libro de pablo

8/2/2019 libro de pablo

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BoL. SOCt GEOL. MEXICANA, t..XXVII~ n .. 2, . p. 4992, fig. 1, tablas 1- 9 (1964)

LA S A RC ILL AS~ 1. CLASIF ICACIO N; ID EN TI F IC A CIO N, U SO SY E SP EC IF IC AC1 0}\/E S 1 1"DU ST RIA LE SLIBERTO DE PABLO *

RESU~lENTradiciona1mcnte~ las arcillas han sido consideradas como materia prima ceramica,

( !SIf '" ,OIS3menle rcalizando su importancia geologica y econemica en una variedad de in-dostrias que ha resul tado en una amplia y compleja tecnologia, dispersa y con frecuen-cia ambigua. En nuestro medio, su estudio ha sido impu lsado en baja escaln tanto enSU~ aspectos cient ifico como geologico y tecno1bgico con 1 0 que, actualrnente, materialeslocales se usan en Ia industria ceramics pero , aun el1a y otras muehas, dependen enbuen grado de material importado que se piensa pucda ser localizado en rvlexico 0 pro-du e io po r he n e fiei0 de a que l l os d is p o ni b Ies, f \ . - 1 i i . s a iin, ]os con 0ci m in t0 S ge 0 lo gios ,mineralogicos 0 tecnologieos son escasos ocurriendo con f r ecuenoia cl hecho de queuna arcilla se usa porque 'trahaja" en su uso fina l sin conocer mucho sus earacteristicas.De aqui que se estime eonveniente la divuIgaci6n de algunos conceptos elementa les quepuedan ayudar tan to al ge61ogo y mineralogo como al teen ico.

EI autor com ienza discutiendo el origen de las arc illas y clasificendolas en primariasy secundarlas para pasa r a distinguir entre caolines, barros pljisticos, montmorri11on ias! otras estahlecidas por la teconologia, indicando las propiedades caracteristicas deeada grupo. Se presenta la clasificacion de los minerales arcillosos hasada e n el conceptocristalografico de la unidad estructural qu e dist ingue ent re minerales d ioctaherlricos ytrioctahedricos y grupos 1 ~1, 2:1 (2: 1) ~I asi como un sistema que por difraccion derayos X y tecnicas sim ples de adsorcion, analisis quimico y tra tamientos termicos sirn-ples permite la clasificacion rnineralegica complete. Otras tecnicas analiticas son comen-tadas, Finalmente, el autor discute el empleo y caracteristicas de las arcillas en lasindnstrias ceramica, de pape1 , hule ~ petroleo, ~jtesis organicas, fundici6n, ingenieriacivil y otras varias,

INTRODUCCIONArcilla es una asociaci6n de silicates complcjos hidratados de aluminio

de fino tamafio de particula que,. humeda, es plastica y sera, dura y que ..* . Investigador Titular. Instituto de Geologia. U niversidad N acional A u t on om a de

Mexicot-49-


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50 LIBERTO DE PABLObradiza, Esta abundantemente distribuida en Ia Naturaleza y es constituyenteimportante de fa corteza terrestre.

Para muchos, arcilla tiene el significado clasico de ser un material flee..ramico' y por ende, constituyente })3sico de las piezas ceramicas, una antiguaforma de expresion de la humanidad. Otros, realizan BU versatilidad y amplioy fundamental empleo en papel, ceramica, hule, relractarios, plasticos, insec ..ticidas, adhesives, petroleo, sintesis organicas, decolorizacion de alimentos yproductos quimicos, construccion, medicina, etc., que han transformado 1 0que era una simple operacion minora en u na tecnologia cornpleja y c .spe. .cializada.

La literatura sobre arcillas es abundante y compleja pero eseasa y am b i . .gua en el aspccto practice de su industrializacion, particularmente en Mexico.Ello se debe, posiblemente~ a que sus propiedades, que dependen de su mi ..neralogia, cstado Iisico e historia grologic3~ pueden modifjcar~ con reJativafacilidad y su s amp]ios U5D~,. F -On (uncion de sus propias carae te risticas ~. delas que resultan al asociarse con otras 5Ubganci~ .. En enalquier ~ d. T e s a I -tado es una tecnologia compleja. espeeializada, de ~ ~cificacione$,en la que la importancia geologica 0 1 3 a~pt3(,iOn indtsri.a..l es ~idida porun criterio complejo individual de cada caso, por toVJfdl 'Ciia aJIl otro mi..neral 0, como ocurre generalmente .. porque ~t:raba j.a - ~ _ ~6n final.

Mexico PS al)undtl]}te (~1) srcillas. Sin emba~ __ ripjdo ,.. recientedesarrollo industrial ha implicado una e~ploTacioo !"IItarion mas practicaque tecnica que si bien ha substituido apreciar-., ?~ anteriores importa ..ciones, no ha resuelto todavia todos 105 problema- de Ia iadu~tria. Por otraparte, la geologia y mineralogia de arciilas 4 1 ) 0 ~ ~!"ificado en procesosgeologicos han sido escasamente desarrollad~. De aqui que sea recomendablela divuJgacion de un eriterio bas]co r"]~lll'e"nlaJ sobre al~ aspectos de sumineralogia y tecnologia ..

La presente publicaci6n es parte de Una serie y eubre los aspectos de cla-sificacion, identificacion y emplco industrial. S u pr-opiS" to e5 de divul ..~aciony p~ producto de la experiencia del autor, de ronversaciooes ron especialistas yde la compiJaclon de datos de publicaciones ~- caLilo~ tecnieos ..

CLASIFICACION DE: LAS .\RCILLASEn todo estudio sohre arcillas, geologico 0 tecnologieo, e l primer paso es

la clasificaci6n e idcntificacion del mineral. Siendo tan semejantes megasco-picamente pero tan diferentes e n sus caracteristicas 'y propiedades, un mejor


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L A S ARCILLASaprovechamiento y algunos fracasos pudieran evitarse con una interpretacionmineralogica adecuada,

Arcilla es una asociacion de minerales arcillosos (silicatos complejos hi-dratados de aluminio), de pequeno tamaiio de particula originada por laalteracion hidrotcrmal de rocas igneas (granitos, riolitas, diorites, basaltos)que, l)ajo condiciones propias de presion, temperatura, acidez, etc., desilici-fican a minerales arcillosos silice 1ibre y alcalies que se lixivian scgiln laconocida reaccion :

H ?O. . . .~O.A12036Si02 4 A12Os2Si02 2 H 2O + 4iSi02 + 2KOH.d~pfeldespato caolinita silice potasaLa alteraci6n es hipogenica si es debajo de 1 8 superficie y epigenica,

si en ella. La naturaleza de la roca y c} procPBo de alteracion fijan las carac ...teristicas de los minerales que se forman, def iniendo su estrnctura y compo ..sicion quirnica, As], rO C3 S 0 condiciones acidas producen minerales comoeaolinita micntras que medics hiisicos forman montmorrillonita 0 talcot Engeneral, el origen de la mayor parte de los minerales arcillosos ha sido esta ..blecido pero, para los propositos actuales, baste indicar que se forman atemperaturas menorcs de 450C y presiones elevadas,

Las arcillas, en souestado natural, estan cornpuestas de uno 0, como es e lcaso general, varies mincralr-s arcillosos y de otros minera1es como cuarzo,feldespatos, plagioelasas, piroxenas, rutilo, limonita y materia organica. Suspropiedades resultan de E-ll origen, mineralogia y tratamientos posteriores asu formacion que agr~garon nuevos minerales, transformaron los ya existen ..tes 0, simplemente, los alteraron mecanicamente,La clasificacion de las arcillas, desde un punto de vista geologico, es sim. .pIe. Fundarnentalmente, se distingue entre primarias 0 residuales, casi siemprede origen hipogenico, que permaneeieron en el mismo Ingar de Sil formaciony sccundarias, que fueroo acarreadas a lugares diferentes al de su origen ..Entre estas se diferencian (I) Iluvialcs, depositadas pOT rios y siendo gene ..ralmente depositos pequofios de ba ja caJidad; (2) Iacustres, asentados enlagos y estando en capas uniformes de buena calidad; (3) marinas, que sonmas uniforrnes que las anteriores ; (4) en deltas, que son arenosas y de com ..posicion irregular; (5) glaciales, fonnadas por la accion de grandcs masas


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52 LIBtRTO DE PABLOde hielo sobre rocas cristalinas y que no se 118n localizado en Mexico y(6) eolicas,

Otra clasificaeion distingue entre cao1ines, bentonitas, hidromicas 0 ilitasy cloritas, segun e l grupo mineralogico dominante.La clasificacion mas antigun, aceptada tradicionalmente pOT la industriay en geologia de minerales no metalicos, y que en el ultimo grado Iija suvalor economico, admitc los siguientes tipos:Caol in. , Arci l la "China", Blanca 0 para Pope l

Son arcillas residuales, ill situ~ originadas por alteracion hidrotermal,hipogenica 0 epigcnica~ de rocas igneas acidas (granitos, diorites, riolitas l &Durante la alteracion, feldespatos alcalinos son atacados pOT soluciones Iiqui ..das 0 vaporcs acidos, a prcsiones );" temperaturas moderadamcnte elevadas,para formar caolinita, silice libre y alcalies solubles. La alteracion tambienocurrc en condiciones atmosfericas,

Siendo depositos primaries, 811 mineralogia es la derivada directamentede la roca original e incluye caolinita, cuarzo y mica, en proporciones quevarian scgun el grado de alteraci6n y que pueden llegar hasta 80 a 100%de eaolinita, menos de 30% de cuarzo y mcnos de 10% de mica. Los yaci ..mientos hipogenicos mas conocidos tiencn de 25 a 30 millones de afios y seformaron en cl Terciario, a finales del Oligoceno y principios del Mioc.eno.

La caolinita es de buena cr istalizacion en placas hexagonales y fino ta ..mafio de particula. La arcilla PS refractaria, eono pirometrico 33 a 35, bajomodulo de ruptura en verde (rncnor de 100 Kg/cm 2) analisis quimico pro-ximo al tcorico de caolinita de 46~5Si02 y 394676 Al~03; acidez entre 4.5 y6. Color blanco brillante si es r I p origcn hiI}ogenico 0 blanco opaco 0 cremasi se f o rma por alteracion epigenica. Brilla entre 65 y 88% (reflectornetroGE), color quemado blanco a crema, contraccion al quemado de 8 a 12%.,absorcion al quemado de 10 a 20% y distribuci6n de particula de 80 a 100menor de 10 micrones, 50 a 90 rnenor de 2 y 1 a 60 pOT ciento menor de0.5 micrones.Arci l las Pldsticas, Bola 0 "Ball Clays"

Arcillas sedimentarias, de origen similar al dp los caolines pero que~ alcontrario de estos, Iueron acarreados a lugares distintos al de su forrnacion ..Por el mismo acarreo pasaron por una seleccion que las hizo de fino tamaiiode particula y consiguienternente, mas plasticas.


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I~AS ARCILLA.S 53La mineralogia es la derivada de la Toea original pero de mayor pureza

por el proceso de acarreo qlle movi6 la fraccion arciIJosa ligera y de ja I,a noarcillosa pesada (clasticos de cuarzo, feldespato, roca sin alterar). J ncluye .caolinita (3Q...-80%), hidromica y/0 montmorrillonita (0--40%), cuarzo(0-50510), materia organica (0-8%) y r - scasos contenidos de feldcspato,mica, rutilo y limonita. Su Iormacion fue en el Terciario, durante e l Eoceno,Oligoccno y Mioceno (20 a 50 millones de alios).

La caolinita es de cristal izacion orrlenada y/0 defordenada., placas hexa ..gonales irregulares 0 regulares y reducido tamafio (80 a 100 mcnor de 10micrones, 55 a 95 menor de 3~ 25 a 95 menor de 1 y 10 a 80 pOT cientomenor de 0..5 microncs ). La materia organica es fina, coloidal 0 ge l Teen...briendo las particulas de arcilla y contrihuycndo notoriamente a mejorar suplasticidad. Son mas silicoses que los caolines, teniendo desde 50 hasta 65de Si02 y de 20 a 35tjt. de Al~O;~,eon pequefios contenidos de alcalies,Fe20:h TiO z , etc. Su color natural es cafe ohscuro, gris, crema 0 JICgro(43--45% G.E.) pcro qu em a n blanco, crerna 0 gris COli contraccion alta (has . .ta 13%). Son muy plasticas, cono pirometrico de 30 a 33, menor que eI delos caolines y desarrollan modules de ruptura hasta 700 Ib/pulg2 en verdey de 400 a 8000 Ih/pulg2 en quemado.Arci t las Refractarias

Son de alto cono pirometrico, con punto de rehlandccimiento superior alos 160QoC y compuestas de caolinita con pequcfias cantidades de cuarzo,mica, anatasa, rutilo, y oxido d~ hierro. Analizan de 40 a 60 Si02, 25 a 40A1203~ 1 a 5 Fe203; menos de 4 ~lgO v CaO y menos de 3% de alcalies. Segunsu aspecto mcgasr6pjco, Be distingue entre (1) arcillas duras 0 '';;f]jnL~':com-pactas a masas duras como rocas, de fractura concoidal, (2) plasticas, quefacilmente se desintcgran en agua a una masa plastica y (3), pizarras 0arcillas impuras compactadas a una masa lamelar sin [ractura coucoidal. Seformaron a finales del Paleozoico, durante el Devoniano, y en el Mesozoico,dcsde e l Carbonifero al Cretacico, siendo su edad desde 300 hasta 100 mi ..llones de afios,

A rci lla s d e Alta AluminaSon arcillas con contenidos de a l um in a superiores a 39.6% y cuya

mineralogia incluye hidratos de aluminio (gibsita, boehmita}, Son de inte-res en las industrias de refractarios y ceramica ..


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LJBERTO DE PABLO

A rcillas de L igaSon plasticas, de fino tamafio de particula, que mezcladas en pastasceramicas 0 con otras arcillas mas refractarias, proporcionan Iiga 0 union

entre las particulas para dar cuerpos resistentes y densos. Tambien sc usancon rnateriales no plasticos, arenas de cuarzo, para formar la mezcla mo l . .deable de los moldes de fundicion. Su composicion es variable y su minera ..logia incluye caolinita, desordenada 0 normal, montmorrillonita e hidromica,de fino tamaiio de particula.Arcil las para Ladrillos

Arcillas impuras, de mediana plasticidad, composici6n y mineralogiavariable, iitiles para la fabricacion de Iadrillus. Generalmente no son de colorhlaneo y contienen hasta 5% de alcalies, 12% de alcalinoterreos y 8% deoxido Ierrico.A r c il la s Mon tmo rr il lo n i ti ca s

Son aquellas en las que montmorrillonita es el componente principal. Sediferencia entre tierras de Fuller y bentonitas, Las primeras son montmorri-110nitas magnesicas con poder de decoloracion natural }~las segundas, sodicasque aumentan Sll volumen con la ahsorcion de Iluidos, no decoloran y cal..cicas que ni aumentan su volumen ni decoloran minerales, Su composici6nquimica incluye de 50 a 65 de Si02, 10 a 25 de A120g, basta 4 de alcalies y6% de alcalinoterreos. Se originan por alteracion, en condiciones alcalinas,de roea volcanica (basaltos, vidrios) y algunas montmorrillonitas sodicas,por preeipitacion quimica de agllas marinas, Su principal uso industrial esen decoloraci6n y desodorizaci6n en procpsos quimicos, Iodos de perforacion,sintesis organicas y fundido de metales.Arcillas Holoisiticos

Arcil1as en las que e l principal -eomponente es haloisita. De composici6nquimica semejante pero mas plastieas, mayor contraccion y diferente crista-lizacion que los caolines, con frecuencia asociadas a cmanaeiones sulfurosas.Son de interes en las industrias de refractarios, cerarnica y de catalizadoresde arcilla.


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LAS ARCILLAS 55

ArcilIas en las que el componente mayor es el mineral atapulgita 0 pali ..goTsquita~ de textura fibrosa, origen hidrotermal 0 sedimentario, derivadasde piroxenas 0 anfiholas ; analisis quimico de 50 a 65 Si02, 7 a 15 A1203,5 a 15 por ciento MgO y escasos FeO, Fe203 y CaO. Es de gran interes en lapreparaci6n de arcillas activadas y catalizadores para usos diversos,

Otras A rcillasOtras arcillas comunes son aquellas en que los componentes principaJes

son hidromica 0 ilita 0 al6fano. No tienen gran aceptaci6n en la industria ysu empleo principal es en casos particulates de ceramica, Otras mas contie-nen los minerales hectorita y sepiolita que~ por ser tan escasos, no tienenmayor importancia industrial.

Se habra obscrvado que Ia clasificacion anterior no es estricta sino quepermitc una amplia variacion de criterio. Ello se discute mas adelante juntocon las caracteristicas de los principales tipos de arcillas aceptados por laindustria, que sirven de criterio para su elasificacion, exploraci6n y explo ..tacinn. Es obvio que un mineral se considcraria dentro de estos tipos cuandopor si solo 0 por procesos simples economicos de beneficio calificase dentrode ellos,

C LA SIFIC AC IO N D E L O S M IN ER AL ES ARCIL LO SO SSe ha dicho en parrafos anteriores, que las arcillas estan constituidas por

una asociacion de minerales arcillosos y {~S evidente que la clasificacion deaquellas csta intimamente ligada a la de estos. Es entonccs oportuno presen-tar una clasificaci6n de los minerales arcillosos que contribuira a comprendermejor 81 1 naturaleza.

La clasificaoion de los minerales arcillosos se basa en los trcs criteriosfundamentalcs que los definen: (1) cl espesor de la unidad estructural, (2)su composici6n quirnica y contenido ionico, y (3) su orden y simetria, queson consecuencia de 5U origen y de los procesos de metamorfismo postcrioresa que estuvieron sometidos. L a unidad estructural la fo rman tetrahedros de[Si04] - - - - i que, en un mismo plano, unen tres de sus vertices para formarexagonos y dejan el cuarto vertice apuntando en una misma direccion .. Aesta capa, se asocia otra fo rmada por dos pIanos de H~ arriba y abajo


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56 LIBERTO DE PABLOde un plano de Al+++, con solamente 2/3 de las posibles posiciones ocupadas(capa dioetahedrica de gibsita) o~ en su lugar, una capa similar en la que

A 1 3 + ha sido substituido por 3lg++ (trioctahedrica de brucita ) con todas lasposiciones satisfechas. Las capas tetrahedrica de siliceo y oetahedrica de alu-minio 0 magnesio se unen a manera de que oxigenos de los vertices libresde lo s tetrahedros reemplacen 2/3 de los oxhidrilos de los oetahedros, de..jando el resto de estos en el centro de exagonos forrnados pOT tetrahedrosde [Sj04]-4, segun se indica en la Fig. 1. E1 e~pesor~ composici6n quimicay simetria de estas dos capas que forman la unidad estructural, rigen 13 cia..sificacicn de los minera1es al~cjJJOSQS~

En la Tabla I sc presenta la clasificacion de los minerales arcillosos, Sedistingue entre di y trioctahedricos y entre los grupos 1 = 1 (unidad estructu-ral es de una capa tetrahedrica por otra octahcdrica con 7 angstroms deespesor ) 0 de 7 angstroms, 2: lode 10 angstroms (dos capas tetrailed ricaspor un a octahedrica) y de 14 angstroms 0 t' 2 :1-,: 1 tuna capa 2: 1 de tal..co por una octahedrica de brucita ) ~Dentro de cada grnpo ...diferencias en laeomposicion quimica debidas a la substitucion cationica Isubstitucion de union por otro de radio comparable y carga identica, como Fe" por llg--.M + + + 5 4 . + A l a " A l a - + - S.t- ' 1 . ' 3 - F .. . . . . 3 .. . 1 1g (6) I (4, pOT (6) + t + ) I por ~""1. 0 r en a capa ~-trahe drica ; A la ... r t l g + + , Fe++ , F e ' 3 + , tr, HO - , F- y C t e n la oetahedrica yK + , Na+, Ca", M g + + , A13+ e HaO- entre l a s capas) permiten una clasifica-cion mas cornpleta. Finalmente, diferencias en la asociacion y simetria deeapas distinguen entre minerales arcillosos polimorfos, si la cornposiciones la misrna, y minerales politipos y heteropolitipos si capas de diIcrentcestructura se juntan pOT Iuerzas electrostaticas,

La nomenclatura usada en la Tabla I puede, en algunos casos pareeerextrafia, Asi,. pOT fcngita se entienden micas intermedius entre dioctahedricastri y te tras il ic icas; bentonita potasica es un mineral de interestratificaciondesordenada de micas y rninerales cxpandihlcs; clorita es ia asociacion deuna eapa de talco y una de brucita y septocioritas, son las variedades oxi-.dadas de las ortocloritas.

Un examen simple de la Tabla I, indica que lo s minerales dioctahedricos1 : 1 no admiten substitucion ionica, al contrario de los trioetahedricos. Losdioctahedricos 2: 1 expansihles admiten substituci6n y reemplazamicnto,mientras que las micas, con capas sujetas por cationes grandes, no se ex ..panden y son sumamentc resistentes y los trioctahedrieos 2:1 permiten abun ..dante suhstitucion y son 108 m a s complejos. Ello es importante eon la e xp lora ..cion geologica, en la localizacion de yacimientos miner ales y en cl empleo


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(JloU1o__ua ::u;W...J


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\ 0 I\ I"=, I ~/~ J \ ~ lJ" ' . . : : - ~ ~

o

o

Oxigeno

SiliceoOxigeno

Capa tetrahedrica de [Si04] - 4 :

HidroxiloAluminioPosicion vacante

Capa oetahedrica de gibsita

Capa 1:1

Fig. 1. Unid ad estru cturall: 1 de los fi Iosilicatos,


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58 LIBERTO DE PABLOindustrial de las arcillas, Asi~una arcilla compuesta predl - -- te decaolinita, tiene significado geologico y usos tecnol6gicos mny diferrn~ de losde una mica, montmorrillonita 0, inclusive, haloisita 0, dentro de un mismogrupo, como e l de las montmorrillonitas, difcrencias en la composicion qui...mica 0 en el contenido i6nico implica propiedades Y"usos tecnoJOgicus n ot a .. .blemente diferentes. Haste decir que el estudio de las arcillas requiere .. comoprimer paso fundamental, e] conocirniento de los mineralcs arcillosos 'y de susrelaciones y caractcristicas estructur ales,

IDENTIFICACIO N DE L OS ~11NERALES ARCILL OSO SEn piirrafos anteriores se come 1110 la clasificacion de las arcillas y de

los minerales arcillosos y se estableeio que el paso inieial en todo cstudio esla determinacion de su miner alogia. DC ' aqui que se proceda a presentar Ia~tecnicas mineralogicas apropiadas ..

El analisis d~ las arcillas comienza COD Ia 5deccicin J I T E I raDOn ade-cuada de las rnuestras, Son aplicables las remmendaciones @L. nit;!; , iii-nentes pero ohservando que ]05 minerales arciliosos ~n ~U1IJ.a.lDenrtr' ~y Iacilmente verian su composicion quimica, cristalizacion y caracteristicas,Po r ~Ilo cs COl1vcntcnte que;

1) La h ume d a d del ejemplar sea la original, usando recipientes herme-ticos con ligera adicion de agua desti lada4'

2) No haya molicnda U otra alteracion Iisica 0 meeanica que puedaaf.ectar la cristalizacion 0 caracteristicas de las particulas, Es apro-piada la disgrcgacion en aglla por agitarlores electricos d e - haja Te-locidad~

3) No ha y a t ratamientos qu im i cos.4) Se evite la c1asificacion 0 seleccivll l)or Iorma 0 tamafio de particula.5) No baya tratamientos termicos que involucren temperaturas mayores

de 65C.6) Si el analisis es sobre un mineral sin ningfin tratamiento, la tecniea

general consiste en una disgregaci6n suave en seco y la aplicacionde la difraccion de rayos X, el analisis terrnico 0 cualquicr tecnicaapropiada. Si se requiere separar la f raccion arcillosa de la no arci ...llosa, generalrnente se disgrega fa arcilla en agua 0 en solucion amo..niacal 0 alcalina, dejandola asentar a manera de separar la parte


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LA s ARCILLAS 59pesada de IS . Iigera, recogiendo esta, si tal e s e l CaBO, a intervalosseleccionados se gU n la ley de Stokes ..

7) La fraccion no arcillosa de una arcilla es tambien analizada, pues esimportante tanto en la tccnologia como por 5U significado geologico.

Disponiendo de una muestra de arcilla, ya en 8U estado natural ya aisladade la fraecion no arcillosa, se precede generalmente a In identificacion de losminerales arcillosos hasandose en los criterios anteriormente indicados de es ..pesor, composici6n quimica, contenido i6nico, orden y simetria de la unidadestructural, Es evidente que para determinar estos, se requieren los aniilisisestructural y quimico.

EI analisis estructural es, Iundamentalmente, por difraccion de rayos X,Scgiin Ia tecnica eomun, el ejernplar en portamuestras fijos 0 giratorios, e sirradiado por radiacion filtrada de cobre, molibdeno 0 tungsteno, a angulosde Bragg desde 80 hasta 4 < J , interpretando en el difractograma la localizaci6n,forma e intensidad de las reflexiones. Por eomparacion con datos similarespara estandards conocidos se identifica el mineral y estiman su concentraciony algunas caracteristicas.

Entre los minerales arcillosos, las diferencias estructurales con frecuen-cia son tan pcquefias que no P.S suficiente e l analisis simple dirccto de difrac-cion do rayos X . Por ello, y dentro del marco de la difraccion de rayos X ,se emplean la orientacion de cristales y los tratamientos termico y con glicol ..En eI primer caso, por asentamiento mecanico 0 en agua, se favorece la orien ...taci6n basal preferente tipica mejorando as! la intensidad y definicion delas reflcxiones correspondientes, En el segundo caso, y dado que los mine-rales arcillosos sufren reacciones de deshidrataci6n, deshidroxilacion, descom-posicion y recristalizaci6n a temperaturas elevadas, el tratamiento termicocombinado con la difraccion de rayos X pcrmite identificar las fases de altaternperatura y de aqui, deducir sus caracteristicas originales. Y por ultimo,se aprovecha la propiedad que tienen do absorber liquidos organicos polares(etilen glicol en este caso) entre las capas de Ia estructura, variando Ia dis ..tancia entre elias y consiguientemente, la naturaleza de las roflexiones hasicas.

Otras tecnicas son tamhien empleadas que exceptuando aplicaciones espe ..cificas, son de utilidad mas limitada que la difracci6n de rayos X. Asi, parala determinacion mas exacta de los parametres estructurales se substituye e ldifractometro por la camara de Dehbye 0 Ia de reflexiones bajas y parala medicion de fases de alta temperatura, el horno electrico pOT cameras dealta temperatura que permiten obtener difractogramas 0 registros fotogra-


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60 LIBERTO DE PABLOfioos en el memento de efectuarse la reaccion. Para la medici6n de 1 8energia asociada a . una reaccion se emplea e] analisis termico diferencialsi e l interes es en la temperatura 0 entalpia de la reaccion y la balanzaterrnogravimetrica, si PS en la perdida de materia que acompaiia a tales reae-ciones. Siendo ambos cfectos caracteristicos de l grupo mineral6gico 0 delmineral , son posihles L a identilic8.cion y e3timacion cuantitativa ..

H ay caws de mineralogia de arcillas que no pueden resolverse solamentepor difraccion de Tayos X 0 analisis terrnieo c omo por cjemplo, mezclashaloisita-caolinita, que requieron estudios detallados de morfologia externay estructurales de diminutos cristales por microscopia electronica y difrac ..cion de electrones. !\las aun, cuando se estudian los grupos funcionales 0 ladistrihucion de protones en la estructura, se usan Ia absorcion de radiaci6ninfrarroja y la resonancia magnetica,

Un corncntario sea quiza oportuno respecto al empleo del microscopiopetrografico en el estudio de las arcillas. Es aceptado que esta tecnica esm u y uti} en la identificaci6n de la fraccion no arcillosa pero es de apli...caci6n muy l imitada en el analisis de Ia Iraccion arcillosa, particulannente,cuando se consideran las caracteristicas de los minerales arcillosos, las Iinasdiferencias entre ellos 0 la facilidad con que se descomponen termicamente,se hidratan, absorben liquidos organicos 0 se transforman por efectos qui-micos 0 mecanicos que nulifican en buen grado las tecnjcas de identificacidnpetrografica,

Como se dijo anteriormente, la identificaci6n de lo s minerales arcillososrequiere, ademas de l estudio estructural, e l analisis quirnico para determinarla composicion qu imica y contenido ionico de Ia unidad estructural. Si e Janalisis cs total, es normalmente par SiO:.!~A120;}, Fet03~ CaD, MgO , Na20,K20 , T iO ~ , hu m e dad, perdida pOT calcinacion a 9 00C y elementos metalicosmenores si {~Sque son necesarios. Si el prop6sito es solamente la identifica-cion de l mineral, f1 1 analisis puede se r por Cr, Ni, V, Mn, etc. En amboscases, el lector es referido a publicaciones relativas. Si [a cuantificacion espOT metales pesados, aun en escasas concentraciones, son aplicables las tecni-cas de via h um ed a ~ fluorescencia de raY08 X 0 cspectrografia de emis ion entreotras y si es total, se prefieren generalmentc los metodos de via humeda,

En la Tabla II se presenta un sistema para la identificacion de los mine-rales arcillosos basado en la clasificacion V criterios antes indicados .. Tiene...fa particularidad de rcquerir solamente equipo de difraccion de Tayos X,horno de calent.amiento hasta 1200C y Iacilidades propias para analisisquimieos simples y ; S II IIili dad princi P al ~ reside en indica r suces iarnente108 procedimientos a seguir hasta llegar a la identificacion final de la especie


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62 LIBERTO DEPABLOo el desarrollo de estructuras desordenadas, hace que encuentren gran apli . .caci6n en la decolorizacion y desodorizacion de productos quimicos y en lafabricaci6n de cataIizadores.

Siendo las arcillas tan sensibles a cambios Iisicos y quimicos y tan dife ..rentes las condiciones ~n que se usan, cs de entenderse la compJejjdall desu estudio y el pOT que pueden 0 no servir para un proeeso 0 producto deter-minado. Baste decir que en buen mimero de aplicaciones industriales, sonusadas no por su analisis quimico 0 mineralogia, sino mas bien porque "tra ..bajan' en tal aplicacion, Claro esta que el lo P8 consecuencia de sus propie-dades y su conocimiento com ple t e es iitil sino indispensable.

En las siguientes paginas sc presentan las caracteristicas mas comunes,desde el punta de vista de ap]jcacion industrial ..No deben considerarse pro-pias de un grupo determinado sino tipicas de el ni olvidarse que son propie ..dades comercialmente aceptadas para un mineral natural 0 tratado a manerade producirlas economicamente }" que, en su aplicacion final, las areillaspueden usarse solas 0 combinadas con otras substancias, quimicas 0 minera ..Ies, qu e con relativa facilidad modifican algunas de sus propiedades originales ..Arei l la s en la Industria Cerdmica

Ceramics, expresi6n derivada del griego "Keramos", significa .materialquemado y en su significado original, se aplicaba a la accion de" eulersobre materiales terrosos, En el concepto moderno, se entiende POt ceramicaaquellos productos 0 procesos que lIsan temperaturas elevadas particular-mente sobre silicoaluminatos, minerales no metalicos y algunos oxidos inor-ganicos. Dentro de esta amplia definicioll se incluyen industrias tan diversascomo refractarios, porcelana, lo za , a zu le ]o , aisladores, ferritas, bujias, com..hustililes nucleates y ceramica electrica,

Las areillas tienen importancia fundamental en Ia industria ceramica porser ingrediente hasico de sus formulaciones, Por su naturaleza, al ser mez ..cJadas con agua, facilmente adquieren latmes que con el quemado a tempera-turas elevadas quedan duras y permanentes, Su empleo esta intimamentcasociado al proceso y producto que se fabrica y por clio se distinguen va..rios tipos y usos cspecificos,

Los procesos ceramicos varian segiin la naturaleza del producto pero, engeneral, inc luyen operaciones de (1) preparacion y molienda de materiasprimas, (2) mezclado, (3) adicion de agua y/u otros aglutinantes, (4)prensado, (5) extrusion, (6) colado sobre moldes, (7) secado y (8) calci-nacion. Las formulaciones contienen desde 0 hasta 100% de arcillas, junto


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LAS ARCILLAS 63. , . 1 ~ ~ mmo talco, wolastonita, euarzo, feldespato, pirofilita,

., :.. ' ~I" .".:~,il:::m por quehrado : r molienda simples previo 0 simultaneo,ilil. '~t!_1IJ:""1I h '1' * ' b mezcla ; se agrega despues agua hasta en 8% si las

1I~ :lr~ Ji. ~ I 1 " $ ~ : : a u s a d l . o : : .15 a 20j 'o si son extruidas y 50% si son vaciadasm'f i ln~1 .11t ti:i..!$.. Y ~te~ las p i ezas Iorrnadas se secan lentamente antes16 'I~ I laturas elevadas fijadas por su composicion y pro-

, U P I.... 1.15L:.. : ' ,y-:jlli r .-:rrimicos reunen ciertas propiedades caracteristicas de

om t F I ~.. ~ porosidad, densidad, resistencia mecan ica, resistenciaJ I I i ' ~ . I.I 1 W O - J t i t iH n . . . ~rado refraetario, color, plasticidad, viscosidad a tempe-~ ..,~_*rIt_ adernas de otras mas especificas de su uso final, como

I ' S IA:H."I m J r t i.aIectrico (aisladores}, rcsistencia mecanica y al choque.eult i.~lr . :~ ~_ ser impervios (porcr-lana] 0 rr-sistencia a temperatures cle-ft p~ ....~.;~.~) .

.. :" ' ::- :!.noo proceso y producto ceramico, es evidente que las condi-,~~ ~-;r.- !imponen en la materia prima y especialrncnte en las arcillas,d , . . .m ctpal componente, son variadas y complejas. 1\SI en el I)roceso de--.bctura ~ ~pera que facilm cnte se mezclen, ernulsionen, absorban agua,~ ., hta.tnNlte 5in deformacion y sin absorber gases 0 vapores de la:M it - p'ma... para f ina lmen lp dar un producto quemado dentro de las especi ..Saw;:....._, i dr - oontraccion, color, porosidad, densidad, etc. Si a esto se aiiad~- w:a:_'E.5 introducidas por 811 origen .geologico y composiciones minera ..D'ir2 !~i. :;{"2_ Y JX>r l os otros integrantes de I a Iormulacion ceramica, se.I~ !a romplejidad de la tecnologia.

lE a Ia iDdu-stria ceramiea ~ distinguen tradicionalmente varios tipos de-- 5r~ -u origen, caractcristicas 0 usos Finales, y entre los que scnLm rnoline5 .. barros plasticos, barros 0 arcillas refractarias, pizarr as, arci ..n~ duras y caolines arenosos, Sin embargo, en una clasificacion mas cstr icta,

puede diferenciarsc solamente entre caolines y harros plasticos y considerara 1 0 5 demas como variedadcs de cstos.LJs caolines son arcillas primarias, producidas in situ l)or la alteracionhidrotermal 0 atmosferica de los feldespatos de rocas igneas acidas (granitos,riolitas, dioritas}, habiendoEc Jormado lo s de mas calidad en e l Terciario,hacia finales del Oligoceno v principios del ~Iioccno. EI principal compo.ncntc es caolinita, como placas exagonales bien forrnadas, y con pequcfiascantidadcs de cuarzo (rnenos de 10%) c hidromica (rnenos de 10%), siendo511 color blanco brillante cuando (> 1 origen ('5 hidrotermal 0 blanco cremaopaco cuando cs de alteracion atmosferica superficial. Prescntan Iracturaconcoidal poco apreciable e n 108 caolines de f ino tam a fio de particula y mas

l t -~:


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M LIBERTO DE PABLOen aquellos duros 0 compactos. Su composicion quimica casi correspondea 1a teO-rica de caolillitt) de 46t5% Si02 y 39.6% AlzOs, con Iigeras varia-ciones segun scan mas 0 menos silicosos " I escasas impurezas. Entre sus pro ..piedades fisicas se citan pH entre 4~5 y 5.5; agua de plasticidad de 32a 45%; brillo de 65 a 80% (unidades G.E..); modu l o de ruptura de 50 a150 Ib/pulg2; contraccion al secado de 4 a 8%; contraccion al quemadoa cono 8 de 8 a 12fjf, y absorcion de 10 a 2090; cono pirometrico de 33 a35; distribucion de particula de 80 a 95 menor de 10 micrones, 50 a 70mcnor de 2 micrones, 25 a 35 menor de 0 4 5 m icron y de 5 a 20~1o menorde 0.2 micrones (Tabla III).

Los barros plasticos son arcillas sedimentarias, tamhien originadas porla alterac.i6n de rocas acidas pero que, a diferencia de los caolines, fueronacarreadas a Iugares diferentes al de su formacioll y consiguientemente,pasaron pOT una selecci6n que separo el material arcilloso de l clastico noarcilloso, pero que asoeio material vegetal que posteriormente desorrclio Iig-nito, lignocelulosas y acidos humieos, Su origen se situa en e l Terciario;durante e l Eoee-no ; Ol igoceno y Mioceno~ de l orden de 20 a 50 rnillones deafios, Su principal componente -P S caolinita que, a diferencia de los caolines,es predominantemente de cristales pequefios exagonales irregulares, de cris-talisacion desordenada, regulates y hasta suharredondeados. Por su finotamafio de particula y su contenuio de coJoides organjcos:, son sumamenteplasticas, moldeahles, de alta contraccion y retiencn 1 8 humcdad Iacilmentc.Contienen hidromica y montmorrillonita (10 a 30%, menor de 0.2 micro-nes}, cuarzo (0 a 50%, del orden de 0.5 micrones) y cantidaclcs menoresde ilmenita, rutile, limonita y material organico (0 a 3%). Su analisisquimico indica contenidos de silice de hasta 65% por el fino cuarzo, micay montmorrillonita asociados a la caolinita y de 20 a 35% de A120~, conperdidas de calcinaci6n variables entre 6 y 15%. Entre SUs propiedadesfisicas destacan pH entre 4 y 5; color crema, gris, marron 0 negro; aguade plasticidad entre 30 y 45% brillo de 40 a 45% (unidades G ..Et) ; modu l ode ruptura de 400 a 700 Ib/pulg"; contraccion linear de 5 a 870; contrac ..cion al quemado a cono 8 de 5 a 10%, con ahsorcion de .: 1 a 1 0 0 / 0 y modu l ode ruptura entre 4000 y 8000 Ib/pulgz; como pirometrico de 30 a 33; dis-tribucion de particula de 80 a 100 menor de 10 microncs, 55 a 95 menor(Ie 3 rnicrones, 25 a 95 menor de 1 micron, 10 a 80 menor de 0.5 micron.y de 3 a 40% menor de 04 2 micrones (Tabla 1\7).

Ad ema s de lo s caolines y los barros plasticos, qu e podrian considerarse- como las arcillas ceramicas fundamentales, ha y otras variedades entre la sque cabe citar las arcillas duras (~'flint clay"), eompactas, densas, de frac-


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LAS ARCILLAS 67_ ~ _ja plasticidad, con caolinita como principal componente,. iIMu.}IIl.i ta cuarzo 0 hidromica, de gran interes en la industria de

; : ( .. 5 ....'5 arenosos, arcillas para ladrillo y refractarias puedenf: ,caolines 0 harros altos en impurezas (cuarzo, cristoba-l'. J!r!t:rT" ~!!';'.. de.\ y con caracte-risticas que no pcrmiten sean eonsidcrados &2 ~ 1 : 1 epEI"O dr Interes en la manufactura de ciertos productos cerarnicos ..&~ Td~ 1\- }- III se presentaron las caracteristicas principales de

c [ , .11 " !~ grado ceramico. Su examen, sugiere que los valores acep ..... ~ g h 1- de la arcilla, pero tambien en buen grado, de los metodos~ ~~ estimarlos por 10 que es reeomendahle seguir una tecnologia~ ~ aqui que se indiquen a continuacion los metodos normalmente

m Ia iDdustria cpramica para el analisis de arcillas .. Huelga decirII .. -c rficaci6n para un uso determinado puede 0 no requerir todas las. - -I _ rr!... a r-.es que se presen tan.. ,1 11 -, II~ I I I I. E-.Iio mineralogico

5e analizan tanto la fracci6n arcillosa como la no arcillosa. General-mente, en principio se cxamina 1a muestra en su estado natural y sise estima necesario para los prop6sitos finales, se separan las Iraccionespor suspension en agua pura 0 aIcalina y asentamiento. La fracci6npesada es de interes por su mineralogia, forma de granulos y cristales,tamafio, etc., y es normalmente esrudiada por microscopia simple, pe-trografia 0 rayos X. La fraccion arcillosa, separada por lento asenta ..miento 0 por deIloculacion alcalina y Iloculacicn acida, es de interesen cuanto a su mineralogia, composicion, cristalizacion, etc., siendo ladifraecion de rayos X y la tecniea preferida, Y, en menor grado, el ana ..lisis tt~rmico diferenciaI y la microscopia electrrinica. Dado que lasarcillas son sumamente sensibles a cambios en su ambiente, la situaci6nideal es aquella en que son examinadas en las condiciones m a s cercanasa su estado natural. De aqui que cualquier tratamiento que se hagsdebe ser considerado en la interpretacion final..

AniiIisis quimicoCuando es com plcto es po r Si02, A120 ; 1 , Fe 203 ' T iO z ; MgO, CaO, MuO ,Na20, K20, S0 3 Y perdida por calcinaeion a 900oC, mas aquellas im..purezas (metales, sulfatos solubles , etc.) de interes particular,


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68 L IB ER TO D E PABLO

pHEs la acidez de ]8 arcilla dispersa en agua, medida por inmersion deun electrodo de vidrio en una suspension de 100 gms de muestra en 250mlt de agua destilada recienternente hr-rvida, agitada electricamentedurante 10 minutes, a 25C.

C010rEs el color estimado visualmente, Puede tamhien reieritse aJ color de Jmaterial quemado a alta temperatura, normalmcnte mayor de lOOO oC. .

BrilloEs el porccntaje de rclectancia en comparacion con la del blanco ..s-tandar de oxido de magnesio, medida a longitud de onda de 485 mili-micrones en el reIlect6metro General Electric. No es una prueba nor ...mativa pero si indicativa de Ia calidad, La tecnica consiste en colocaren una balanza una gruesa placa de vidrio y sohre ella un cilindro debronce de 7.72 em de alto y 4.12cm. de diarnetro interior, conteniendo15 gms de arcilla secada a l05C y tamizada por malla. 200. Se intro-duce en cl cilindro un embo'[o de 4 em de diametro, 3.17 em de alto ypeso de 567 grog, aplicandole la presion equivalente a una carga de25 kgs, La pastilla obtenida es colocada directamente sohre cl reflec-tOmetro para medir la reflectancia .. Humedad, tamaiio de particula ymarcas en la supcrfieie afectan apreciablemente la determinacion.

Viscosidad relativaEs un indice del comportamiento de la arcilla en suspensiones 0 barhotinas y en pastas extruidas, Se mide en una suspension preparada con4..5 kgs de muestra en agua, tamizando a malla 60 y ajustando la grave-dad especifica a 1.20 antes de comparar la viscosidad con la medidapara agua, en las misrnas condiciones, en un viscosimetro Stormer,

Velocidad de coladoEs un indice del comportamiento e n procesos de vaciado sobre yeso.Parte de la suspension anterior E -C vacia sobre moldes cilindricos de426 cm2 de superficie interior, manteniendolos llenos 15 min antesde drenarlos pOT l a o parte inferior, secar al arnbiente, retirar la pieza,


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L A S ARCILLAS 69seearla y pesarla. La velocidad de colado Be express en gramos por426 cm2 por ] 5 min.

Agua de plasticidadLa barbotina anterior se deja secar a una masa plastica (20 a 30% deagua) y se extruyen 10 barras para la determinacion de modulo de rup-tura a cada temperatura y 4 1 har ras para la medicion de agua de plas ..ticidad, siendo todas elIas marcadas por contraccion. Se secan a 110C,hasta peso constante, y la diferencia entre los pesos con agua y seco,entre cl p~so seco, multiplicado por 100, indica el porcentaje de aguade plasticidad. La extrusion de las Larras puede hacerse en maquinasapropiadas o, en su dcfecto, en un huon molinillo manual de carne conboquilla de 2 em. Las dimensiones de las Larras son de 18 por 2 em ..

Contracci6nLas barras anteriores sccadas a 110C maximo, hasta peso constante,so n medidas y la diferencia entre la longitud original y la secada,dividida entre la original, representa la contraccion lineal al secado,La misma medicion hecha en barras quernadas a conos pirometricos 04,8 y 11 corresponde a la contracci6n lineal al quemado.

Modu lo de rupturaLas harras anteriores, secas, son medidas por modulo de ruptura aIsecado en aparatos tipo Dillon, con claros de 5 em .. entre las cuchillas ..Cuando son piezas quemadas a conos 04, 8 u 11, los claros son de 10em .. La lectura del dinamometro en kilogramos por ocho veces el ciaroentre las cuchillas, dividido entre iT veces el diametro de la harra encentimetres, da el modulo de ruptura en Kgs/cm2

AbsorcionLas harras quemadas se hierven en agua, totalmente sumergidas, du ..rante cuatro horas Y se dejan permanecer durante 12 horas. La diferen-cia entre el peso de la pieza saturada de agua menos el peso seca, todoentre el peso seco y por 100, represents la absorcion.

Cono pirometricoEs la temperatura a la que una pequefia piramide triangular de laarcilla dobla por 8U propio peso y que corresponde aproximadamente


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70 LIBERTO DE PABLOal comienzo de la fusion en el material, Las dimensiones de dicha pira ..mide, su angulo de inclinacion forma de preparacion y velocidad yforma de calentamiento son las especificadas por la norma de la So-ciedad Americana de Prueba de ~'1ateTiales.

Tamano de particulaPara particulas mayores de 40 miCTODPS la tecnica r-srablecida es Iahien conocida de las cribas pero, para tamafios menores, se prefierela Ilotacion en fliiidos segiin la ley de Stokes:

30 nLD

D diametro de particulas en milimetros de particulas esfericas equi-valentes

n viscosidad del mdeio de suspension, agua, en poisesL distancia en centimetros n trav e s de Ia que las partieulas se asien ..

tan en un tiempo dado (32t5 em)T tiempo de sedimentaci6n en minutosG gravedad especifica de las particulas (2,,65)G N : gravedad especifica d e l medio de suspension.Para una temperatura de 18C, siendo agua el medio de suspension, esaplicaLle la siguiente tabla:

Tiempo Diame t ro Tiempo Diame t ro(m in ) (micrones) (min) [micrones )1 78,,42 3 0 14.322 55~46 35 13t263 45.28 40 12.404 39.21 4 5 " 11.695 35.07 50 11.096 32.02 60 10.127 29.64 70 9t378 27.72 80 8,,779 26.14 90 8t2710 24~80 100 7.8415 20.25 1 5 0 6.40


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L..s ARCILLAS 71

T. po Diametro Tiempo Di8.metro(...in) (micrones) (min) (rnicrones)......___ . ___ . ._- . . . . - ._20 17.45 200 5.5325 15.68 250 4~96

3 00 4653 1300 2~17350 4.19 1 5 0 0 2~O2- t O O 3.92 2000 1.75J-50 3.70 2500 1.57500 3.50 3000 1.Lt~600 3.20 3500 1.33700 2.96 4000 1.2480 0 2.77 4500 1t17900 2~61 5000 1.111000 2648 6000 1.011]00 2.36 7000 0.94

8000 0.88De la Ic y d e S to ke s, 0 de la tabla anterior, se ticne solamente el diame-tro aparente maximo. Si se usa el hidrometro de Bouyoucos, * que in-dica directamente gramos de material en solucion, hay una constanted e - correccion I KL) dada por la distancia entre el nivel superior de la~~ion y el inferior de l hidrometro, y que es de Ot1135 veces la raizcaadr-ada de dicha distancia en ccntimetros. De aqui el diametro verda ..I 10dr la s particulas es

siendo 1.015 una correccion cuando la .gravedad especifica de las par-ticulas es de 2.60.EI procedimiento aceptado para la determinacion de tamafio de parti-cula rcquicre que 150 grms de arciIJa con 1.5 grm de hexametaIosfatosodico scan agitados clectricamente en 3 It de agua durante 2 horas.Un litro de esta suspension es medido en una proheta y en cl1a se tomanIecturas con el hidrornctro de BOllYOUCOS a intervalos de 0, I(), 30, 50,100, 300 minutos y cada 24 hr hasta un total de 5 dias, rrgistrandoademas la temperatura. Si esta cs mayor de 18~4(~~S(~ agregan 0.105

* El hidrometro de BOUYOllCOS es producido por Taylor Instrument Co. Rorhester,NtY., U.S.A. Hidrometro N" 22295.1 margen de -2 a +60- grm.


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72 L1BERTD D~ PABLOpor cada unidad arriba y, si ee menor, se subsrrae en la misrna forma ..Las lecturas del hidrometro se grafican en pape l semilogaritmico contra~,l tiempo y de aquf, se calcula e l diamf"tro ,-erdadero de Ja s particulas.

A rcilla s e n la Industria PapeleraEs conocido que el papel es una delgada hoja de Iibras entrelazadas de

celulosa producidas por tratamiento meeanico 0 quimico de la madera. Porsi sola, esta hoja es irregular, transparente. y no permite los finos procesosde imprenta pero!, cuando se le agregan ciertos materiales inertes que pene-tran y recubren las fibras, se desarrollan hojas uniformes, opacas, brillantes,de suave textura, que perrniten los amplios usos del papel.

La preparacion de l papel comienza co n e] tratamiento de la m ade rapara formar una pulpa d e fib ra s de' eelulosa a la que se Ie agregan arcillas,carbonate de calcio, etc. como carga inerte antes de vaeiarla sobre mallasvihratorias en Ja que p ar succion se lorma una c.apa a~e1pada qne, ill secar-se sobrc rodillos continuos, desarrolla la hoja de papel hurdo, escaso brilloy numerosas aplicaciones com o pape l d~ envolrura .. de peTiodiro~ bJanro co-rmin, etc. Este papel, sin embargo, tiene el ineonveniente de que no permitedesarrollar la f ina reproduccion de imprenta ni los dclicados matices de loscolores pero~ al recubrirsele de u na delgada pelicula preparada con p. igm "2 'n.tos y adhesives y "plancharlo" sobre rodillos calie\1tr-s~ dcsarrolla una texturasuave, hrillante, que si permite tales procesos,

Dos son los usos del rnateri a1 inerte en lu industria papele ra : (1) c omocarga en Ia pulpa de celulosa y (2) como pigrnento rccubriendo la hojade celulosa y carga, En el primer caso, en que se requiere un inerte que noreaccione con la celulosa, que se emulsifique faci lO1ente , sea economico yreiativamente abundante, de iacil secado, sin gran ahsorcion, blanco, bri-JJante , y de f ino tamafio de partieula, Ja s arcillas caolirriticas son abundante-mente usadas, Y como pi gmento para recuhri r~ las mismas arcillas, con sufacilidad para orienrarse sohre sus pJanos J)asaJes y reIJejar la ]UZ~ fino tama ..fio de particula, relativa pur-eza y abun-dancia y facilidad para eniulsificarsecon una variedad de substancias, son cl pigrnento mas ampliamente usado,

Las especificaciones impuestas a las arcillas eaoliniticas para Ia industriapapelera varian segiin su uso sea como carga en fa pu lpa 0 como pigmentocubriente .. Si cl empleo es como carga, se prefieren caolines bastante puros,formados casi exclusivamente pOT caolinita bien eristalizada, libre de cuarzoU otros minerales abrasives ~de arcillas bentoniticas que puedan afectarel comportamiento de las ernulsiones y de oxidos de hierro, titanio u otTOS


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LAS ARCILLAS 73colarantes I ~ r . Por el fino tamaiio de particula que se requiere, pueden sermecanicamente reducidas, en cuyo caso se tiene un amplio margen de distri-buc ion de particula, 0, de prejerencia, ser flotadas a manera de separaTIracciones cercanas y tener un mejor control de algunas caraeteristicas fisicasblancura y densidad.

E n la Tabla V se han indicado las caracteristicas principales de arcillaspara carga de papel, El analisis quimico practicamente corresponde al decaolinita pura con escasos contenidos de oxidos colorantes y de alcalies 0alcalinoterreos, generalmente en forma de hidromica 0 montmorrillonitas queprocuran mantenerse a un minimo. Su acidez varia de 4 a 7 y su brillo de80 8 86%. La gravedad especifica de 2.58 corresponde u caolinita, mientrasque la densidad bruta varia entre 0.72 y 0.92 gm/cm3 segi in el proceso debeneficio ernpleado. La distr ibucion de particula es de 56 a 92 menor de 6micrones, 40 a 83 menor de 4, 20 a 67 menor de 2~ 10 a 46 menor de i,7 a 3 4 menor de 0.7 y de 1 a 2 3 1 - c menor de O t5 micrones, siendo general-mente los caolines Ilotados mas {inos y uniformes que los molidos. La perdidao Iodice de abrasion e s de 13 a 15 miligramos (Tablas V y VI).

Las arcillas usadas para reeubrimiento, 5 1 bien son basicamente de lasmismas caracterfsticas que las empleadas para carga, son consideradas, libresde cuarzo U otros abrasives y de minerales que puedan colorear 0 modificarla natu ra le za de las suspensiones .. El ana.lisis quimico corresponde al de lacaolini ta (39..6 A 1 2 03, 46.5 % s.0'2). La acidez varia entre 4.2 y 7 ,0; brillode 83 a 88%; gravedad especifica de 2.58 y densidad bruta varia de 0.48 aO~96gm/cm3. La distribuci6n de partieula es de 93 a 98 menor de 6 mi..crones, 88 a 99 menor -d e 4, 72 a 92 m e n o r de 2 , 49 a 73 menor de 1, 25a 59 menor de 0",7 y de 1 a 4 .3 96 menor de 04 5 micrones. La viscosidadma x i m a a 10 rpm es de 300 a 500 y a 100 rpm, de 180 a -200~ (Tabla VII).

La industria papelera, al igual que In industria cerarnica, mantiene cier ..las caracteristicas y metodos de prueba para sus caolines, aplicahlcs tantoa materiales brutos como beneficiados y que son propios de ella. Tales meto-dos se indican a continuaci6n:Estudio Mineralogico

Se estudia la muestra en su estado natural y despues se fracciona sepa-rando la parte arcillosa de la no arcillosa para detcrrninar mineralogia,origen e historia geologica. Se emplean las tecnicas antes mencionadasde defloculacion, Iloculacion, lavado, difraecion de rayos X, analisistermico y microscopia electronica. EI interes es en caolinitas bi~ll cris..talizadas, Iihres de impurezas, de fino tamaiio de particula,


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LAS ARCILLAS

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L A S ARCILLAS 77

.~nalisis QuimicoComple to por Si02, A~03' F e 20a, TI02, CaO, MgO , Na20, K iO , hom e-dad y pcrdida pOT calcinacion a lOO O C ..

Indico de AbrasionRepresenta el poder abrasive de la arcilla mcdido segun la perdida depeso de un alarnbre calibrado, aceptandose comercialmente el empleodel '~,ralley Clay Tester" (producido POf Valley Iron Works Co., Ap-pleton, "~iscounsin, EUA) .. Se prepara una suspension de 100 gms dearcilla en 3600 mIt de agua destilada y se pasa por un h loquc perfora-do de hule y sobre un delgado alamhrc tipo Fourdrinier, La perdidade peso del alambre cuando gira a 6000 rpm, mientras pasa sobre el 1 8suspension, en miligramos, representa cl indice de abrasion de la arci ...Ila, EI alambre es acondicionado previamente pasandole agua durante2 hrs V secando 1 hr a 110C....

BrilloSe emplea la misma tecnica descrita del rellectometro General Electric.

Prueba de Desintegraci6nPermite estimar rapidamente la calidad de la arcilla segiin Sll facilidadde dispersion sin formar conglomerados. En un agitador elect rico dealta velocidad se mezclan durante 15 min 250 ,gm de arcilla, 15 mltd e p ir of o sf at o tetras6dico al 5% y 152 m It de agua destilada .. A 250gm de esta suspension se Ie agregan 240 gm de emulsion de almid6naI 10%, se agita 10 min a alta velocidad y se pasa por m a lI a 1 2 0 4 1 Deesta sobre una placa de vidrio, se aplica una capa delgada con unrodillo de 15..24 em que deje un cspesor de 0.00381 em (producido porBrid & Son, East Walpole , Mass. , EUA). Se seca 5 min a 105C y seexamina con lente de aumento por dispersion y formacion de cong lo . .merados, comparando con patrones de referencia ..

Tamafio de ParticulaSe determina segiin la tecnica antes descrita, basada en e l empleo dela le y de Stokes y del hidrometro de Bouyoucos .


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pHSe usa el metodo ya indicado ..

Residuo en !'Ialla 325Es UJl indice Ia calidad del caolin, debiendo ser casi nulo. En un agita...dOT de alta veloeidad se mezclan durante 10 min 100 gm de caolin ,375 mIt de agua y 25 mit de pirofosfato tctrasodico preparar]o disol ..viendo 20 gm de N a4P~O j { ) 33.35 gm de Na4P~07.10H20 e n 1 It deagua. Se pasa la suspension a traves de malla 325" l ayudando con agtiasi es necesario. EI residue sc seca a 105C v se admire como residue~en malla 325.

ViscosidadSe mide con diferenles viscosimetros que produccn rlivcrsos esfuerzosy con fo rmula s similares a la s de uso final de Ia arcilla. Una f o rmu l anormalmente aceptada usa 42% de solidos ron 15 part~ de caseina por100 de arcilla y otra, 57.57~ de s61idos con 17 partes de almidon deviscosidad media por l()O partes de arcilla, Es; sin embargo, comun,que se lisen tambien suspensiones de arcilla en agua, preparadas con3 00 gms d e arcilla seca y 128 .6 gru s de ~OIUCjOll O P . pirofosf a to te-tra ..sodico al O.S859h , agitando electricamcnte 10 min, ~ lla~a la suspcn,.sion a tr aves de malla 100 y se mide la viscosidad a 2.SoC~ en unidadStormer de cilindro hueco y carga de 150 gm. Si Ia lectura es mayo rde 200 rpm se estima que la areilla flnye lihremente.

Arcil las en la Industria HuleraLas arcillas son usadas en Iormulaciones de hules naturales 0 sinteticos

y pliisticos por sus propiedades de endurecimiento y reenforzado y hajo costoen comparacion con otros pigmentoSt Se las emplea en Iorrnulaciones dehule natural, hule sintetico (copolimeTos-hutadieno~pstireno), neoprcno~ hu ..I e b u ti li co y hules resistentes a gr3sas (hutadicno-acronitrilo] ~ en productostales como suelas, tacones, llantas, bandas transportadoras, tuberia, mangue ..ras, juguetes, recubrimiento de alambres, esponjas, articulos caseros, etc.

Dos son los tipos de arcillas, duras y blandas, que se usan en la industriahulera, segun las caracteristicas Iisicas propias y que imparten a los produc ..tos en que se usan. Ambas tienen la misma mineralogia, caolinita en placashexagonales, con escasas impurezas de oxidos de hierro 0 titanio (ilmenite,


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LAS ARCILLAS 79rutilo) y practicamente libre de hidromica, montmorrillonita, cuarzo 0 im-purezas metalicas de cobre 0 mangancso .. Su analisis quimico, Tahla VIII, esel de caolinita de 46.5 Si02 y 39.6% A1203 Gravedad cspecifica 2~60,indicede refraccion 1.56, color crema a hlanco. Las arcillas duras son normalmentemolidas 0 pulverizadas en seen y clasificadas en aire, con 1 0 que Sll calidades ligeramente menor de las hIandas que estan mas finamente pulverizadas0, de preferencia, son lavadas y flot.adas en agua~ con 0 sin ayuda de sur...factantes. En las arcillas duras, el hrillo es de 76 a 77%~ aeidez de 4.5 a5.5, residue en malla 325 de 0 ..03 a 0.17%, absorcion de aceite de 34 a 35mlt de aceite de linaza por 100 gm de arcilla, ahsorcion de la sal de zincdel verde de malaquita dp 1460 gm por 100 gm de arcilla, distribucion departicula de- 97 menor de 5 micrones, % menor de 4, 93 menor de 3, 90.S.OT de 2.. 81 menor de 1, y 62% menor de 0.5 micrones. En las arcillashlandas. ~l hrillo es de 78 a 88f} - c ! ; acidez de 4 1 . .5 a 10.5, residue en malla325 de 0.01 a 0.05%, ahsorci6n de aceite de linaza de 28 a 38 mIt, absor..cion de 1 3 sal de zinc del verde de malaquita de 1.3 a 14 6 gm~ distrihucionde particula de 91 a 100 menor de 10 micrones, 79 a 100 menor de 5, 64a 100 menor de 4, 59 a 98 menor de 3~50 a 92 mcnor de 2, 33 a 7 4 1 menorde 1 y 16 a 45% menor de 0.5 micrones, siendo la viscosidad de 73 a 82centipoises,

T ie -n eo n a de m z is propiedadcs optieas (indice de refraccion 1.56) maseercano a Ia~ del hule (1~52 para hule natural, 1~51 a 1.56 para hu i e s sinte-tieos] que otTOS pigmentos (harita 1.61~, litopon 1.84 oxido de zinc 2.04,.oxido de ti tanio 2 . 7 6 ) y, por su ca raete r po la r, puede suhs t i tuirse e n h uleslibres de azulre. La concentracion que se usa en Iormulaciones de huIespuede lIegar hasta 50 0 60%.

Las siguientes tecnicas son recomcndadas para la determinacion de ca-ractcristicas de arcillas para la industria hulera:Gravedad Especifica

Segiin la tecniea conocida del picn6metro.Indice de Refracci6n

Por inmersion en aceites de indice de refracci6n conocido.Brillo General Electric

Empleando 1 8 teonica anteriormente descrita del reflect6metro GeneralElectric, comparando con e l oxido de magnesio.


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pHSegiin Ia tecnica indicada,

Residuo e n M alla 325Simplemente se pasa la arcilla a traves de malla 325, en h i imedo 0ayudando con alcohol 0 acetona a romper los conglomerados. Sin em-bargo, se prefiere preparar una suspension con 100 gm de arcilla, 375mIt de agua y 25 mlt de una solucion de pirofosfato tetrasodico prepa ..rada disolviendo 20 gm de la sal en 1 It de agua. Se agita mecanica-mente 10 min y se pasa a traves de la malla, rcportando. el peso seencomo residue e n malla :1.25.,en porcentaje ..

Asentamiento en agua25 gm de arcilla se agitan mecanicamente durante 7 min en 225 mltd e a g u a 4 > La suspension preparada se vacia en tubos de Kessler y sedeja asentar durante 48 hrs, midiendo Ia altura de la columna y repor ..tando como indice de asentamiento el porcentaje respecto a la alturaoriginal. Normalmentc Be tiene valores de 70 a 85% para arcillas durasy de 40 a 50% para blandas, considerandose ella como un i1idice de lreforzado y endurecimiento que pur-den desarrollar.

Distribuci6n de particulaSegun los metodos anteriormente deseritos de la Ley de Stokes y elhidrometro de Bouyoucos.

ViscosidadEn viscosimetros tipo Stormer; usando suspensiones preparadas con 35gm de arcilla en 65 mit de agua ..

Absorci6n de AceiteSe prepara una pasta agregando a 100 gm de arcilla suficiente aceitede linaza, gola a gala, como para formar una pasta de consistencia talque pueda enrollarse sobre una superficie litografica sin romperse, Ge ..neralmente varia de 25 a 40 gm de aceite por 100 gm de arcilla,


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LAS ARCILLAS 81

AhsoTcionCuando es de substancias organicas, se emplea la difeniJ guanidinaagrcgando 5 gm de arcilla a una solucion O.OlN de dicha substaneiaen metanol, Se agita~ centrifuga y titula Ia soluci6n clara de metana!con acido clorhidrico O tO lN , rcportando Ia absorcion en gramos por100 gm de arcilla. Normalmente varia de 0.75 a 1.70 gmt S i la ahsor-cion es por colorantes, como verde de malaquita, sc agitan 5 gm de laarcilla en 100 ml de solucion 0.1% del colorante. Se agita, centrifugav mide el color de la solucicn colorirnetricamente..I

A rcilla s e n la Industria de la Fundici6nEn la industria de la fundicion, piezas metalicas son formadas por co-

lado del metal fundido sobre moldes de arena. Estas, Ilamadas arenas demoldeo, contienen silice, arcillas, agua y otTOS aditivos para desarrollar unamasa plastica facilmente moldeable que, al secar y ondurecer, pormite cl co..lada de metales fundidos. EI cornponente pr'incipa], la silice, es normalmentearenisca cuarcifera, de composiciun variable, tarnafio de particula de Ot05 a2.00 mrn, anhedral, cuyo nnico tratarniento no pasa de simple cribado y Ia-vado. Las arcillas irnparten plasticidad a la mezcla y practicamente pucdenser de cualquier tipo, esto es, caolinita, montmorr illonitas 0 hidromicas,. pri-marias 0 secundarias, si bien se preficren las montmorrillonitas s6dicas deorigen marino par su alto poder de hinchamiento.

E J comportamiento de la arena de moldeo depende tanto de la arenacuarcifera como de la arcilla y sus aditivos, Al igual que para otros minera-les no rnetalicos, no hay cspecificaciones y las pruehas de contIol se aceptancomo indices del comportamiento en servicio. Dc heche, la tinica especifi ..caeion que puede darse es la de que produzcan piezas coladas de acabadoterso, lihres de incrustaciones, granulos 0 rugosidades.

EI control de la arena -d e moldeo se hace en ella y en sus cornponentes.En el caso actual de las arcillas, se estudian estas manteniendo constante Iaarena cuarcifera, lavada y seca, de fragmentos arredondados rnenores de rna ..Da 40, 95 de menos malta 50 y 5% mayor de malla 7t Si esta arena esmuy gruesa, se admite el uso de un patron de 0 a 1 sobre mal I a 20, 2 a 4sabre 50, 11 a 25 sobre 70; 87 a 43 sobre 100, 23 a 29 sobre 140, 6 a IIsobre 200, 0 a 2 soLre 270 y 0 a 1% 8 traves de mal I a 270t

La proporci6n de arcillas en la mezcla es variable scgun su mineTalogiay propiedades, Normalmente e s de 4 a 6% de montmorrillonita s6dica con

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1 .5 a 3% de agua 0 de 10 a 129f t de eaolinitas plasticas con 3 a 5% deagua, pero es variable y el unico criterio valido es el de produeir piesascoladas de buena superficie,

Las pruebas de control rccomendadas por la Sociedad Americana deFundidoTPS especifican eI uso de briquetas cilindricas de 5.08 em de diu-metro y 5.08 em de longitud, preparadas por martillado de la mezcla ellciIindros de acero endurecido (65-70 Hockwell) de 5.08 em de diametrointerior, paredes de 0.45 em y longitud de 12.19 +Ot0175 em, COil martillode 6350.3 gm de carga y carrera de 5408 em , a tres golpes, Para pruebasa temperaturas elevadas, se usan hr iquetas de 2.85 em de diametro y 5.03 emde largo.

Se hacen las siguientes mediciones:Finura

Se distingue entre fracci6n arenosa 0 mayor de 20 micrones y arcillosao menor, que no se asienta su agua a Ia velocidad de 2.54 em por min ..L a primera se mide por crib ado Pl1 mallas y la segunda, con el hidro ..metro de Bouy-aeons 0 Ia pipeta de Andreasen, segun Ia tecnica ante-riormente descrita, La preparacion de Ia mucslra rcquiere la separaeioncompleta de las fracciones por ag itacicn (~Iectrica y si es nccesario,con ayuda de dispersantes (30 gm de sosa en 1 It de aguaL

Humedad

PermeabilidadHepresenta el comportamiento de In mezcla de mol deo al ser atravesadapor un gas a presion. Depende de la distribucion y acomodamiento dela particulas, sus caracteristicas, aditivos, etc. Sc distinguen los indicesde plasticidad (1) verde 0 de la mezela humeda moldeada, (2) secao de mezcla secada a I05e, (3) de mezcla quemada a mas de 105oe ,y (4) de mezcla curada a m as de 110 C por radiacion inf rarro ja,gases calientes 0 alta frecucncia. Se mid en ell aparatos apropiados pa-sendo a traves de las hriquetas i l1dicadas 2000 mIt de aire a 10 grn/cm2

ResistenciaEs la propiedad de la arena moldeo que mas depende de las carac ..

teristicas de la fracci6n arcillosa. Con aparatos apropiados se determi ..


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LAS ARCILLAS 83nan resistencias a la ( I) compresi6n en verde, (2) eompresidn en secoy (3) compresion de mezc]a fraguada en airo que conserve su humedadrelativa de equilibrio .. Dado que la resistencia depende del contenidode agua de la mezcla, debe de especificarse el agua de plasticidad 0,mejor su relaci6n con la resistencia ..Para montmorrillonitas sddicas, laresistencia a Ia cornpresion en seco varia de 1.40 a 7.00 Kg/cm2, entre6 y 15% de humedad .

Dureza de la superficie verdeReprescnta la resistcncia de la superficie del molde, medida con pene-trometros, Depend e de la plasticidad, densidad, distrihucion granulornetrica, etc4, de la mez e l a .

DensidadRelaci6n pe so-volu m en de Ia mezcla compactada por martillado y quedependc del agua de plasticidad, Varia entre 1.58 y 1.64 gm/It., paracontenidos de agua de 3.0 a 645% . .

FluidezEs la propiedad de la mezcla de adquirir forma pOT rnartillado 0 ex..trusion. La briqueta descrita se martilla y el cambio de longitud des . .pues del quinto goIpe reprr-senta la f lu id e z .. U11a variacien de Ocm., e nlongitud corresponde a una fluidcz de lOO~1o 0 y , una de 0.254 em., a0% .. Para mezclas con 2 a 1 0 ' 1 0 de arcillas y 1 a 10% de agua dep lastic id ad, la f lu id ez e s del orden n e S 0 9b ..

Durahil idadEs la resistencia de la mezcla a sucesivas coladas sin removerse 0 sinagregar nuevos componentes,

oArcilla.s en la I nd us tr ia P e tr o le raEn la exploracion y perforaci/in de pozos petroleros, el pozo se mantiene

Ileno de un fhiido viscoso con lo s propositos de (1) extraer a la superficiela roes cortada, (2) evitar eI asentamiento y (3) mantener presion interior,hacerlo impervio y evitar Iiltraciones, Estos Iluidos, llamados lodos de perfo ..racion, se preparan normalmente con 65 a 98% de agua, 2 a 30% de ar-


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84 LIBERTO DE PABLOcillas, 0 a 25% de barita y 0 a 10% del mismo material extraido de laperforacion,

La calidad de las arcillas para lodos se mide segun ( 1) los barriles delodo de 15 centipoises de viscosidad que se prcparan con 1 Ton de arcillaen agua I resca salada, ( :2 ) I resisten cia del gel 0 di fCT'(':ncia entre Ja opo-sicio n al movimiento drspll e s de ag i ta r y d~spucs de reposar 10 min or; ( 3)cl pspesor de la capa que sc forma al pasar POf un filtro un ludo de 15centipoises de riscosidild a una presion de 7 Kg/cm2 durante 30 min .. Lascaracteristicas de las principales arcillas s e indican en Ia Tabla IX.

Se observa que Ia arciIla mas recomendable })ara lodos es Ia hectorita,pero, por Sil escasa abundancia no es m u y usada )r se preficre la hcntonitas6dica tipo Wyoming que produce lodos. de excelente viscosidad y toxotropia.Sin embargo, 1 3 practice comun es preparar lotios con los materiales propiosmas cercanos a la perforacion y de las caracteristicas mas indicadas para elsuelo perforado.

La importancia dp. las arcillas en la industria petrolera IlO se limita alo s lodes de perforacion .. Por e ] contrario, su estudio cs rnuy jrnportante enla localizaci6n de petrol eo ell donde sirven c omo indice geoquimico 0 paracaractcrizar una formaci6n 0 cstructura geo log ica . As), los yacimientos depctroleo de California estan asociados a estructuras del Terciario que sc ca -racterizan por abundante montrnorrifkmita, caolinita, Itidromica ~~mincralesexpandibles; los depositos en arenas del Paleozoico Superior de Pennsylva-nia, E.U.A.~ tienen hidrornica y escasas montmorrillonita y caolinita y los delPrecambrico de Africa del Norte se caracterizan por hidr6mica )r caolinita ..A r cilla s en S i nl es is O rg ti ni ca s

Las arcillas, en su estado natural 0 por tratamiento quimieo con acidoaminerales, adquicren propicdades cataliticas de. interes para la industria e nprocesos tales como Iraccionacion de gasolina5, polimerizacion de aceitesesenciales, ciclizacion de acidos alifaticos y oxi dacion y reduccion de benzoly Ienol ..

Se dijo anteriormente qllC los minerales arcillosos son Iilosilicatos con ea -tiones Interlamelares absorbidos (Na, Ca, Mg, . L ~ l , HaD) Y COIl amplia snhsti-tucion ionica en su estructura de S i4+ po r Al .3+ 0 Fe , " , Mg++(G) + Si.iJ;+(4) porAla+(fj) + Al3.+(4) en I a capo tetrah.drica y de A 1 3 + , ~fg++, Fe"" , Fe3+ , L i + ,OH.. . .F- y cr en su capa octahedrica .. Por tratamiento acido y dependiendode su intensidad, es posihle suhstituir parcial 0 totalmente estos iones pOTprotones para dejar estructuras de mayor porosidad y area superficial y

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menor densidad, defectuosas, comparables a algunas estructuras organicas,y capaces de donar protones durante un proceso catalitico. Durante el trata-miento, la suhstitucion prot6nica es primeramente por los cationes interlame ..lares que son Ios menos sujetos a la estructura para seguir con aquellos enla s capas octa y tetrahedrica, La intensidad de l tratamiento y I a . . . naturalezade la arcilla origin al ian 1a ac t i vidad final del C3talizador .

EI proceso de activacion PH terrninos generales, incluye tratamiento conacidos minerales en condiciones mas 0 menos energicas, elirninacion delexceso de acido y calcinaci6n a una temperatura suficiente como para conso . ..lidar la estructura desarrollada sin llegar a destruirla. Es aplicable, preferen-ternente, a montmorrillonitas pero tambien a haloisitas y caolinitas sedimen-tarias, siendo de 8uponer que sean preferidas aquellas en que la substitucionionica 0 el dcsorden estructural esten mas desarrolladcs. Se estima quedarianexceptuados aquellos minerales altos en hierro 0 en metales pesados (vena ..dio, niquel, etc.] que normalmcnte se consideran como vencnos para cata ..lizadores,

Entre las arcillas actualmente usadas se citan montmorrillonitas de Ari ..zona y Mi ss is si pp i* ! , E .U . .A ., montmorrillonitas aluminicas con reemplazo demagnesio por aluminio, haloisita de Eureka, Utah, E~UtAt, y caolinitas sedi ..mentarias de Georgia. En Mexico, algunos casos simples de activacion acidapara procesos de deeolorizacion han sido dosarrollados con montmorrillonitaslocalizadas al N de l Vall de lViexico y en los Estados de Mexico, J\forelia,Puebla y 'Coahuila.

Catalizadores tipo silicoaluminato son preparados por tratamiento acidoy activacion termica de minerales arcillosos 0 sinteticamente. EI empleo mascomun es en fraccionaci6n de gasolinas en que vaporcs de aceites pesados sepasan a traves de lechos de catalizador 0 en lechos fluidificados, a 425..500oC , presion atmosferica, de 5 a 20 seg para producir 5% de metano ypropano, 10% de butano, 45% de gasolina y 40% de aceite sin alterar.Otros usos incluyen polimerizaci6n de aceitcs esenciales (a sesqui y politer-penos}, deshidratacion de canfor y aceites de pescado, sintesis de alcoholesalifaticos, condensaci6n de aldehidos y cetonas a bases de piridina, isomeri-zacion de aldehidos, inversion de aziicares, etc.Arcillas en lngenieria Cit'i1

En ingenieria civil y particularmente, en mecanica de suelos, es funda ...mental el conocimiento de los suelos y su comportamiento bajo condicionesdiversas que dependen de su historia geologica y composicion ..As], en suelosarcillosos, son importantes sus caracteristicas actuales y sus reacciones a la

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accion de solueiones quimicas, corrientes electricas 0 al contacto con otTOSminerales que pueden variar completamente su permeabilidad, resistencia,etc. En general, el estudio de suelos en ingenieria civil incluye mineralogiay comportamiento bajo condiciones diversas. L a determinacion mineralogicaes importante por que permitc prcdecir su rornportamiento 'y la forma deeontrolarlo. Suelos arcillosos pueden contener predominantemente montmo ..rrillonita, hidromica, caolinita, haloisita 0 alofano. Los primeros son deplasticidad, actividad e indice de liquidcz elevado, 113ja resistencia a lapresion no confinada, alto hinchamiento y absorcion de agua, micntras quelos suelos caoliniticos son de haja actividad, indice de [iquidez y plasticidadbajo y de alta rcsistcncia a la presion no confinada. :\1a s auri, cl conoci-miento mincralogico permite controlnr sus propiedadr-s aprovechando la fa ..eilidad de intercambio ionico, de rcaccion a corrientes electricas, etc.

La mineralogia permitr: estimar lag caracteristicas de un suelo pero nocalcular Ius valores absolutes representatives de su comportamicnto actual 0bajo condiciones como [as eorrespondientcs a una presa 0 un edilieio, Deaqui que se h.agan una serie de pruchas caracteristicas entre las que se citanlas siguicntcs:Plasticidad

Es posihlemente Ia propiedad mas importante en el estudio del suelo..Depende de Ell mincralogia, distrihucion de particula, intercambio i6nico, historia geologica, etc. Se determina en funci6n del (1) limite plas-tieo (Lp) 0 humcdad minima expresada como porcenta jc de la corres-pondientc a suelo seeo que pucde enrrollarse en hilos de Ot319 em dediametro sin romperse, correspondicnte al agua absorbida, sobre la con-dicion rigida, sin separacion de pa rticu1as; (2) limite liquido (J~l) 0humedad como porcentaje de suelo sccado que I luye al agitarse Iigera ...m e n tc y ( 3) indice de plastici dad 0 difercn ci a e -ntre limites liquio yplastico, Valores eornunes para dichos limites son:

L LlMontmorriUoni ta 51-97 125-700Atapulgita 100-124 161-232Hidromica 3643 69..100Caolinita 26 ..38 34 -73Haloisita 29-60 34 -65Al6fano 78-131 85 . .207Clorita 3640 4 4 1 647

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ActividadEs fa relaeion de indice de plasticidad a contenido de fracci6n seca 0porcentaje de tamafio menor de 2 micrones, Varia entre O t5 y 7.0 paramontrnorrillonitas, 0.57 a 1.23 para atapulgita, 0.23 a 0.58 para hidr6 ..mica~ 0401 a 0.41 para caolinita y 0.02 a 0.16 para haloisita. Se di..ferencia entre arcillas (1) inactivas, de indice de plasticidad menor de0.5, (2) inactivas con indice entre 0.50 y 0.75, (3) normales, entre04t75 y 1.25~ (4) activas, entre 1.25 y 2, Y (5 ) activas de indice mayorde 2, Desde el punto de vista de construccion, son recomendables lasareillas poco plastieas, gruesas, de baj a calidad,

Iodice de liquidezEs la relacion de contenido de agua menos limite plastico it indice deplasticidad .. v Taria con cl grado de consolidacion del deposito y nor.malmente, son de alto indice las montmorrillonitas sodicas y de bajo,las arcillas floculadas,

Resistencia a compresion no conlinadaLa resistencia a la compresion de un suelo fijo en condiciones no con-finadas, distingue entre suelos (1) m uy hlandos, si Ia resistencia esmenor de O.25Kg/cm2, (2) hlandos, entre 0.25 y Ot50 KgJcm2, (3 )medios, entre O.SO Y 1.00 Kg/cn12, (4 ) ri gidos, entre 14'00 y 2.00Kg/cm2, y (5) m uy rigirlos, de resistencia entre 2.00 y 4.00..La medi-cion se hace en prensas y con briquetas especificas, Son de mayor resis ..tencia las caoJinitas que las montmorrilJonitas, pero depende mucho defactores como humedad, cationes intercamhiables, etc.

Resistencia a la tensionEs 13 resistencia de una briqueta sometida a carga progresiva mayorpero varia mucho con la humedad, orientacion de particulas, etc. S emide con equipos espeeificos.

SensibilidadEs la relacion entre la resistencia de suelo no disturbado y la de sueloremoldead0, con la misma humedad ..Se diferencia entre suelos (1) in ..sensibles, si el indice es menor de 1, (2) de baja sensibilidad, si es

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entre 1 y 2, (3) de sensibilidad media, entre 2 y 4, (4) sensibles, entre4 y 8, (5) extrasensibles, mayor de 8 y (6) rapidos, de indice mayorde 16.

PermeabilidadEs la capacidad del suelo de ser atravesado por un Oii ido. E1 coeficientede penneabilidad es

K :::::200 D2e 2D tamafio efectivo de particulae rclaci6n de espacios vacios

que se determina con aparatos apropiados comparables a los usados conarenas de moldeo. Normalmente, montmorrillonitas s6dicas son las m a simpcrmeahles y atapulgita, caolinita 0 al6fano las m as permcables.

Distorsi6n por congelaci6nEs la deformaci6n del suelo causada por ahsorci6n de agua y forma-cion de hielo. En mezclas de arena y arcilla, ocurre cuando los conte-nidos de arcil1a son mcnores de 25%.

Ahsorci6n de aguaE s la propiedad de a1gunos suelos de absorber agua e incrementar lIDvolumen. Nonnalmente se debe a montmorrillonitas y en rnenor grado,a otras arcillas, En suelos confinados, el hinchamiento puede desarro ..lIar presiones de hasta 167 Ton/mt24P

Comprensibilidad y consolidacionEs la capacidad del suelo de soportar carga y reducir sus espacios va..cios al comprimirse verticalmente, estando confinado latcralm ente yentendiendose por espacios vacios la relaci6n entre volumen total deporos a volumen de Ia fraccion solida, Es mayor en montmorrilIonitasque en caolinitas.

usos Varios de las Arcil lasArcillas activadas, preparadas pOT tratamiento acido de m ontm orrillonitas

cilcicas~ encuentran amplia aplicacion en proceso de decolorizacion y deso..

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dorizaci6n de aceites minerales, vegetales (soya, algodon, coco) 0 animales,alimentos, bebidas (cerveza, vines, liCOTes) , y productos quimicos (azufre}.Generalmentc son arcillas de escaso poder de decoloracion original pero quefiicilmente 1 0 desarrollan por tratamiento acido, bajo hinchamiento y reten ..cion de aceite, area superficial de 120 a 140 mt2/ gm , y pH de Iigeramentealcalino a ligeramente acido.

Atapulgita, sin mas tratamiento que Iavado 0 activaci6n por ligera wei ..nacion, es usada en purificacion de aoeites para USD electrico para subir 5Uconductividad de 4000 a 7000 megahoms; ell desu l furizaci6n de derivados delpetroleo por convertir los sulfuros de alquilo a sulluro de hidrogeno ; comoemulsiones acuosas para recubrir productos quirnicos y evitar su hidrataciony conglorneracion ; en preparaciones contra trastornos intestinales ; como an-tidoto, sola 0 mezclada con fosfato monosodico, para morfina, cocaina y nico-tina; como absorbente de los principios coagulantes de los vcnenos de ser ..pientes; en lodos de perforaci6n espcciales para agua salada, yeso, etc .. enplasticos, por sus propiedades tixotropicas estables con t? l calor; etc. Secaracteriza pO T tener una composicion quimica de 65 a 70 SiO!!~10 a 15A1203, 10 a 12 MgO, menos de 6 por ciento FCZO:h perdida por calcinaci6nde 6 a 25% y contenidos menores de 'CaO, K, )O, Na90, etc., tamafio promedio.. . -de particula varia desde 04 1 hasta 20 micrones, pl] de 7.5 a 9.5,. gravedadespecifica de 2.36 a 2.47, densidad bruta de 0.20 a 0.72 gm/cm3 J i.re a s u -pcrficial de 120 a 230 mt~/gm .. -Montmorrillonita s6dica, de alto hinchamienLo, es util para coagular lasimpurezas coloidales, reducir el contcnido de hierro y la acidez de vinos,licores y jugos acidos Ierrnentados, Tamhien en purificacion de miel, accitede coco y grasas, limpiado de papel de periodico, emulsiones hituminosaspara concreto, alimento para pollos, estabilizante de grasas, etc.

Caolinitas de buena cristalizacion y fino tamafio de particula (1 a 10micrones ) so usan como adhesive en cartoncillos; como inerte en pinturas,telas de pana y plasticas para mejorar su resistencia quimica, opacidad, Ilujoy acabado; en tintas de imprenta, permitiendo controlar sus propiedades reo ..Iogicas, para suavizar y mejorar el color de cueros, etc.

CONCLUS IONESCaracteristicas geol6gicas y mineralogicas, metodos de identificacion y

propiedades de interes tecnologieo han sido presentadas, en forma simple,para la s principales arcillas y minerales arcillosos, Se notara que, para un

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mismo mineral, pequeiias variaciones de particula, cristalizacion, mineralesasociados, etc., definen su mineralogia, significado geologico y uso y aplica-cion industrial y qUt\ entre ciertos Iirnites, estas propiedades pueden sermodificadas,

En geo'ogi~ los datos y observaciones comunes de campo son suficicntespara determinar el significado geologico 0 el in teres tecnol6gico de unaarcilla. De aqui que Sf.' requicran ostudios mineral6gicos tan cornplcjos comolos presentados y que~ hasta ahora no llan podido sirnplificarse 10 sulicientecomo para hacerlos Iacilmcnte adaptables a la exploracion de campo.' Entecnologia, la ser ie de caructeristicas indicadas se estiman como indices que,para una areptacion final, requicrcn de una prueba actual de producci6n ..Se concluye entonces que, todo estudio de arcillas, independientemente de susfines, requiere analisis complejo para determinar la naturaleza de 1a arcillay conocimientos avanzados, mas que los aqui indicados, para estimar suorigen, usos y modificaciones posiblcs,

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