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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

Facultad de IngenieraEscuela Acadmico Profesional de Ingeniera Geolgica

2.6 GEOLOGA ECONMICA

La arcilla es un material natural formado por granos de minerales. Este material sueleser sumamente moldeable al combinarlo con agua. Su combinacin con agua produce

una sustancia de consistencia similar al plstico, ms bien viscosa. Esta capacidad decambiar su estructura permite que se utilice a la arcilla como material de moldeo paradiferentes aplicaciones.La composicin de la arcilla consiste en silicatos de aluminio hidratados, estos sonproducidos por la descomposicin de algunos minerales de aluminio.Como se mencion antes, la arcilla mezclada con agua adquiere ciertos niveles deplasticidad que facilitan su moldeo. Al secarse, la arcilla endurece conserva la formacon la que se le molde. La forma ms com!n de secar la arcilla es mediante laaplicacin de calor dentro de hornos a temperaturas superiores a los "##$C.

1. ARCILLAS INDUSTRIALES

%o en d&a las arcillas comerciales, aquellas que sirven como materia prima industrialfiguran entre los recursos minerales ms importantes, tanto por el volumen e'plotadocomo por el valor de la produccin. (n )# * de la produccin se dedica,preferentemente a la fabricacin de materiales de construccin agregados. Slo un+# * se dedica a otras industrias fabricacin de papel, caucho, pinturas, absorbentes,decolorantes, arenas de moldeo, productos qu&micos farmac-uticos, agricultura, etc.

En general al primer tipo las que se utilizan en construccin se las denomina arcillascermicas, arcillas para la construccin o arcillas comunes, son arcillas compuestas

por dos o ms minerales de la arcilla, generalmente ilita esmectita, con importantescantidades de otros minerales que no son filosilicatos carbonatos, cuarzo.... Seutilizan para la fabricacin de materiales de construccin agregados.

Al segundo tipo se las denomina arcillas especiales, son arcillas constituidasfundamentalmente por un slo tipo de mineral de la arcilla, sus propiedadesdependen esencialmente de las caracter&sticas de ese mineral. Estas, a pesar de sermucho menos importantes en volumen, suponen ms del /# * del valor de las arcillascomerciales, son ob0eto de comercio internacional.

Las arcillas especiales se pueden dividir en caolines arcillas caolin&feras, bentonitas, sepiolita paligors1ita2

1.1. Caolines y arcillas caolinferas

(n caol&n es una roca que contiene una cierta proporcin de minerales del grupo de

caol&n, que puede ser econmicamente e'tra&da concentrada. Se trata,

generalmente, de una arcosa o arena caol&nifera, granito o gneis caolinitizado, que es

necesario procesar para enriquecer en minerales del grupo del caol&n.

La arcilla caolin&fera es tambi-n un caol&n en sentido amplio. 3gualmente, se trata de

una arcilla compuesta, fundamentalmente, de minerales del grupo del caol&n. Esta no

se procesa, se usa tal cual, e inicialmente los porcenta0es en minerales del grupo del

caol&n son ms altos que en el caol&n 45#*. Cuando el caol&n se usa para cermicablanca recibe la denominacin de China Cla.

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El caol&n, tal como se obtiene en una e'plotacin mineral caol&n bruto6todo uno posee

un contenido variable de caolinita 6o hallosita que, a veces no llega al 7# *, adems

suele tener cuarzo, feldespatos, micas, , dependiendo de la roca madre otro tipo de

minerales accesorios. 8ara concentrar el mineral es preciso someterlo a diferentes

procesos que eleven el contenido en filosilicatos por encima del "# *. El producto

final, generalmente, recibe el nombre de caol&n lavado.

Como la caolinita tiene un tama9o de part&cula mu peque9o, el lavado de las

fracciones groseras conduce a un material con alto contenido en caolinita. Es evidente

que cuanto maor sea el contenido en fracciones finas del caol&n bruto, maor ser

tambi-n el porcenta0e en caolinita. (n caol&n comercial de alta calidad apenas deber

tener part&culas superiores a los 7# mm, lo que garantizar&a una riqueza en caolinita

superior al "#*.

:tro t-rmino utilizado para arcillas especiales, con un indudable significado industrial,es el de arcillas refractarias2 Arcillas caolin&feras utilizadas para la fabricacin de

materiales cermicos refractarios.

;entro de este grupo pueden incluirse las denominadas ball


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cerca del Bolfo de -'ico, denominndose bentonita tipo Doming a las bentonitas

sdicas.

1.2.1.Tratamientos destinados a mejorar la calidad de las

bentonitas

En ocasiones se procede a someter a las bentonitas a procesos f&sicos qu&micos quetienen por ob0eto potenciar algunas de sus propiedades para determinadasaplicaciones industriales. ;esde el punto de vista industrial tienen gran importancia losprocesos destinados bien a modificar las propiedades de superficie del mineralmediante tratamientos de distinta natualeza tratamiento cido, t-rmico, o depilarizacin o bien a modificar el quimismo del espacio interlaminar. El tratamientocido produce la destruccin del mineral por disolucin de la capa octa-drica,generando silice amorfa procedente de la capa tetra-drica lo cuan conlleva unconsiderable incremento de la superficie espec&fica. As& mismo, aumentan lacapacidad de intercambio inico la actividad catal&tica. Las variaciones en el tipo dearcilla granulometr&a mineralog&a en el tipo grado de acidulacin tipo de cido,temperatura, tiempo de contacto, proporcin de arcilla, etc. darn lugar a diferentesproductos con diversas propiedades.

3gualmente, se puede efectuar una activacin sdica, sobre bentonitas clcicas,tratndolas con carbonato clcico, para obtener bentonitas sdicas.

orteam-rica, Europa Fapn son los principales productores de bentonitasactivadas.

Si los cationes de cambio inorgnicos de una esmectita son sustituidos por cationes

orgnicos de cadena larga tipo compuestos tetraamonio o al1ilamina, a esta arcilla sela denomina arcilla organof&lica. Las arcillas naturales son organofbicas> sin embargo,cuando son modificadas orgnicamente presentan afinidad por las mol-culasorgnicas> por ello tienen importantes aplicaciones como adsorbentes de residuosorgnicos. Adems son hidrofbicas, adecuadas para su empleo en la fabricacin depinturas, como gelificantes de l&quidos orgnicos, en lubricantes, etc.

El uso de la hectorita como base para las arcillas organof&licas est mu e'tendido, aque esta esmectita da un producto de alto poder gelificante en sistemas altamentepolarizados.

En +)/# comenz a funcionar por primera vez en %ouston =e'as una planta de

fabricacin de montmorillonita sint-tica. Se trata, en realidad, de un interestratificado alazar ilita6montmorillonita. El material se vende para catlisis en crac1ing,hidrogenacin6deshidrogenacin, como componente en catalizadores hidrotratantes.8osee un rea superficial de ++#


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1.3. Paligorskita-Sepiolita

Las sepiolitas paligors1itas son arcillas con un contenido en dichos minerales

superior al 5# *. Son minerales con hbito fibroso con una enorme rea superficialdebida tanto al peque9o tama9o de part&cula como la porosidad estructural que

presenta su estructura. La superficie espec&fica terica se calcula alrededor de los )##

m76g, aunque la superficie accesible es mu inferior.

Su peculiar estructura les confiere una serie de propiedades, entre ellas las de formar

suspensiones poco afectadas por la concentracin inica una enorme capacidad

sorcitiva, por lo que son poderosos decolorantes absorbentes. =ambi-n tienen

propiedades reolgicas, son capaces de formar geles suspensiones estables de alta

viscosidad a ba0as concentraciones de slido. Al igual que las esmectitas, son

susceptibles de ser activadas mediante tratamientos t-rmicos cidos.

1.. !tros tipos de arcillas especiales

=ambi-n pueden considerarse arcillas especiales las hallositas, compuestas

fundamentalmente por hallosita, mineral del grupo del caol&n las hectoritas,

compuestas por hectorita una esmectita, Las arcillas hallositicas tambi-n pueden

considerarse caolines, las hectoritas un tipo de bentonitas. Ambos tipos son mu

escasos en el mundo.

Hecientemente el termino arcilla especial ha sido restringido a!n ms por algunos

autores lo reservan para arcillas raras como la sepiolita o hectorita, poco

abundantes, o como la paligors1ita bentonitas blancas. =ambi-n lo usan para arcillas

modificadas qu&micamente como las bentonitas activadas con tratamientos cidos o

organof&licas, quedando fuera de la denominacin de arcillas especiales los caolines,

bentonitas , por supuesto las arcillas comunes.

2. APLICACIONES INDUSTRIALES

;esde el punto de vista industrial, la maor parte de las aplicaciones no requierenespecificaciones estrictas en cuanto a composicin qu&mica composicin de las capastetra-drica octa-drica. Sin embargo, en el caso de las bentonitas si tieneimportancia el quimismo del espacio interlaminar sus propiedades f&sico


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2.2. CaolnSe trata de un mineral mu importante desde el punto de vista industrial. %a sidoutilizando desde antiguo para numerosos usos. En el siglo IJ3 adquiri gran fama

entre la nobleza la porcelana fabricada a base de pastas cermicas ricas en caol&n.Los principales usos a los que se destina en la actualidad son2

2.2.1. $abricaci%n de papelEl principal consumidor de caol&n es la industria papelera, utilizando ms del 5# * dela produccin. En esta industria se usa tanto como carga, como para proporcionarle alpapel el acabado superficial o estucado. 8ara que pueda ser destinado a este uso lasespecificaciones de calidad requeridas son mu estrictas, tanto en pureza como encolor o tama9o de grano.

2.2.2. Cer&mica y refractarios

=ambi-n es importante el uso del caol&n en la fabricacin de materiales cermicosporcelana, gres, loza sanitaria o de mesa, electro cermica de refractariosaislantes t-rmicos cementos. Al igual que en el caso del papel las especificacionesrequeridas para el uso de caolines en cermica refractarios son estrictas en cuanto apureza tama9o de grano.

2.2.3. !tros #sosAdems se utilizan caolines, en menores proporciones, en otras industrias2 comocarga ms econmica sustituendo a las resinas en pinturas, aislantes, caucho.=ambi-n como carga de abonos, pesticidas alimentos de animales.La industria qu&mica consume cantidades importantes de caol&n en la fabricacin desulfato, fosfato cloruro de Al, as& como para la fabricacin de ceolitas sint-ticas.

A partir del caol&n calcinado se obtienen catalizadores fibras de vidrio.

La industria farmac-utica utiliza caol&n como elemento inerte en cosm-ticos comoelemento activo en absorbentes estomacales.

2.3. BentonitasSon mu numerosos los usos industriales de las bentonitas, tanto que resulta dif&cilenumerarlos todos. Los ms importantes son2

2.3.1. "renas de moldeoA pesar de que la industria ha evolucionado considerablemente en las !ltimas d-cadas ha ido sustituendo a las bentonitas por otros productos en la fabricacin de moldespara fundicin, -ste sigue siendo su uso principal.Las arenas de moldeo estn compuestas por arena arcilla, generalmente bentonita,que proporciona cohesin plasticidad a la mezcla, facilitando su moldeo dndoleresistencia suficiente para mantener la forma adquirida despu-s de retirar el moldeo mientras se vierte el material fundido.

La proporcin de las bentonitas en la mezcla var&a entre el 5 el +# *, pudiendo ser-sta tanto sdica como clcica, seg!n el uso a que se destine el molde. La bentonitasdica se usa en fundiciones de maor temperatura que la clcica por ser ms establea altas temperaturas, suelen utilizarse en fundicin de acero, hierro d!ctil maleable

en menor medida en la gama de los metales no f-rreos. 8or otro lado la bentonitaclcica facilita la produccin de moldes con ms complicados detalles se utiliza,principalmente, en fundicin de metales no f-rreos.



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El aumento de los costes de las materias primas est forzando a las fundiciones arecuperar las maores cantidades posibles de mezclas de arenas para ser usadas denuevo, si bien generalmente esto no afecta de forma sensible al consumo de

bentonita. El reciclado, en la maor&a de los casos, no es posible, pues la mezclaalcanza temperaturas superiores a los G5#+C, a esas temperaturas la arcilla pierdeparte de su agua de constitucin, proceso que es irreversible, pierde con ello suspropiedades, no pudiendo ser recuperada.

2.3.2. 'odos de perforaci%nA pesar de los importantes cambios que van sufriendo con el tiempo las formulacionesde los lodos de perforacin, comenz a utilizarse a principios del siglo II este siguesiendo uno de los mercados ms importantes de las bentonitas.Las funciones que debe cumplir el lodo son2

E'traccin del ripio limpieza del fondo del pozo

Enfriamiento de la herramienta de perforacin

Control de presiones de formacin estabilizacin de las paredes

antenimiento en suspensin del ripio

=ransmisin de potencia hidrulica al tricono

Soportar parte del peso de la sarta de perforacin

8ermitir la adicin de agentes densificantes

Las bentonitas de Doming son las ms utilizadas para la preparacin de lodos deperforacin.

2.3.3. Paleti(aci%n

La bentonita se ha venido usando desde los a9os 5# como agente aglutinante en laproduccin de pelets del material previamente pulverizado durante las tareas deseparacin concentracin. La proporcin de bentonita a9adida es del #,5*, en lamaor parte de los casos.Aunque no e'isten especificaciones estandarizadas para este uso, se empleanbentonitas sdicas, naturales o activadas, puesto que son las !nicas que formanbuenos pelets con las resistencias en verde en seco requeridas, as& como unaresistencia mecnica elevada tras la calcinacin.

2.3.. "bsorbentesLa elevada superficie espec&fica de la bentonita, le confiere una gran capacidad tantode absorcin como de adsorcin. ;ebido a esto se emplea en decoloracin

clarificacin de aceites, vinos, sidras, cervezas, etc. =ienen gran importancia en losprocesos industriales de purificacin de aguas que contengan diferentes tipos deaceites industriales contaminantes orgnicos.Se utiliza adems como soporte de productos qu&micos, como por e0emplo herbicidas,pesticidas e insecticidas, posibilitando una distribucin homog-nea del producto t'ico.

En los !ltimos a9os, adems, estn compitiendo con otras arcillas absorbentessepiolita paligors1ita como materia prima para la fabricacin de lechos de animales.La demanda de bentonitas para este uso var&a sustancialmente de unos pa&ses aotros, as& en Estados (nidos comenzaron a utilizarse a finales de los a9os "#, sinembargo en Europa el mercado es ms comple0o su demanda mucho menor.

2.3.). *aterial de sellado



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La creciente importancia que est tomado en los !ltimos a9os, por parte de losgobiernos de toda Europa, la legislacin en lo referente a medio ambiente, hafavorecido la apertura desarrollo de todo un mercado orientado hacia el uso debentonitas como material de sellado en depsitos de residuos tanto t'icos

peligrosos, como radiactivos de ba0a media actividad.;urante muchos a9os las bentonitas se han venido utilizando en mezclas de suelos entorno a los vertederos, con el fin de disminuir la permeabilidad de los mismos. ;e estaforma se impide el escape de gases o li'iviados generados en el depsito. Estamezcla se pod&a realizar in situ o sacando el suelo de su emplazamiento, mezclndolocon la bentonita volvi-ndolo a colocar en su sitio, la venta0a de la primera alternativaes que supone un gasto menor pero, sin embargo, implica una mezcla menoshomog-nea. La segunda alternativa, sin embargo, es ms cara pero asegura uname0or homogeneizacin de la mezcla bentonita


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e+aa+iones% paa impemeabi"iza tin+,eas% estabi"iza+i(n 'e+,a+as% et+*Paa -!e p!e'an se !ti"iza'as ,an 'e esta 'ota'as 'e !n ma+a'o+a+te tiot(pi+o% is+osi'a'% a"ta +apa+i'a' 'e ,in+,amiento &b!ena 'ispesabi"i'a'* Las bentonitas s('i+as o +"+i+as a+tia'asson "as -!e pesentan "as meoes popie'a'es paa este !so*

Los !sos en este +ampo se p!e'en es!mi en

ea+i(n 'e membanas impemeab"es en tono a baeas ene" s!e"o% o +omo sopote 'e e+aa+iones*

Peen+i(n 'e ,!n'imientos* En "as obas% se p!e'e eita e"'esp"ome 'e pae'es "!bi+n'o"as +on "e+,a'as 'e bentonita*

Pote++i(n 'e t!beas +omo "!bi+ante & e""enan'o gietas*

En +ementos a!menta s! +apa+i'a' 'e se tabaa'o & s!p"asti+i'a'*

En t.ne"es A&!'a a "a estabi"iza+i(n & sopote en "a+onst!++i(n 'e t.ne"es* A+t.a +omo "!bi+ante 6!n 375 8 'e"o'o 'e bentonita s('i+a manteni'a a 'etemina'a pesi(nsopota e" 9ente 'e" t.ne":* ;ambi


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2.3./. Cat&lisisEl uso de aluminosilicatos en diferentes campos de la catlisis es tan antiguo como elpropio concepto de catlisis. Son muchas las aplicaciones de las arcillas comocatalizadores o soporte de catalizadores en diferentes procesos qu&micos. As&, son

utilizadas en reacciones de desulfuracin de gasolina, isomerizacin de terpenos,polimerizacin de olefinas, crac1ing de pertroleo, etc.Las propiedades catal&ticas de las bentonitas son resultado directo de su elevadasuperficie espec&fica tipo de centros activos.

La pilarizacin consiste en introducir, en el espacio interlaminar de una esmectita, unpolicatin mu voluminoso que, tras calcinacin, da lugar a un o'ido estable quedetermina una porosidad fi0a permanente de tama9o controlado tamicesmoleculares.

2.3.0. ,nd#stria farmac#tica;esde hace tiempo las arcillas se vienen usando como e'cipiente por la industriafarmac-utica. ;ebido a que no son t'icas, ni irritantes, a que no pueden serabsorbidas por el cuerpo humano se utilizan para la elaboracin de preparacionestanto de uso tpico como oral. Se utiliza como adsorbente, estabilizante, espesante,agente suspensor como modificador de la viscosidad.Su principal uso es la preparacin de suspensiones tpicas, geles soluciones.Cuando se usa como parte de una preparacin oral, su naturaleza adsorbente puedeenmascarar el sabor de otros ingredientes, o puede ralentizar la liberacin de ciertosfrmacos catinicos la hectorita la saponita se utilizan como frmacos o drogasretardantes.

Como en el resto de los e'cipientes, las cantidades que se requieren son peque9as.

Beneralmente las concentraciones de bentonita como agente de soporte es del #,5


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Las arcillas con paligors1ita o sepiolita como mineral maoritario son raras. Son

arcillas conocidas desde antiguo. Los maas fabricaban el azul aa con paligors1ita.

La sepiolita se ha utilizado desde antiguo para fabricar pipas pipas de espuma de

mar. Adems entre +/5 +"#" se preparaba con sepiolita de Jallecas la pasta de la

famosa porcelana del buen Hetiro. En Jallecas est el acimiento ms importante del

mundo de este mineral.

Los usos de estas dos sustancias son consecuencia de sus propiedades reolgicas,

ti'otrop&a, alta superficie espec&fica, ba0a capacidad de cambio , sobre todo, su

elevado poder absorbente. 8or ello se utilizan en2

Como absorbentes, para lechos de animales, suelos...

Como soporte en aerosoles aero geles para pesticidas fertilizantes.

8or sus propiedades adsorbentes, en la purificacin de productos de

petrleo, az!car,... En procesos de filtracin, floculacin clarificacin

8or sus propiedades reolgicas, en los dos de perforacin con base de

agua salada, farmacia, pinturas, resinas, cosm-tica.

En cermica aislantes

En nutricin animal.

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