Caolinita

Introducción

En el siguiente trabajo vamos a hablar sobre los minerales arcillosos específicamente de los mas importantes para la ingeniería que son caolinita, montmorillanita e illinita y así obtener la importancia para la ingeniería civil acerca de estos minerales arcillosos en perspectiva química hablaremos mas como es su comportamiento a los diferentes cambios que tiene estos elemento a efectos químicos bueno antes de empezar recordaremos algo general sobre estos minerales.

Los minerales de la arcilla tales como la caolinita son altamente coloidales. Son formados en primer término, por el intemperismo químico de los minerales primarios como podemos observar en su composición química (H4Al2Si209). Los minerales de la arcilla no suministran nutrientes directamente para las plantas pero tienen la capacidad de adsorber o rete¬ner iones nutrientes en sus superficies. Son una parte de los materiales física y químicamente activos en los suelos. Los si¬licatos al ser sometidos a hidratación convergen como producto terminal (participan formando) a las arcillas (partículas con diámetros menores a 2 µ “micras”). Las rocas ígneas derivan en Basalto y el Granito. El Basalto está formado por silicatos principalmente sin cuarzo, de tal manera que los suelos derivados de este tendrán arcillas y limos. El granito por su parte contiene: cuarzo y feldespato ortoclasa, junto con micas (esto es Sílice y silicatos), que producirán arenas, limos y arcillas.

Brade-Birks (1962) hizo una representación diagramática que resume lo expuesto y se presenta en la figura 3.4. (Ver en Anexos)

Como podemos observar en el grafico los minerales de la arcilla es mas coloidal esto se da a los procesos químicos del intemperismo son mu¬cho más importantes en la formación de las arcillas. Por su tamaño, las arcillas (diámetro menor a 2 µm) son consideradas como coloides y como tales nos interesan dos de sus propiedades, específica¬mente su carga eléctrica (la cual es principalmente negativa) y su gran superficie específica. Todos los coloides se cargan eléctricamente, las arcillas y en gene¬ral los coloides del suelo están cargados en forma negativa. De tal forma que atraen cationes y si recordamos a los nutrientes esenciales para las plantas, la mayoría son elementos de carga positiva (K+, Ca2+, Mg2+, Fe2+, Zn2+, Cu2+, Mn2+) o tienden a formar radicales positivos (NH4+). Esto da por resultado que muchos de los nutrientes estén retenidos por arcillas o coloides del suelo y dada su cercanía y/o contacto directo con las raíces de la planta es posible que se provoque un intercambio de nutrimentos con las raíces, es por esto que estos minerales son de gran importancia. Por otra parte la otra propiedad fundamental de la arcillas es que poseen por su menor tamaño una mayor superficie específica, dando por resultado que las arcillas expongan mucha superficie donde pueden realizarse, entre otras, reacciones de intercambio catiónico. De manera general, son reconocidos dos grupos de arcillas: las silicatadas características de regiones templadas y las arcillas de óxido e hidróxidos de hierro y aluminio, encontradas en las zonas tropicales y semi¬tropicales.

A través de los estudios de Rayos X pudo diferenciarse a varios grupos de arcillas y sus propiedades características. La clasificación de arcillas que adoptaremos se presenta en la figura 1-A (Ver en Anexos)

Desarrollo

Recordadando los general de los minerales arcillosos comenzamos a desarrollar el estudio de los minerales principales que se encontrar en las arcillas silicatadas anteriormente visto ahora vemos como es el origen de ellas generalmente y procedemos a estudiar una por una.

Origen de las arcillas silicatadas

Con base en las propiedades cristalinas de las arcillas se han defini¬do en forma más precisa tres grandes grupos de materiales silicatados: cao¬linita, montmorillonita y micas hidratadas. Además de estas arcillas, en otro grupo importante, que no tiene denominación se tiene a la clorita y a la vermiculita. Entre las arcillas no silicatadas, se han clasificado a las de óxidos e hidróxidos de: hierro (goethita y limonita) y aluminio (gibsita). Las arcillas silicatadas se forman con más frecuencia a partir de ciertos minerales como, feldespatos, micas, anfíbolas y piroxenas. La transformación de es¬tos minerales en arcillas considera dos procesos distintos.

1. Por una alteración (intemperismo) y degradación físico-química de los minerales primarios. Este intemperismo en el caso de las arcillas principalmente se da por ataque químico que provoca una renovación de constituyentes solubles y sustitución de otros en su estructura (en su red cristalina). Ejemplo: alteración de la muscovita y su transformación a mica hidratada. La muscovita, mineral primario de tipo 2:1 es de estructura rígida. Al iniciarse el proceso de hidratación algunos átomos de K se pierden de la estructura cristalina y otras moléculas de H20 entran en la red producién¬dose un cristal menos rígido. También se incrementa relativamente al con¬tenido de sílice en comparación con el aluminio en lo que se llama estrato silícico.

2. Por una descomposición de los minerales originarios y la posterior recristalización de algunos de sus productos de descomposición. Este pro¬ceso es también llamado neoformación en la literatura francesa.

La Recristalización.- La cristalización de las arcillas silícicas se da a partir de los productos de intemperización solubles y provenientes de otros minerales es aún más importante en la génesis de la arcilla que su propia alteración. Un ejemplo es la formación de caolinita a partir de soluciones que contienen alúmina y sílice soluble. Este proceso de recristalización inserta un cambio completo de la forma estructural de los minerales originarios y es el resultado de una intemperización mayor a la requerida en el proceso de alteración. Además, esta cristalización hace posible la formación de varias arci¬llas a partir de un sólo mineral dado. El coloide silícico verdadero que se forma depende de las condiciones de intemperización y de los iones pre¬sentes en la solución meteorizada cuando ocurre la cristalización. Hay diferencias entre los estados de intemperización de los silicatos mientras que la caolinita representa el más avanzado, la montomorillonita corresponde a un lugar intermedio de la intemperización.

Respecto al origen de las arcillas individuales.- Las micas hidratadas, representadas por la illita, provienen en condiciones favorables de la alteración de las micas. La illita a la moscovita tanto en su estructura como en características, aparentemente sólo una leve alteración es necesaria para generar a la illita. En otros casos la illita aparentemente se forma de minerales origina¬les como los feldespatos potásicos por recristalización en presencia de abundante potasio. Aun la illita puede ser formada de la montmorillonita cuando ésta está en presencia de abundante potasio. Más común sin embar¬go, es la reacción inversa cuando la illita se intemperiza pasando a montmorillonita por pérdida de la mayor parte de su potasio (Fig. 3.5).

La clorita se forma en apariencia por alteración de la biotita, una mica magnésica rica en Fe. En este cambio se pierde Mg, K y Fe. Una alte¬ración posterior a la intemperización puede producir la illita o la ver¬miculita, que a su vez pueden ser alteradas pasando a montmorillonita.

La montmorillonita puede formarse por recristalización de varios mi¬nerales si las condiciones son las apropiadas como: condiciones de intemperización moderadas (comúnmente el paso de condiciones ácidas a alcalinas), una relativa abundancia de Mg y lixiviación moderada. Por alteración de otras arcillas silicatadas como la clorita, illita y vermiculita puede formarse también la montmorillonita.

La caolinita representa el estado más avanzado de intemperización que las otras arcillas silicatadas. Se forma por la descomposición de silica¬tos bajo condiciones de intemperización desde una moderada a fuerte acidez que produce la remoción de elementos alcalinos y alcalinotérreos. Los productos solubles de Al y Si pueden recristalizarse bajo determinadas condi¬ciones y formar a la caolinita. La caolinita a su vez está sujeta a descomposición sobre todo en los trópicos formándose los óxidos alumínicos y sílice hidratado soluble. Esta arcilla predomina en suelos tropicales o semitropicales.

Características de las Arcillas con Óxidos Hidratos

Las arcillas con hidróxidos son importantes por dos razones.

1. En regiones templadas se encuentran mezcladas con las arcillas si¬licatadas y

2. Este tipo de coloides frecuentemente predomina en los trópicos.

Los suelos rojos y amarillos de estas regiones, están constituidos en gran parte por hidróxidos de Fe (goethita y limonita) y Al (gibsita) de varios tipos. Frecuentemente se representan como Al(OH)3 y Fe (OH)3 pero las fórmu¬las más correctas probablemente serían Fe203.XH20 y Al203.XH20. X indica que el agua de hidratación asociada es diferente para diversos minerales. En los suelos, la gibsita (Al201.3H20) es sin duda el óxido de Al do¬minante mientras que la goethita (Fe203.H20) y la limonita (Fe203.XH20) son los hidróxidos más importantes del Fe. El número de cargas negativas por micela es muy pequeño y tienen menor poder de adsorción que la caoli¬nita. Muchos óxidos hidratados no son tan viscosos, plásticos y cohesivos como son los silicatos, por eso sus condiciones físicas son mejores.

Estructura de los Minerales Silicatados.

Generlamente las arcillas son de forma laminar. Esto indica que expo¬nen una gran extensión de superficie por

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