una lámina T-O-T.
Hasta aquí termina el juego del mecano, ya que la lámina T-O-T es la más completa y
no acepta una nueva adición, debido a la saturación de los enlaces. Una cosa es clara en
este punto: las estructuras de sandwich son nada menos que ¡la parte esencial de las
arcillas! Por si hubiese alguna duda al respecto, pasaremos ahora a ilustrar la
importancia de las estructuras formadas por las láminas tipo 1:1 y aquellas formadas por
las láminas tipo 2:1.
Yacimientos no metálicos
Minerales arcillosos
Página 45
UNC
E.A.P.I.G.
FILOSILICATOS BILAMINARES
Los
filosilicatos
bilaminares
están
formados
por dos capas: una tetraédrica y otra octaédrica,
por eso reciben los nombres de bilaminares, 1:1
ó T:0 (Figura 1). Generalmente los tetraedros son
de silicio, rodeados por oxígeno, aun cuando en
ocasiones el silicio puede estar sustituido por
iones de aluminio o de hierro. Los octaedros
pueden tener como ión predominante el aluminio
o el magnesio y están rodeados de oxígeno o de
hidróxilos (OH). Cuando el ión dominante es el
aluminio, la lámina que se forma se denomina
dioctaédrica, y cuando el ión dominante es el
magnesio, se dice que la capa es trioctaédrica.
Los diferentes iones están apilados en tal forma que se mantiene la electronegatividad entre
ellos. Las capas tetraédrica y octaédrica constituyen una lámina. La separación entre láminas es
del orden de 7 unidades Amstrong (Å). En esta clasificación se distinguen dos familias de
minerales:
la de la Kandita o Caolinita (dioctaédricos) y la de las serpentinas (trioctaédrico). Familia
de
la
Kandita Según Besoain (1985), son posiblemente los minerales arcillosos más
extendidos y frecuentes en el mundo y comprenden la Caolinita, la Haloisita, la Nacrita y
la Dickita.
La composición química de la Caolinita puede expresarse como
Los distintos minerales se distinguen por los diferentes apilamientos de las capas octaédricas y
tetraédricas, la simetría de la red cristalina y la mayor o menor inclusión de moléculas de agua;
al microscopio electrónico presentan
formas
laminares
planas,
ligeramente
curvas
o
tubulares enrolladas: son dioctaédricas
Una arcilla que presente abundancia de caolinita mayor al 20% tiende a aumentar su resistencia
a la cocción, es decir, es refractaria, ofrece baja plasticidad, se seca fácilmente y no tiene buena
resistencia mecánica.
Yacimientos no metálicos
Minerales arcillosos
Página 46
UNC
E.A.P.I.G.
Familia de las serpentinas
Incluye los minerales trioctaédricos denominados Crisotilo, Lizardita, Antigorita y Berthierita.
La composición química de una Serpentina puede expresarse como 3MgO.2Si022H20.
Filosilicatos trilaminares
Cada lámina está formada por dos capas de tetraedros de sílice que encierran una capa de
octaedros de alúmina o de magnesia, por ésta razón se les denomina "trilaminares", 2: 1 ó
T:O:T. Las láminas no son eléctricamente neutras debido a que se presentan sustituciones de
unos iones por otros de diferente carga. La separación entre láminas es del orden de lOA.
Comprenden tres familias: Esmectitas, Micas y minerales fibrosos o Atapulgita.
Familia de las Esmectitas o minerales expandibles
Esta familia incluye especies dioctaédricas como la Montmorillonita (Figura 2), la Nontronita y
la Beidelita y trioctaédricas como la Saponita, la Sauconita y la Hectorita. También se les da el
nombre de Bentonitas. Su composición química varía por la capacidad de sustitución elemental
y de absorción de agua; una fórmula general para una Esmectita es: AI2.xMgxSi40¡o(OH)2'
En general, las arcillas expandibles, presentan estructuras que permiten que el agua penetre
entre las láminas tetraédricas y octaédricas a través de enlaces de hidrógeno, lo cual determina
una expansión de la celda cristalográfica y explica su alto índice de plasticidad.
En el proceso cerámico la presencia de minerales de este tipo aún cuando aumentan la
plasticidad de la pasta, es inconveniente porque en el secado los objetos moldeados pierden
volumen y se deforman, por eso su uso debe ser cuidadosamente controlado.
Yacimientos no metálicos
Minerales arcillosos
Página 47
UNC
E.A.P.I.G.
Familia de las micas
Esta familia sigue el mismo esquema de cristalización de la anterior pero sus minerales no son
expandibles; a este grupo pertenecen las Vermiculitas, el Talco, la Pirofilita, la Illita, la
Moscovita (Figura 3).
En la celda cristalográfica de las micas algunos silicios pueden estar reemplazados por aluminio
y la diferencia de carga está balanceada por iones Potasio. La composición química de la Illita
puede expresarse como K A1P3.4Si02.H20
El índice de plasticidad de los minerales de esta familia es menor que el de las Esmectitas, pero
su plasticidad aumenta a medida que disminuye el tamaño del grano; la presencia de potasio en
la estructura de la Illita le comunica cierto poder fundente en el proceso cerámico.
Familia de las Atapulgitas, minerales fibrosos
Pertenecen a esta familia la Sepiolita y la Paligorskita que están formadas por láminas
discontinuas tipo mica. A diferencia de las ya nombradas que se presentan en láminas, estas se
presentan como fibras. En su estructura se encuentra una capa basal continua de tetraedros y
capas discontinuas periódicamente de octaedros. Su aplicación en el proceso cerámico es aún
desconocido.
Yacimientos no metálicos
Minerales arcillosos
Página 48
UNC
E.A.P.I.G.
TIPO
DIOCTAÉDRICOS
Caolinita
Nacrita
T:O
1: 1 KANDITAS
Dickita
(B ilaminares )
Haloisita
Illita
Moscovita
MICAS
Paragonita
Pirofilita
TRIOCTAÉDRICOS
Antigorita
Crisolito
SERPENTINAS Lizardita
B erthierita
Flogopita
Biotita
MICAS
Lepidolita
Talco
Montmorillonita
T:O:T
(Trilaminares)
2:1
ESMECTITAS
(Expandibles)
Saponita
Beidelita
Nontronita
Vermiculita
ESMECTITAS
Hectorita
Sauconita
Paligorskita
A TAPULGITAS Sepiolita
A TAPULGITAS
(Fibroso)
T:O:T:O
2:1:1
Sudoitas
CLORITAS
CLORITAS
Clinocloros
Procloritas
Fuente: Tomada y modificada de García R. E. & Suárez B. M. (2002).
Cloritas
Son un grupo de minerales cuyas láminas están compuestas por dos capas tetraédricas y dos
octaédricas por lo que se les denomina 2: 1: 1 ó T:O:T:O. Las láminas no son eléctricamente
neutras debido a sustituciones de unos cationes por otros de distinta carga pero de tamaño
semejante. La neutralidad se logra por grupos hidróxidos y por cationes interlaminares como
sodio, potasio, calcio o magnesio. La separación entre láminas es del orden de 14Á o más.
La fórmula general de las cloritas es R/+ R+++ Si3 R+++ 0[0 (OH)s en la cual R++ puede ser
Fe ó Mg y R+++ puede ser Al ó Fe.
En la Tabla 1 se presenta una clasificación de los minerales arcillosos más comunes.
En la literatura se encuentran otras clasificaciones que incluyen numerosos minerales basados
en otras propiedades.
Otros minerales
Otros minerales presentes en las arcillas son:
Yacimientos no metálicos
Minerales arcillosos
Página 49
UNC
E.A.P.I.G.
Feldespatos
Son aluminosilicatos constituidos por redes tridimensionales de tetraedros de Sílice en los
cuales parte del Silicio se encuentra sustituido por Aluminio, lo que origina una deficiencia de
carga que se ve compensada con
iones Potasio, Sodio y Calcio y ocasionalmente con Bario o
Estroncio.
Químicamente los Feldespatos se dividen en tres grupos así:

Potásicos como la Ortoclasa y la Microclina; la composición de la Ortoclasa es:
KPA12036Si02

Calco sódicos como la Albita y la Anortita; la composición de la Albita es: Na Al Sips

Bóricos como la Hialofana y Celsiana la composición de la Celsiana es BaO AIP3
2Si02
Estos minerales presentan alguna plasticidad pero muy baja, por eso se pueden considerar
antiplásticos o desgrasantes, además como funden o sinterizan a las temperaturas comunes en el
proceso cerámico se usan principalmente como fundentes.
3.2 Sílice (Si02)
La Sílice en forma de Cuarzo constituye el mineral más abundante en la naturaleza, de
cristalización perfecta y de gran pureza. Es el principal constituyente de las arenas. Los cristales
de Cuarzo cambian su estructura cristalina a 573°C produciendo cambios de volumen lo cual
afecta el producto cerámico (Figura 4). Por eso debe programarse una menor velocidad de
calentamiento entre 500 y 600°C cuando se efectúa el proceso cerámico para que la pasta que
los contiene no sufra rupturas por esa situación.
Las partículas de sílice no presentan plasticidad y por eso son usadas comúnmente como
antiplástico.
Inosilicatos. La sílice también se presenta en forma de cadenas simples o dobles formadas por
tetraedros que se unen lateralmente y se conocen como inosilicatos. Estos se encuentran
predominantemente en rocas ígneas; los principales son los Piroxenos y los Anfíboles.
Los Piroxenos se presentan en cadenas simples, de extensión infinita con composición química
general R+2 (Si03)n, siendo R+2 un catión alcalino, o alcalino térreo y en ocasiones Fe+3 o
Al+3.
Pueden
cristalizar
en
sistemas
monoclínicos o rómbicos.
Ejemplos:
Yacimientos no metálicos
Minerales arcillosos
Página 50
UNC
E.A.P.I.G.
Los anfíboles presentan estructura con cadenas
dobles que pueden unirse para formar anillos. Pueden cristalizar en sistemas monoclínicos y
rómbicos.
Ejemplos:
Carbonato de calcio (CaC03)
Este mineral ejerce una acción fundente muy enérgica en las pastas cerámicas rebajando la
temperatura de cocción. Por acción del calor, se descompone en óxido de calcio y desprende
gas carbónico, por eso se usa también cuando se desea obtener cerámica porosa. Si aparece en
la arcilla como granos grandes, la cal formada durante la cocción tiende a carbonatarse e
hidratarse al salir del horno por acción del medio ambiente, produciendo grietas en el interior y
erosión en la superficie de los productos como resultado del aumento de volumen.
En las pastas crudas actúa como antiplástico, aunque no reduce el encogimiento en el secado
tanto como la sílice.
3.4 Minerales de hierro
Los minerales de hierro que se encuentran comúnmente en las arcillas son: Hematita,
Magnetita, Goethita y Pirita. Las tres primeras son las principales responsables del color de las
arcillas y de sus productos.
Hematita a (Fe20)
Se presenta en cristales laminares, romboédricos, su color varía entre el negro, rojo intenso y
gris acero con brillo semimetálico. No es magnético y es químicamente estable en ambiente
oxidante.
Magnetita (Fe Fep.)
Yacimientos no metálicos
Minerales arcillosos
Página 51
UNC
E.A.P.I.G.
Es una piedra magnética natural que se encuentra relativamente pura en forma de cristales
cúbicos de color negro-amarillo. Sus propiedades magnéticas desaparecen por calentamiento y
si no hay transformación, reaparecen por enfriamiento. En ambiente oxidante se convierte en
hematita y pierde sus características magnéticas.
Goethita HFe02
Se presenta en masas continuas compactas o en masas pulverulentas de color pardo oscuro a
negro acompañado de la limonita que es su forma hidratada.
Pirita FeS2
Se presenta en forma de pequeños cristales o en granos redondeados de color amarillo latón y
brillo metálico intenso. También existe otra forma de sulfuro de hierro llamado marcasita.
La pirita y la marcasita cuando se calientan a bajas temperaturas y se remueve parte de su
azufre adquieren propiedades magnéticas. La marcasita se descompone más rápidamente que la
pirita y por intemperismo se convierte en sulfatos.
En presencia de una atmósfera oxidante estos sulfuros se descomponen aún a bajas
temperaturas, y si no se remueven los gases de combustión, pueden aparecer posteriormente
como sulfatos alcalinos que difícilmente se descomponen.
Los sulfatos pueden presentarse en la superficie de los objetos cocidos en forma de
eflorescencia. En presencia de una atmósfera reductora se puede formar sulfuro de hidrógeno y
aún condensarse como azufre libre en las partes frías del horno.
Ilmenita FeOTiOz
Este mineral se presenta como cristales tabulares romboédricos de color negro a gris con brillo
semimetálico. En ambiente reductor y en caliente se vuelve magnético. Se encuentra
generalmente asociado con la magnetita.
Yeso CaSO4.2H2O
Este mineral se presenta en cristales monoclínicos frecuentemente transparentes e incoloros aun
cuando si tiene impurezas puede presentar coloraciones. Tiene brillo vítreo con reflejo
nacarado. Es muy poco soluble en agua. Su forma anhidra es la anhidrita CaS04 que se presenta
en cristales rómbicos. Esta impureza de la arcilla es la que con mayor frecuencia forma
depósitos salinos en los ladrillos crudos, indeseables por la facilidad con que se transforman en
manchas superficiales o permanecen dentro de este hasta que por acción de la humedad salen a
la superficie formando las eflorescencias.
Minerales en estado coloidal
Yacimientos no metálicos
Minerales arcillosos
Página 52
UNC
E.A.P.I.G.
Prácticamente todos los minerales nombrados hasta ahora se presentan en estado cristalino. Sin
embargo, en las arcillas y en los suelos, existe un grupo abundante de minerales en estado
coloidal a amorfo. Los principales son el Alofano y los óxidos hidratados de hierro y de
aluminio.
Alofano
Es un producto de alteración de cenizas volcánicas con liberación de cationes como Ca++ y
Mg++ que proporciona al silicio y aluminio presentes propiedades coloidales. Cuando las
cenizas se alteran dan origen a los materiales alofánicos.
Óxidos hidratados de hierro y aluminio
Son abundantes en suelos tropicales. Los más importantes son la Limonita Fe.Oi Xl-l.O y la
Gibsita Al.O, ,3Hp.
Las concentraciones naturales de hidróxidos de hierro son por lo común mezclas de Gohetita
con Limonita y sustancias arcillosas que presentan color pardo.
Minerales estratificados
En los suelos y en las arcillas pueden presentarse frecuentemente minerales de capas mixtas con
partículas sin orientación geométrica preferida o con presencia de varios silicatos laminares
semejantes. No se debe confundir lo que es un interestratificado con una mezcla de minerales
(Besoain, 1985).
Las estructuras de estos minerales pueden ser de dos clases: regulares y al azar; son regulares
cuando hay una repetición de láminas a lo largo de un eje cristalográfico y al azar cuando no la
hay.
Estas estructuras se presentan principalmente entre minerales trilaminares, como
consecuencia de la similitud que presentan los filosilicatos entre sí.
Yacimientos no metálicos
Minerales arcillosos
Página 53
UNC
E.A.P.I.G.
CONCLUSIONES.
 El uso de las arcillas es muy amplio y depende de las propiedades
fisicoquímicas que ellas presentan.
 No es sencillo generalizar la fabricación de cerámicas ya que para cada
producto hay un procedimiento distinto.
Yacimientos no metálicos
Minerales arcillosos
Página 54
UNC
E.A.P.I.G.
BIBLIOGRAFÍA.
http://www.scribd.com/doc/29688485/Fabricacion-de-Productos-Ceramicos
http://www.fagro.edu.uy/~uensenia/archivos/5to/suelos/min_arcillosos.pdf
http://www.google.com.pe/#hl=es&source=hp&biw=1253&bih=586&q=minerales+arci
llosos&aq=f&aqi=g2&aql=&oq=&gs_rfai=&fp=4165279cba5642ac
http://www.pdvsa.com/lexico/museo/minerales/arcillas.htm
Yacimientos no metálicos
Minerales arcillosos
Página 55