• Author / Uploaded
• William Marca

Citation preview

Arcillas

INTRODUCCION Está compuesta por silicatos de aluminio hidratados o feldespatos, provenientes de rocas ígneas, metamórficas y sedimentarias descompuestas por la meteorización o alteración hidrotermal. En su estado puro es de color blanco. Pero también puede encontrarse roja, cobriza o café, según la intervención de otros componentes. Estos materiales arcillosos tienen una variada granulometría debido a lo cual, en Edafología y Sedimentología, se habla de "fracción arcilla" o "fracción fina" de un suelo o sedimento.

Normalmente se entiende que esta fracción es el conjunto de partículas minerales que tienen un diámetro esférico equivalente o inferior a 2 micras. Químicamente es un silicato hidratado de alúmina, cuya fórmula es: Al2O3 · 2SiO2 · 2H2O  En otras ocasiones se habla de "minerales de la arcilla" o, mejor aún, "filosilicatos de la arcilla". Esta acepción indica que dentro de la fracción fina de suelos y sedimentos existen una serie de minerales cristalinos con estructura laminar (filosilicatos) y que, normalmente, es la parte mayoritaria de dicha fracción.  Como minerales groseros se encuentran normalmente cuarzo, feldespatos (alcalinos y plagioclasas), carbonatos (calcita y dolomita), yeso y óxidos de hierro.

Características  Superficie especifica.

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.

A continuación se muestran algunos ejemplos de superficies específicas de arcillas:  Caolinita de elevada cristalinidad hasta 15 𝑚2 /𝑔  Caolinita de baja cristalinidad hasta 50 𝑚2 /𝑔  Halloisita hasta 60 𝑚2 /𝑔  Illita hasta 50 𝑚2 /𝑔  Montmorillonita 80-300 𝑚2 /𝑔 Filosilicatos hay que recurrir al microscopio electrónico

 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.

 Muestra 1. Tierra margosa. No tiene cohesión suficiente para formar un cordón. No es arcilla.  Muestra 2. Muy bajo contenido en arcilla. El cordón se rompe al arrollarlo en torno al dedo; muy bajo contenido en arcilla.

 Muestra 3. Arcilla basta de poca plasticidad. Se producen grietas profundas en el cordón al arrollarlo. Arcilla gruesa, arenisca, de baja plasticidad.  Muestra 4. Arcilla plástica de buena calidad. Grietas pequeñas y poco profundas. Buena arcilla, útil y plástica.  Muestra 5. Arcilla de gran plasticidad de partículas muy finas. El cordón se arrolla con facilidad y presenta una superficie lisa y brillante. Arcilla de grano fino, muy plástica. Arcilla grasa.

 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.

 Hidratación e hinchamiento 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.

 Capacidad de absorción 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 intercambio catiónico Es una propiedad fundamental de las esmectitas.

Una categoría de minerales de arcilla que tienen una estructura cristalina de tres capas (una capa de alúmina y dos capas de sílice). 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.

Clasificación Según su uso práctico se clasifican en: • Tierras Arcillosas; se vuelven vidriosas incluso a 900°C, contiene elevados porcentajes de partículas silicuas o calizas. • Arcillas comunes; son fusibles y se usan a temperatura comprendidas entre 900 y 1050°C. Contienes grandes cantidades de Carbonato Cálsico y Óxidos de Hierro. • Arcillas para losa: se usan hasta temperaturas de 1250°C, casi no contiene impurezas y contiene más de 25% de caolinita. • Arcillas para gres: funde a temperaturas elevadas, pero sintetizan y compactan a temperaturas inferiores, originando productos de nula porosidad y vitrificados. • Arcillas para porcelana: tienen un punto de vitrificación muy elevado por lo que se añaden un número elevado de fundentes.

Según su fusibilidad y color de arcilla se clasifican en: • Caolines: su componente principal es la caolinita, puede usarse a temperaturas superiores a 1300°C. • Arcillas refractarias: son arcillas que pueden usarse hasta los 1500°C. Su composición y color son variables aunque el contenido en Sílice es elevado. • Arcillas gresificables: son arcillas bastante refractarias. Pueden usarse a temperaturas elevadas. Son mas plásticas que las refractarias, dando lugar a los productos de nula porosidad. • Arcillas blancas grasas: Se usan a temperaturas inferiores a los 1250°C y poseen elevada plasticidad y gran encogido durante el secado. Toman color blanco o marfil después de la cocción. • Arcillas rojas fusibles: son arcillas de alta fusibilidad. Son plásticas. Su composición es muy variable, pero siempre con alto contenido de hierro. Según su origen geológico: • Arcillas primarias: son aquellas que se encuentran en el mismo lugar de su formación. Por lo general solo podemos considerar, arcillas primarias, a los caolines. • Arcillas secundarias o sedimentarias: son aquellas que no se encuentran en el lugar de formación por haber sido arrastradas y posteriormente sedimentadas. Estas Arcillas por lo general, están impurificadas con materiales muy diversos, lo que produce la gran diversidad de Arcillas que puedan encontrarse.

Estructura Los minerales de la arcilla pertenecen al grupo de los filosilicatos, o silicatos en hojas, dada la morfología característica que suelen presentar estos minerales: hábitos tabulares y una exfoliación basal perfecta. Antes de describir su estructura de forma detallada, vale la pena indicar algunos aspectos terminológicos importantes.  Plano atómico (plane): Se dice de aquella superficie que contiene alineaciones de átomos  Hojas (sheets): Conjunto de planos atómicos definidos por la presencia de unidades estructurales básicas. Por ejemplo, una hoja tetraédrica es aquella definida por dos planos de átomos (uno en la base y otro en el ápice) correspondientes a tetraedros unidos lateralmente a lo largo de grandes distancias.  Capas ó Láminas (layer): Apilamiento de varias hojas.

La estructura de todos los filosilicatos puede entenderse a partir de la combinación de hojas tetraédricas (T) y octaédricas (O). Los átomos de silicio y oxígeno así como los respectivos cationes y aniones en las hojas tetraédricas y octaédricas sí están unidos (coordinados) mediante enlaces covalentes, energéticamente muy fuertes. La unión de varios tetraedros nos genera hojas que se extienden a lo largo y a lo ancho, dando origen a las estructuras laminares. 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 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).

Similarmente, existen otros cuerpos poligonales que podemos unir entre sí para formar cadenas, tal y como ocurre con el octaedro . Formación típica de los compuestos de aluminio, por ejemplo Al (OH)6, o del magnesio. Este arreglo es una hoja octaédrica (tipo O)

 Ahora bien, la unión de una hoja del tipo T, con otra del tipo O, genera una lámina T- O, o lámina 1:1, tal y como se ilustra en la . 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.

 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 , 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 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.

Los caolines El nombre caolín proviene de la voz china Kau-Ling, nombre del cerro de una región situada al norte de China de donde se extraía esta arcilla desde el siglo VIII d.C., para la fabricación de la porcelana. La unidad fundamental de la estructura del caolín es la lamina T-O, o sea la lámina 1:1, una hoja de tetraedros de silicio-oxígeno unida a otra hoja de octaedros de aluminio-oxígeno-OH.

Las esmectitas Está formada por todas aquellas arcillas que presentan una estructura de “sándwich”, es decir, que está constituida por dos hojas de tipo T y por otra intermedia de tipo O. La fórmula estructural típica de estas arcillas es la siguiente: Al2

Si4

O10

(OH)

Esta estructura es eléctricamente neutra debido a que todas las posiciones en la hoja T se encuentran ocupadas por átomos de silicio, mientras, que todas las posiciones de la capa O contienen aluminio. Ésta es la fórmula típica de la pirofilita, existen numerosas ramas en el árbol de las arcillas, las cuales presentan la misma estructura de sandwich, excepto que algunas veces el aluminio sustituye al silicio parcialmente en la capa T, o bien el magnesio o el hierro sustituyen al aluminio en la capa O, e inclusive el flúor (F) pudiera sustituir al oxígeno de la capa O. Luego, estas diferencias de composición química hacen que las propiedades de cada arcilla mineral sean distintas.

Las micas

Las micas son los minerales clasificados como arcillas que tienen la misma estructura que las esmectitas, excepto que el grado de sustitución y la naturaleza de los cationes que se alojan entre láminas, por ejemplo el potasio, hacen que la carga residual sea muy alta. En estas condiciones, las láminas se fijan unas a otras haciendo que su estructura no sea expansible, ni sus cationes interlaminares intercambiables.

Proceso de formación La arcilla procede de las rocas ígneas de granito que la naturaleza rompe por medio de la erosión. Las partículas empequeñecen gradualmente hasta que las alteraciones físicas y químicas que darán lugar a la arcilla empiezan a afectarla. El proceso es muy lento y dura millones de años. Los lechos de arcilla se encuentran en casi todos los terrenos a unos cuantos metros de la superficie. Existen dos clases básicas de arcillas:  Primaria: Se encuentra en el lugar que ocupaba la roca de la que procede; es muy pura, de color blanco y poco plástica.  Secundaria: Es la que ha ido separándose de su lugar de origen, por las lluvias, vientos, etc. hasta llegar a quedar depositada en otro lugar. Su color oscila del rojo al negro pasando por el amarillo y el gris y en contraste con la arcilla primaria es muy fácil de modelar.

Procesos extractivos •

GEOLOGÍA.- En cada depósito pueden encontrarse diversos estratos de arcillas que pueden variar en términos de tamaño de partícula, distribución, composición química, mineralogía y área de superficie. Estos depósitos también pueden variar sustancialmente en función de su ubicación geográfica.

•

MINERÍA.-Las operaciones de extracción minera se llevan a cabo con excavadoras y camiones de carga. Las técnicas de excavación por zanjas permiten extraer cada estrato de arcilla por separado y distribuirlo en distintos almacenes para su maceración.

•

MACERACIÓN.-La arcilla se macera durante 3-12 meses, en función de su categoría y del tiempo necesario para que esta pueda ofrecer el máximo de ventajas. Sus características plásticas y reológicas se van alterando como consecuencia de la oxidación de sus constituyentes orgánicos e inorgánicos. Esto afecta también a sus propiedades físico-químicas. El contenido de humedad de la arcilla recién extraída suele oscilar entre un 18 y un 22 por ciento. Tras la maceración, dicho contenido de humedad se sitúa entre en 13 y el 18 por ciento.

¿CÓMO SE PROCESA LA ARCILLA? Las arcillas maceradas se mezclan entonces cuidadosamente según fórmulas predeterminadas para obtener un producto con una serie de características y comportamientos constantes y predecibles. La primera fase del tratamiento consiste en triturar la arcilla mezclada en gránulos más pequeños y regulares (de unos 5 cm), en primer lugar en una trituradora con alimentador y, en segundo lugar, en una trituradora de rodillos. Esta arcilla, que se comercializa como arcilla molida o desintegrada, tiene un contenido de humedad de aproximadamente el 16 %.  PROCESO POR VÍA SECA En el proceso por vía seca, la colocación de la arcilla en un secador de lecho fluidizado permite reducir el contenido de humedad hasta un 10-12 %. Este producto puede venderse como arcilla de secado mecánico, o enviarse a un molino de rodillos para continuar su tratamiento y producir arcilla flotada.

•PROCESO POR VÍA HÚMEDA (PASTA HIDRATADA) En el proceso por vía húmeda se utilizan los mismos molinos primario y secundario que el proceso por vía seca. Sin embargo, en este caso, en lugar de cargarse una mezcla de arcillas en bruto en el molino primario, estas se colocan en una tolva por lotes siguiendo un determinado orden, de tal forma que determinadas arcillas se incorporen primero al proceso en cada lote. Esto se carga entonces en un diluidor a través de una cinta transportadora. El diluidor contiene agua caliente y una serie de sustancias químicas que varían en función del producto que se desee fabricar. Las arcillas cargadas en primer lugar reaccionan con las sustancias químicas para permitir la digestión de las sustancias orgánicas y ligninas que forman parte de su composición. A continuación, se va incorporando el resto de arcillas según proceda. El diluidor actúa durante un periodo de tiempo establecido. En este punto, se realizan pruebas de control para comprobar su gravedad y realizar análisis de clasificación.

FABRICACION DE UN LADRILLO  Algunos ladrillos están hechos de arcillas resistentes al fuego, como los empleados en al construcción de chimeneas y hornos. Otros están hechos con vidrio o se someten a procesos de vitrificación. Dependiendo de las dimensiones con las que se fabrique, el ladrillo puede tener varias formas.

FABRICACION DE UN LADRILLO Extracción de la materia prima: Se extrae y transporta la arcilla, la materia prima necesaria par a la fabricación de ladrillos desde la zona de extracción hasta los lugares de producción. Maduración: Antes de incorporar la arcilla al ciclo productivo, esta se somete a una serie de tratamiento de trituración, homogeneización y reposo expuesta a los elementos, con la finalidad de obtener una adecuada consistencia y uniformidad de las características físicas y químicas deseadas.

 Tratamiento mecánico previo: Consiste en una serie de operaciones cuya finalidad es la de purificar y refinar la materia prima. Los instrumentos utilizados en dicha fase son los siguientes: Eliminador de piedras: Sirve para reducir las dimensiones de los terrones. Desintegrador: Se encarga de triturar aquellos terrones de mayor tamaño, más duros y compactos. Laminador refinador: Se trituran los últimos nódulos que pudieran estar en el interior del material.  Depósito de materia prima procesada: Se deposita el material en silos especiales y techados donde el material se homogeniza definitivamente tanto física como químicamente.

 Humidificación: Se retira la arcilla de los silos y se transporta a un laminador refinador para posteriormente mover a un mezclador humedecedor, en el cual se agrega agua para obtener la humedad precisa.  Moldeado: Consiste en pasar la arcilla a través de una boquilla para conseguir la forma del objeto deseado. Este proceso se realiza en caliente, utilizando vapor saturado a aproximadamente 130ºC y a presión reducida. Con ello se obtiene una humedad más uniforme y una masa más compacta.  Secado: Es una de las fases más delicadas del proceso de producción, ya que de ella depende, en gran parte, el buen resultado y calidad del material. El secado tiene la finalidad de eliminar el agua agregada en la fase de moldeado para así poder pasar a la fase de cocción.

 Cocción: Se realiza en hornos de túnel de hasta 120m de longitud donde la temperatura de cocción oscila entre 900ºC y 1000ºC. En el interior del horno la temperatura varía de forma continua y uniforme. Durante este proceso se produce la sinterización, lo que determina la resistencia del ladrillo.  Almacenaje: Antes del embalaje, se procede a la formación de paquetes sobre pallets, lo cual permitirá facilitar su transporte con carretillas. El embalaje consiste en envolver los paquetes con cintas de plástico o metal, con la finalidad de poder ser depositados en lugares de almacenamiento y facilitar su transporte.  Algunos ladrillos están hechos de arcillas resistentes al fuego, como los empleados en al construcción de chimeneas y hornos. Otros están hechos con vidrio o se someten a procesos de vitrificación. Dependiendo de las dimensiones con las que se fabrique, el ladrillo puede tener varias formas.

Molienda

Amasado y moldeo

Apilación y Cocción

Empaquetado y expedición

Los seis pasos para la elaboración de losetas, según Celima  MOLIDO

 La arcilla, materia prima de la loseta, es recolectada y almacenada de acuerdo asus características (tamaño, color, dureza, entre otros) para ser pulverizada y luego ser transformada en una masa de mayor consistencia, gracias a la adición de agua en el equipo de granulado.

 PRENSADO  A esta masa se le da la forma de una loseta mediante el prensado. Es aquí donde se moldea hasta obtener el tamaño de 45 cm que existe en el mercado u otras medidas, de acuerdo al requerimiento.

 SECADO  Antes de pasar a esta etapa, las losetas poseen cerca de un 8% humedad, el cual es reducido a menos del 1%, para poder darle mayor firmeza a la loseta.

 ESMALTADO  En este paso del proceso, las losetas son recubiertas de un esmalte especial, cuya materia prima es el vidrio, que las protege y sirve de base para la impresión del decorado en su superficie. El diseño es insertado gracias a una cabina en la que se encuentra una máquina especializada en recubrir la loseta con el motivo deseado.

 HORNEADO

 Para obtener dureza y brillo en su acabado, la loseta es transferida a un horno por espacio de 27 minutos. Luego, pasa por un proceso de control de calidad, en el que se verifican las características del producto ante eventuales fallas en la dureza del producto o del diseño insertado. Aquellas losetas que no superen esta etapa regresan a los primeros pasos del proceso.  CLASIFICACIÓN Y DISTRIBUCIÓN

 Las losetas que no tengan defectos son ordenadas y empaquetadas, con el apoyo de máquinas automatizadas, para finalmente ser distribuidas en todo el país a través de tiendas, centros especializados y grandes almacenes para su venta.

Arcilla medicinal  Descripción

 Este bloque de arcilla le proporcionará a nuestra mascota minerales y elementos (oligoelementos) que aunque en menores cantidades, son beneficiosos para la salud de nuestro loro.  Los loros en su medio natural muchas veces son lo que se denomina geófagos. Picotean algunas rocas con el fin de obtener algunos elementos necesarios para ellos. Estas les aportan por ejemplo calcio y sodio.  En su medio una de las razones por las que se cree que picotean rocas ricas en arcilla es para contrarrestar la toxicidad de algunas semillas. Si nuestro loro pudiera comer algo fuera de su jaula, la arcilla podría ser beneficioso.

 El procesado industrial del producto de cantera viene fijado por la naturaleza y uso a que se destine. Generalmente es sencillo, reduciéndose 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 fisico-químicas.  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).

 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 gran fama 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: Fabricación de papel El principal consumidor de caolín es la industria papelera, utilizando más del 50 porciento 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.

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.

Usos •

En ingeniería civil y cimentaciones, para sostenimiento de tierras, en forma de lodo bentonítico.

•

En construcción, como material de sellado.

•

En perforación de pozos para extraer agua, petróleo o gas natural, usada en la preparación de los lodos de perforación.

•

En la elaboración de grasas lubricantes.

•

En la elaboración de aromatizantes.

•

En la industria del vino como clarificante proteico.

•

En la industria petrolera ligada con agua para fabricar lodos de perforación.

•

Alimentación animal para eliminación de toxinas de alimentos.

•

En metalurgia la bentonita sódica y la bentonita cálcica como aglutinante de la arena de cuarzo para fabricar moldes para fundición.

•

Como aditivo para pinturas impermeables.

Ladrilleras en el Perú

Producción Mundial Los principales exportadores de Arcillas son los Estados Unidos ($345 Millones), China ($224 Millones), Alemania ($181 Millones), España ($87,4 Millones) y la India ($86,6 Millones). Los principales importadores son Italia ($193 Millones), Alemania ($160 Millones), Indonesia ($85,7 Millones), los Países Bajos ($79,7 Millones) y Canadá ($69 Millones). Se registran explotaciones en treinta y seis países del mundo. La producción en Latinoamérica está liderada por Brasil, quién tiene una producción promedio de 150.000 toneladas anuales.