bentonitas - ConcretOnline

BENTONITAS
Magdalena Rodas
BENTONITAS
1.-INRODUCCIÓN:
Definición, terminología
2.- MINERALOGÍA
4.- PRINCIPALES APLICACIONES
5.- TIERRAS DE FULLER
6.-TIPOLOGÍA DE YACIMIENTOS
6.1.-Descripción de los principales yacimientos
6.2.- Yacimientos de bentonita en España
7.- EXPLOTACIÓN PROCESADO
Son materiales esmectíticos capaces de
hinchar y aumentar varias veces su
volumen en el contacto con el agua y
formar geles tixotrópicos cuando se les
añade en pequeñas cantidades
Fue propuesto en 1898 por Knight para
designar al material arcilloso
procedente de la formación "Bento
Shale“ Cretácica en Wyoming (EE:UU).
De acuerdo con la definición dada por
Grim en 1972 International Clay
Conference
"La bentonita es una arcilla
compuesta esencialmente por
minerales del grupo de las
esmectitas con independencia de su
génesis y modo de aparición".
La mayoría de los depósitos comerciales de bentonitas contienen
Ca y Mg como cationes de cambio principales.
– Sin embargo las esmécticas comienzan a ser inestables con el
tiempo, con la profundidad , el enterramiento y la diagénesis
alterándose a
Interestratificados, Ill.-Sm y
veces a K-
metabentonitas, en las que sus propiedades han sido destruidas
ampliamente.
POR
CONSIGUIENTE
LAS
ESMECTITAS
PURAS
SE
ENCUENTRAN ESENCIALMENTE EN ROCAS DE EDAD POSTMESOZOICA.
Aunque se conocen bentonitas Jurásicas, la mayoría de los
depósitos son Cretácicos o posteriores
de exploración.
criterio importante
INTRODUCCIÓN
PRODUCTOS COMERCIALES
Bentonita: arcilla compuesta esencialmente por
esmectitas
Bentonita
Bentonita cálcica
sódica
2+ +
Esmectita
cuyo
catión
intercambiable
es
el
Ca
Montmorillonita con un alto nivel de iones de Na
Propiedadfundamental:
fundamental:Muy
Hinchamiento
Propiedad
absorbente
Tambiénllamada:“Southern
conocida como: “Wyoming
También
Texas” o Bentonita” o
“Western
Bentonita”
“Mississippi
Bentonita”
“Fuller´s earth”
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CLASIFICACIÓN DE BENTONITAS
Patterson y Murray
propuesta por Odom):
(similar
a
la
a) Bentonitas altamente hinchables o sódicas
b) Bentonitas poco hinchables o cálcicas
c) Bentonitas moderadamente hinchables o
intermedias
CARACTERÍSTICAS
ESTRUCTURA
Esmectitas: filosilicatos
con estructura 2:1, tipo
TOT
T (tetraédrica)
O (octaédrica)
T (tetraédrica)
Gran diversidad
composicional.
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CARACTERÍSTICAS
ESTRUCTURA
Las esmectitas pueden ser de 2 tipos:
Dioctaédricas
2/3 posic. octa ocupadas
Al 3+
Trioctaédricas Todas posic octa. ocupadas
Mg 2+
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Cationes
Tetraé
Tetraédricos
Cationes Octaé
Octaédricos
Interlá
Interlámina
DIOCTAÉ
DIOCTAÉDRICAS
Montmorillonita
Si
Al + (Mg
(Mg,, Fe2+)
Beidelita
Si + Al
Al
Nontronita
Si + Al
Al + Fe3+
Saponita
Si + Al
Mg
Hectorita
Si
Mg + (Li
(Li,, F)
Estevensita
Si
Mg + Al
TRIOCTAÉ
TRIOCTAÉDRICAS
Ca,
Ca, Na,
Na, Mg
GRUPO DE LAS ESMECTITAS
DIOCTAEDRICAS
TRIOCTAEDRICAS
Montmorillonita
Beidellita
Nontronita
Estevensita
Hectorita
Saponita
Dioctaédricas
Montmorillonita
Si4O10 (Al2-X R2+X) (OH)2
nH2O c.cX
Sustitución en la capa
octaédrica
Beidellita
Si4-X AlXO10 (Al2) (OH)2
c.cX
Sustitución en la capa
tetraédrica
Nontronita Al y Fe
Trioctaédricas
Estevensitas
Si4O10 (Mg3-X R2+X) (OH)2
c.cX
Sustitución en la capa
octaédrica
Hectorita
Li en la capa octaédrica. H
y F
Saponita
Si4-X AlXO10 R2+3 (OH)2 c.cX
(R=Mg)
Sustitución en la capa
tetraédrica
c.c. = Na, K, Ca, Mg,...
La carga en la lámina 2:1 puede
producirse por la combinación de cuatro
mecanismos básicos:
1. Sustitución de R3+ (normalmente Al3+
o Fe3+) o, más raramente R2+ (Be) por Si4+
en posiciones tetraédricas.
2. Sustitución de R3+ o R2+ por R2+ o R3+
en posiciones octaédricas.
3. Existencia de vacancias en las
posiciones octaédricas.
4. Deshidroxilación de grupos (OH)-.
El resultado es una lámina cargada
negativamente, que dependiendo del valor
de esa carga da lugar a los diferentes
grupos de filosilicatos 2:1.
ESMECTITAS
La estructura de las
esmectitas dioctaédricas
deriva de la estructura de
la pirofilita, mediante las
sustituciones en las capas
tetraédrica y octaédrica.
Las estructuras de las
esmectitas trioctaédricas
derivan de la del talco.
La descompensación de
cargas, se neutraliza con
la entradas de cationes
(Na y Ca) y moléculas de
agua en la interlámina.
El número de capas de
moléculas
de
agua
depende del tipo de catión
y controlan el espaciado
basal de las esmectitas
cationes interlaminares + H2O
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ESMECTITAS
a) Cationes monovalentes (Na)
-> 1 capa de agua (12 Å)
b) Cationes divalentes (Ca o Mg) -> 2 capas de agua (14-15 Å)
CARACTERÍSTICAS
SUSTITUCIONES
Cationes
intercambiables:
Na+, Ca 2+ , K+,
Mg 2+, Li+ y H+
H2O
puede aumentar
el espaciado de la
estructura a lo largo del
eje c
+
Ca
Na2+
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ESMECTITAS
MEB.
PROPIEDADES
FÍSICOQUÍMICAS
Las propiedades de las bentonitas derivan,
principalmente, de:
Pequeño tamaño de partícula (inferior a 2
m).
Morfología laminar (filosilicatos).
Sustituciones isomórficas:
– Aparición de carga en las láminas
– Presencia de cationes débilmente ligados en el
espacio interlaminar.
PROPIEDADES
FÍSICOQUÍMICAS
1.- SUPERFICIE ESPECÍFICA
Área superficie externa
+
Área de la superficie interna (si existe)
(expresada en m2/g)
Bentonitas: elevada S.E. (150-800 m2/g). Muy
importante para ciertos usos industriales en los
que la interacción sólido-fluido depende
directamente de esta propiedad.
PROPIEDADES
FÍSICOQUÍMICAS
2.- CAPACIDAD DE INTERCAMBIO CATIÓNICO
CEC: suma de todos los cationes de cambio que un
mineral puede adsorber a un determinado pH.
Las cargas negativas del mineral se generan de 3 formas
distintas:
Sustituciones isomórficas dentro de la
estructura.
Enlaces insaturados en los bordes y superficies
externas.
Disociación de los grupos hidroxilo accesibles.
PROPIEDADES
FÍSICOQUÍMICAS
3.- HIDRATACIÓN E HINCHAMIENTO
Varía en función de la naturaleza del catión interlaminar
y la carga de la lámina.
Pueden aumentar su volumen hasta 15 veces (B. sódicas)
Función de:
Atracción electrostática cat.- lámina
+
E. hidratación del catión
PROPIEDADES
FÍSICOQUÍMICAS
4.- ALTA PLASTICIDAD
El agua forma una envuelta sobre las partículas
laminares de esmectita produciendo un efecto
lubricante que facilita el deslizamiento de unas
partículas sobre otras cuando se ejerce un
esfuerzo sobre ellas.
PROPIEDADES
FÍSICOQUÍMICAS
5.- VISCOSIDAD
Variaciones en el grado de dispersabilidad dentro
de un mismo yacimiento
Alta viscosidad: recubrimiento
sedimentario superior no es muy potente
y una gran parte del Fe se encuentre en
estado oxidado
Baja viscosidad: yacimientos con más de
10 m de recubrimiento y bajo estado de
oxidación del Fe
PROPIEDADES
FÍSICOQUÍMICAS
6.- TIXOTROPÍA
Pérdida de resistencia de un coloide, al amasarlo,
y su posterior recuperación con el tiempo
Debe tener un contenido en agua próximo a su
límite líquido
APLICACIONES
METALURGIA ( Arenas de moldeo )
Uso principal de la bentonita (alta cohesividad y
plasticidad)
Moldeo en arena: método básico en fundición
Arena + Bentonita (aglutinante) + Agua
Bentonita:
- Poder aglutinante
- Capacidad de formar pastas que
presentan una cierta cohesión.
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APLICACIONES
LODOS DE PERFORACIÓN
Fluidos bombeados que circulan a través del pozo
mientras este es perforado.
Uso final más difundido de la bentonita
Aprovechado por su alta viscosidad
Composición: según profundidad y material
Bentonita:
- Incrementa viscosidad del lodo
- Efectiva extracción de los
escombros a la superficie
.
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APLICACIONES
LODOS DE PERFORACIÓN
Funciones más importantes
que cumplen los lodos de
perforación:
Lubricación
Recubrimiento que no deja
filtrar agua en la
formación geológica
Soporte de parte del peso
del taladro
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Lodos de sondeo
APLICACIONES
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Pelletización de taconita (mena de Fe)
Elimina impurezas
Mejora la resistencia
Incrementa viscosidad
PELETIZACIÓN
Aglomeración del mineral
de hierro finamente
molido
Bentonita sódica + agua
confiere forma de
partículas esféricas , las
cuales son endurecidas
por cocción en hornos
rotatorios.
(6/8 Kg. Bentonita/
Tonelada de mineral de
hierro)
APLICACIONES
ALIMENTOS CONCENTRADOS PARA
ANIMALES
Adsorbentes de toxinas
– Actúa sobre los granos de cereales
– Impide proliferación de hongos causados por
la humedad y la temperatura
– Elimina toxinas
Alto poder astringente y
gran capacidad de adherencia
APLICACIONES
ALIMENTOS CONCENTRADOS PARA
ANIMALES
Bentonita + Agua + Jugos digestivos
Acción detoxificadora en el tracto intestinal
Complejo indisoluble: micotoxinas-bentonita
Eliminación con las heces
APLICACIONES
ALIMENTOS CONCENTRADOS PARA
ANIMALES
Aglutinantes en los procesos de peletización o
formación de gránulos
– No transmite sabor ni olor a los alimentos
– Excelente para la fabricación de pelets o
gránulos
– Actúa como lubricante y aumentando la dureza
APLICACIONES
ALIMENTOS CONCENTRADOS PARA
ANIMALES
Aditivo nutricional
– Favorece la interacción con proteínas,
péptidos y aminoácidos
– Vehículo para el suministro de vitaminas,
minerales, antibióticos y otros suplementos
alimenticios.
APLICACIONES
JABONES
La Bentonita se utiliza como carga en jabones,
por su poder emulsionante o por su afinidad por
las partículas carbonadas al efecto detergente.
Concentraciones de hasta 40 %:
– Alta calidad
– Muy económico
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APLICACIONES
JABONES
Ventajas del uso de bentonitas en jabones:
Gran poder emulsionante
Facultad de dispersarse en el agua
Penetra en las fibras y absorbe impurezas
Ablanda aguas duras
Poco sensible a la deformación y reblandecimiento
en el agua caliente.
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APLICACIONES
PUESTA A TIERRA
Suelos con alta resistividad (areniscas, zonas rocosas o
volcánicas)
Utilizada como agregado al terreno en el que se instalará la
puesta a tierra, con el fin de mejorar las descargas.
Objetivo: obtener humedad casi constante en el terreno:
– Aumenta la conductividad y eficacia de la instalación
– Coste menor con respecto a los convencionales
Requisitos:
– Bentonitas sódicas
– PH elevado (evitar corrosión)
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APLICACIONES
OBTURACIÓN DE
FUGAS
Uso de bentonitas como material de
sellado:
–
–
–
–
–
Capacidad de hinchamiento
Buena plasticidad
Lubricidad
Alta impermeabilidad
Compresibilidad
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APLICACIONES
OBTURACIÓN DE FUGAS
Blanket Method: el más utilizado para
impermeabilización. Se aplica directamente sobre
el suelo y las paredes que se van a tratar
Residuos tóxicos y radiactivos: la nueva
legislación favorece el uso de bentonita como
sellado para estos fines
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APLICACIONES
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IMPERMEABILIZACIÓN Y SELLADO
Objetivo: disminuir la permeabilidad de los suelos
Evitan contaminación de vertederos (impiden
escape de gases o lixiviados generados en ellos, o
a lo largo de las corrientes de agua)
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APLICACIONES
ADITIVOS PARA MORTEROS
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Adición de bentonita alcalina a los morteros de
cemento Pórtland o cementos magnesianos:
Aumenta la resistencia mecánica de estos
Acelera su fraguado
Contribuye a la impermeabilización
Ejerce acción plastificante
Se opone a los desagregados
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APLICACIONES
CAMAS DE GATO
Aprovecha sus propiedades adsorbentes
Facilidad para atrapar iones o moléculas de gas o
líquido
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APLICACIONES
OTROS USOS
Acondicionamiento de suelos para construcción y
agricultura.
Aislantes y electrotecnia.
Cerámica.
Refractarios.
Ingenieria civil y construcción.
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USOS DE LA BENTONITA (2005)
Absorbentes
24%
Lodos Perforación
20%
Otros
11%
Camas de gato
20%
Comida Animal
1%
Filtrado/Clarif. Impermeab./Sellado
3%
7%
Peletización
14%