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” www.colloid.com 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. www.sud-chemie.com www.bentocol.com CARACTERÍSTICAS ESTRUCTURA Las esmectitas pueden ser de 2 tipos: Dioctaédricas 2/3 posic. octa ocupadas Al 3+ Trioctaédricas Todas posic octa. ocupadas Mg 2+ www.bentocol.com 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 www.bentocol.com 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+ www.bentocol.com 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. www.sud-chemie.com www.bentocol.com 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 . www.sud-chemie.com 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 www.sud-chemie.com Lodos de sondeo APLICACIONES www. bentocol.com 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 www.bentocol.com 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. www.bentocol.com 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) www.sud-chemie.com APLICACIONES OBTURACIÓN DE FUGAS Uso de bentonitas como material de sellado: – – – – – Capacidad de hinchamiento Buena plasticidad Lubricidad Alta impermeabilidad Compresibilidad www.bentocol.com www.sud-chemie.com 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 www.sud-chemie.com APLICACIONES www.bentocol.com 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) www.sud-chemie.com APLICACIONES ADITIVOS PARA MORTEROS bentocol.com 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 www.sud-chemie.com APLICACIONES CAMAS DE GATO Aprovecha sus propiedades adsorbentes Facilidad para atrapar iones o moléculas de gas o líquido www.sud-chemie.com APLICACIONES OTROS USOS Acondicionamiento de suelos para construcción y agricultura. Aislantes y electrotecnia. Cerámica. Refractarios. Ingenieria civil y construcción. www.sud-chemie.com 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%