Las bentonitas tienen unas propiedades tales que hacen que sus usos sean muy amplios y diversos. Según Kendal (1996) las aplicaciones industrales mas importantes son




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* El entorno electroquímico (pH, salinidad, presencia de materia orgánica...),

* La carga eléctrica en la superficie de las partículas, que condiciona que se asocien en función de las fuerzas electrostáticas existentes entre ellas.

* Las condiciones físicas (presión temperatura, humedad...) en las que se encontraban las arcillas en el momento de su sedimentación.

En el caso de las esmectitas, debido a sus peculiares características estructurales y electroquímicas, las partículas aparecen como escamas que se asocian formando aglomerados. Los contactos entre las partículas pueden ser borde-borde o borde-cara (Van Olphen, Bennet, 1986) generando una textura denominada "honeycomb" muy habitual en este tipo de minerales. Otra microestructura asociada, generalmente, a las esmectitas es la denominada "cornflake", muy similar a la anterior pero con los bordes rizados y morfologías de partículas más irregulares. Ambas texturas, características de las bentonitas son, al menos en parte, responsables de su comportamiento reológico. A continuación se muestran fotos representativas de esmectitas.



 



 



 

2.4. Génesis

Los minerales del grupo de las esmectitas se forman y son estables en ambientes supergénicos. Son, posiblemente, el grupo de minerales de la arcilla más ampliamente representados en el medio exógeno. Se han encontrado asociadas a todos los tipos de sedimentos, tanto continentales como oceánicos. Son constituyentes esenciales de muchos suelos. Durante la diagénesis, se transforman en interestratificados illita/esmectita y posteriormente en illita o incluso clorita.

Esta aparición generalizada de las esmectitas en diversos ambientes, se debe a la diversidad de sus procesos de formación, ya que puede originarse tanto por alteración de rocas volcánicas, como por precipitación directa a partir de soluciones o por transformación de minerales preexistentes. Si bien, los mayores depósitos de bentonitas con interés económico se han formado por hidrólisis de rocas volcánicas. Debido a la amplitud del vulcanismo producido en todo el mundo a partir del Cretácico, existen yacimientos de bentonitas en todos los continentes, a excepción de la Antártida.

 

2.5. Tipología de yacimientos

De acuerdo con las características y el origen de los depósitos se distinguen cuatro tipos de yacimientos de bentonitas:

 

2.5.1. Alteración de cenizas o tobas volcánicas "in situ"

La mayor parte de los yacimientos importantes son de este tipo. En ellos la bentonita presenta una pureza elevada, conservando, a veces, algunas de las características texturales del material volcánico original. Este proceso de formación ha sido estudiado por numerosos autores (Hewett, 1917; Wherry, 1917; Slaughter y Earley, 1965, etc.).

Las bentonitas se forman por la alteración de cenizas o tobas volcánicas bajo una lámina de agua. La alteración consiste, esencialmente, en la desvitrificación de la ceniza seguida de la hidratación y cristalización de la esmectita a partir de numerosos núcleos. Durante la alteración se produce una pérdida de álcalis, así como la migración de la sílice, que se pone de manifiesto por las frecuentes silicificaciones que aparecen en las capas adyacentes.

La composición del material volcánico original puede ser variable, por ello, los distintos yacimientos de bentonitas formados por este proceso presentan importantes variaciones en su composición química y mineralógica y, como consecuencia, en sus propiedades. Sin embargo, en un mismo yacimiento hay una gran uniformidad mineralógica en la vertical, con ausencia de perfiles edáficos.

En la mayor parte de los casos la deposición de la ceniza precursora de la bentonita tuvo lugar en medio marino somero, aunque también se han encontrado bentonitas formadas en lagos salinos, estuarios, lagoons, o intercaladas entre capas de carbón. Generalmente se acepta, que la alteración de la ceniza o toba volcánica ha podido ser contemporanea con la acumulación del material original.

A este tipo corresponden los yacimientos de bentonitas calcicas de Milos y Miconos (Grecia), las formaciones cretácicas de bentonitas sódicas de Wyoming y Montana en la Región de Black Hills, y los de Cheto, en las proximidades de Chamberts (USA), los yacimientos miocenos de Bentonitas sódicas de Hokkaido y Honsu, y los del distrito de Higashikambara en Japón (Takeshi y Kato, 1969).

 

2.5.2. Alteración hidrotermal (generalmente de rocas ígneas)

Se trata de yacimientos de bentonitas asociados a zonas de fracturación. Presentan morfologías irregulares con cambios de composición graduales hacia las rocas encajantes, generalmente de caracter ígneo, encontrandose asociadas a otros minerales de origen hidrotermal. Este tipo de yacimientos ha sido estudiado por Papke (1969), y Kelley (1966) entre otros.

Ejemplos de este tipo son los yacimientos de Nevada y California (USA), Isla de Ponza (Italia), Oran (Argelia) y Almería (España) o los yacimientos de "Arcillas ácidas" de Tsuroika-shi, Yamagata y Kitambara (Japón). Estas bentonitas son destinadas fundamentalmente a la obtención de catalizadores para la industria del petroleo.

 

2.5.3. Alteración "deutérica" de materiales ígneos

Según Grim y Güven (1978) los "procesos deutéricos son aquellos cambios que tienen lugar en una roca ígnea inmediatamente después de su emplazamiento y como consecuencia de la reacción de gases y vapores incluidos en la masa ígnea con otros componentes. Sin embargo, es difícil separar estos procesos de formación de los fenómenos de alteración hidrotermal, ya que en muchos casos ambos se encuentran superpuestos.

Estos depósitos son muy escasos y de morfología muy irregular. Son de este tipo un conjunto de yacimientos de bentonita ligados a una secuencia volcánica de edad liásica que se extiende desde el sur de Monzambique hasta el estado de Natal en Sudáfrica. En ellos la alteración del material volcánico original a bentonita es muy irregular, dando lugar a la aparición de masas explotables, que en algunas zonas superan los 5 m de potencia, mientras que en otras, sin embargo, aparece perlita sin alterar o se pueden encontrar nódulos de esmectita dispersos en la masa de perlita.

 

2.5.4. Otros tipos de yacimientos

Se agrupan aquí, tanto yacimientos de bentonitas producidos a partir de rocas volcánicas pero por procesos distintos a los descritos anteriormente, como yacimientos en los que la génesis está ligada a procesos sedimentarios.

En el primer tipo se incluyen el yacimiento de hectorita de Hector, California (USA), formado por la alteración de tobas volcánicas en lagos alcalinos y los yacimientos explotados cerca de Shoshone, también en California, donde se explotan esmectitas trioctaédricas, formadas por la alteración de material volcánico (Sheppard y Gude, 1968). En ambos casos la alteración se produce por la actividad de aguas termales.

Del segundo tipo son los yacimientos de bentonitas de origen sedimentario, bien hayan sufrido transporte y deposición, como los de Barner, en la India (Siddique y Bahl, 1965), o Nevada (Papke, 1969), o hayan sido formados por precipitación en la cuenca de sedimentación, como los del Oeste africano (Millot, 1964), o los del Mioceno de la Cuenca de Madrid

Chamley y Millot (1972) también describen la neoformación de montmorillonita en sedimentos del archipiélago volcánico de Santorini, en Creta, donde las sílice es aportada por diatomeas y el aluminio procede de la hidrólisis de pumitas en medio marino.

 

2.6. Yacimientos españoles

En España las Bentonita se localizan en dos áreas con génesis distintas :

* Cuenca de Madrid:

Las principales explotaciones de este tipo se sitúan en Magán, al Norte de la ciudad de Toledo, y en los términos municipales de Pinto y Valdemoro en la provincia de Madrid (ITGE, 1995). Tienen un origen sedimentario, localizándose en las facies de "mud flat" lacustre del Mioceno de la Cuenca de Madrid. Los depósitos de bentonita tienen una estrecha relación espacial con los de sepiolita de esta Cuenca.

Se trata de niveles (que pueden alcanzar los 3 m de potencia) de esmectitas trioctaédricas de elevada pureza (> 85 % de saponita), con algunas intercalaciones de arenas micáceas y niveles de arcillas de color rosa de composición estevensítica. A techo suelen aparecer carbonatos (dolomita).

Están originadas por procesos de neoformación y transformación diagenética a partir de esmectitas dioctaédricas (García Romero et al. 1986, De Santiago et al. 1996).

Según los ensayos tecnológicos (Galán et al. 1986), se pueden utilizar para diversos usos: no sólo como arenas de fundición o lodos de perforación, sino tambien en peletización, como agentes espesantes, pinturas, etc.

 

* Región de Cabo de Gata (Almería):

Estos yacimientos se localizan en la zona del Cabo de Gata (Complejo volcánico del SE de España), en las formaciones eruptivas Sierra de Gata y Serrata de Níjar. El vulcanismo de la zona era un vulcanismo calcoalcalino s.s., consituido por andesitas basálticas, andesitas y riolitas. Los yacimientos de bentonitas se han formado por alteración hidrotemal de los materiales volcánicos. Los procesos de alteración se producen a favor de fracturas, por la acción de fluidos hidrotermales, que originan, en función de su composición alunita, jarosita, y caolinita o bentonitas.

Han sido numerosos los autores que han estudiado estos yacimientos (Gonzalez y Martín Vivaldi, 1949; Linares, 1963; Reyes, 1977, Leone et al. 1983, etc.). Mineralógicamente están compuestos por esmectita como mineral mayoritario, acompañado de pequeñas cantidades de feldespatos, cuarzo, anfibol, zeolitas; si bien, en general se trata de bentonitas con un contenido medio de esmectita muy altos. Las esmectitas presentan un gran variabilidad en la composición química, encontrándose desde términos sin carga tetraédrica a términos beidellíticos.

 

2.7. Extracción y procesado

2.7.1. Extracción

La explotación se efectúa a cielo abierto, utilizando medios mecánicos convencionales. La potencia del recubrimiento a remover varía de unos yacimientos a otros, pero, generalmente, en la mayor parte de las explotaciones son inferiores a los 15 m. Sin embargo, en los yacimientos del sur de Estados Unidos se explotan depósitos con más de 35 m de recubrimiento. En la mayor parte de los casos, dichos recubrimientos son blandos y poco cohesionados, lo que hace fácil su desmonte.

Muchos yacimientos son explotados de forma selectiva, en función de sus propiedades físicas. En ocasiones la bentonita de un mismo nivel se separa, incluso, hasta en tres calidades diferentes; otras calidades del producto pueden prepararse a partir de mezclas de diferentes materias primas.

 

2.7.2. Procesado

El procesado industrial del producto de cantera viene fijado por la naturaleza y uso a que se destine. Generalmente es sencillo, reduciédose a un machaqueo previo y eliminación de la humedad y finalmente, a una molienda hasta los tamaños de partícula deseados.

La bentonita de Wyoming, o altamente hinchable, cuando llega a la planta de tratamiento, suele contener aproximadamente un 30 % de humedad, mientras que en otras bentonitas puede ser del orden del 25 %. Después del procesado su humedad oscila entre un 7 y un 8 %. El secado se suele realizar en hornos secadores rotatorios de grandes dimensiones (20 m de longitud por 3 m de diámetro).

La temperatura de secado depende de la utilización posterior de la bentonita. Las temperaturas más altas se emplean cuando se prepara materia prima para la obtención de gránulos absorbentes y las más bajas, para las destinadas a aplicaciones coloidales.

La benonita seca se envasa y transporta, normalmente en contenedores de plástico o papel reforzado y, en ocasiones, sobre todo cuando se trata de granulados o cuando se requieren largos periodos del amacenamiento, en tambores metálicos de 40 Kg de capacidad.

Las hectoritas y algunas bentonitas de calidad especial se benefician mediante hidroclasificación. Esta consiste en una suspensión de arcilla en agua que se bombea a través de un circuito; durante el proceso, los minerales no arcillosos y otras impurezas se separan y eliminan de la suspensión. Posteriormente, la pasta obtenida se pasa a través de secadores de tambor y finalmente se muele.

 

3. APLICACIONES INDUSTRIALES

Desde el punto de vista industrial, la mayor parte de las aplicaciones no requieren especificaciones estrictas en cuanto a composición química (composición de las capas tetraédrica y octaédrica). Sin embargo, tienen importancia en el comportamiento de las bentonitas, el quimismo del espacio interlaminar y sus propiedades fisicoquímicas.

 

3.1. Propiedades fisicoquímicas

Las importantes aplicaciones industriales de este grupo de minerales radican en sus propiedades fisico-químicas. Dichas propiedades derivan, principalmente, de:

* Su extremadamente pequeño tamaño de partícula (inferior a 2 μm)

* Su morfología laminar (filosilicatos)

* Las sustituciones isomórficas, que dan lugar a la aparición de carga en las láminas y a la presencia de cationes débilmente ligados en el espacio interlaminar.

Como consecuencia de estos factores, presentan, por una parte, un valor elevado del área superficial y, a la vez, la presencia de una gran cantidad de superficie activa, con enlaces no saturados. Por ello pueden interaccionar con muy diversas sustancias, en especial compuestos polares, por lo que tienen comportamiento plástico en mezclas arcilla-agua con elevada proporción sólido/líquido y son capaces de hinchar, con el desarrollo de propiedades reológicas en suspensiones acuosas.

Por otra parte, la existencia de carga en las láminas se compensa, como ya se ha citado, con la entrada en el espacio interlaminar de cationes débilmente ligados y con estado variable de hidratación, que pueden ser intercambiados fácilmente mediante la puesta en contacto de la arcilla con una solución saturada en otros cationes, a esta propiedad se la conoce como capacidad de intercambio catiónico y es también la base de multitud de aplicaciones industriales.

 

3.1.1. Superficie específica

La 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 bentonitas poseen una elevada superficie específica (150-800 m2/g), muy importante para ciertos usos industriales en los que la interacción sólido-fluido depende directamente de esta propiedad.

 

3.1.2. Capacidad de Intercambio catiónico

Es una propiedad fundamental de las esmectitas. Son capaces de cambiar, fácilmente, los iones fijados en la superficie exterior de sus cristales, en los espacios interlaminares, o en otros espacios interiores de las estructuras, por otros existentes en las soluciones acuosas envolventes. La capacidad de intercambio catiónico (CEC) se puede definir como la suma de todos los cationes de cambio que un mineral puede adsorber a un determinado pH. Es equivalente a la medida del total de cargas negativas del mineral. Estas cargas negativas pueden ser generadas de tres formas diferentes:
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