3. Introducción
El término arcilla puede ser empleado desde puntos de vista muy diversos:
En sentido petrológico (como un tipo de roca en sí misma).
En un sentido mineralógico (aquél conjunto de minerales que
comparten unas características químico estructurales particulares).
En un sentido granulométrico (referido a la fracción de una roca en la
que el tamaño de sus elementos constituyentes satisface un
determinado rango de medida.(clasificación de Wentworth, el tamaño
de grano de sus partículas constituyentes es inferior a 1/256 mm (4
um). ).
4. Hay la tendencia a considerar los 2 um como límite superior al
tamaño arcilla dado que la experiencia ha demostrado que los minerales
de la arcilla se concentran en la fracción granulométrica de 1-2 um
(quedando los minerales no arcillosos en la fracción mayor a esta medida)
y porque parece ser el tamaño máximo en el que una partícula se puede
mantener suspendida coloidalmente.
«Concepto: En general, el término arcilla se aplica a un material natural,
terroso, de tamaño de grano fino y que muestra plasticidad cuando es
mezclado con una cierta proporción de agua. Su composición química
está caracterizada por la presencia de Si, Al y H, O, junto a cantidades
variables de Mg, Mn, Fe, Ca, Na y K, principalmente.»
5. Composición de las arcillas
Las arcillas, en su estado natural, están compuestas de un
(silicatos de Al hidratados) o como es el caso general,
varios minerales arcillosos y otros minerales como cuarzo,
feldespatos, plagioclasas, piroxenos, rutilo, limonita y materia
orgánica, sus propiedades resultan de su origen,
mineralogía y tratamientos posteriores a su formación
que agregaron nuevos minerales, transformaron los ya
existentes o simplemente, los alteraron mecánicamente.
6. Propiedades de la arcilla
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.
Plasticidad: arcilla es plástica cuando es sometida a un esfuerzo capaz de
soportar deformaciones rápidas sin rebote elástico, sin variaciones volumétricas,
sin desmoronarse o agrietarse, y obviamente conservando la forma adquirida al
cesar el esfuerzo.
7. Porosidad: El grado de porosidad varía según el tipo de arcilla. Esta depende
de la consistencia más o menos compacta que adopta el cuerpo cerámico
después de la cocción. Las arcillas que cuecen a baja temperatura tienen un
índice más elevado de absorción puesto que son más porosas.
Color: Las arcillas presentan coloraciones diversas dependiendo de los
minerales que contengan. óxido de Fe, Cu, AL, Mn, etc.)
Contracción: La mayor parte de los suelos de arcilla natural tienden a
encogerse cuando se secan, debido a la reducción de espacio poroso. La
contracción puede originarse por pérdida de agua alrededor de los granos, o por
pérdida de agua de la estructura de los minerales arcillosos y es mayor en las
arcillas que contienen montmorillonita que en los otros tipos de suelos arcillosos.
8. Capacidad de absorción: Algunas arcillas tienen su principal aplicación en el
sector de los absorbentes. La capacidad de absorción está directamente
relacionada con la superficie específica y la porosidad. La absorción de agua de
arcillas absorbentes es mayor del 100% con respecto al peso.
Adsorción: La adsorción es un proceso por el cual átomos, iones o moléculas
son atrapados o retenidos en la superficie de un material en contraposición a la
absorción. Químicamente la adsorción de una sustancia es su acumulación en
una determinada superficie interfacial entre dos fases. El resultado es la
formación de una película líquida o gaseosa en la superficie de un cuerpo sólido o
líquido.
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.
9. Tixotropía: Es un fenómeno consistente en la pérdida de resistencia y su
posterior recuperación con el tiempo. Este tipo de arcillas se denominan
tixotrópicas, cuando son amasadas se convierten en un verdadero líquido y
recuperan la cohesión cuando se dejan en reposo. Para que esto ocurra el
contenido en agua debe ser del orden de su límite plástico.
Permeabilidad: Las arcillas tienen baja permeabilidad, sus aperturas inter-
granulares son demasiado pequeñas para permitir la circulación rápida.
Sensibilidad: Las partículas arcillosas poseen cargas eléctricas parecidas, por
lo que originan mutua repulsión, siendo arrastradas a lo largo de las corrientes
o dispersadas en un cuerpo de agua.
Capacidad de Intercambio Catiónico (CIC): expresa la cantidad de bases
adsorbidas en las partículas de arcillas capaces de ser removidas. Las arcillas
pueden cambiar los cationes adheridos a ellas… ¿cómo?, sencillamente,
haciendo que circule a través de ellas una solución del catión que se desee
agregar. Hay que tener en cuenta que algunas arcillas son menos sensibles al
intercambio de cationes, por ejemplo las caolinitas; mientras otras que tienen
más posibilidades de intercambio como las ilitas, las que mayor CIC poseen
son las montmorillonitas, con lo que se establece una relación directa entre la
plasticidad y la CIC.
10. Estructura de las arcillas:
Los elementos principales de la naturaleza que forman los minerales arcillosos,
son el Aluminio con una carga positiva de 3, el Silicio con una carga
positiva de 4 y el Magnesio con una carga positiva de 2.
Estos elementos al combinarse, forman a los minerales arcillosos como;
la Montmorillonita que tiene una alta capacidad para absorber agua;
la illita que presenta una capacidad media para absorber agua y
la Caolinita que tiene una capacidad baja para absorber agua.
Esta capacidad de absorción, se debe al tipo de elemento que los constituye, ya
que los elementos con mayor valencia positiva, tienen mas uniones con los
iones negativos del agua y por ende una mayor capacidad de absorber
agua.
Dependiendo de la cantidad y combinación de elementos para formar un
mineral de arcilla (Cristales o laminas), estos tienen diferente capacidad de
enlazarse con el hidróxido (Ionizarse), lo que produce que dichas laminas
posean cargas eléctricas con diferente intensidad, lo que genera diferentes
estructuras en las arcillas como las siguientes:
11. Por lo tanto se denomina como estructura al arreglo o disposición que adopten
sus partículas minerales.
12.
13. Presión osmótica: es aquella que sería necesaria para detener el flujo
de agua a través de la membrana semipermeable.
14.
15. CLASIFICACIÓN DE LAS ARCILLAS EN BASE A SU ESTABILIDAD
Grupo de la caolinita o Arcillas Caolinitas: La caolinita (Al4Si4O10(OH)8) es el principal
constituyente del caolín. Las caolinitas son producto de la meteorización del feldespato
ortoclasa proveniente del granito y comúnmente se encuentran en suelos compuestos de
sedimento, es una arcilla blanca muy pura. Cuando la materia no es muy pura, se utiliza en
fabricación de papel.
Están formadas por una lámina de silicio y una de aluminio. La unión de estas arcillas no
permite la penetración de moléculas de agua entre ellas (se les considera estables).
Algunos minerales de arcilla que pertenecen a este grupo son: la dickita que tiene la misma
composición de la caolinita pero con un orden diferente en sus láminas y la halosita que
generalmente aparece en algunos suelos tropicales, cuyas láminas en forma tubular están
enlazadas por moléculas de agua.
16. Usos: El caolín (caolinita) es usado en la fabricación de porcelana, pinturas de
caucho o emulsionadas, ya que por su blancura es de alto grado de
rendimiento. También se utiliza para la fabricación de los siguientes productos:
17. Grupo de la illita o Arcilla iIlita: La illita es un mineral de la clase silicatos,
según la clasificación de Strunz, del grupo de las micas. Es el resultado de la
meteorización de las micas, es similar en muchos aspectos a la mica blanca
pero tiene menos potasio y más agua en su composición.
Se presenta en forma de hojuelas, es una arcilla no expansiva, micácea. La
illita es un filosilicato o silicato laminar. Estructuralmente la illita es bastante
similar a la moscovita o a la sericita con algo más de silicio, magnesio, hierro,
y agua; y ligeramente menos aluminio tetraédrico y potasio interlaminar. Están
formadas por una lámina de aluminio entre dos de silicio. Son menos
expansivas que las montmorillonitas y su comportamiento es más favorable
para el ingeniero civil.
Debido a que el enlace es más débil que el de la caolinita sus partículas son
más pequeñas y delgadas.
18. Usos: La illita se usa para:
Fabricación de cosméticos.
Uso clínico en dermatología
Fabricación de antisépticos
19. Grupo de la montmorillonitas o Arcillas Montmorillonitas: es el constituyente
principal de la bentonita y otras variedades similares de arcilla. Las montmorillonitas
suelen ser el resultado de la meteorización del feldespato plaglioclasa en los
depósitos de ceniza volcánica. Es un mineral del grupo de los silicatos, subgrupo
filosilicatos, es un hidroxisilicato de magnesio y aluminio, con otros posibles
elementos. Están formadas por una lámina de aluminio(gibsita o brucita) entre dos de
silicio. Su unión es débil por lo que las moléculas de agua pueden introducirse en la
estructura con facilidad, por lo que son inestables en presencia de agua y pueden
producir problemas en las construcciones que se cimienten en este tipo de arcillas.
Una característica particular del los minerales del grupo de la montmorillonita es su
considerable aumento de volumen al absorber partículas de agua.
20. Usos:
En Ing. Civil, las bentonitas se utilizan para cementar fisuras y grietas de
rocas, absorbiendo la humedad para impedir que esta produzca
derrumbamiento de túneles o excavaciones, para impermeabilizar
trincheras, estabilización de charcas, etc.
Fabricación de jabones, como emulsionante.
Industria farmacéutica: las bentonitas se usan como estabilizante,
espesante y como modificador de la viscosidad de medicamente por no ser
toxicas ni irritantes.
Como absorbente: se aplica en la industria de los absorbentes en cama de
mascotas y como desecante.
Para la fabricación de pinturas, grasas, lubricantes, plásticos, cosméticos,
21. Grupo de la vermiculita o Arcilla Vermiculita: Este grupo contiene productos
de la meteorización de la biotita y la clorita. La estructura de la vermiculita es
similar a la montmorillonita, excepto que los cationes que proporcionan los
enlaces entre láminas son predominantemente Mg, acompañados por algunas
moléculas de agua.
22. Usos: La montmorillonita se usa como:
Sustrato en cultivos hidropónicos.
Árido para elaborar hormigones de baja densidad.
Aislante térmico y acústico (paredes).
Para aumentar la viscosidad en aceites lubricantes.
Excipiente en medicamentos.
