Bentonita

Desde el punto de vista mineralógico, engloba a un grupo de minerales (minerales de la arcilla), filosilicatos en su mayor parte, cuyas propiedades fisico-químicas dependen de su estructura y de su tamaño de grano, muy fino (inferior a 2 mm).

Desde el punto de vista petrológico la arcilla es una roca sedimentaria, en la mayor parte de los casos de origen detrítico, con características bien definidas. Para un sedimentólogo, arcilla es un término granulométrico, que abarca los sedimentos con un tamaño de grano inferior a 2 mm.

Para un ceramista una arcilla es un material natural que cuando se mezcla con agua en la cantidad adecuada se convierte en una pasta plástica. Desde el punto de vista económico las arcillas son un grupo de minerales industriales con diferentes características mineralógicas y genéticas y con distintas propiedades tecnológicas y aplicaciones.

Por tanto, el término arcilla no sólo tiene connotaciones mineralógicas, sino también de tamaño de partícula, en este sentido se consideran arcillas todas las fracciones con un tamaño de grano inferior a 2 mm. Según esto todos los filosilicatos pueden considerarse verdaderas arcillas si se encuentran dentro de dicho rango de tamaños, incluso minerales no pertenecientes al grupo de los filosilicatos (cuarzo, feldespatos, etc.) pueden ser considerados partículas arcillosas cuando están incluidos en un sedimento arcilloso y sus tamaños no superan las 2 mm.

Las arcillas son constituyentes esenciales de gran parte de los suelos y sedimentos debido a que son, en su mayor parte, productos finales de la meteorización de los silicatos que, formados a mayores presiones y temperaturas, en el medio exógeno se hidrolizan.

Como veremos, las propiedades de las arcillas son consecuencia de sus características estructurales. Por ello es imprescindible conocer la estructura de los filosilicatos para poder comprender sus propiedades.

Las arcillas, al igual que el resto de los filosilicatos, presentan una estructura basada en el apilamiento de planos de iones oxígeno e hidroxilos. Los grupos tetraédricos (SiO)44- se unen compartiendo tres de sus cuatro oxígenos con otros vecinos formando capas, de extensión infinita y fórmula (Si2O5)2-, que constituyen la unidad fundamental de los filosilicatos. En ellas los tetraedros se distribuyen formando hexágonos. El silicio tetraédrico puede estar, en parte, sustituido por Al3+ o Fe3+.

Estas capas tetraédricas se unen a otras octaédricas de tipo gibbsita o brucita. En ellas algunos Al3+ o Mg2+, pueden estar sustituidos por Fe2+ o Fe3+ y más raramente por Li, Cr, Mn, Ni, Cu o Zn. El plano de unión entre ambas capas está formado por los oxígenos de los tetraedros que se encontraban sin compartir con otros tetraedros (oxígenos apicales), y por grupos (OH)- de la capa brucitica o gibsitica, de forma que, en este plano, quede un (OH)- en el centro de cada hexágono formado por 6 oxígenos apicales. El resto de los (OH)- son reemplazados por los oxígenos de los tetraedros (Figura siguiente).

Una unión similar puede ocurrir en la superficie opuesta de la capa octaédrica. Así, los filosilicatos pueden estar formados por dos capas: tetraédrica más octaédrica y se denominan bilaminares, 1:1, o T:O; o bien por tres capas: una octaédrica y dos tetraédricas, denominándose trilaminares, 2:1 o T:O:T. A la unidad formada por la unión de una capa octaédrica más una o dos tetraédricas se la denomina lámina.

Si todos los huecos octaédricos están ocupados, la lámina se denomina trioctaédrica (Mg2+ dominante en la capa octaédrica). Si solo están ocupadas dos tercios de las posiciones octaédricas y el tercio restante está vacante, se denomina dioctaédrica (el Al3+ es el catión octaédrico dominante).

En algunos filosilicatos (esmectitas, vermiculitas, micas...) las láminas no son eléctricamente neutras debido a las sustituciones de unos cationes por otros de distinta carga. El balance de carga se mantiene por la presencia, en el espacio interlaminar, o espacio existente entre dos láminas consecutivas, de cationes (como por ejemplo en el grupo de las micas), cationes hidratados (como en las vermiculitas y esmectitas) o grupos hidroxilo coordinados octaédricamente, similares a las capas octaédricas, como sucede en las cloritas. A éstas últimas también se las denomina T:O:T:O o 2:1:1. La unidad formada por una lámina más la interlámina es la unidad estructural. Los cationes interlaminares más frecuentes son alcalinos (Na y K) o alcalinotérreos (Mg y Ca).

Las fuerzas que unen las diferentes unidades estructurales son más débiles que las existentes entre los iones de una misma lámina, por ese motivo los filosilicatos tienen una clara dirección de exfoliación, paralela a las láminas.

También pertenecen a este grupo de minerales la sepiolita y la paligorskita, a pesar de presentar diferencias estructurales con el resto de los filosilicatos. Estructuralmente están formadas por láminas discontinuas de tipo mica. A diferencia del resto de los filosilicatos, que son laminares, éstos tienen hábito fibroso (figura siguiente), ya que la capa basal de oxígenos es continua, pero los oxígenos apicales sufren una inversión periódica cada 8 posiciones octaédricas (sepiolita) o cada 5 posiciones (paligorskita). Esta inversión da lugar a la interrupción de la capa octaédrica que es discontinua.

Los filosilicatos se clasifican atendiendo a que sean bilaminares o trilaminares y dioctaédricos o trioctaédricos (Tabla siguiente). Como puede verse pertenecen a los filosilicatos grupos de minerales tan importantes como las micas y las arcillas.

	DIOCTAÉDRICOS		TRIOCTAÉDRICOS			CARGA
BILAMINARES T:O 1:1		Caolinita		Antigorita	X = 0
	CANDITAS	Nacrita	SERPENTINA	Crisotilo
		Dickita		Lizardita
		Halloisita		Bertierina

TRILAMINARES T:O:T 2:1	Pirofilita		Talco		X = 0
		Montmorillonita		Saponita	X = 0,2-0,6
	ESMECTITAS	Beidellita	ESMECTITAS	Hectorita
		Nontronita
	Vermiculitas		Vermiculitas		X = 0,6-0,9
	Illitas				X = 0,9
		Moscovita		Biotita	X = 1
	MICAS	Paragonita	MICAS	Flogopita
				Lepidolita
T:O.T:O 2:1:1	CLORITAS
FIBROSOS	Paligorskita		Sepiolita

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 mm)
- 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 en algunos casos 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.

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 arcillas poseen una elevada superficie específica, muy importante para ciertos usos industriales en los que la interacción sólido-fluido depende directamente de esta propiedad.

A continuación se muestran algunos ejemplos de superficies específicas de arcillas:

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:

A continuación se muestran algunos ejemplos de capacidad de intercambio catiónico (en meq/100 g):

La capacidad de absorción está directamente relacionada con las características texturales (superficie específica y porosidad) y se puede hablar de dos tipos de procesos que difícilmente se dan de forma aislada: absorción (cuando se trata fundamentalmente de procesos físicos como la retención por capilaridad) y adsorción (cuando existe una interacción de tipo químico entre el adsorbente, en este caso la arcilla, y el líquido o gas adsorbido, denominado adsorbato).

La capacidad de adsorción se expresa en porcentaje de absorbato con respecto a la masa y depende, para una misma arcilla, de la sustancia de que se trate. La absorción de agua de arcillas absorbentes es mayor del 100% con respecto al peso.

La hidratación y deshidratación del espacio interlaminar son propiedades características de las esmectitas, y cuya importancia es crucial en los diferentes usos industriales. Aunque hidratación y deshidratación ocurren con independencia del tipo de catión de cambio presente, el grado de hidratación sí está ligado a la naturaleza del catión interlaminar y a la carga de la lámina.

La absorción de agua en el espacio interlaminar tiene como consecuencia la separación de las láminas dando lugar al hinchamiento. Este proceso depende del balance entre la atracción electrostática catión-lámina y la energía de hidratación del catión. A medida que se intercalan capas de agua y la separación entre las láminas aumenta, las fuerzas que predominan son de repulsión electrostática entre láminas, lo que contribuye a que el proceso de hinchamiento pueda llegar a disociar completamente unas láminas de otras. Cuando el catión interlaminar es el sodio, las esmectitas tienen una gran capacidad de hinchamiento, pudiendo llegar a producirse la completa disociación de cristales individuales de esmectita, teniendo como resultado un alto grado de dispersión y un máximo desarrollo de propiedades coloidales. Si por el contrario, tienen Ca o Mg como cationes de cambio su capacidad de hinchamiento será mucho más reducida.

Las arcillas son eminentemente plásticas. Esta propiedad se debe a que el agua forma una envuelta sobre las partículas laminares produciendo un efecto lubricante que facilita el deslizamiento de unas partículas sobre otras cuando se ejerce un esfuerzo sobre ellas.

La elevada plasticidad de las arcillas es consecuencia, nuevamente, de su morfología laminar, tamaño de partícula extremadamente pequeño (elevada área superficial) y alta capacidad de hinchamiento.

Generalmente, esta plasticidad puede ser cuantificada mediante la determinación de los índices de Atterberg (Límite Líquido, Límite Plástico y Límite de Retracción). Estos límites marcan una separación arbitraria entre los cuatro estados o modos de comportamiento de un suelo sólido, semisólido, plástico y semilíquido o viscoso (Jiménez Salas, et al. , 1975).

La relación existente entre el límite líquido y el índice de plasticidad ofrece una gran información sobre la composición granulométrica, comportamiento, naturaleza y calidad de la arcilla. Existe una gran variación entre los límites de Atterberg de diferentes minerales de la arcilla, e incluso para un mismo mineral arcilloso, en función del catión de cambio. En gran parte, esta variación se debe a la diferencia en el tamaño de partícula y al grado de perfección del cristal. En general, cuanto más pequeñas son las partículas y más imperfecta su estructura, más plástico es el material.

La tixotropía se define como el fenómeno consistente en la pérdida de resistencia de un coloide, al amasarlo, y su posterior recuperación con el tiempo. Las arcillas tixotrópicas cuando son amasadas se convierten en un verdadero líquido. Si, a continuación, se las deja en reposo recuperan la cohesión, así como el comportamiento sólido. Para que una arcilla tixotrópica muestre este especial comportamiento deberá poseer un contenido en agua próximo a su límite líquido. Por el contrario, en torno a su límite plástico no existe posibilidad de comportamiento tixotrópico.

Hoy en día las arcillas comerciales, aquellas que sirven como materia prima industrial figuran entre los recursos minerales más importantes, tanto por el volumen explotado como por el valor de la producción. Un 90 % de la producción se dedica, preferentemente a la fabricación de materiales de construcción y agregados. Sólo un 10 % se dedica a otras industrias (fabricación de papel, caucho, pinturas, absorbentes, decolorantes, arenas de moldeo, productos químicos y farmacéuticos, agricultura, etc.)

En general al primer tipo (las que se utilizan en construcción) se las denomina arcillas cerámicas, arcillas para la construcción o arcillas comunes, son arcillas compuestas por dos o más minerales de la arcilla, generalmente ilita y esmectita, con importantes cantidades de otros minerales que no son filosilicatos (carbonatos, cuarzo...). Se utilizan para la fabricación de materiales de construcción y agregados.

Al segundo tipo se las denomina arcillas especiales, son arcillas constituidas fundamentalmente por un sólo tipo de mineral de la arcilla, y sus propiedades dependen esencialmente de las características de ese mineral. Estas, a pesar de ser mucho menos importantes en volumen, suponen más del 70 % del valor de las arcillas comerciales, y son objeto de comercio internacional.

Las arcillas especiales se pueden dividir en caolines y arcillas caoliníferas, y bentonitas, sepiolita y paligorskita:

Un caolín es una roca que contiene una cierta proporción de minerales del grupo de caolín, que puede ser económicamente extraída y concentrada. Se trata, generalmente, de una arcosa o arena caolínifera, granito o gneis caolinitizado, que es necesario procesar para enriquecer en minerales del grupo del caolín.

La arcilla caolinífera es también un caolín en sentido amplio. Igualmente, se trata de una arcilla compuesta, fundamentalmente, de minerales del grupo del caolín. Esta no se procesa, se usa tal cual, e inicialmente los porcentajes en minerales del grupo del caolín son más altos que en el caolín (>50%). Cuando el caolín se usa para cerámica blanca recibe la denominación de China Clay.

El caolín, tal como se obtiene en una explotación mineral (caolín bruto/todo uno) posee un contenido variable de caolinita y/o halloysita que, a veces no llega al 20 %, además suele tener cuarzo, feldespatos, micas, y, dependiendo de la roca madre otro tipo de minerales accesorios. Para concentrar el mineral es preciso someterlo a diferentes procesos que eleven el contenido en filosilicatos por encima del 80 %. El producto final, generalmente, recibe el nombre de caolín lavado.

Como la caolinita tiene un tamaño de partícula muy pequeño, el lavado de las fracciones groseras conduce a un material con alto contenido en caolinita. Es evidente que cuanto mayor sea el contenido en fracciones finas del caolín bruto, mayor será también el porcentaje en caolinita. Un caolín comercial de alta calidad a penas deberá tener partículas superiores a las 20mm, lo que garantizaría una riqueza en caolinita superior al 80%.

Otro término utilizado para arcillas especiales, con un indudable significado industrial, es el de arcillas refractarias: Arcillas caoliníferas utilizadas para la fabricación de materiales cerámicos refractarios.

Dentro de este grupo pueden incluirse las denominadas ball-clays, o arcillas caoliníferas plásticas y dispersables en agua, que son grises o negras pero que cuecen blanco. Son los materiales más interesantes para la fabricación de cerámica blanca de gran calidad. Las fire-clays o arcillas refractarias propiamente dichas, suelen tener óxidos de hierro, lo que hace que no cuezan blanco. Las flint-clays o arcillas caoliníferas duras, carentes de plasticidad se utilizan fundamentalmente para la fabricación de refractarios silicoaluminosos. Por último las Tonsteins (Underclays), son muy similares a las flint-clays, son niveles volcánicos.

Antiguamente se conocían algunas aplicaciones de las denominadas bentonitas. Ya los romanos aprovechaban las propiedades de la "Tierra de Bataneros", tanto en cerámica, como en la limpieza de tejidos y como desengrasante, por sus propiedades jabonosas. Unos siglos antes, los egipcios y los griegos, también aplicaron estos mismos productos en idénticas o similares utilizaciones.
En la Edad Media se tienen noticias de que por las calles de París se vendían las Tierras Esmectíticas como un producto desengrasante. Es probable que como tales se comercializaran arcillas de alto poder coloidal.
L os primeros yacimientos se encontraron en Fort Benton -en el estado de Illinois, USA- hace 100 años.
Las propiedades físicas de estas arcillas (especiales) de Wyoming le dieron rápidamente un alto valor comercial y sus usos en lodos para sondeos, aglomerante de arenas de moldeo, decoloración de aceites, etc. originaron un desarrollo de un gran complejo industrial en Wyoming, lo que por otra parte indujo a la búsqueda de nuevos yacimientos. Pronto fueron encontradas bentonitas en Misissipi, Texas, Arizona y California, como así también en Inglaterra, Alemania, Italia, España, Rusia y Japón.
Es notable, que antes de tener un nombre propio, de estas destacadas arcillas, ya se conocían algunas de sus propiedades y usos, como lo demuestra el hecho de que, en 1888, se hizo desde Rock Creek, Wyoming, el primer embarque con interés comercial
El nombre “bentonita” fue propuesto en 1898 por Knight para designar al material arcilloso procedente de esta formación, de ahí proviene su nombre.
La bentonita tiene su origen en las cenizas volcánicas y el efecto complementario de la erosión. Las cenizas se asientan en los valles y se hunden en la tierra a poca profundidad. Estas vetas de bentonita acostumbran a tener un espesor de 1 ó 2 metros y están enterradas a unos 25 metros de profundidad.
Las bentonitas son arcillas de estructura laminar que pertenecen al grupo de los filosilicatos. La montmorillonita es el mineral predominante. Habitualmente, se las consideran como silicatos de aluminio, de fórmula simplificada:

La denominación montmorillonita, se debe a que el primer yacimiento que se descubrió en Europa, está ubicado en la localidad de Montmorillón, al sur de Francia. 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 agua en pequeñas cantidades.
De acuerdo con la definición dada por Grimen 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 Cay 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 post-mesozoica.
Aunque se conocen bentonitas Jurásicas, la mayoría de los depósitos son Cretácicos o posteriores (criterio importante de exploración).

Están constituidas por montmorillonita que contiene naturalmente iones intercambiables de sodio. Estas bentonitas son usadas en lodos para perforación y como ligante en la pelletización de mineral de hierro.

Están constituidas por montmorillonita que contiene principalmente iones intercambiables de calcio. Este tipo tiene menor capacidad de hinchamiento que las variedades sódicas. Esta cualidad es particularmente importante para el uso en pastas cerámicas.

c) Bentonitas con activación alcalina
Son bentonitas que se obtienen por el intercambio de cationes alcalino-térreos por cationes alcalinos en la montmorillonita. Esta activación provoca una mayor plasticidad, viscosidad y tixotropía de la bentonita, como así también una gran capacidad de hinchamiento.

La familia de las arcillas son filosilicatos hidratados, que se presentan en cristales muy pequeños (<4-8 mm) y principalmente en forma de láminas hexagonales (mazo de naipes), es decir son silicatos cuya estructura está compuesta por capas.

Los minerales que integran la familia de las arcillas son muy numerosos y han sido el motivo de muchísimos estudios científicos, pero hay dos grupos que monopolizaron la mayoría de los trabajos: las caolinitas o kanditas (minerales del caolín) y las esmectitas (montmorillonita).
Los aspectos estructurales, físico-químicos, de composición, génesis, tipo de yacimientos, propiedades tecnológicas, usos, etc. han sido profundamente estudiados, porque dentro del grupo de las arcillas, son los que mayor interés económico presentan.

Estructuralmente estos dos grupos se diferencian en:
- Capas bilaminares: ej. caolinita
- Capas trilaminares: ej. illita, montmorillonita, clorita, etc.

Esmectitas: filosilicatos con estructura 2:1, tipo TOT
T (tetraédrica)
O (octaédrica)
T (tetraédrica)
Gran diversidad composicional

• Pequeño tamaño de partícula (inferior a 2 μm).
• Morfología laminar (filosilicatos).
• Sustituciones isomórficas:
– Aparición de carga en las láminas.
– Presencia de cationes débilmente ligados en el espacio interlaminar.

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.

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.

El primer tipo es conocido como carga permanente y supone un 80 % de la carga neta de la partícula; además es independiente de las condiciones de pH y actividad iónica del medio. Los dos últimos tipos de origen varían en función del pH y de la actividad iónica. Corresponden a bordes cristalinos, químicamente activos y representan el 20 % de la carga total de la lámina. A continuación se muestran algunos ejemplos de capacidad de intercambio catiónico (en meq/100 g):
• Caolinita: 3-5
• Halloisita: 10-40
• Illita: 10-50
• Clorita: 10-50
• Vermiculita: 100-200
• Montmorillonita: 80-200
• Sepiolita-paligorskita: 20-35

Varía en función de la naturaleza del catión interlaminar y la carga de la lámina. Pueden aumentar su volumen hasta 15 veces (B. sódicas) La hidratación y deshidratación del espacio interlaminar son propiedades características de las esmectitas, y cuya importancia es crucial en los diferentes usos industriales. Aunque hidratación y deshidratación ocurren con independencia del tipo de catión de cambio presente, el grado de hidratación sí está ligado a la naturaleza del catión interlaminar y a la carga de la lámina. La absorción de agua en el espacio interlaminar tiene como consecuencia la separación de las láminas dando lugar al hinchamiento. Este proceso depende del balance entre la atracción electrostática catión-lámina y la energía de hidratación del catión. A medida que se intercalan capas de agua y la separación entre las láminas aumenta, las fuerzas que predominan son de repulsión electrostática entre láminas, lo que contribuye a que el proceso de hinchamiento pueda llegar a disociar completamente unas láminas de otras. Cuando el catión interlaminar es el sodio, las esmectitas tienen una gran capacidad de hinchamiento, pudiendo llegar a producirse la completa disociación de cristales individuales de esmectita, teniendo como resultado un alto
grado de dispersión y un máximo desarrollo de propiedades coloidales. Si por el contrario, tienen Ca o Mg como cationes de cambio su capacidad de hinchamiento será mucho más reducida.

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.
Las arcillas son eminentemente plásticas. Esta propiedad se debe a que el agua forma una envuelta sobre las partículas laminares produciendo un efecto lubricante que facilita el deslizamiento de unas partículas sobre otras cuando se ejerce un esfuerzo sobre ellas. La elevada plasticidad de las arcillas es consecuencia, nuevamente, de su morfología laminar, tamaño de partícula extremadamente pequeño (elevada área superficial) y alta capacidad de hinchamiento. Generalmente, esta plasticidad puede ser cuantificada mediante la determinación de los índices de Atterberg (Límite Líquido, Límite Plástico y Límite de Retracción). Estos límites marcan una separación arbitraria entre los cuatro estados o modos de comportamiento de un suelo sólido, semisólido, plástico y semilíquido o viscoso (Jiménez Salas, et al. , 1975).
La relación existente entre el límite líquido y el índice de plasticidad ofrece una gran información sobre la composición granulométrica, comportamiento, naturaleza y calidad de la arcilla. Existe una gran variación entre los límites de Atterberg de diferentes minerales de la arcilla, e incluso para un mismo mineral arcilloso, en función del catión de cambio. En gran parte, esta variación se debe a la diferencia en el tamaño de partícula y al grado de perfección del cristal. En general, cuanto más pequeñas son las partículas y más imperfecta su estructura, más plástico es el material.

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.

Algunas arcillas encuentran su principal campo de aplicación en el sector de los absorbentes ya que pueden absorber agua u otras moléculas en el espacio interlaminar (esmectitas) (bentonitas) o en los canales estructurales (sepiolita y paligorskita). La capacidad de absorción está directamente relacionada con las características texturales (superficie específica y porosidad) y se puede hablar de dos tipos de procesos que difícilmente se dan de forma aislada: absorción (cuando se trata fundamentalmente de procesos físicos como la retención por capilaridad) y adsorción (cuando existe una interacción de tipo químico entre el adsorbente, en este caso la arcilla, y el líquido o gas adsorbido, denominado adsorbato).

Es una Montmorillonita que se encuentra en forma natural y que contiene un alto nivel de iones de sodio. Se hincha al mezclarse con el agua y puede aumentar hasta 12 veces su volumen.

Es una Montmorillonita en la que el catión intercambiable predominante es el calcio. No exhibe la capacidad de hinchamiento de la bentonita sódica, pero tiene propiedades absorbentes.
Además de sus propiedades de absorción, la bentonita tiene la interesante propiedad de adsorber una gran cantidad de moléculas de proteínas de soluciones acuosas. De esta propiedad se deriva la utilización de bentonita en el proceso de vinificación, como piedras sanitarias para gatos y en la producción de alimentos para animales.
Su principal aplicación es para el sellado de vertederos, tranque de relave y tranque para agua.

Para obtener bentonitas sódicas a partir de bentonitas cálcicas naturales tratándolas con carbonato cálcico.
Norteamérica, Europa y Japón son los principales productores de bentonitas activadas

Las propiedades de la bentonita no dependen sólo del mineral esmectítico predominante sino también de su grado de cristalinidad, del tamaño de los cristales, etc. y por lo tanto las propiedades pueden variar enormemente, por lo cual el campo de las aplicaciones es amplio y las especificaciones para cada caso son muy particulares.
La bentonita es uno de los minerales industriales que posee la más amplia gama de aplicaciones y por las posibilidades que brinda para obtener un alto valor agregado a través de su activación, puede alcanzar en casos puntuales valores de venta que superen a cualquier otro mineral. Un ejemplo lo constituyen las bentonitas organofílicas utilizadas en la industria de la pintura, o las activadas en medio alcalino para farmacopea y cosméticos.
Por sus variadas propiedades, las diferentes industrias la utilizan en estado natural o activadas.
Se comercializa en diferentes formas: en bruto, triturada, molida en diferentes mallas según el destino final, o activadas.
Una síntesis de los diferentes usos, en función del tipo de bentonita seleccionada, se expone en la siguiente tabla:

• Lodos para perforación
• Arenas de moldeo para la industria metalúrgica
• Peletización
• Como sellador en depósitos de residuos tanto tóxicos y peligrosos, como radiactivos de baja y media actividad
• Elaboración de sistemas de puesta a tierra
• Edificaciones y obras civiles
• Fabricación de pastas cerámicas
• Fabricación de jabones
La Bentonita constituye una carga muy interesante para los jabones, por su poder emulsionante o por su afinidad por las partículas carbonadas al efecto detergente. Entre sus propiedades y ventajas tenemos su gran poder emulsionante y acción detergente debido a la suspensión viscosa del gel que contiene; su capacidad de dispersarse en el agua más rápidamente que los otros jabones por el hecho de contener arcilla en estado coloidal; su propiedad de cambios de base que ablanda las aguas duras y corrige el exceso de álcalis del jabón realizando un efecto autoprotector sobre los tejidos; así como sus propiedades emulsivas, saponificación más rápida e íntegra de materias grasas; la desecación o envejecimiento mucho menor que en los otros jabones y buena estabilidad después de la obtención rápida del equilibrio del agua y su baja sensibilidad a la deformación y reblandecimiento en el agua caliente.

• Fabricación de productos farmacéuticos
• Fabricación de cosméticos
• Fabricación de pinturas
• Clarificación de vinos y jugos
• Piedras sanitarias para animales (cat litter)
• Tratamiento del cuero
• Estampados textiles

Las sepiolitas y paligorskitas son arcillas con un contenido en dichos minerales superior al 50 %. Son minerales con hábito fibroso con una enorme área superficial debida tanto al pequeño tamaño de partícula como la porosidad estructural que presenta su estructura. La superficie específica teórica se calcula alrededor de los 900 m2/g, aunque la superficie accesible es muy inferior.

Su peculiar estructura les confiere una serie de propiedades, entre ellas las de formar suspensiones poco afectadas por la concentración iónica y una enorme capacidad sorcitiva, por lo que son poderosos decolorantes y absorbentes. También tienen propiedades reológicas, son capaces de formar geles y suspensiones estables de alta viscosidad a bajas concentraciones de sólido. Al igual que las esmectitas, son susceptibles de ser activadas mediante tratamientos térmicos y ácidos.

También pueden considerarse arcillas especiales las halloysitas, compuestas fundamentalmente por halloysita, mineral del grupo del caolín y las hectoritas, compuestas por hectorita (una esmectita), Las arcillas halloysiticas también pueden considerarse caolines, y las hectoritas un tipo de bentonitas. Ambos tipos son muy escasos en el mundo.

Recientemente el termino arcilla especial ha sido restringido aún más por algunos autores y lo reservan para arcillas raras como la sepiolita o hectorita, poco abundantes, o como la paligorskita y bentonitas blancas. También lo usan para arcillas modificadas químicamente como las bentonitas activadas con tratamientos ácidos o organofílicas, quedando fuera de la denominación de arcillas especiales los caolines, bentonitas y, por supuesto las arcillas comunes.

Suponga el lector que ha caído en su poder, por azares del destino, una botella sobre cuya etiqueta está escrito zeolita. Hay dentro un polvo blanco y fino. Curioso, intenta enterarse del significado de "zeolita" para saber si el contenido de la botella corresponde a tal nombre. Ingenuo, cree que basta consultar un libro técnico y verificar que el polvo cumpla con la definición de zeolita que, por cierto, también se puede, es más, se debe escribir "ceolita". (Aquí adoptaremos la ortografía "zeolita" que es la de uso corriente en México.) Recurre a uno de tantos diccionarios técnicos y encuentra que:

Las zeolitas [sí, "las zeolitas" pues se trata de una familia de minerales] son aluminosilicatos hidratados altamente cristalinos que al deshidratarse desarrollan, en el cristal ideal, una estructura porosa con diámetros de poro mínimos o sea de 3 a 10 angstroms.

[También se dice que] una zeolita es un aluminosilicato cuya estructura forma cavidades ocupadas por iones grandes y moléculas de agua con gran libertad de movimiento [ambos] que permiten el intercambio iónico y la deshidratación reversible.

Pero, ¿que es un "aluminosilicato"? ¿Qué significa "cristalino" y "cristal ideal"? ¿De qué estructura se trata? El problema resulta bastante más complejo de lo esperado y será necesario proceder ordenadamente y con la ayuda de varios especialistas.

En este capítulo, juntos, determinaremos lo que es una zeolita. En efecto, por ahora, sólo nos consta que el polvo de la botella es un material sólido. Suponemos que debe presentar propiedades fisicoquímicas peculiares que justifiquen el apelativo de zeolita, así que un análisis fisicoquímico debe resolver el problema.

El jefe del laboratorio nos propone determinar la composición de la muestra y su estructura cristalográfica. En efecto, nos explica, que no sólo es importante determinar si la muestra está constituida por átomos de aluminio, silicio, sodio, hidrógeno y oxígeno que, dicho entre paréntesis, son los elementos presentes en algunas zeolitas, sino que hay que saber cómo se relacionan, cómo están distribuidos en el espacio, pues dependiendo de la forma en que los átomos se ordenen, o sea de la estructura, se obtienen compuestos diferentes.

Por ejemplo, el grafito y el diamante tienen una composición elemental idéntica. Ambos están constituidos solamente por átomos de carbono. La diferencia entre uno y otro estriba en que los átomos de carbono están ordenados de manera distinta (Figura 1). En este diagrama se representa a los átomos de carbono mediante círculos y se destaca la geometría mediante líneas.

Estos arreglos (o celdas unitarias) se repiten infinitamente y son característicos de cada compuesto. En el caso del diamante, los átomos se encuentran en las esquinas de un cubo, en el centro de las caras y en el centro de algunas diagonales. Esta disposición se reproduce al infinito. El arreglo de los átomos de carbono en el grafito es en forma de hexágonos, por eso se dice que el diamante cristaliza en un sistema cúbico pero que el grafito lo hace en un sistema hexagonal.

También existe en la naturaleza la situación inversa. Dos materiales pueden tener la misma estructura cristalográfica pero estar compuestos por átomos diferentes. Por ejemplo, la esferalita (o blenda) cristaliza como el diamante pero está constituida por átomos de cinc (Zn) y de azufre (S) distribuidos como se ilustra en la figura 2. Queda entonces clara la diferencia entre la estructura de un material y la identidad de los átomos que lo constituyen, aunque en los ejemplos anteriores tratamos sólo estructuras regulares y periódicas en el espacio, o sea con cristales (dicho de otro modo, en estos materiales, grupos idénticos de átomos se repiten en el espacio a intervalos iguales). Como lo que aquí nos interesa es identificar los elementos que componen a los polvos y determinar los compuestos que los forman, necesitamos, por lo tanto:

2) Un estudio radiocristalográfico para saber cómo se distribuyen los átomos en el espacio, o sea de qué compuestos se trata, y

3) Un estudio por microscopía electrónica para conocer la homogeneidad del polvo.

Con estos resultados sabremos si la muestra es una zeolita y de qué tipo de zeolita se trata (Figura 3).

Una semana después nos entregan la hoja de resultados correspondiente al análisis elemental en la que se informa que la muestra está constituida por aluminio (Al), silicio (Si), sodio (Na), hidrógeno (H) y oxígeno (O). Además, el experto nos hace notar que la proporción de la cantidad de átomos de aluminio (x) respecto a la cantidad de átomos de silicio (y) es:

lo cual le permite proponer la siguiente fórmula química determinada experimentalmente:

en donde wH₂O sólo significa un número variable de moléculas de agua (H₂O). Esta fórmula quiere decir que, en promedio, a 56 átomos de sodio y 56 átomos de aluminio le corresponden 136 de silicio y 384 de oxígeno. Conocemos entonces la composición elemental de la muestra, pero nuevamente, ¿es esto una zeolita? ¿Cuál es la fórmula de una zeolita?

Cuando J.V. Smith, en su artículo "Definición de una zeolita" publicado en la revista Zeolites (sí, existe una revista internacional dedicada exclusivamente a las zeolitas), intenta precisar lo que se debe entender por zeolita propone la fórmula:

Antes de explicar su significado recordemos que la valencia es el número de enlaces moleculares que un ion o un átomo entabla con otros átomos o iones, y que los iones positivos se denominan cationes y los negativos, aniones. Como son de carga opuesta los cationes y aniones se atraen mutuamente con gran fuerza.

En la fórmula propuesta por Smith, M es un catión de valencia n (en nuestro caso se trataría del sodio cuya valencia es 1, así que Mx/n sería Na), "x" es el número de átomos de aluminio, "y" es el número de átomos de silicio (según el resultado experimental antes obtenido, en nuestro caso serían 56 y 136 respectivamente) y 2 (x+y) es el número de átomos de oxígeno que en nuestro caso tendría que ser:

y que es exactamente el número de oxígenos determinados en el análisis de los polvos.

Finalmente, como el número de moléculas de agua es variable (wH₂O) concluimos que la fórmula química de la muestra es la de una zeolita. Sin embargo, como comprobamos al comparar el grafito con el diamante y la esferalita, no basta con la fórmula química para identificar a un compuesto, hay que determinar, además, que la disposición en el espacio de los grupos de átomos sea la adecuada. Por lo tanto, necesitamos los resultados del análisis radiocristalográfico y del estudio por microscopía electrónica.

El cristalógrafo nos recibe con la noticia de que "el polvo es cristalino", y para insistir sobre la importancia de su aseveración compara la regularidad característica de los cristales con el desorden típico de los gases. En efecto, dice, así como se habla de un gas ideal se utiliza el concepto de cristal ideal o cristal perfecto.

Un gas ideal está formado por partículas idénticas infinitamente pequeñas y no existen fuerzas entre ellas, además, no ocupan posiciones fijas en el espacio. En un cristal ideal hay grupos idénticos de átomos de tamaño finito, retenidos por fuerzas mutuas en posiciones fijas en el espacio, y dichos átomos se encuentran en reposo. La energía del gas ideal es totalmente cinética, la del cristal ideal totalmente potencial.

El gas ideal obedece leyes correspondientes a un arreglo al azar de partículas en movimiento y la geometría no interviene. Por el contrario, el cristal ideal está sujeto a las leyes geométricas que rigen un arreglo periódico de partículas en reposo, el azar no se toma en cuenta, las posiciones de los átomos o moléculas están perfectamente definidas. Todos los gases se parecen (excepto por la masa de sus partículas), los cristales ideales presentan una inmensa variedad de arreglos periódicos, la complejidad o distorsión del grupo atómico no importa, siempre y cuando se repita exactamente con periodicidad perfecta. En la figura 4 se compara el orden de un cristal y un gas constituidos por el mismo tipo de átomos. La representación es en un plano, así que hay que imaginársela en el espacio.

Por lo tanto, como la muestra que estudiamos es cristalina, estamos en presencia de una estructura regular periódica. "Se trata de una estructura cúbica", precisa nuestro interlocutor, los átomos o grupos de átomos ocupan posiciones tales que forman cubos de lado igual a 24.8 Å (1 Å = 10-10 metros). La estructura es la de una zeolita faujasita como la de la figura 5. En esta figura, los átomos de silicio y de aluminio ocupan los vértices. Cada uno de ellos está rodeado por oxígenos y dichos oxígenos se encuentran en medio de los segmentos. No hace falta mucha imaginación para darse cuenta de que este motivo repetido al infinito genera un sistema de cavidades comunicadas que resulta en una serie de canales, la simetría cúbica es evidente. La estructura se basa en un conjunto de cuboctaedros (constituidos cada uno por 24 tetraedros.La "gran cavidad" tiene un diámetro de 12.5 Å y se tiene acceso a la "cavidad sodalita" de 6.6 Å de diámetro por las caras hexagonales, a través de aberturas de 2.2 Å. Son esas mismas caras hexagonales las que sirven para unir a los cuboctaedros, la pequeña cavidad de comunicación es el prisma hexagonal. Esta estructura microscópica origina grandes cristales cúbicos, fácilmente visibles en el microscopio electrónico de barrido (Figura 6).

Figura 5. Estructura de una zeolita faujasita. (b) representación simplificada del cuboctaedro (a), en el que aparecen

los átomos de oxígeno (o) y los de aluminio o silicio (•). Estos cuboctaedros unidos forman a la zeolita faujasita (c).

En resumen, los polvos de nuestra botella son cristalinos y son una zeolita. De hecho, se trata de un aluminosilicato (pues están constituidos por Al, Si, Na y O) hidratado y altamente cristalino (ya que los grupos de átomos están dispuestos ordenadamente). La estructura es porosa y los diámetros de poro son mínimos, o sea de 3 a 10 Å.

Figura 6. Zeolita faujasita X observada en el microscopio electrónico de barrido. Los cristales son de 50 m aproximadamente.

El problema inicial está resuelto: la etiqueta de la botella sí corresponde al contenido. Sin embargo, toda esta investigación sólo ha servido para picar nuestra curiosidad, y nos preguntamos ahora: ¿Existen otros tipos de zeolitas? ¿Qué uso se les da? Y tratándose de minerales lo adecuado es interrogar a un geólogo pues él debe ser capaz de describir la abundancia de las zeolitas en la Tierra, clasificarlas y compararlas con otros minerales, escuchémoslo.

La existencia de una abrumadora cantidad de silicatos (o sea, compuestos del silicio) en la corteza terrestre coloca al silicio como segundo elemento en abundancia sobre la Tierra. Casi todas las arcillas, rocas y suelos de la Tierra están compuestos por silicatos de aluminio, hierro o magnesio. Básicamente están formados por una unidad estructural tetraédrica integrada por un átomo de silicio en el centro y cuatro de oxígeno que constituyen el "ion ortosilicato". Es ion porque le faltan cuatro cargas eléctricas para estar en equilibrio. Tiende por lo tanto a asociarse para compensar esa carga.

La complejidad de las estructuras de los silicatos se debe a las muy variadas formas en que se enlazan los grupos tetraedrales compartiendo iones oxígeno. De acuerdo con los resultados experimentales estos tetraedros se unen entre sí compartiendo oxígenos y forman, dependiendo de su disposición, la gran variedad de especies minerales conocidas.

Figura 7. Nesosilicato constituido por la unión de (a) dos tetraedros, (b) tres tetraedros, (c) cuatro tetraedros o (d) seis tetraedros.

Los tetraedros pueden agruparse y disponerse en la red cristalina de modo muy diverso para quedar saturados en cada caso por los cationes apropiados (iones cargados positivamente) y mantenerse unidos unos a otros. Dependiendo de los tipos de estructura (o grupos) de silicatos, se distinguen:

1) Los ortosilicatos: tetraedros (SiO₄)^-4 independientes entre sí y unidos por cationes.

2) Los nesosilicatos: dos, tres o cuatro o seis tetraedros unidos entre sí (Figura 7).

3) Las redes en cadena: los tetraedros se disponen en serie, uno tras otro, o bien enlazados cada uno al siguiente formando una cadena abierta (infinita). En la red del cristal estas cadenas se unen entre sí, en forma paralela, mediante cationes. Así se forman cadenas (SiO3) presentes en minerales como la jadeíta o la tremolina (Figura 8).

4) Las redes en cinta (inosilicatos): se forman cintas por unión simétrica de dos cadenas que se disponen como un objeto y su imagen reflejada.

5) Las redes estratificadas: estas estructuras en hojas (o filosilicatos) se caracterizan por anillos séxtuples de tetraedros unidos en el plano, unos a continuación de otros (Figura 9). Un ejemplo típico es la caolinita, en la cual hay Al+3 en sitios octaedrales.

6) Las redes en andamiaje: en este tipo de estructura de silicatos (tectosilicatos), todos los átomos de oxígeno pertenecen simultáneamente a dos tetraedros; los tetraedros SiO4 forman redes unidas tridimensionalmente.

Las zeolitas son tectosilicatos y constituyen el mayor grupo de esta categoría; constan de un andamiaje de tetraedros SiO4, que es el esqueleto de la estructura cristalina. Esta estructura es menos compacta que la de los feldespatos, por ejemplo. En los huecos abiertos de la estructura se introducen las moléculas de agua sin participar en la cohesión de la red; se trata del "agua zeolítica", y por eso las zeolitas forman espuma al calentarse. A esta propiedad se debe su nombre: "piedra que hierve"; del griego, zeo: hiervo, y lithos: piedra.

En 1896 M.G. Friedel en un artículo del boletín de la sociedad francesa de mineralogía y cristalografía titulado "Sobre algunas propiedades nuevas de las zeolitas", comentaba:

Además, y ése es el hecho importante, esta agua no tiene ningún papel en la estabilidad de la red [cristalina] y se puede eliminar sin que [la red] se destruya. Su papel químico en la molécula es nulo. Parece impregnar a la red como a una "esponja". Esto es lo que los experimentos siguientes me parecen establecer claramente [...]

[Si se deshidrata un cristal grande de chabasita y] se rocía con unas cuantas gotas de agua, dicho cristal frío rechina y cruje violentamente, se vuelve polvo por el efecto de la súbita dilatación y la reacción se acompaña de una emisión de calor considerable, muy notable aun al tacto, y que se puede poner en evidencia con el termómetro más rudimentario. No creo que este hecho, muy curioso y fácil de comprobar, se haya señalado anteriormente. Por otro lado, si el cristal se expone al aire húmedo, recupera su estado inicial.

Sabemos que las zeolitas son porosas, verdaderas esponjas, como dice Friedel, y por lo tanto se impregnan de agua. Es esta porosidad, usualmente ocupada por moléculas de agua, la que les confiere a las zeolitas las propiedades notables que iremos descubriendo. Por ahora digamos que las zeolitas son cristales tectosilicatos porosos en los cuales la relación entre el número de átomos de oxígeno (z) y los átomos de aluminio (x) y de silicio (y) es dos, o sea:

En un inicio, las zeolitas se clasificaron en función de su apariencia externa, hoy se hace en función de las características estructurales y de las propiedades fisicoquímicas, aunque la clasificación y nomenclatura todavía están en proceso de cambio y refinamiento. En algunos casos es confusa debido a una caracterización inadecuada de zeolitas previamente bautizadas. Por lo general, los materiales sintéticos equivalentes se describen con su nombre mineral, por ejemplo, mordenita. Los tipos sintéticos nuevos se suelen designar con una letra o un grupo de letras que les asigna el investigador original, por ejemplo: A, X, Y, L, ZSM. Así, los tipos X y Y están estructural y topológicamente relacionados con una zeolita mineral y se les menciona a menudo como zeolitas del tipo faujasita (Cuadro 1).

Pero volvamos a nuestra investigación. Los polvos que estamos estudiando aquí son del grupo de las faujasitas según la figura anterior, ya que su fórmula es la de una zeolita X o Y. Centrémonos entonces en este grupo. La estructura de la X y la de la Y son similares: estructura cúbica constituida por celdas elementales de cerca de 192 tetraedros (Si, Al)O4. Al escribir (Si,Al)O₄ queremos decir que son tetraedros de un silicio o de un aluminio combinados con cuatro oxígenos. La estructura es sorprendentemente estable y rígida. De hecho, son las zeolitas más "huecas" de todas pues cerca del 50% del volumen de los cristales deshidratados de las zeolitas faujasitas es espacio vacío (Cuadro 1). Ese espacio es el que se llena de agua cuando la zeolita se encuentra al aire.

En esta última fórmula se ponen de relieve los tetraedros AlO₂ y SiO₂. Aquí hay 59 átomos de Al para 133 de Si. El número x de tetraedros con un aluminio en su centro, en las zeolitas X, varía de 96 a 77. En la zeolita Y, x es de alrededor de 76 a 48. Por lo tanto, la muestra que estamos estudiando es una zeolita Y. Más convencionalmente se utiliza el parámetro R que es la razón entre el número de átomos de Si (y) y el número de átomos de Al (x)

El valor de R varía de 1 a 1.5 si se trata de una zeolita X, pero oscila entre 1.5 y 3 en la zeolita Y. Recordemos además que los resultados del análisis elemental indicaron que esta zeolita sólo contiene sodio además del aluminio, el silicio y el oxígeno. Por ahora, entendemos cómo a partir de tetraedros de silicio o de aluminio se forma la red de zeolita. La presencia de los aluminios origina una deficiencia de carga eléctrica local que se traduce en centros ácidos. Luego, la capacidad de intercambio iónica será alta. En las faujasitas, como ya se mencionó, dichos iones pueden ser Na, K, Ca, etc., y se sitúan en la red de la zeolita, pero ¿dónde exactamente?

Si se analiza cuidadosamente la figura 10 se comprobará que hay varios tipos de cavidades (gran cavidad, cavidad sodalita y prisma hexagonal) en las cuales se pueden encontrar los sodios. En esta figura, además de la representación convencional de la zeolita, hemos incluido una esquematización de la red, en dos dimensiones, para señalar las posiciones conocidas como sitios.

Fueron los cristalógrafos los que demostraron que los sodios se suelen colocar en los sitios I, II y III. Es más, los cationes, con la deshidratación, se ven obligados a abandonar posiciones en las que estaban vinculados (coordinados) con moléculas de agua cercanas a los oxígenos de la red. En promedio, por celda unitaria, 7.5 iones de Na⁺ se suelen encontrar en el sitio I, 30 Na⁺ en el II y alrededor de 20 Na⁺ en sitios I'. Además, hay que imaginarse una cierta cantidad de cationes que, con el agua, se comportan como una solución fuerte y flotan libremente en la red.

En monocristales de faujasitas tratadas con sales acuosas de calcio Ca⁺² (nótese que las cargas positivas de los iones metálicos corresponden a las valencias metálicas) y luego deshidratados, se ha demostrado que los iones calcio prefieren los sitios I a los sitios II. En esos sitios las cargas positivas de los iones metálicos quedan balanceados por un número igual de cargas negativas.

En zeolitas Y intercambiadas con lantano, iones La³⁺ se encuentran en el sitio I a temperatura ambiente pero se mueven al sitio II a 700°C. Este efecto además es reversible. Sin embargo, al contrario de lo que acontece con el agua, los cationes no tienen la libertad de abandonar los cristales a menos que se les sustituya por su equivalente electroquímico o por otros cationes, ya que hay que neutralizar la carga aniónica de la red del aluminosilicato. Vislumbramos que, debido a la movilidad de los iones y la posibilidad de intercambiarlos, las zeolitas presentan propiedades fisicoquímicas prácticas. Por ejemplo, ¿por qué no usarlas como intercambiadores de iones en el tratamiento de aguas duras, como veremos más adelante?

Intercambio de iones

Por procedimientos clásicos de intercambio que describiremos en el siguiente párrafo se pueden sustituir parte de los iones sodio de las zeolitas faujasitas por cationes de otro tamaño y otra carga. Ésta es una de las características esenciales de todas las zeolitas. En efecto, así se consigue modificar considerablemente sus propiedades y ajustar la zeolita a los usos más diversos.

1) Intercambio en contacto con una solución salina acuosa (intercambio hidrotérmico) o con un solvente no acuoso;

2) Intercambio en contacto con una sal fundida. Por ejemplo, una zeolita A, originalmente con calcio, se pone en contacto con nitratos de litio, potasio o rubidio fundidos hacia 350°C;

3) Intercambio en contacto con un compuesto gaseoso. Por ejemplo, una zeolita faujasita Y, originalmente en su forma Na, se pone en contacto con HCl anhidro o NH3, hacia 250°C.

En general, es el intercambio hidrotérmico el procedimiento más utilizado en el caso de las zeolitas. Intercambiemos entonces, según dicho procedimiento, el Na⁺ de nuestra faujasita por iones (Ca⁺²). Hay que poner en contacto una cierta cantidad de zeolita faujasita (sodio) con una solución acuosa de una sal de calcio (como el nitrato de calcio).

A continuación representamos de modo esquemático la superficie de una zeolita en forma sódica que se intercambia con iones de calcio. Explícitamente se muestran los átomos de silicio (Si), aluminio (Al), oxígeno (O), sodio (Na) y calcio (Ca). Las paredes de los canales que forman la superficie interna están tapizadas de iones de oxígeno. Estos canales contienen un arreglo regular de cationes cuya carga depende de qué tan mala sea la coordinación local o del efecto de pantalla debido a los iones oxígeno de la red. Estos canales contienen un arreglo regular de cationes:

Un solo calcio es suficiente para equilibrar las cargas de los dos grupos A1O⁴. En la estructura real la carga negativa no se localiza en un solo tetraedro sino que queda distribuida sobre varios oxígenos, de tal modo que entre seis y doce de ellos están vinculados con el catión.

Un caso interesante por sus propiedades ácidas es la obtención de la zeolita Y en su forma hidrógeno. Este material se obtiene remplazando los sodios por moléculas de NH⁴⁺ que por calentamiento se descomponen en NH₃ y H⁺:

Se ha obtenido una zeolita sin cationes metálicos; se le conoce como decationizada. La localización exacta de los iones H⁺ en la estructura no está clara.

1) La naturaleza de las especies catiónicas, o sea, del catión, de su carga etc.

5) El solvente (la mayor parte de los intercambios se efectúan en solución acuosa, aunque también algo se hace con solventes orgánicos) y,

Es bien sabido que los sitios I son los más difíciles de intercambiar en los prismas hexagonales. El rubidio y el cesio quedan excluidos debido a su tamaño: son demasiado grandes para pasar a través de aberturas cuyo diámetro es de 2.2 Å.

Además, el intercambio de cationes en las zeolitas implica alteraciones drásticas de la estabilidad y el comportamiento fisicoquímico de la zeolita. Por si fuera poco, el tipo de sitio varía según se trate de faujasita, mordenita o zeolita L, por ejemplo. El número total de estos sitios puede exceder, y a menudo excede por mucho, el número de cationes necesarios para neutralizar la carga aniónica. Como consecuencia, los cationes y las vacancias de cationes se distribuyen en la red.

Una aplicación particularmente interesante de intercambio de iones se da en la zeolita A, que se parece mucho a la faujasita, en la que, en vez de unirse las cavidades por canales hexagonales lo hacen por canales cuadrados (Figura 11). La sustitución de cuatro iones de sodio en los sitios tipo II de la estructura de la zeolita A, por dos iones de calcio altera la estructura cristalina de tal forma que permite la difusión rápida de ciertas moléculas de hidrocarburos e impide el paso de otros.

Claramente, las características de los poros de la zeolita van a ser de primordial importancia. Es más, dada la regularidad de su estructura, es posible aprovecharlas para tamizar moléculas, atrapar compuestos o absorber gases. Con el intercambio iónico es posible alterar el tamaño de los canales por los que circulan las moléculas; también gracias al intercambio iónico se pueden anclar metales con propiedades químicas peculiares en algunas de esas posiciones. Pero nos estamos adelantando ya que estos temas se tratarán in extenso en el capítulo III.

Sólido. Estado de la materia en el que una sustancia tiene tamaño y forma bien definidos y sus superficies la separan de toda la materia que la rodea.

Compuestos. Los químicos manejan muchas sustancias que no son elementos. Por el contrario, cada una de ellas está compuesta de dos o más elementos combinados en tal forma que 1) sólo la acción química puede separarlos y 2) los elementos que componen cada sustancia no pueden ser ya identificados por sus propiedades individuales originales. Tales sustancias reciben el nombre de compuestos.

Celda unitaria. Las moléculas de un cristal forman un patrón estructural que al repetirse traslacionalmente en tres dimensiones forma el cristal. Este patrón estructural, llamado celda unitaria, está formado por un átomo o una molécula y es el "ladrillo" básico con el que se construye el cristal.

Fórmula química. Así como un elemento puede ser representado por su símbolo, también un compuesto puede representarse por su fórmula, que consiste en los símbolos de los elementos que constituyen los compuestos, colocados uno a continuación del otro. Una fórmula no dice tan sólo qué elementos están combinados en el compuesto sino también cuánto hay de cada uno.

Valencia. La capacidad de combinación de un elemento en un compuesto se conoce como valencia del elemento.

Enlace molecular. Ligadura química que se produce cuando se comparten los electrones y se forma una molécula de alguna sustancia; su naturaleza es esencialmente eléctrica.

Ion. Átomo, o grupo de átomos cargados eléctricamente y cuyas cargas son el resultado de la ganancia o pérdida de uno o más electrones molécula.

Molécula. La partícula más pequeña de un elemento o compuesto que tiene todas las propiedades de ese elemento o compuesto.

Arcilla. Tierra compuesta de silicato de aluminio hidratado proveniente sobre todo de feldespatos, ávida de agua, impermeable y plástica.

Feldespato. Silicato doble de aluminio y de un metal alcalino o alcalino-férreo, de estructura laminar y de coloración débil.

Aácidos. Los ácidos se pueden definir como soluciones que: 1) liberan H2 gaseoso cuando reaccionan con algunos metales, 2) neutralizan los efectos de las soluciones básicas, 3) hacen que el tornasol vire a su forma roja, 4) tienen sabor agrio.

bases. En cuanto a sus propiedades, las bases se pueden definir como soluciones que: 1) reaccionan con soluciones de sales de metales pesados para formar hidróxidos insolubles (en algunos casos forman óxidos insolubles), 2) neutralizan los efectos de las soluciones ácidas, 3) hacen que el tornasol de color rojo vire a color azul, 4) tienen sabor amargo, 5) se sienten resbalosas al tacto.

Por ahora sabemos lo que es una zeolita, o sea que estamos en condiciones de definirla y de probar si un compuesto es o no es una zeolita. Lo hicimos paso a paso con los polvos contenidos en aquella pequeña botella. Aunque ya sabemos reconocer zeolitas aún no estamos en condiciones de prepararlas ¡una cosa es saber y otra hacer!

Este capítulo se consagrará por entero al "hacer". Sentaremos las bases para preparar zeolitas y, para ser consistentes, lo centraremos en la obtención de zeolitas faujasitas. Desde luego, en una primera parte observaremos cómo se forman las zeolitas en la naturaleza para duplicar estos procesos en el laboratorio. Así, seguiremos los pasos de los primeros investigadores que, imitando los fenómenos naturales consiguieron sintetizar zeolitas. Desgraciadamente, la mayor parte de sus trabajos se ha tenido que descartar debido a análisis insuficientes de los compuestos resultantes.

¿Cómo se forman las zeolitas y de dónde provienen? Queremos saber en qué condiciones y a partir de qué compuestos se consigue, en la naturaleza, la síntesis de las zeolitas. Aunque ahora no sea una clasificación lo que buscamos sino una evolución en el tiempo, digamos que una "historia", nuevamente nos vemos obligados a recurrir a la geología.

El experimento más sencillo sería observar en el laboratorio los procesos naturales, o sea, cristalizar muy lentamente una gran cantidad de roca fundida cuya composición promedio fuese próxima a la de la litosfera. Aunque este experimento es difícilmente realizable los geólogos aseguran, basándose en los fenómenos volcánicos, que la secuencia de cristales depositados sería clara. A medida que la lava fluida, homogénea y a muy alta temperatura, se enfriase aparecerían primero cristales sin silicatos (o sea, sin átomos de silicio, Si) como los cristales de magnetita (Fe3O4). Luego se detectaría la formación de ortosilicatos, por ejemplo el olivino (Mg2SiO4 con contenido variable de Fe2SiO4) y secuencialmente vendrían los metasilicatos y los feldespatos que son los minerales más corrientes en la corteza terrestre. Un ejemplo es la ortoclasa (K Al Si3O8 con pequeño contenido de Na y Ca), el cuarzo (SiO2) como mineral primario y mezclas de minerales como el granito (que está compuesto por cuarzo, feldespato y mica). En condiciones particulares, estos últimos sólidos darían origen a las arcillas, las zeolitas y a la larga a alúminas como la bauxita.

Cuando el enfriamiento fuese tal que la lava cristalizase suficientemente como para dar un magma basáltico rico en álcalis sería probable que se formasen zeolitas por medios acuosos salinos y alcalinos (Cuadro 2). La "zeolitización" también se provoca mediante una caída súbita de la temperatura en una lava basáltica.

Hay que recordar aquí que a tan altas temperaturas se pueden generar enormes presiones que, a su vez, pueden acelerar los procesos de cristalización. Cuando la presión alcanza valores extremos es probable que ocurran explosiones, ése fue el caso del monte Pelée, en la isla de Martinica.

Un ejemplo clásico de zeolitas formadas naturalmente son las zeolitas presentes en las rocas volcánicas de Sicilia, que incluyen la analcima, la chabasita y su variante, la herschelita, la epistilbita, la gmelinita, la gonnardita, la mesolita y la thomsonita. Los cristales de zeolita suelen crecer bien, lo cual es típico de las reacciones hidrotérmicas en soluciones de rocas ricas en álcalis, como por ejemplo, los basaltos. Las zeolitas debidas a alteraciones hidrotérmicas de corrientes de lava basáltica en regiones geotérmicas existen en muchas partes del mundo, por ejemplo, en los baños romanos de Plombières (Francia) o en el parque de Yellowstone (EUA). Se trata entonces de zeolitas de origen volcánico.

Por otro lado, como lo discutimos anteriormente (Cuadro 2), las zeolitas también pueden provenir de sedimentos. En este caso se caracterizan por ser aglomerados de cristales de muy pequeñas dimensiones y a menudo con caras cristalinas mal desarrolladas. De todas las zeolitas de origen sedimentario, por ahora, es la clinoptilolita la que parece ser la más abundante. Son este tipo de formaciones las que han dado los grandes depósitos de interés tecnológico.

Síntesis de una zeolita

Los antecedentes geológicos (Cuadro 2), sugieren que las zeolitas se generan a partir de un magma basáltico rico en SiO2 cuando disminuye la temperatura. También se forman si este magma se pone en contacto con soluciones salinas y alcalinas. Experimentemos, entonces.

Nuestro objetivo va a ser destruir la estructura de los materiales iniciales, separar los tetraedros de silicio y los octaedros de aluminio y volverlos a cristalizar. De hecho, esta cristalización sólo es un nuevo arreglo de los octaedros de aluminio y los tetraedros de silicio que constituyen los compuestos iniciales. Si los tetraedros de Si y octaedros de Al estaban ordenados en cierta forma, ahora queremos "soltarlos" y volverlos a "fijar". Es como jugar al Meccano.

Iniciemos la síntesis a partir de tres soluciones acuosas: sosa (NaOH), NaAl (OH)4 y Na2SiO3. Son soluciones típicas, transparentes y fluidas; las partículas de soluto están distribuidas homogéneamente en el disolvente. Mezclamos sin problemas el NaOH con el aluminato de sodio. Sin embargo, a medida que se va añadiendo la solución de silicato a la mezcla de aluminato y sosa, muy lentamente, a goteo, se nota que la solución resultante se vuelve turbia; ahora el líquido es gelatinoso y viscoso. Se ha formado un gel...

La estructura del gel se debe a una reacción en la cual se forman moléculas grandes a partir de muchas moléculas pequeñas (en química se habla de una polimerización). La composición y la estructura del gel polimerizado hidratado están controladas por el tamaño y la estructura de las especies que se polimerizan. Diferencias en la composición química y el peso molecular de las especies iniciales en las soluciones silicato conducen a diferencias en las estructuras del gel y por lo tanto a diferencias mayores en las fases zeolitícas producidas.

Los geles típicos se preparan a partir de aluminato de sodio, silicato de sodio e hidróxido de sodio porque todos son solubles. Durante la cristalización del gel, los iones de sodio y los componentes aluminato y silicato se acomodan paulatinamente y tienden a la estructura ordenada de un cristal, lo cual se debe a la depolimerización del gel debido a los iones hidroxilos (OH) presentes en la mezcla reactiva.

Viene entonces la formación de núcleos, que son pequeños cristales que a su vez sirven de base para que se formen los cristales grandes de zeolita. Estos núcleos, como en cualquier proceso de este tipo, crecen durante el periodo de cristalización. Como en los geles supersaturados se forma un gran número de núcleos cristalinos, el producto final consiste en un polvo finamente dividido en pequeños cristales usualmente de sólo unas cuantas micras.

La naturaleza de la zeolita obtenida queda determinada por las condiciones de la síntesis, o sea las concentraciones de los reactivos, el pH, el tiempo, la temperatura y la naturaleza, y la concentración de los promotores que se introduzcan. Muchas de las fases formadas no son fases en equilibrio, son metaestables, que con el tiempo se convierten en otras fases más estables, así se trate de zeolitas o minerales. Las reacciones químicas que describen la síntesis de la zeolita están dadas en el cuadro 3 y en la figura 14.

La zeolita resultante se debe separar en el momento apropiado y lavar cuidadosamente hasta eliminar de la estructura porosa los productos que no hayan reaccionado. En el cuadro 4 resumimos las condiciones típicas para sintetizar algunas zeolitas importantes. En la figura 15, dependiendo de la razón de molaridad inicial Na2O/SiO2 y SiO2/Al2O3, se predice el tipo de zeolita que se obtiene. Estos resultados son válidos siempre y cuando se trabaje con sales solubles y rangos de temperatura de cristalización entre 85 y 100°C, lo cual no siempre es el caso.

Más aún, también se pueden sintetizar zeolitas a partir de minerales, los caolines en particular, cuya composición, en lo que toca al contenido de Si y Al, es muy próxima a la de algunas zeolitas. Esta alternativa de obtención resulta interesante para nuestro país ya que las sales de aluminio se tienen que importar. Para que la síntesis sea eficaz hay que destruir por completo la red del caolín antes de preparar el gel. De allí que todas las patentes o artículos que tratan el tema propongan un tratamiento térmico extremo, preliminar a la disolución del caolín. Por ejemplo, si se desea obtener zeolita A o faujasita a partir de caolín proveniente de la región de Huayacocotla, Veracruz, hay que calcinarlo entre 750 y 1 000 °C. En el cuadro 5 presentamos los resultados obtenidos: se comprueba que dependiendo de la temperatura de calcinación se obtiene una u otra zeolita y que las relaciones de la figura 15 no son válidas en este caso.

No queremos cerrar este capítulo sin mencionar que fue R.M. Barrer, en Inglaterra, el primero en sintetizar, por el procedimiento que hemos descrito, las contrapartes sintéticas de zeolitas; tales como la mordenita, analcima, etc. En 1953, R.M. Milton y colaboradores en EUA prepararon zeolitas cristalinas sintéticas mediante procesos de baja temperatura que fueron altamente exitosos y que no sólo reprodujeron zeolitas naturales (faujasita, chabasita), sino que generaron muchas especies nuevas de zeolitas, como es el caso de la zeolita A.

Zeolitas sobre pedido

Hemos hablado de tetraedros que se juntan esquina con esquina hasta formar esa red porosa llamada zeolita, red en la cual se encuentran cavidades, ventanas y túneles y en donde se pueden alojar iones como el sodio (Na), el potasio (K) o el calcio (Ca) y en donde cabe un número variable de moléculas de agua. Esos tetraedros son las unidades fundamentales de la estructura, los hay con un átomo de silicio en el centro o bien con un aluminio.

Sin embargo, no parece ser de mayor trascendencia que los tetraedros sean de silicio o de aluminio siempre y cuando se respete el equilibrio de cargas, o sea que las cargas libres debidas a la presencia del Al se neutralicen con otros iones. Se nos ocurre entonces sintetizar zeolitas a partir de tetraedros en cuyo centro sea otro el átomo. Para que este experimento resulte hay que proponer átomos equivalentes al Si o al Al, o sea que ocupen el lugar del Si o del Al sin alterar demasiado la estructura.

Un caso claro es el del galio (Ga) que por su estructura electrónica puede equipararse con el aluminio. Es más, se tiene el antecedente de que existen galias, así como alúminas. La preparación es análoga a la de las zeolitas con aluminio, la diferencia estriba en que las sales iniciales son de silicio y galio. La zeolita resultante difiere de la que contiene aluminio porque el parámetro de la red ya no es el mismo. En este tema no parece haber límite y día a día se reportan síntesis originales de sólidos con estructura zeolítica a partir de Be, Cr, Fe, B, Zn, Ge, V, Ti, P, etcétera.

Es más, obsérvese con cuidado la figura 14, donde se ilustra cómo, cuando el gel cristaliza, existen grandes cadenas flexibles de tetraedros que se organizan alrededor de cationes y moléculas de agua. Son estos conglomerados, de sodios por ejemplo, rodeados de moléculas de agua, los que sirven de molde para las cavidades de las faujasitas. Una vez formados los pequeños núcleos de zeolita, el crecimiento de los cristales es rápido.

Figura 16. Efecto del sembrado en una zeolita ZSM-5. (a) Zeolita ZSM-5 observada mediante el microscopio electrónico de barrido.

En los procesos industriales, en los que el tiempo es una variable importante, conviene propiciar la cristalización mezclándole al gel un poco de zeolita cristalina. Así no hay que esperar a que se formen los núcleos de zeolita sino que de inmediato se pasa a la fase de crecimiento de los cristales. Este artificio se conoce como sembrado y es común en la síntesis de cristales diferentes de las zeolitas. Además de facilitar la síntesis de zeolitas A o X de alta pureza, la cantidad y el tipo de semilla determina el tamaño de cristal y el estado de agregación.

Naturalmente, como también ocurre en otros procesos de cristalización, estos factores se controlan mediante distintas variables tales como la agitación, temperatura y composición de los reactivos. Se ha probado que el control de la síntesis mediante el sembrado es una de las técnicas de más valor. Las micrografías de la figura 16 ilustran el cambio en el tamaño de cristal de una zeolita ZSM que se puede obtener mediante sembrado. En este caso el sembrado provoca la disminución del tamaño del cristal por un factor de tres.

Si la cristalización de la zeolita se puede inducir mediante un sembrado, y si depende de los pequeños núcleos de iones con agua, ¿por qué no intentar alterar este mecanismo? ¿Por qué no cambiar "los moldes"?

Desde luego, es de esperarse que si el molde varía, también lo haga el sólido obtenido. Eso es precisamente lo que hace unos años llevó a cabo Barrer, seguido posteriormente por otros laboratorios como los de la Compañía Mobil. La síntesis se efectuó usando macromoléculas orgánicas como el TPA o el TBA (tetrapropilamonio y tetrabutilamonio). La originalidad de este trabajo consistió en utilizar esas enormes moléculas para que alrededor de ellas se ordenaran los tetraedros de silicio y aluminio. Una vez conseguida la cristalización se eliminan las moléculas orgánicas y sólo queda la zeolita, o sea un esqueleto compuesto de tetraedros de silicio y aluminio cuya porosidad se debe a la estructura del TPA o TBA.

La "receta" para sintetizar este tipo de zeolitas no difiere mucho de las síntesis convencionales de zeolitas, salvo que el componente alcalino que promueve el proceso de polimerización del gel es una base* aminada* orgánica (hidróxido de tetrapropilamonio, por ejemplo, introducido en solución). Las condiciones típicas de cristalización requieren temperaturas entre 150 y 200°C y tiempos de 1 a 7 días.

De hecho, este descubrimiento dio origen a toda una familia de zeolitas designadas con las siglas ZSM, también se le suele llamar pentasil. En la figura 17 se muestra la estructura de la zeolita ZSM-5 (obtenida con TPA). En la figura 18 comparamos la estructura de la zeolita ZSM-5 con la ZSM-11 (obtenida con TBA). Tienen un sistema de canales formados por anillos de 10 átomos. El tamaño de los poros está entre el de las zeolitas con anillos de 8 átomos (como la zeolita A o la erionita) y los anillos de 12 miembros como en las zeolitas faujasitas (X, Y). Dependiendo de cómo se dispongan en el espacio las capas constituidas por la estructura típica pentasil, se obtienen sistemas de canales variables como los de la figura 18.

Entre la ZSM-5 y la ZSM-11, que son las dos estructuras extremas, existe un número infinito de variantes. Como se muestra esquemáticamente en la figura 18, los dos conjuntos de canales (horizontales y verticales) de la ZSM-11 son rectos, mientras que en la ZSM-5 un conjunto de canales es recto y el otro senoidal. Invariablemente, los canales paralelos a las capas son rectos. Como es lógico, el análisis e identificación de semejantes estructuras son muy difíciles y en general, ambiguos.

Esperamos haber convencido al lector de que es posible variar el tamaño de las ventanas, de los poros, de las cavidades, alterar la composición, intercambiar cationes o modificar la hidratación de las zeolitas, en resumen, que se pueden crear materiales zeolíticos. Por lo tanto, dependiendo del uso que se le vaya a dar a la zeolita, el químico y el físico están en condiciones de proponer una zeolita adecuada, ya sea modificando las propiedades de las existentes, ya sea creando nuevas.

Estos trabajos, de gran repercusión tecnológica como veremos más adelante fueron, de hecho, la prolongación lógica de líneas de investigación a largo término tan académicas como la misma síntesis de cristales.

Glosario del capítulo II

Solución. Mezcla de dos sustancias, una de las cuales se disuelve en la otra; la sustancia disuelta se llama soluto y la otra solvente.

Difracción de rayos X. Técnica utilizada para obtener información sobre la estructura y la composición de los materiales cristalinos.

Reacción química. Cambio en una sustancia o sustancias que produce otras con propiedades químicas diferentes.

Polimerización. Unión de varias moléculas de un compuesto para formar grandes moléculas.

Polímero. Se dice de una molécula cuya masa molecular es un múltiplo de la otra denominada monómero.

Peso molecular. El peso molecular relativo de un compuesto es el peso de una molécula de ese compuesto en relación con el peso de un átomo de oxígeno, al cual, por convención, se le ha asignado el peso de 16.000 unidades de masa atómica.

Promotor. Sustancia que, incorporada en pequeña cantidad a un catalizador, aumenta notablemente su actividad.

Caolín. Silicato de aluminio puro proveniente de alteraciones de los feldespatos, los granitos, las arcillas blancas; es refractario.

Amina. Nombre químico de los compuestos que se obtienen sustituyendo el hidrógeno del amonio con radicales hidrocarbonados univalentes.

La zeolita es el mejor sistema de filtración natural que existe para tratamiento de agua. Ofrece un efecto superior al de la arena o al de los filtros de carbón, resultando en agua más pura con mejor productividad y requiriendo menos mantenimiento. La estructura altamente porosa de las zeolitas puede capturar partículas contaminantes de hasta 4 micras. Las zeolitas están cargadas negativamente de forma natural, por lo que pueden absorber cationes, como metales pesados y amoníaco. También pueden absorber algunos contaminantes orgánicos y olores no deseados. Investigaciones en este campo, llegaron a las siguientes conclusiones: En el estudio, se substituyeron los 20cms superiores de una cama de arena de origen silicio de un metro de espesor con las siguientes ventajas:

Rendimiento más alto hasta 0.75m3/hr/m2 comparado con 0.15m3/hr/m2 mientras se mantiene la calidad del agua (se mide la turbidez).

La altura de la capa de un filtro de zeolita es un 35% del de un filtro de cuarzo.

La zeolita reduce en un 30% la turbidez y la carga orgánica (segundo ciclo de filtración) respecto al 10% de la arena.

Las zeolitas naturales tienen una excelente capacidad de intercambio iónico y de recuperación de cationes de metales pesados (Pb, Cu, Cd, Zn, Co, Cr, Mn y Fe; Pb, Cu tan alta como 97%) del agua potable y agua residual.

Las zeolitas naturales pueden utilizarse en el control de malos olores generados en granjas de cultivo intensivo. Si se utiliza como aditivo en el pienso, disminuye notablemente el contenido en amoniaco en los purinos, también puede utilizarse directamente en el pozo de los purinos. Tienen una gran capacidad de absorción de amoníaco y del H2S que provocan malos olores, y ayudan en el proceso de digestión anaeróbica de los purinos.
El producto resultante es un fertilizante natural de liberación lenta. El nivel óptimo de zeolita para minimizar la emisión de malos olores es independiente del nivel de humedad y del contenido en nitrógeno de los residuos a tratar, aunque estudios han demostrado que niveles entre 2 y 4 gramos de zeolita/litro de residuo resultan en la reducción del tiempo de digestión anaeróbica más eficaz. El producto recomendado es el de granulometría <0.9mm. Las zeolitas naturales también se utilizan en planta de tratamiento de residuos para prevenir las emisiones de malos olores en la atmósfera.

La capacidad de absorción de amoníaco de las zeolitas naturales, hace que sean una forma natural muy efectiva de controlar los altos niveles de amoníaco generados en las piscifactorías. Las zeolitas, pueden utilizarse en el sistema de filtración de agua o bien vertidas directamente en el agua ya que son completamente inofensivas para el medio acuático. En acuicultura, las aplicaciones más frecuentes de la zeolita son varias. Una de ellas es como sustrato nitrificante para la reducción (oxidación) de productos nitrogenados, mejorando la calidad del agua y salud de los animales.

También se utiliza para potenciar el crecimiento de los micros algas añadiendo el mineral en los cultivos de las mismas. También se utiliza como un ablandador de aguas, debido a su capacidad de intercambiar iones, y también se utiliza, para hacer engordar más rápido a algunos peces, aunque el exceso puede ser mortal, por lo cual sólo se puede utilizar como un suplemento alimenticio.

Las zeolitas son los fertilizantes de liberación lenta que existen de forma natural. Tienen una estructura cargada negativamente que contiene nutrientes como son el potasio y el nitrógeno.
Las zeolitas pueden cargarse con estos iones antes de utilizarse como medio de cultivo para después poder liberar los nutrientes cerca del sistema de raíces donde son necesarios para el crecimiento. Esto prevendrá la pérdida de los alimentos en el agua, reducirá los niveles de contaminación del acuífero y reducirá también la cantidad de fertilizante necesaria.

La adición de zeolita en el suelo reduce significativamente la cantidad de agua y el costo en fertilizantes mediante la retención de nutrientes en la zona de las raíces. Las zeolitas forman un depósito permanente de agua, asegurando un efecto de humedad prolongada hasta en épocas de sequía.

Las zeolitas naturales pueden utilizarse como medio inerte de crecimiento de plantas destinadas a la exportación. Utilizando zeolita como único medio de cultivo se consiguen todos los beneficios destacados; reducción de la cantidad de fertilizante y consumo de agua, también se ha comprobado que se mejora la salud de las plantas, se incrementa la productividad y se reduce el tiempo de producción.

De hecho la zeolita en la agricultura es utilizada en la preparación de fertilizantes químicos, que tras su aplicación en los suelos produce nutrientes importantes para el crecimiento de las plantas. En el país se desarrollan trabajos de aplicación de la zeolita en la agricultura en cultivos como arroz, sorgo, maíz, palma, plátano, hortalizas, pastos, café, cacao, sábila y flores, con excelentes resultados.

Se ha comprobado que a través de la sustitución del 20% de los fertilizantes tradicionales se han obtenido reducciones en los costos de fertilización hasta en un 11%, aumentando la productividad y mejorando la calidad del producto final.
La zeolita también se ha trabajado como sustrato de siembra, en donde se han obtenido productividades sin pérdidas de plantas por problemas fitosanitarios del sustrato, cero desyerbas y la disminución en las láminas de riego debido a la capacidad hidro retenedora de la zeolita.
Las condiciones físico químicas de los suelos arenosos mejora con la aplicación del zeolita debido a que aumenta su capacidad retenedora de humedad y en los suelos arcillosos mejora las condiciones físicas evitando la compactación de los mismos y mejorando la capacidad de penetración de agua en ellos.

La zeolita se encuentra enmarcada dentro las buenas prácticas agrícolas y en la agricultura orgánica ya que es un producto 100 % natural. Mejora la producción de una variedad de plantas, los tomates, por ejemplo, producen en promedio 30% más cuando crecen en suelos adicionados con zeolitas.
Estudios que han comparado la producción de más de 13,000 plantas en suelos adicionados con zeolitas muestran incrementos de 20% a 40% en crecimientos de tomate, pimienta, pepino, maíz, brócoli y sorgo. Este producto es una nueva alternativa para la producción agrícola y pecuaria que genera mejores productividades y reduce costos de producción

La zeolita natural se considera un medio ideal de filtración de piscinas, y está empezando a sustituir la arena como mejor alternativa para esta aplicación. Debido a su estructura extremadamente porosa, la zeolita natural es mucho más densa que la arena y por lo tanto necesita menos cantidad de zeolita para obtener el mismo efecto. Dada la capacidad de intercambio iónico, la zeolita tiene una ventaja añadida que es la eliminación de contaminantes que los filtros de tierras de diatomeas no pueden eliminar, como el amoníaco en disolución.

Los filtros de arena eliminan partículas de un tamaño de hasta 40 micras. Los filtros de zeolita eliminan partículas de hasta 4 micras que equivalen a la capacidad de filtración de la tierra de diatomeas.

Las zeolitas eliminan iones de amoníaco en disolución por intercambio iónico, cosa que no es posible con la arena ni con la tierra de diatomeas. El amoníaco en disolución reacciona con el cloro para formar cloraminas que causan irritación ocular y malos olores en agua de la piscina.

Las zeolitas necesitan menos ciclos de lavado que los filtros de arena y los ciclos son más cortos, lo que puede reducir en un 30% la cantidad de agua necesaria para el mantenimiento de la piscina.

Las zeolitas tienen una gran durabilidad y su vida útil es mucho más larga que la de la arena.

Resumiendo, las zeolitas naturales ofrecen una mejor calidad del agua, un mantenimiento más fácil y la reducción de la cantidad de agua necesaria. Las zeolitas ofrecen la utilidad de los filtros de tierras de diatomeas con la simplicidad de los filtros de arena, con la ventaja añadida de la eliminación del amoníaco. Las zeolitas podrían convertirse en el sistema de filtración para piscinas del siglo XXI.

Las zeolitas sintéticas se han utilizado desde hace mucho tiempo en la industria del petróleo, pero las zeolitas naturales se están utilizando cada vez más en ciertas aplicaciones como alternativa más económica siempre y cuando no haya una desventaja técnica. Las zeolitas naturales son particularmente efectivas en las siguientes aplicaciones; eliminación de agua y dióxido de carbono de hidrocarburos gaseosos, eliminación de ácido hidroclórico de un flujo gaseoso, eliminación de sulfito de hidrógeno de un flujo gaseoso, catálisis y separación de gas natural.

La zeolita natural tiene una gran capacidad de intercambio iónico y una particular afinidad para los cationes de metales pesados. Puede absorber elementos como el Estroncio 90, Cesio 137 y otros isótopo radioactivos de una solución y mantenerlos atrapados en la estructura cristalina. Las zeolitas reaccionan fácilmente con sistemas de vidrio y cemento por lo que facilita que los residuos radioactivos queden atrapados de forma segura e inocua. Las zeolitas son físicamente muy robustas y son resistentes a la degradación nuclear y además son más baratas que las resinas de intercambio iónico.

Materiales ligeros de construcción:

Las zeolitas naturales pueden utilizarse en la preparación de hormigón ligero para la construcción. Su estructura de silicato poroso hace que sean mucho más ligeros que la arena y dan más volumen por tonelada de producto con una dureza y resistencia similares. La zeolita no contiene barro que disminuye la resistencia de la mezcla y su estructura porosa retiene la humedad lo que facilita que la mezcla cure más rápidamente.

Las propiedades únicas de las zeolitas permiten que puedan utilizarse potencialmente para prevenir o eliminar contaminación medioambiental. Pueden utilizarse para filtrar flujos de gases o líquidos de instalaciones industriales y son muy efectivas para limpiar terrenos contaminados. Sus propiedades absorbentes las hace ideales para limpiar vertimientos de productos peligrosos.

Las zeolitas naturales se utilizan en una gran variedad de productos de consumo para eliminar humedad y malos olores. Las zeolitas tienen una gran capacidad de absorción de humedad y pueden reutilizase simplemente calentando para eliminar la humedad absorbida. También pueden absorber malos olores por lo que son de gran utilidad en nuestros hogares. Posibles ejemplos; desodorizantes para neveras, zapateros, armarios, coches, barcos, y eliminación de olores de mascotas. De hecho las zeolitas pueden utilizarse en cualquier situación donde la humedad y/o los malos olores representan un problema. Son completamente inofensivas para los seres humanos y animales y pueden ser utilizadas repetidamente.

Las zeolitas se utilizan en filtros de acuarios para eliminar el amoníaco en solución producido por los peces. Niveles excesivos de amoníaco pueden ser perjudiciales para la salud de los peces, las zeolitas naturales pueden atrapar los iones de amoníaco gracias a su capacidad de intercambio iónico.

Las zeolitas naturales pueden utilizarse en jaulas de pájaros para absorber los excrementos y para eliminar los malos olores. Pueden esparcirse por la base de la jaula y barrerse después de su uso. Son inocuas para los pájaros y hasta pueden comerse sin ningún problema.

Las zeolitas pueden añadirse a la gravilla de los gatos para eliminar malas olores. Aunque las zeolitas puedan absorber humedad no se forman grumos y los gránulos permanecerán separados. Son totalmente inofensivas para animales y seres humanos. La capacidad de absorber malas olores y humedad que tienen las zeolitas y el hecho de ser inocuas las hacen ideales para ser utilizadas en cualquier tipo de jaula de animal. El beneficio para los animales es tener un medio más sano y para los propietarios es la reducción de los malos olores y el fácil mantenimiento.

La primera aplicación de las zeolitas salta a los ojos si uno visualiza la figura 11 como un colador de cocina. Es obvio que si un gas o un líquido está compuesto por dos tipos de moléculas, unas más grandes que las otras, y si disponemos de una zeolita cuyos poros o ventanas tengan un tamaño intermedio entre las moléculas pequeñas y las grandes, sólo las primeras entrarán en la zeolita, mientras que las segundas seguirán su camino. Así se habrá separado un componente de otro: la zeolita actúa como un tamiz de moléculas. Fue J. McBain quien informó esta propiedad y acuñó de paso el término tamiz (o malla) molecular, pero fue R.M. Barrer quien en los años 40, en Inglaterra, demostró por primera vez que las zeolitas se comportaban como mallas moleculares. Con la síntesis de zeolitas en los 50, las separaciones previamente demostradas en el laboratorio se trasladaron a las fábricas. Así la compañía Union Carbide lanzó al mercado, a principios del 54, adsorbentes a base de zeolitas y, la División Linde, implantó su uso industrial para obtener argón de alta pureza. En efecto, la molécula de argón es ligeramente mayor que el oxígeno y no consigue entrar en la zeolita tipo 4 A a baja temperatura. Otra de las primeras separaciones a nivel industrial fue la utilización de zeolita 4 A para separar trazas de agua en la sustancia congelante de los refrigeradores caseros, aplicación que aún se mantiene.

Hoy se insiste con razón en que los términos zeolita y tamiz molecular no son realmente sinónimos. En realidad, para ser tamiz molecular no es necesario que el material sea un aluminosilicato cristalino con una red abierta que permita el intercambio de iones y una deshidratación reversible, como es el caso de la zeolita.

Figura 19. Tamaños de poro de zeolitas naturales y sintéticas a (-) 77 °K y (--) 420 °K comparados con los diámetros cinéticos de algunas moléculas.

En la figura 19 se dan los diámetros cinéticos en angstroms de algunas moléculas y el tamaño de las ventanas de algunas zeolitas. Estos valores no deben tomarse al pie de la letra, ya que el "tamaño" de las moléculas varía dependiendo del método usado para calcularlo. En la figura 19 mencionada, la zeolita A en su forma sódica lleva el símbolo Na-A, si se intercambian los sodios por potasio, el símbolo se transforma en K-A, etc. En la figura 20 se ilustra la forma de algunas moléculas sencillas y el diámetro cinético correspondiente.

La temperatura debe tomarse en cuenta. En la figura 19 se comprueba que el tamaño del poro aumenta notablemente entre 77 y 420°K (indicado por la línea punteada). A temperatura normal, las pequeñas moléculas polares* como las del amoniaco (NH3) no entran en las cavidades sodalitas (o b) de las zeolitas A, X, Y. Sin embargo, el agua ocupa esos huecos a temperatura ambiente. Se ha comprobado que al elevarse la temperatura, el NH3 se difunde muy lentamente en las cavidades de las zeolitas X y Y. Una observación adicional de la figura 20 es la variación del tamaño de poro dependiendo de los cationes presentes en la zeolita.

Así, una zeolita en la que los sodios son intercambiados por potasios disminuye su ventana a un valor de 3 Å: en efecto, el ion K es mayor que el ion Na y por lo tanto estorba la entrada del poro. Análogamente es posible sustituir los sodios por calcios. El radio iónico del Ca++ y del Na+ es aproximadamente el mismo, pero como sólo se necesita un Ca por cada dos Na para balancear las cargas de la estructura zeolítica, entonces la abertura del poro está más libre y aumenta de 4.2 Å para la forma Na-A, a 5 Å para la forma Ca-A. Así puede uno calibrar mediante un intercambio controlado el tamaño de la ventana del poro de las zeolitas.

Secado de gases

A estas alturas el lector podrá dedicarse a consultor técnico en procesos de refinación del petróleo y a la pregunta del operador de una planta de etileno sobre el tipo de zeolita que usted recomienda para eliminar agua del hidrocarburo, hará uso de los conocimientos adquiridos. ¿Cuál zeolita elegir?

Lo primero que se necesita es información sobre el diámetro cinético del agua y el etileno:2.65 Å y 3.9 Å, respectivamente. Por lo tanto, la zeolita que sacará del apuro a nuestro operador debe tener una abertura de poro alrededor de 2.65 Å. Del análisis de la figura 19 vemos que la zeolita A intercambiada con K cumple con este requisito pues permite la entrada del agua pero no acepta al etileno por tener un tamaño mucho mayor. El problema ha sido resuelto pero nos ha quedado la duda de por qué la mayoría de los gases industriales se deshidratan y cómo se regeneran las zeolitas llenas de agua en sus cavidades.

La respuesta es simple: el agua a baja temperatura forma hidratos que ocasionan taponamientos en las tuberías, es corrosiva y en procesos petroquímicos catalíticos suele ser veneno para los mismos o promueve reacciones laterales indeseables. Por otra parte, un método usual de regeneración* consiste en calentar directamente el reactor que contiene la zeolita impregnada de agua, entre 200 y 300 °C.

Una de las propiedades más importantes de las zeolitas, que las hace de uso obligado en muchos procesos de deshidratación, es su gran estabilidad térmica y el aumento de su capacidad de adsorción con la temperatura, como se muestra en la figura 21, para él caso de la zeolita A. Se observa que su capacidad de adsorción de agua aumenta sustancialmente al calentarse a 300 °C, permanece casi constante hasta los 600 °C y decae bruscamente a temperatura más elevada.

Separación de hidrocarburos

Si es posible separar moléculas en función de su tamaño usando una zeolita de diámetro apropiado, ¿por qué no intentar separaciones más sutiles? Al observar la figura 20 que presenta datos del diámetro cinético de moléculas sencillas, intuimos que además del tamaño, la forma es característica de las moléculas. Existen moléculas que difieren una de otra sólo por su estructura, aunque la composición sea la misma.

Por ejemplo, el butano tiene como fórmula C4H10, o sea que está compuesto por cuatro carbonos y diez hidrógenos que pueden no obstante disponerse en el espacio de dos formas diferentes (Figura 22). El compuesto lineal es llamado butano normal o n-C4H10 y el ramificado es el isobutano, i-C4H10. Se dice que el isobutano y el n-butano son isómeros. Si el diámetro de poro de la zeolita es exactamente del "ancho" del n-butano, sólo este compuesto podrá entrar, como si fuera una enorme oruga, mientras que el isobutano, que parece un auto con su antena, no podrá hacerlo. El n-butano tiene un diámetro cinético de 4.3 Å, mientras que el i-C4H10 lo tiene de 5 Å. La zeolita indicada entonces en este caso es la Ca-A.

Existen en la actualidad una miriada de procesos que emplean zeolitas para separación y secado de hidrocarburos, estimándose que sólo en EUA este rubro representa un consumo anual de 18 000 toneladas. En nuestro país, hasta la fecha estos materiales son importados, estimándose un consumo anual de unas 300 toneladas.

Las zeolitas y los detergentes

En el capítulo I dijimos que las zeolitas tienen la propiedad de intercambiar los cationes que mantienen la neutralidad del sistema. Pues bien, esta capacidad del sólido ha permitido cambiar la fórmula de los detergentes de uso común. En EUA, del total de la producción de zeolitas, las que se destinan a este uso representan el 81% del total fabricado ¿Qué hacen las zeolitas en las lavadoras?

Como sabemos, los detergentes contienen ingredientes que neutralizan los iones calcio y magnesio presentes en el agua. Tradicionalmente existían en el mercado dos tipos de sustancias que eliminaban los compuestos solubles de esos elementos: los tripolifosfatos (TPF) y el carbonato de sodio. Sin embargo, los fosfatos en particular fueron atacados por los ecologistas quienes atribuyen a estos compuestos efectos nocivos irreversibles en lagos y ríos. El carbonato de sodio presenta la desventaja de que es poco eficiente para eliminar al magnesio presente en el agua debido a que el carbonato de magnesio formado es bastante soluble en solución acuosa. Por lo anterior, las compañías fabricantes de detergentes enfocaron sus estudios hacia los usos potenciales de las zeolitas, en particular la zeolita A.

La eficiencia de un detergente, nos dicen los especialistas de la materia, está determinada en buena medida por la velocidad con la cual se eliminan los iones mencionados en los primeros minutos de la etapa de lavado. En la figura 23 se muestran resultados de la eliminación del calcio en los tres compuestos que hemos mencionado. Se puede comprobar que efectivamente el TPF elimina más rápidamente al calcio, seguido de la zeolita A y por último del carbonato.

Figura 24. Cantidad de Ca y Mg residual a los 10 minutos de operación en función de la cantidad de zeolita añadida.

En la figura 24 se presentan resultados de Ca y Mg remanentes como compuestos solubles a los diez minutos de intercambio, esta vez en función de la concentración de zeolita añadida en la solución. Como se observa, el magnesio no se intercambia apreciablemente con la zeolita durante el ciclo de lavado. Lo anterior es debido en parte a un fenómeno cinético: el intercambio es lento debido a que el ion magnesio hidratado se difunde, por su tamaño, lentamente al interior de la zeolita. La otra causa es que el intercambio de sodio por magnesio es termodinámicamente menos favorable que el de sodio por calcio.

Si bien la zeolita A no pudo sustituir totalmente a los fosfatos, sí permitió lograr una reducción sustancial de la concentración de estos últimos en las fórmulas, con la ventaja adicional de que la zeolita se elimina fácilmente por los procesos convencionales de tratamiento de aguas, además de que no se ha comprobado que su presencia ocasione trastornos a los animales de lagos y ríos.

Catálisis y selectividad de forma

Hasta ahora nos hemos referido a las aplicaciones de las zeolitas, como la zeolita A, cuyas aberturas son circulares, pero en otros casos pueden ser elípticas, como el caso de la chabasita o erionita, lo que produce sutiles diferencias en la selección de moléculas, diferencias debidas a un factor de forma. La distorsión de la red aluminosilicato es también un factor importante. Al deshidratarse la chabasita intercambiada con calcio, se distorsiona, y aberturas que eran esencialmente circulares de 3.9 Å de diámetro se transforman en elipsoidales de 3.7 X 4.2 Å.

Trataremos de demostrar que la selectividad debido a la forma de las moléculas desempeña un papel de suprema importancia en varias reacciones de hidrocarburos con zeolitas. La ZSM-5 es una zeolita que por su estructura particular tiene una selectividad de forma capaz de discernir diferencias muy pequeñas entre un grupo de moléculas, distinción que para otras zeolitas sería imposible. Presenta canales interconectados más o menos elípticos y con aberturas de 5.3 a 6 Å, o sea que difiere de las zeolitas de poros grandes como las faujasitas o la mordenita así como de las de poro pequeño como la erionita o la zeolita A. Podemos decir, a manera de resumen, que la selectividad de forma de la ZSM-5 combina dos tipos de efectos: a) el primero relacionado con restricciones estéricas en los sitios activos y b) el segundo debido a la presencia de caminos difusionales preferenciales (que son los canales elípticos y lineales para hidrocarburos aromáticos e isoparafinas) o los canales en zigzag, casi circulares (para las moléculas de reactivos más ligeros).

Aquí es necesario abrir un paréntesis para explicar brevemente algunos conceptos de nomenclatura de sustancias químicas, ya que de ellas hablaremos a menudo en la continuación de este libro. Existen esencialmente cuatro tipos de hidrocarburos: parafinas, olefinas, naftenos y aromáticos. En la figura 25 se muestran cuatro estructuras representativas de cada uno de ellos. Las parafinas están compuestas de átomos de carbono conectados por enlaces sencillos, como ya lo vimos cuando hablamos del butano y del isobutano; las parafinas pueden ser lineales o ramificadas. Las olefinas son hidrocarburos cuya cadena abierta contiene un enlace doble (fórmula Cn H2n) como puede verse en la figura 25 (b). Los naftenos son simplemente parafinas cíclicas mientras que los aromáticos están constituidos por una unidad básica que es el anillo de benceno que contiene tres enlaces dobles.

Bien, decíamos que las propiedades expuestas de la zeolita ZSM-5 son una manifestación de la porosidad intracristalina de las zeolitas. El área externa de los cristales es de alrededor de 1% del área superficial equivalente. Tenemos entonces un sólido cuya relación área/volumen es enorme, constituido por túneles tapizados de oxígenos en los cuales los sitios iónicos de aluminio retienen agua. Por lo tanto, en toda área de la química que se necesite la intervención de una superficie que favorezca la reacción, las zeolitas serán materiales de gran interés. Esa rama de la química se conoce como "catálisis" y las propiedades catalíticas de las zeolitas son conocidas por todo químico.

Un catalizador es una sustancia que modifica y, muy particularmente, acelera (actividad catalítica) una reacción química, "solamente con su presencia", es decir que el catalizador se encuentra al final de la reacción idéntico a sí mismo. Dado que cualquier reacción termodinámicamente posible puede ocurrir en un cierto grado a una temperatura elevada, se deduce que el propósito de usar catalizadores es el de proveer la selectividad pertinente para dirigir la transformación por un camino deseado.

En esta sección estudiaremos los efectos catalíticos de las zeolitas en algunas reacciones. Poca magia hay en hechos tan insólitos como la transformación del alcohol en gasolina, o bien la obtención de petroquímicos útiles a partir del petróleo. Estudiaremos por qué en un caso y en otro son necesarias las zeolitas y, como se trata de la acción de una superficie, empecemos con lo más sencillo: una superficie plana.

En la figura 26 se ilustra cómo los átomos de la superficie de un cristal se encuentran dispuestos de manera distinta a la de sus vecinos. En efecto, el entorno de los átomos pertenecientes al volumen del sólido es distinto del de los átomos de la superficie. Los del volumen están totalmente rodeados por átomos vecinos y alcanzan el equilibrio eléctrico, al contrario de los de la superficie que, para tender a ese equilibrio, se relajan. Hay entonces en la superficie un desequilibrio que propicia la adsorción de otras moléculas, o sea que los átomos de la superficie retienen moléculas de gas o de sustancias en solución. Como el burgués gentilhombre que hablaba prosa sin saberlo, nosotros hemos usado este concepto en los capítulos anteriores cuando veíamos el agua ligada a la superficie de los túneles: de hecho está adsorbida en la red aluminosilicato de la zeolita. Desde luego, cualquier imperfección en esa superficie altera sus propiedades adsortivas.

Figura 26. Diferencia entre los átomos de una superficie y los átomos del volumen de un cristal.

En (a) se representa una relajación debida a la interrupción súbita del material, en (b) una contracción y en (c) una relajación tangencial.

Estas imperfecciones pueden ser estructurales (ventanas, túneles, cavidades) o químicas (presencia de otros iones, aquí Na, K, Ca, etc.). Sin embargo, el descubrimiento de una actividad catalítica asociada con el interior de los aluminosilicatos ha liberado al químico de esta preocupación. Por ejemplo, las zeolitas X o Y poseen tal estructura que sus espacios intracristalinos permiten la difusión de las moléculas voluminosas. La interfase entre esas moléculas y la zeolita Y no es el final abrupto de una estructura sólida tridimensional.

Haciendo gasolina a partir del metanol

Si imaginamos las moléculas como complicadas cadenas, orugas habíamos dicho antes, al adsorberse sobre una superficie una de sus secciones quedará fija, y con todo, inválida, reacciona. Cuando sus enlaces se rompan será más probable que sean siempre los mismos. Es como si fijamos una regla a la mitad de una hoja de papel, lo más probable, al tirar de ella, es que se corte siguiendo el filo de la regla. Cuando necesitemos medias hojas, será éste el procedimiento a seguir y no se nos ocurrirá cortar hojas al azar, para después separar las que casualmente se hayan cortado como queríamos. ¿Y qué es la gasolina sino una serie de moléculas rotas de petróleo? Sí, la gasolina son cadenas de cuatro a diez carbonos con hidrógeno.

Digamos que necesitamos gasolina. ¿Cómo obtenerla? Se nos ocurren por ahora dos caminos. El más directo es, ya lo dijimos, seccionando moléculas mayores; el segundo, guiándonos por el sentido común, tiene que ser uniendo moléculas más pequeñas constituidas, digamos, por uno o dos carbonos e hidrógeno. En esta última categoría está la obtención de gasolina a partir de alcohol (metanol en particular).

en donde CH2 repetido"x" veces, si"x" vale entre 4 y 10, es la gasolina (constituida por parafinas, olefinas, naftenos y aromáticos). La formación de hidrocarburos a partir del metanol requiere la eliminación del oxígeno, la cual puede ocurrir de tres maneras diferentes: como H2O, CO o CO2 (la eliminación como O2 está prohibida por la termodinámica).

Bien, confrontemos ahora nuestras teorías con la experimentación, con los hechos. Ya lo dijo Ortega:

Esta faena es la ciencia, como se ve consiste en dos operaciones distintas. Una puramente imaginativa, creadora, que el hombre pone de su propia y libérrima substancia; otra confrontadora en lo que no es el hombre, en lo que le rodea, en los hechos, en los datos. La realidad no es dato, algo dado, regalado sino que es construcción que el hombre hace con el material dado [...] Este carácter, en parte al menos, imaginativo de la ciencia hace de ella una hermana de la poesía. Pero entre la imaginación de Galileo y la de un poeta hay una radical diferencia: aquélla es una imaginación exacta.

A los hechos, pues. Operamos el aparato del esquema mostrado en la figura 27, al cual, como siempre, le añadimos válvulas, manómetros, etc. El metanol pasa por la zeolita ZSM-5 contenida en el reactor catalítico del cual sale una mezcla de gasolina (eso esperamos), agua y algunas moléculas gaseosas. Analicemos los productos de la reacción. En la figura 28 se muestran los resultados de tal análisis expresados como porcentajes de cada uno de los productos obtenidos. ¡Estamos obteniendo 90% de gasolina!

Un recorrido por los canales

Hay que hacer notar que por ahora sólo hemos hablado de la zeolita como una simple superficie y nos consta que sólo la ZSM-5 produce gasolina a partir de metanol. ¿Por qué? A estas alturas el lector convertido en investigador está preparado para contestar. Es obvio que no sólo es necesaria una gran área superficial, sino que son algunas de las peculiaridades estructurales de la ZSM-5 las que propician esta transformación.

Analicemos ahora la estructura de la zeolita en función de la reacción que nos interesa. El primer requisito va a ser que los reactivos puedan invadir los cristales de zeolita (típicamente de un micrón de tamaño) y que los productos puedan salir. He aquí un punto importante: la zeolita actuará como tamiz molecular tanto de los reactivos como de los productos, es más, efectuará una selectividad de forma. El acceso al interior de los cristales de zeolita está controlado por ventanas enmarcadas de oxígenos cuyas dimensiones dependen de la estructura de la zeolita. La mayoría de los sitios activos (o sea las configuraciones de átomos susceptibles de favorecer la reacción deseada) están presentes en los poros o cavidades que, a su vez, son de tamaño molecular.

Lo anterior podemos explicarlo fácilmente si analizamos más a fondo la distribución de productos aromáticos obtenidos de la transformación del metanol con tres tipos de zeolitas diferentes: erionita, de abertura de poro pequeña, ZSM-5 y ZSM-11, de poros intermedios y por último mordenita, de grandes poros. La figura 29 muestra los resultados para las zeolitas mencionadas. En primer lugar, notamos que no hay datos para la erionita. ¿Se nos olvidó incluirlos? Afortunadamente no, la erionita sólo produce hidrocarburos de bajo peso molecular: el benceno y otros aromáticos no pueden entrar en las cavidades y por lo tanto tampoco se producen durante el curso de la reacción.

Imaginemos ahora a la molécula de metanol que ya ha penetrado por las ventanas de la ZSM-5: al llegar al interior se encuentra sujeta a un entorno determinado por la estructura y la composición de la zeolita. Geométricamente, este entorno consiste de túneles anchos y rectos, verdaderos ejes viales, que se intersectan con túneles más estrechos y zigzagueantes. En la ZSM-5 y la ZSM-11 no hay cavidades, sólo intersecciones y es aquí el único lugar en donde se dispone de un poco más de espacio. En la ZSM-5 sólo hay un tipo de intersección, pero hay dos en la ZSM-11, uno similar al de la ZSM-5 y otro que genera un espacio ligeramente mayor. Esta distribución espacial de los canales influye en la selectividad de forma. Los aromáticos de 8 carbonos se favorecen en la ZSM-5 respecto a los de 9 carbonos que sí se dan en la ZSM-11, lo cual quizá se debe a que el volumen libre en la intersección de la ZSM-11 es aproximadamente un 30% mayor que en la otra zeolita. Así se ha llegado a postular un control de tránsito molecular para zeolitas que tienen dos tipos de túneles que se intersectan. Se cree que algunas moléculas se pueden mover preferentemente por un sistema de canales, mientras que otros productos se mueven por el sistema restante. Los resultados en el caso de la mordenita nos muestran que la distribución de productos aromáticos de once y más carbones es mayoritaria dado que no hay restricciones geométricas para su formación.

Un último punto a considerar es la difusión. ¿Con qué facilidad se mueven las moléculas en el interior de los túneles? El movimiento de los reactivos, o sea la difusión, depende una vez más de la composición y estructura de la zeolita. La regularidad de los poros de la zeolita implica que una molécula que se difunde a través de un cristal de zeolita se encuentre permanentemente (¿paradoja?) bajo la influencia de la superficie de la zeolita. De allí que a veces sean necesarios cristales pequeños para limitar esta influencia al mínimo, o viceversa.

Una vez que la molécula de alcohol ha alcanzado el sitio activo, ¿qué sucede? Tradicionalmente, el investigador en este campo ha tratado de descubrir el sitio activo que origina la catálisis. Históricamente, esa meta, objetivo lógico, ha sido de lo más frustrante en catálisis heterogénea, en parte, como se dijo anteriormente, debido a la dificultad en aplicar conceptos químicos familiares y técnicas convencionales a lo que se conoce como "superficie".

Esos sitios activos son ante todo sitios ácidos. No describiremos aquí cómo actúan esos sitios ácidos sobre las moléculas del alcohol y cuál es el mecanismo detallado por el que se forman compuestos intermedios que generan los productos finales. Es demasiado complejo. Tanto más que aún se cuestiona la forma en que se produce el primer enlace C-C. No obstante, a continuación reproducimos una de las versiones simplificadas propuesta, pues siempre, sorprendentemente, hay algún erudito entre nuestros lectores:

Zeolitas selectivas hechas a la medida

De lo visto anteriormente podemos pensar que se puede alterar la estructura de la zeolita para "calibrarla"; regular sus propiedades de tal modo que se obtenga el producto o los productos deseados en tan alto porcentaje como sea posible.

Por ejemplo, en la misma conversión del metanol sobre la ZSM-5 se puede orientar la reacción a fin de obtener altos rendimientos en olefinas si la zeolita se modifica añadiéndole fósforo (las olefinas, en general, son sumamente valiosas como materia de base para la fabricación de muchos petroquímicos). Otro tipo de alteración puede ser bloquear los sitios activos superficiales de los cristales, ya que éstos pueden catalizar reacciones no selectivas de forma (el sitio activo ya no se encuentra en un túnel). Una posibilidad extra puede ser la deposición de óxidos en la superficie externa de los cristales. Trabajos recientes confirman que el fósforo y el boro sí se concentran en la superficie externa de los cristales, aunque es inevitable cierta penetración en los huecos intracristalinos. Adicionalmente, se modifican las propiedades ácidas y el espectro de adsorción. También la presencia de cationes adecuados en posiciones claves puede modificar los caminos de difusión.

Rompiendo moléculas de petróleo

Revisemos ahora el segundo método (es decir, el rompimiento de moléculas de petróleo) para la obtención de gasolinas en el cual las zeolitas juegan un papel fundamental: la desintegración catalítica.

Mediante este proceso se obtiene ante todo gas licuado, gasolinas con alto índice de octano y diesel. Es sin duda el proceso de refinación más importante en la historia de la industria pues proporciona el combustible para prácticamente todos los medios de transporte, el gas que se emplea tanto en los hogares como el que sirve de materia prima para innumerable cantidad de procesos petroquímicos. Aunque a primera vista parezca exagerado, se dice que sin los carburantes se disminuiría la capacidad de alimentación de todo el planeta; se calcula que para hacer producir una hectárea de maíz se requieren unos 600 litros de gasolina.

En el mundo, aproximadamente unos 9 millones de barriles de petróleo se destinan diariamente al proceso, para lo cual se requieren unas 295 000 toneladas anuales de catalizador. En México se procesan actualmente unos 260 000 barriles diarios (un barril de petróleo equivale a 159 litros), consumiéndose aproximadamente 10 000 toneladas de catalizador al año.

Para entender la importancia estratégica del proceso es interesante ubicarlo dentro del esquema de refinación primaria del petróleo crudo, para lo cual nos apoyamos en la figura 30, que nos muestra los productos básicos obtenidos por los diversos procedimientos físicos y químicos a que se somete el petróleo. Debemos mencionar que el crudo abarca desde el asfalto hasta el gas licuado. Lo primero que se hace en la refinería es separar, mediante destilación y condensación a diversas temperaturas, diversos componentes: de esta manera se produce gas licuado, gasolinas, kerosinas o diesel. El remanente se somete a una nueva destilación, esta vez al vacío, obteniéndose parafinas, aceites lubricantes y el gasóleo, el cual es la materia prima para el proceso de desintegración catalítica.

El inventor de la desintegración catalítica para la obtención de gasolina fue el ingeniero francés E. Houdry, apasionado de las carreras de autos, quien en 1922 funda una compañía para intentar mejorar la calidad de los carburantes. En 1936 empieza a operar en EUA la primera planta que emplea un catalizador a base de arcilla natural lavada con ácido, el cual fue sustituido unos años después por silicoaluminatos sintéticos.

El proceso de desintegración catalítica semeja una enorme fábrica en la cual cientos de moléculas diferentes son transformadas simultáneamente (se calcula que por cada gramo de catalizador, 2.4X1017 moléculas se convierten cada segundo). En el proceso se producen cientos de nuevos compuestos, sin embargo, el fenómeno no se lleva a cabo anárquicamente sino siguiendo caminos de reacción que están gobernados por la formación de los llamados iones carbonio, es decir, un ion hidrocarburo con una carga positiva en el átomo de carbono. Estas especies se generan por la interacción de la molécula con un centro ácido del catalizador.

A principios de los años 50 se buscaban febrilmente mejores catalizadores para el proceso. Los investigadores estaban concientes de que desde el punto de vista estructural, los silicoaluminatos amorfos eran sólidos que no presentaban una estructura uniforme ni ordenada, razón por la cual se pensaba que del total de la masa sólo una fracción muy pequeña era catalíticamente activa. Por otra parte, el interés también se centraba en mejorar el rendimiento en gasolina y disminuir la producción de gases. Así, debía existir un catalizador hipotético en el cual los sitios activos estuviesen dentro de los poros y que el tamaño de éstos fuese ligeramente mayor que el de las moléculas a desintegrar.

Figura 31. Desintegración catalítica de un gasóleo empleando zeolitas faujasitas X

intercambiadas con diversos metales: X-Ca = calcio, X-Mn = manganeso y X-L = lantánidos.

Figura 32. Estimaciones del número de barriles de crudo ahorrados en función del incremento en la

producción de gasolina generado por el uso de catalizadores zeolíticos en la desintegración catalítica.

En 1956, Plank y Rosinski, dos investigadores de la Compañía Mobil, buscaban nuevos catalizadores para el proceso. En su laboratorio contaban con una serie de muestras de zeolita faujasita X intercambiadas con diversos metales, las cuales decidieron probar en la desintegración de un gasóleo.

Para realizar sus pruebas, tomaron 10% de zeolita y la mezclaron con un silicoaluminato sintético. Tres variedades de metales en la zeolita fueron evaluados: calcio, manganeso y una mezcla de lantánidos (Ce, La, Nd). En la figura 31 reproducimos los resultados obtenidos de la reacción, en ella denominamos X-L a la zeolita que contiene los lantánidos. Cuando estos investigadores confrontaron los resultados obtenidos con los de los silicoaluminatos sintéticos, observaron las siguientes ventajas: la adición de 10% de zeolita producía entre 6 y 9% más de gasolina, hasta 6% menos de gases y convertía al gasóleo unas 100 veces más rápido que el silicoaluminato. La actividad de las zeolitas era tan elevada que estuvieron a punto de ser descartadas como candidatas. En efecto, los resultados mostrados se refieren a materiales tratados previamente por 20 horas a 650 °C antes de iniciar la prueba a fin de simular la regeneración que se lleva a cabo en el reactor industrial. Durante ese proceso de tratamiento la zeolita pierde parte de su actividad inicial y se vuelve selectiva para la formación de gasolina; sin el tratamiento previo, la actividad de transformación es tan elevada que lo único que se observa es una gran formación de gases y depósito de carbono en el sólido.

Podríamos estar tentados a pensar que las mejoras introducidas por las zeolitas en el proceso son modestas, pues ¿qué representa un 6% más de gasolina? Para tener una idea del impacto de los nuevos catalizadores, en la figura 32 se muestran algunos cálculos realizados hace 20 años para datos de procesamiento de gasóleo en EUA: si suponemos que las zeolitas producen en promedio un 7% más de gasolina respecto a los silicoaluminatos amorfos, el ahorro anual de gasóleo que no hubo que procesar es de 190 millones de barriles.

De 1961, fecha en que iniciaron su operación los nuevos catalizadores, a nuestros días, los avances para mejorar la eficiencia de los mismos ha proseguido. Debe destacarse en particular la sustitución de la zeolita X por la Y, notablemente más resistente a las altas temperaturas de operación del proceso.

Nuevas tendencias en desintegración

Hoy en día, la industria enfrenta nuevos retos para el procesamiento del petróleo. Como sabemos, los crudos son "más pesados" (como el crudo Maya), o sea que están constituidos por moléculas más grandes y por ende más difíciles de romper en productos ligeros. Las fracciones del petróleo de estos crudos útiles para el proceso de desintegración contienen moléculas cuyo diámetro cinético va desde los 25 hasta los 150 Å, siendo el promedio mayoritario de unos 50 Å. Obviamente, estas moléculas no pueden penetrar los poros de las zeolitas disponibles en la actualidad. Por tanto, los científicos, como lo hicieron Plank y Rosinski, buscan el catalizador hipotético: una nueva zeolita de poros más grandes, térmicamente estable, con iones intercambiables que permitan modular la acidez del sólido para que la desintegración produzca la gasolina requerida.

Los nuevos catalizadores se desarrollan febrilmente en distintos laboratorios. La pista para resolver el problema ya fue dada. La materia prima para la fabricación de los catalizadores del futuro se dejó de usar hace más de 50 años: ¡las arcillas del proceso Houdry! En efecto, como vimos en el Capítulo I, existen arcillas con estructuras laminares (filosilicatos) cargadas negativamente y que tienen los iones positivos intercalados entre las láminas. Si esos iones se sustituyen por cationes más voluminosos, se produce una separación de láminas, creándose un poro o ventana que permite el acceso de moléculas a cavidades de gran volumen. Se informa en la bibliografía de materiales con poros hasta seis veces más grandes que los de las zeolitas convencionales. Más aún, el tamaño y forma de los poros depende del catión empleado como "proyectil" para hacer las perforaciones necesarias en la estructura laminar.

Estas investigaciones fueron iniciadas hace unos 25 años por Barrer, irónicamente las dejó inconclusas porque sus métodos de síntesis de zeolitas tipo X y Y lo hicieron dedicar todas sus energías a ese trabajo.

Las zeolitas se comen

Hasta aquí hemos destacado algunas de las aplicaciones de las zeolitas en procesos de transformación de productos químicos, así como aquellos relacionados con la separación de componentes. Exploremos otros usos.

Desde hace ya muchos años los yacimientos naturales de clinoptilolita y mordenita se han venido empleando en diversos países como parte de la alimentación de animales así como en el tratamiento de la contaminación generada por el excremento de los mismos. En Japón, por ejemplo, que posee ricos yacimientos de estas zeolitas, es práctica común añadirlas en el alimento de aves y cerdos.

Diversas publicaciones aparecidas en años recientes nos enteran que en 1966 se realizaron pruebas en aves a las que en su alimentación se añadió 10% de zeolita por un periodo de 14 días. Los resultados mostraron que las aves aumentaron de peso calculado por unidad de alimento consumido (excluyendo la zeolita), es decir, la eficiencia alimenticia fue un 20% mayor respecto a la obtenida para aves de control alimentadas normalmente. En una experimentación más prolongada en la que se empleó clinoptilolita de California se encontró un incremento en la eficiencia alimenticia del 5%, pero más destacado aún fue el hecho de que en las aves no tratadas hubo 4% de fallecimientos, mientras que todas las tratadas con zeolitas sobrevivieron. De igual manera se han notado incrementos en la eficiencia alimenticia entre 25-29% en pruebas realizadas con cerdos.

¿Qué hace que los animales engorden más cuando en su dieta se incluye una zeolita? La respuesta, como en el caso de los procesos catalíticos que revisamos anteriormente, no es categórica. Una explicación a este curioso mecanismo es que las zeolitas presentes en el sistema digestivo de los animales absorben una parte de los nutrientes ingeridos en sus cavidades, reteniéndolos por un cierto tiempo y, posteriormente, los van dosificando poco a poco, razón por la cual el animal aprovecha mejor lo que come.

Además, en todos los casos, incluyendo el ganado vacuno, se nota una acción profiláctica cuando se adicionan zeolitas en la alimentación. Sin pretender que las zeolitas sean la panacea que resuelva los problemas del campo, vale la pena recordar que en 1980 se registraron en nuestro país 11 millones de bovinos, 2 de ovinos y 3 de caprinos y que su alimentación provoca un agudo deterioro ecológico en muchas zonas del país: por el cambio radical de la composición florística de los pastizales, la erosión acelerada y la destrucción de enormes extensiones con ecosistemas forestales.

Aunado a su uso como suplemento alimenticio, las zeolitas permiten controlar el mal olor y contenido de humedad de los desechos animales. En particular, la eliminación del amoniaco generado por descomposición fecal aporta beneficios pues reduce la incidencia de enfermedades y mortalidad en aves y cerdos. En el caso de las aves, las concentraciones de amoniaco del orden de 20 partes por millón provoca daños en el tracto respiratorio, pérdida de peso y disminución en la producción de huevos, sobre todo en criaderos en los que, debido a la creciente demanda de alimentos, la densidad de animales es muy elevada. Para estos menesteres, las zeolitas son espolvoreadas en corrales y criaderos ayudando de esta manera a mantener un ambiente más limpio y combatir la contaminación de ríos y mantos acuíferos cercanos. Además, las proteínas no digeridas que se encuentran presentes en los excrementos, representan una fuente natural de fertilizantes para suelos agrícolas. En este último rubro, en Japón, el uso de zeolitas para neutralizar la acidez de suelos volcánicos se remonta a cientos de años y representa el uso principal de estos materiales en ese país.

Glosario del capítulo III

Regeneración. Proceso para quemar cuidadosamente el carbón depositado en el catalizador después de una reacción, evitando el sobrecalentamiento que podría dañar la estructura.

Adsorción. Retención de las moléculas de un gas o de una sustancia en solución o en suspensión sobre la superficie de un sólido.

Selectividad. Medida del grado al que un catalizador orienta una reacción hacia los productos deseados.

Difusión.Propagación de las partículas de un fluido al penetrar un sólido (o un líquido más denso); propagación que tiende a una distribución homogénea del fluido en el sólido.

IV.CONCLUSION

EL ESTUDIO de las zeolitas se inició en 1756 por A. F. Cronsted. Una rara curiosidad académica fue comprobar que servían de tamiz molecular, pero hoy se ahorran miles de millones de pesos con sus variadas aplicaciones en la industria. Sin embargo, hace solamente unos cuantos años que se estudian en nuestro país, y apenas ahora se plantea, con angustia, la necesidad de encontrar yacimientos, sintetizarlas, entender sus propiedades o ampliar su utilización.

Quizás, si en 1756 el estudio de las zeolitas se hubiese iniciado en México, si eso que en su momento fueron curiosidads académicas se hubiesen sabido sopesar aquí, hoy exportaríamos tecnología en gran escala. Estamos convencidos de que el público ha sabido leer entre líneas y ha comprendido que las zeolitas son un "caso típico", de que reflexionará sobre lo que es el conocimiento, sus aplicaciones y de cómo debe transmitirse. A modo de conclusión, transcribimos las palabras de Einstein que para este país, y para esta época son de particular relevancia:

Cualquiera que haya tratado alguna vez de exponer un tema científico a un público no especializado sabe lo difícil que es hacerlo. O logra hacerse ininteligible al ocultar la esencia del problema y ofrece al lector aspectos superficiales y alusiones vagas, engañándole, así, al hacerle creer que comprende; o bien, le da una experta explicación del problema, de tal índole que el lector que no tiene especial preparación es incapaz de comprender la exposición y pierde las ganas de leer. Si omitimos estas dos clases de intento de divulgación científica actual bien poco queda. Pero este pequeño remanente es muy valioso. Tiene mucha importancia el dar oportunidad al público de percatarse, consciente e inteligentemente de los esfuerzos y resultados de la investigación científica. No basta con que unos cuantos especialistas comprendan, elaboren y apliquen cada resultado. Restringir el acceso al campo del conocimiento a un pequeño grupo mata el espíritu filosófico de la gente y conduce a la pobreza espiritual.

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Otras características

Introducción

Las zeolitas son una familia de minerales aluminosilicatos hidratados altamente cristalinos, que al deshidratarse desarrollan, en el cristal ideal, una estructura porosa con diámetros de poro mínimos de 3 a 10 ángstrom.

También se dice, que una zeolita es un mineral aluminosilicato cuya estructura forma cavidades ocupadas por iones grandes y moléculas de agua con gran libertad de movimiento que permiten el cambio iónico y la deshidratación reversible.

Las zeolitas están compuestas por aluminio, silicio, sodio, hidrógeno, y oxígeno. La estructura cristalina está basada en las tres direcciones de la red con SiO4 en forma tetraédrica con sus cuatro oxígenos compartidos con los tetraedros adyacentes. Las propiedades físicas proveen aspectos únicos para una variedad amplia de aplicaciones prácticas.

Según Breck (1974) las zeolitas son caracterizadas por las siguientes propiedades:

- Presenta canales moleculares uniformes clasificados en los cristales deshidratados.

Todas las zeolitas son consideradas como tamices moleculares, que son materiales que pueden absorber selectivamente moléculas en base a su tamaño, pero no todos los tamices moleculares son considerados como zeolitas, ya que también el carbón activado, las arcillas activadas, la alúmina en polvo, y la sílice en gel se consideran como tamices moleculares.

CARACTERISTICAS

Propiedades físicas

Las propiedades físicas de una zeolita deben de considerarse de dos formas: (a) primero una descripción mineralógica de la zeolita desde el punto de vista de sus propiedades naturales, incluyendo la morfología, hábitos del cristal,gravedad específica, densidad, color, tamaño del cristal o grano, el grado de cristalización, resistencia a la corrosión y abrasión. (b) el segundo desde el punto de vista de su desempeño físico como un producto para cualquier aplicación específica, tomando en cuenta las características de brillantes, color, viscosidad de Broockfield,viscosidad de Hércules, área superficial, tamaño de partícula, dureza, resistencia al desgaste.

La caracterización de cualquier zeolita siempre incluye la descripción básica de sus características mineralógicas y una evaluación al cambio con el efecto con la humedad las cuales son consideradas para las aplicaciones comerciales específicas.

Propiedades químicas

Las aplicaciones de las zeolitas naturales hacen uso de uno o más de sus propiedades químicas, que generalmente incluye el intercambio de iones, adsorción o deshidratación y rehidratación. Estas propiedades están en función de la estructura del cristal de cada especie, y su estructura y composición catiónica. Mumpton describe las siguientes propiedades de la siguiente manera:

Propiedades de adsorción. Las zeolitas cristalinas son los únicos minerales adsorbentes. los grandes canales centrales de entrada y las cavidades de las zeolitas se llenan de moléculas de agua que forman las esferas de hidratación alrededor de dos cationes cambiables. Si el agua es eliminada y las moléculas tienen diámetros seccionales suficientemente pequeños para que estas pasen a través de los canales de entrada entonces son fácilmente adsorbidos en los canales deshidratados y cavidades centrales. Las moléculas demasiado grande no pasan dentro de las cavidades centrales y se excluyen dando origen a la propiedad de tamiz molecular una propiedad de las zeolitas.

Propiedad de intercambio de cationes. Por procedimientos clásicos de intercambio catiónico de una zeolita se puede describir como la sustitución de los iones sodio de las zeolitas faujasitas por cationes de otros tamaños y otra carga. Esta es una de las características esenciales de las zeolitas. En efecto, así se consigue modificar considerablemente las propiedades y ajustar la zeolita a los usos más diversos. El intercambio catiónico se puede efectuar de varios modos:

- Intercambio en contacto con una solución salina acuosa (intercambio hidrotérmico) o con un solvente no acuoso;

- Intercambio en contacto con una sal fundida. Por ejemplo, una zeolita A, originalmente con Ca, se pone en contacto con nitratos de litio, potasio o rubidio fundidos hacia 350°C;

- Intercambio en contacto con un compuesto gaseoso. Por ejemplo, una zeolita faujasita Y, originalmente en su forma Na, se pone en contacto con HCl anhidro o NH3, hacia 250°C.

- La naturaleza de las especies catiónicas, o sea, del catión, de su carga, etc.

- El solvente (la mayor parte de los intercambios se lleva a cabo en solución acuosa, aunque también algo se hace con solventes orgánicos) y,

Deshidratación -Rehidratación Basado en el comportamiento de deshidratación. Las zeolitas pueden ser clasificadas como:

a) Aquellas que muestran cambios estructurales no mayores durante la deshidratación y exhiben continua perdida de peso como una función de la temperatura.

b)Aquellos que sufren mayores cambios estructurales, incluyendo colapsos (derrumbes) durante la deshidratación,y exhiben discontinuidades en la pérdida de peso.

Un ejemplo típico del primer tipo son las zeolitas naturales como: la clinoptilolita, la mordenita, la erionita,la chabazita y zeolitos sintéticos como lo son los zeolitos A y X los cuales son termalmente estables de 700 a 800°C la deshidratación zeolitas. El comportamiento en la deshidratación de las zeolitas en el segundo tipo es semejante a aquel que exhibe pérdida reversible de agua a bajas temperaturas, pero un mayor cambio estructural a una elevada temperatura, y los materiales pierden su carácter zeolitico.

Especificaciones

Las especificaciones depende de los usos de los productos de la zeolita y varía ampliamente debido a la gran gama de productos de zeolita natural y variedad en el mercado. La sociedad americana para materiales y pruebas (ASTM) ha establecido métodos, pruebas y especificaciones estándares para la zeolita en los E.U.

Las especificaciones y pruebas en Europa y en Japón se hacen conjuntamente por las compañías productoras. Los productores de zeolita dividen de dos maneras las especificaciones: la venta del mineral en base a especificaciones negociadas con el comprador, o la venta del mineral en base a una línea de productos, donde cada producto de zeolita,tienen una designación de nombre o número con especificaciones físicas y/o químicas. Los productos de la zeolita se venden usualmente con un nombre comercial en lugar de una variedad de mineral. Por ejemplo, la clinoptilonita.

Coproductos y subproductos

Los depósitos que contienen dos o más zeolitas pueden generar varios productos o mezclas de los minerales de zeolita presente. Por ejemplo, los productos de zeolita desde las minas de Itaya en Japón, fuente de clinoptilonita y mordenita, incluye productos de mordenita, clinoptilonita y una mezcla entre los dos minerales de mordenita-clinoptilonita dependiendo de la selectividad del minado y del proceso de beneficio. El minado de zeolitas puede generar bentonita como un subproducto o coproducto. En la operación de producción de mineral en Oregon, ambos minerales son minados desde fosos cercanos y procesados en la misma planta moledora.

Regulaciones ambientales

Las regulaciones ambientales varían entre los estados y condados y esto puede ser una fuente de conflicto entre los inspectores del gobierno y los operadores encargados del minado. Las zeolitas naturales son relativamente inocuas y no presentan problemas ambientales particulares, con tres excepciones:

- Varios minerales de zeolita tienen formas fibrosas y pueden comportarse como materiales de asbesto.

- Los cristales de silicio fino se generan usualmente en depósitos de zeolita y los productos finos pueden ser respirados (0.1%).

- El minado de la zeolita y las plantas procesadoras secas tienden a generar polvos, ocasionando problemas en la calidad del aire.

El polvo generado en la planta y el minado pueden considerarse como un contaminante ambiental local. La mayoría de las zeolitas contienen sílice en forma de sílice amorfa o cristalino. Las plantas procesadoras, pueden por lo tanto requerir de un sistema eficiente para controlar la contaminación del aire, que van desde la norma Benhouse en donde se utilizan colectores de polvo a precipitadores electrolíticos para minimizar la exposición de los trabajadores con estos polvos en el almacén del mineral o en los molinos y para cumplir con los requerimientos locales de control de calidad del aire. La mayoría de las zeolitas se producen usando métodos de procesamientos secos. El procesamiento de las zeolitas se inclina inevitablemente hacia procesos de lavados con agua y métodos húmedos de clasificación,requiriendo para esto un estanque de desperdicio o presa de jales y una manipulación apropiada de la planta.

Los minerales de zeolita son considerados generalmente por ser químicamente inertes, y la mayoría no son fibrosas. La erionita se establece como un mineral fibroso, mineral a circular y puede ser marcada como un posible cancerógeno en base a los estudios médicos, la modestia es también un mineral fibroso pero no es remarcado como un cancerógeno potencial.

Ocurrencia

Los minerales de zeolita ocurren en una variedad de mareos geológicos y pueden formarse de una variedad de material salientes bajo extensos rangos de condiciones físico-químicos. Esto ocurre en rocas depositadas en diversos marcos geológicas y etapas.

Los vidrios volcánicos de composición ácido intermedio son los materiales más comunes para la formación de minerales de zeolitas. Otra minerales comunes incluyen las arcillas montmorilloniticos, arcillas cristalinas y materiales amorfos, finalmente el cuarzo cristalino, feldespato, y materiales precursores de zeolitas. Casi todos los depósitos minables de zeolitas en el mundo ocurren como alteraciones vitricas de rocas volcánicas.

La formación partículas de un mineral de zeolita depende de la interpelación de los factores físicos y químicos. La presión, la temperatura y el tiempo son las tres consideraciones físicas que fuertemente afectan la lateración zeolítica.

Muchas zeolitas en rocas sedimentarias son formadas por cenizas volcánicas o otros materiales piroclasticos por reacciones de amorfos con otros originados por la alteración de feldespatos preexistentes, feldespatoides, silicabiogénica,o minerales de arcilla pobremente cristalizados.

Las zeolitas son rocas sedimentarías son formadas probablemente por medio de reacciones de disolución - precipitación. Basándose en el marco geológico de las zeolitas, mineralogía y génesis, las depositas de zeolitas han sido clasificados en los siguientes tipos:

1) Sistema cerrados.- Depósitos formados por materiales volcánicos en sistemas hidrológicamente cerrados, sistemas salinos- alcalinos.

2) Sistemas abiertos.- Son depósitos formados en sistemas hidrológicamente abiertos. Lagos de agua dulce.

3) Metamórficos boreales.- Depósitos formados por bajo grado de metamorfismo boreal.

4) Hidrotermales.- Depósitos formados por sistemas hidrotermales o por la actividad de brotes calientes.

6) Zonas erosionadas por la intemperie.- Depósitos formados en tierras, más comúnmente de materiales volcánicos.

MINERALOGIA

Las zeolitas ocurren en una variedad de marcas geológicas, en su mayor parte como alteraciones de minerales autigenicos, bajo temperatura y presión como minerales en sistemas metamórficos, minerales secundarios en zonas erosionadas por la intemperie o en venas. Las zeolitas comerciales están actualmente limitados por marcos autigenicos y finalmente en alteraciones de rocas sedimentarias cristalinas. Comúnmente son 9 las zeolitas que ocurren en rocas sedimentarias: La analcima, chabazita, la clinoptilonita, la erionita, la ferrierita, la huelandita, la laumontita, la modernita, y la filipsita. La analcima y la clinoptolonita son las más abundantes. Las 9 zeolitas muestran un considerable rango de contenido de cationes y radio de Si:Al. Excepto por la huelandista y la laumontita, estos generalmente son alcalinos y más silicicos que sus contrapartes en rocas ígneas.

El potencial comercial de minerales de zeolitas esta limitado por 5 de estas presentes: La chabazita, la clinoptilolita, la erionita, la mordenita y la filipsita. Estas son unas de las más comunes de las más abundantes en la naturaleza y tienen una favorable capacidad de intercambio de ion absorbancia y tamizado molecular.

La ferrierita y la faujasita son también potenciales económicas pero estas son poco comunes y son conocidos en muy pocos sitios en el mundo.

La tabla 1 muestra una lista de algunos especies de zeolitas su composición química, y propiedades selectivas que son comercialmente significantes. Así fue adoptado por Mumpton (1977) y basados en la clasificación de Breck.

Breck (1974) originalmente enlistó 34 especies de minerales naturales de zeolitas. Casi 100 zeolitas han sido sintetizadas. Las zeolitas son aluminosilicatos cristalinos hidratados de álcali y tienen una infinidad de cationes alcalino-terreo y poseen una estructura tridimensional. Las zeolitas son caracterizadas por su habilidad para perder y ganar agua reversiblemente y por intercambiar constituyentes que presentan mejores cambios de estructura.

La aplicación potencial comercial de ambos sistemas de zeolitas naturales y sintéticos se fundamenta en las propiedades físicos y químicos, cuando están directamente relacionados con su composición química y estructura cristalina.

Método de minado

A causa de su bajo costo de proceso, las zeolitas sedimentarias son minadas por métodos a cielo abierto. La excavación se lleva a cabo por equipo convencional para remover la tierra. Este minado minimiza costos, como lo es el uso de explosivos, el equipo para la remoción de la tierra y el cargado directo a los camiones de carga para que el mineral minado sea transportado a una planta de procesamiento. Las variaciones en la calidad de la mena pueden ser manejado por un minado selectivo.

El control de calidad es determinado por muestreos por medio de brocas, tomando muestras periódicas, evaluando visualmente el material en el mismo sitio, y sacando muestras sistemáticas de los camiones de carga.

Las zeolitas para usos especiales son de valor alto las cuales son recuperadas por un minado abierto selectivo. Las minas de chabazita-erionita en bruto tienen un lecho con partículas de 15 cm en Bowie, Az, que son utilizados por corporaciones que trabajan con carburos para hacer cedazos moleculares y productos catalíticos de alto valor.

Procesamiento

Las zeolitas naturales son vendidas como productos triturados y cribados, finalmente como pulverizados o micronizados a productos ultrafinos. El producto triturado y cribado de estos materiales es de bajo costo y es usado en aplicaciones simples como son: acondicionamiento de suelos o como vivienda de animales domésticos, que toleran un equitativo y amplio rango de tamaño de partícula. Muchas zeolitas son trituradas, pulverizadas y clasificadas en un rango de tamaño de -60 a +325 mallas. Micronizando productos tan finos de 5 a 10 m m y productos ultrafinos como de 1 m m los cuales son preparados para usos especiales (papel filtro).

El desempeño de las zeolitas naturales puede incrementarse lavándose con ácido y solución de NaCl para subir los contenidos de iones de H+ y Na+ respectivamente. Los productos de clonoptilolita son particularmente incrementados en la capacidad de intercambio iónico por lavado para reemplazar los iones de K+ por iones de Na+. En Bowie, Az, los productos de chabazita son usualmente aglomerados y ligeramente calcinados para reducir su friabilidad total.

Materiales alternos

Cuando la zeolita natural entra al mercado como un producto nuevo, tienen que competir con productos de minerales que estaban bien establecidos. La entrada al mercado de la zeolita natural requiere de una demostración de equivalencia o superioridad técnica o alguna ventaja en el costo de cada aplicación. Las zeolitas sintéticas (cedazos moleculares) son los mayores materiales alternos a las zeolitas naturales. Las zeolitas sintéticas pueden adaptarse en sus características químicas y físicas para poder utilizarse en muchas aplicaciones y son más estables que sus equivalentes naturales. La zeolita natural tiene ventaja sobre la zeolita sintética en algunas aplicaciones y son capaces de trabajar en niveles inferiores de pH, también tienen un costo menor en relación con la zeolita sintética. El gel de sílice, el carbón activado y algunos materiales similares son más efectivos que la zeolita para muchas aplicaciones de intercambio iónico y no son desproporcionadamente más caros. La bentonita, la atapulgita y otros minerales muestran alta selectividad en la adsorbencia y están disponibles en una gran gama de precios competitivos.

USOS

- En la nutrición de animales. Da eficiencia en el desarrollo del ganado haciendo decrecer el agua amoniacal en el sistema digestivo (la clinoptilolita).

TAMICES MOLECULARES

La primera aplicación de las zeolitas salta a los ojos. Es obvio que si un gas o un líquido están compuesto por dos tipos de moléculas, unas más grandes que las otras, y si disponemos de una zeolita cuyos poros o ventanas tengan un tamaño intermedio entre las moléculas pequeñas y las grandes, sólo las primeras entrarán en la zeolita, mientras que las segundas seguirán su camino. Así se habrán separado un componente de otro: la zeolita actúa como un tamiz de moléculas. Fue J. McBain quien informó esta propiedad y acuño de paso el término tamiz (o malla) molecular, pero fue R.M. Barrer quien en los años 40, en Inglaterra, demostró por primera vez que las zeolitas se comportaban como mallas moleculares. Con la síntesis de zeolitas en los 50, las separaciones previamente demostradas en el laboratorio Unión Carbide lanzó al mercado, a principios del 54, adsorbentes basándose en zeolitas y, la División Linde, implantó su uso industrial para obtener argón de alta pureza. En efecto, la molécula de argón es ligeramente mayor que el oxígeno y no consigue entrar en la zeolita tipo 4 A a baja temperatura. Otra de las primeras separaciones a nivel industrial fue la utilización de zeolita 4 A para separar trazas de agua en la sustancia congelante de los refrigeradores caseros,aplicación que aún se mantiene.

Hoy se insiste con razón en que los términos zeolita y tamiz molecular no son realmente sinónimos. En realidad para ser tamiz molecular no es necesario que el material sea un aluminosilicato cristalino con una red abierta que permita el intercambio de iones y una deshidratación reversible, como es el caso de la zeolita.

En la figura 19 se dan los diámetros cinéticos en ángstrom de algunas moléculas y el tamaño de las ventanas de algunas zeolitas. Estos valores no deben tomarse al pie de la letra, ya que el "tamaño" de las moléculas varía dependiendo del método usando para calcularlo. En la figura 19 mencionada, la zeolita A en su forma sódica lleva el símbolo Na-A, si se intercambian los sólidos por potasio, el símbolo se transforma en K-A, Etc. En la figura 20 se ilustra la forma de algunas moléculas sencillas y el diámetro cinético correspondiente.

La temperatura debe tomarse en cuenta. En la figura 19 se comprueba que el tamaño del poro aumenta notablemente entre 77 y 420 °K (indicando por la línea punteada). A temperatura normal, las pequeñas moléculas polares como las del amoniaco (NH3) no entran en las cavidades sodalitas de las zeolitas A, X, Y. Sin embargo, el agua ocupa esos huecos a temperatura ambiente. Se ha comprobado que a elevarse la temperatura, el NH3 se difunde muy lentamente en las cavidades de las zeolitas X y Y. Una observación adicional de la figura 20 es la variación del tamaño de poro dependiendo de los cationes presentes en la zeolita.

Así, una zeolita en la que los sodios son intercambiados por potasios disminuye su ventana a un valor de 3 A°: en efecto, el ion K es mayor que el ion Na y por lo tanto estorba la entrada del poro. Análogamente es posible sustituir los sodios por calcios. El radio iónico del Ca++ y del Na+ es aproximadamente el mismo, pero como sólo se necesita un Ca por cada dos Na para balancear las cargas de la estructura zeolítica, entonces la abertura del poro está más libre y aumenta de 4.2 A° para la forma Na-A, A 5 A° para la forma Ca-A. Así puede uno calibrar mediante un intercambio controlado el tamaño de la ventana del poro de las zeolitas.

SECADO DE GASES

Lo primero que se necesita es información sobre el diámetro cinético del agua y el etileno: 2.65 A° y 3.9 A°,respectivamente. Por lo tanto, la zeolita que sacará del apuro a nuestro operador debe tener una abertura de poro alrededor de 2.65 A°. Del análisis de la figura 19 vemos que la zeolita A intercambiada con K cumple con este requisito pues permite la entrada del agua pero no acepta el etileno por tener un tamaño mucho mayor. El problema ha sido resuelto pero nos ha quedado la duda de por qué la mayoría de los gases industriales se deshidratan y cómo se regeneran las zeolitas llenas de agua en sus cavidades.

La respuesta es simple: el agua a baja temperatura forma hidratos que ocasionan taponamientos en las tuberías,es corrosiva y en procesos petroquímicos catalíticos suele ser veneno para los mismos o promueve reacciones laterales indeseables. Por otra parte, in método usual de regeneración * consiste en calentar directamente el reactor* que contiene la zeolita impregnada de agua, entre 200 y 300°C.

Una de las propiedades más importantes de las zeolitas, que las hace de uso obligado en muchos procesos de deshidratación, es su gran estabilidad térmica y el aumento de su capacidad de adsorción * con la temperatura, como se muestra en la figura 21, para el caso de la zeolita A. Se observa que su capacidad de adsorción * de agua aumenta sustancialmente al calentarse a 300°C, permanece casi constante hasta los 600°C y decae bruscamente a temperatura más elevada

Zeolitas (Griego, zein, “hervir”; lithos, “se hidrata una piedra”) aluminosilicate minerales y tenga una estructura microporosa.

El término fue acuñado originalmente en décimo octavo siglo por a Sueco mineralogista nombrado Axel Fredrik Cronstedt quién observó, sobre rápidamente la calefacción de un mineral natural, que las piedras comenzaron a bailar alrededor mientras que el agua se evaporó. Usando las palabras del Griego que significan la “piedra que hierve,” él llamó esta zeolita material.

Se han sintetizado más de 150 tipos de la zeolita y se saben 48 zeolitas naturales. Las zeolitas tienden “abrir” la estructura de la cual puede acomodar una variedad amplia cationes, por ejemplo el Na+, K+, CA2+, Magnesio2+ y otros. Estos iones positivos se sostienen y se pueden algo libremente intercambiar fácilmente para otros en una solución del contacto. Algunas de las zeolitas mineral mas comunes son: analcime, chabazite, heulandite, natrolite, phillipsite, y stilbite. Un fórmula mineral del ejemplo es: Na2Al2Silicio3O10-2H2O, el fórmula para el natrolite.

Forma natural de las zeolitas donde volcánico rocas y ceniza las capas reaccionan con alcalino agua subterránea. Las zeolitas también se cristalizaron en ambientes poste-deposicionales sobre los períodos que se extendían de millares a millones de años en lavabos marinas bajos. Las zeolitas naturales son raramente puras y son contaminadas a los grados que varían por otros minerales, los metales, el cuarzo u otras zeolitas. Por esta razón, las zeolitas naturales se excluyen de muchos usos comerciales importantes donde están esenciales la uniformidad y la pureza.

Las zeolitas son los miembros del aluminosilicate de la familia de los sólidos microporosos conocidos como “tamices moleculares”. El término tamiz molecular refiere a una característica particular de estos materiales, es decir. la capacidad de clasificar selectivamente las moléculas basadas sobre todo en un proceso de la exclusión del tamaño. Esto es debido a una estructura muy regular del poro de dimensiones moleculares. El tamaño máximo de la especie molecular o iónica que puede entrar en los poros de una zeolita es controlado por los diámetros de los túneles. Éstos son definidos convencionalmente por el tamaño del anillo de la abertura, donde, por ejemplo, el término “8ring” refiere a un lazo cerrado que se construya a partir de 8 átomos tetrahedrally coordinados del silicio (o aluminio) y de 8 átomos de oxígeno. Estos anillos no son siempre perfectamente plano y simétrico debido a una variedad de efectos, incluyendo la tensión inducida por la vinculación entre las unidades que son necesarias producir la estructura total, o la coordinación de algunos de los átomos de oxígeno de los anillos a los cationes dentro de la estructura. Por lo tanto, las aberturas del poro para todos los anillos de un tamaño no son idénticas.

Las ceolitas (zeolitas) son aluminosilicatos de elementos alcalinos y alcalino-térreos, cuya fórmula general corresponde a:

Químicamente se caracterizan por las relaciones: O/(Al+Si) = 2 Al2O3/(Ca,Sr,Ba,Na2,K2)O = 1

Los elementos alcalinos que están presentes son Na y K (en menor medida). Entre los alcalino-térreos el más importante es el Ca y, en menor proporción el Ba. No contienen Fe, salvo en algún caso a nivel de impurezas.

La principal característica de las ceolitas es que su contenido en agua es variable.

Estructuralmente se caracterizan por un entramado tridimensional de tetraedros (Si,Al)O4, en donde existen grandes cavidades y canales de comunicación en donde se alojan las moléculas de agua y los cationes, ambos tipos de entes con un elevado grado de libertad, lo cual explica la gran capacidad de cambio catiónico y la deshidratación reversible que las caracteriza. Por este motivo se emplean como tamices moleculares, pudiéndose emplear para la desionización de aguas y, en general, como intercambiadores de iones.

La pérdida de agua por calentamiento es progresiva, sin que varíe esencialmente la estructura, sin embargo, sí que varían las propiedades ópticas con la cantidad de agua. Esto se traduce en que la curva de termogravimetría que representa el desprendimiento de agua no presenta puntos de inflexión, al contrario que las de otras sales hidratadas (sulfatos, etc.) que sí que los dan y reflejan la variación de la estructura cuando se pierde agua.

Suelen ser blancas o incoloras. Las coloraciones que presentan (ocasionalmente) están provocadas por la presencia de pequeñas cantidades de óxidos de Fe y de otros metales.

La densidad suele estar comprendida entre 2.0 y 2.3 gr/c.c., pero si contienen Ba puede llegar a 2.8 gr/c.c.

Los índices de refracción son bajos, estando comprendidos entre 1.47 y 1.52. La birrefringencia es débil (menor que 0.015). Son frecuentes las anomalías ópticas.

El origen de las ceolitas es muy diverso, siendo fundamentalmente secundarias, como producto de la acción de aguas termales sobre aluminosilicatos (feldespatos y otros) a través de grietas y cavidades. También existen ceolitas hidrotermales, como la natrolita, producto de la cristalización a partir de soluciones magmáticas residuales. Otras ceolitas son producto del metamorfismo de grado muy bajo de ciertas rocas básicas. Algunas ceolitas metamórficas son la laumontita (considerada como termómetro del metamorfismo), la heulandita y la wairakita. Con mucha frecuencia las ceolitas aparecen en yacimientos de cobre, plata, pirrotina y magnetita, encontrándose relacionadas con los productos de la alteración de tales materiales mediante soluciones alcalinas.

Merece la pena mencionar, por su importancia, las ceolitas sedimentarias existentes en el fondo de los mares y lagos salados.

La explotación, normalmente, 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.

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 temperatura de secado depende de la utilización posterior de la arcilla.

ZEOLITAS

x/y = 0.408

R = y/x