Arena de sílice: Propiedades, características y usos

La arena de sílice es uno de los materiales industriales más importante debido a que proviene del mineral cuarzo, uno de los minerales más versátiles que aparecen en la naturaleza. En este artículo conocerás todas las propiedades, características, componentes, extracción, aplicaciones y usos que tiene la arena de sílice.

¿Qué es la arena de sílice?

La arena de sílice es aquella que se encuentra formada en su mayor porcentaje por cuarzo, es decir que químicamente se compone por sílice (SiO2). A pesar de que su mayor porcentaje es cuarzo, puede tener un 5% de impurezas minerales como, arcillas, micas, feldespatos, hornblendas, granates, pedazos de roca, etc.

A pesar de que tienen un porcentaje de impurezas, la arena de sílice teóricamente es la arena más pura y por tal razón es usada en muchas industrias como la construcción, para fabricar vidrio, para abrasivos para filtros de agua, etc. Igualmente, en la actualidad se han creado diversas técnicas para eliminar aquellas impurezas.

Propiedades y características de la arena de sílice

Composición química

La arena de sílice está químicamente compuesta por átomos de oxígeno y sílice que se combinan para forma tetraedros en una fórmula de SiO2, el dióxido de silíceo se denomina sílice, el cual es el componente más importante de esta arena.

Composición mineral

El componente mineral principal de la arena de sílice es el cuarzo. El cuarzo dominante es el cuarzo blanco debido a que es el mineral más abundante de la corteza. Este tipo de arena igualmente puede tener al menos un 5% de otros minerales como granates, anfiboles, feldespatos, arcillas, micas, etc.

Generalmente las impurezas son minerales resistentes igual que el cuarzo, resistieron el transporte y los procesos de meteorización.

Tamaño y textura de la arena

La arena de sílice se caracteriza por tener el tamaño teórico de una arena es decir entre 0,0625-2 milímetros. Suele ser un material muy bien clasificado es decir que todos los granos de arena suelen tener un tamaño similar.

En cuanto a la forma de los granos, estos suelen ser subredondeados a redondeados, debido al transporte que tuvieron hasta llegar a su fuente.

Propiedades físicas

• Es resistente al desgaste y a la meteorización
• Es resistente a los ácidos y a la acción del agua
• Su dureza en la escala de Mohs es de 7
• Su resistencia a la compresión es de 1600 MPa
• Su densidad está en el orden de 2.65 gr/cm3
• Su punto de fusión es de 1710°C
• Su punto de ebullición es de 2230°C

Diferencia entre arena normal y arena de sílice

La principal diferencia entre arena normal que se extrae desde la trituración de rocas como la andesita, basalto o dacitas, y la arena de sílice, es su composición química. Las arenas que provienen de la trituración de otras rocas, tienen un contenido en sílice entre el 50% al 65%. Mientras que la arena de sílice está compuesta por lo menos al 95% de sílice.

Obviamente esta variación química también hará cambios en sus propiedades físicas, textura, color, durabilidad y aplicaciones industriales.

¿Cómo se forma la arena de sílice?

La arena de sílice se forma por la acumulación de granos de cuarzo que han sido transportados desde su roca madre. El cuarzo es un mineral resistente al desgaste, a la meteorización física y química y resistente al transporte. Esto hace que los granos de cuarzo sean transportados ya sea con por agua, viento o hielo por procesos sedimentarios.

¿De donde proviene la arena de sílice?

Recordemos que el cuarzo se forma por diversos procesos de cristalización magmática y por procesos metamórficos en la corteza. La arena de sílice principalmente proviene del desgaste de estas rocas fuente o madre.

Por lo tanto, la arena de sílice proviene principalmente de la meteorización y el desgaste del granito, esquistos, cuarcitas, granodioritas y areniscas ricas en cuarzo.

Yacimientos y acumulación

Las arenas de sílice típicamente se acumulan o depositan en zonas costeras, es decir que las arenas de playa son ejemplos de arenas silíceas. También se pueden acumular en bordes de ríos grandes dentro de los continentes, pero este tipo de arenas son más impuras.

Por lo tanto, los mejores yacimientos están en zonas costeras, debido a que el cuarzo ha sido transportado por los ríos hasta casi llegar a los océanos.

Aplicaciones y usos de la arena de sílice

La arena de sílice es uno de los materiales industriales y comerciales más importantes debido a que tiene múltiples aplicaciones.

Para fabricar vidrio

Una de las aplicaciones industriales más importantes que tiene la arena de sílice es para fabricar todos los tipos de vidrio que observamos en la vida diaria conformando ventanas, botellas retornables, contenedores de alimentos y otras aplicaciones especializadas.

En cuanto a las aplicaciones especializadas en vidrio se tiene tubos de ensayo, recipientes químicos, lámparas incandescentes, lámparas fluorescentes y monitores de computadoras o televisores.

Usos en la fundición de metales

La arena industrial a base de sílice es un material industrial esencial en la fundición de metales ferrosos y no ferrosos. Varias piezas metálicas que suelen componentes de motores, grifos y piezas metálicas industriales se dan formas en moldes que se fabrican a base de sílice y arcilla que se obtiene de arenas silíceas.

La arena silícea se usa para fabricar estos moldes en la fundición metálica debido a que puede resistir altas temperaturas, recordemos que el punto de fusión de este material suele ser 1760°C

Aplicaciones en la producción de metales

La arena de sílice industrial es un componente importante en la producción de varios tipos de metales ferrosos y no ferrosos. Esto se debe a que la arena silícea actúa como un fundente que reduce el punto de fusión y la viscosidad de las denominadas “escorias” y las hace más eficientes aumentando su reactividad química.

También, la arena silícea en grumos se aprovecha junto con la para lograr una combinación ácida/base deseada en la refinación de aquellos metales. Además, estos metales pueden mejorar sus propiedades cuando se mezclan con otros componentes.

Usos en la industria química y productos químicos

En la vidia diaria nos encontramos con muchos productos hechos a base de sílice que provienen de procesos químicos. Por ejemplo, el procesamiento de alimentos, la producción de jabón y la producción de tintes, usa arena de sílice.

También, la arena silícea industrial es uno de los componentes químicos principales para la producción de silicato de sodio, tetracloruro de silicio y varios geles de silicio que se usan para producir limpiadores industriales y domésticos, en la fabricación de fibra óptica y en algunas bebidas elaboradas.

Arena de sílice para la construcción

La arena de sílice industrial es uno de los componentes básicos y principales que se usan en la fabricación de diversos productos para la construcción. Por ejemplo, la arena silícea de grano entero es componente de pisos, morteros, cementos especiales superficies antideslizantes, tejas para techos, el estuco, es componente del asfalto.

La sílice actúa como un material que mejora la durabilidad, las propiedades químicas, la reactividad y la integridad estructural de estos materiales de construcción.

La sílice es un compuesto químico que se caracteriza por ser resistente al desgaste y la corrosión del ambiente al estar expuesto a la intemperie, por tal razón se aplica en selladores y masillas a base de epoxi a manera de material sellante o masilla.

Arena de sílice en pinturas y recubrimientos

En la industria de la fabricación de pinturas y tintes, la arena silícea aporta con varias propiedades a estos productos. En este caso se usa arena silícea molida a tamaños menores a 0.25 milímetros es decir a un tamaño micro.

La arena de sílice micro mejora la apariencia, el color, el brillo, las propiedades reflectivas y la durabilidad de las pinturas. También se mejor la resistencia a la suciedad, al agrietamiento y al aparecimiento de Moho en la intemperie.

Las pinturas a base de sílice son excelentes en aplicaciones en revestimientos marinos debido a que no son muy afectados por el agua y resisten muy bien la corrosión.

Arena silícea en cerámicas y materiales refractarios

La arena de sílice fina es el componente estructural de varios productos cerámicos y materiales refractarios como vajillas, artículos sanitarios (baños, fregaderos, lavabos), baldosas, tejas, pisos y paredes. En este caso la arena silícea fina actúa como esqueleto donde se adhieren las arcillas que conforman a los productos cerámicos y refractarios.

También hay que mencionar que la sílice (SiO2) es un componente químico que ayuda a modificar la expansión térmica, mejora la resistencia al calor, mejora la resistencia a los ácidos y le da mejor apariencia estructural a los productos cerámicos y refractarios.

En la fabricación de la cerámica la arena silícea ayuda a regular la expansión y la contracción, asegurando que el material se pueda secar correctamente y también mejora la durabilidad de los artículos cerámicos.

Usos en filtros de agua y en la filtración de agua

Otra aplicación importante que tiene la arena de sílice es en filtros industriales para el procesamiento de aguas residuales y en la filtración de agua potable. También se puede usar en filtros de agua caseros y filtros de agua en la producción de pozos.

La arena silícea se caracteriza por tener un tamaño de grano uniforme, además, es un material que no se degrada, no reacciona y es resistente ante las impurezas que existen en el agua como ácidos, solventes, compuestos orgánicos y contaminantes. Básicamente es una arena químicamente inerte.

Las capas de arena silícea que se colocan en los diferentes tipos de filtros permiten el paso del agua y atrapan a los contaminantes que flotan en el líquido.

Para aumentar la producción de acuíferos

El agua subterránea se produce con la ayuda de pozos desde acuíferos en zonas permeables. La arena gruesa de sílice permite aumentar la permeabilidad y por lo tanto el rendimiento de la producción del acuífero al expandir la zona permeable alrededor de la malla del pozo, además, evita infiltración de partículas finas desde el acuífero hacia el pozo.

Para fabricar abrasivos industriales

Una aplicación común que tiene la arena silícea es como un material abrasivo industrial muy similar a lo que se hace con los granates industriales. Esta arena abrasiva es usada para pulir y cortar metales mediante herramientas que lanzan polvo de arena silícea a presión con agua o aire.

Arena de sílice para recuperar petróleo y gas

La arena de sílice se usa para aumentar la recuperación de petróleo y gas mediante una técnica que se conoce como fraking (fracturamiento hidráulico). Lo que se hace es inyectar arena silícea con agua en las formaciones rocosas ricas en hidrocarburo para rellenar las fracturas y aumentar la permeabilidad de las mismas, con esto se permite que los hidrocarburos fluyan fácilmente a través de estas fracturas y a través de los granos de cuarzo que simulan una permeabilidad secundaria muy efectiva.

Usos en campos de golf y campos deportivos

La arena silícea es usada en campos de golf en las conocidas trampas de arena. También se usa en el suelo de campos deportivos porque permite el drenaje adecuado del agua y el crecimiento del césped. También el mismo principio se aplica en césped sintético.

Arena de sílice para arena de gatos

Otra de las aplicaciones que tiene la arena silícea es como arena para gatos. Aquí lo que se hace es mezclar a este material con zeolitas, las zeolitas absorben la humedad y ciertos contaminantes mientras que el cuarzo mantiene un ambiente fresco en la arena para gatos.

Arena de sílice para acuarios

Finalmente, una aplicación común que tiene este material es como arena para acuarios. La arena sílice se puede presentar en diferentes colores como el blanco, el rojo, el amarillo, el verde, el negro y esto lo hace muy atractivo para usarse como base en acuarios para peces.

Además, recordemos que esta arena va a resistir el ambiente acuático del acuario y no será necesario cambiar la arena a largo plazo.

¿Cómo se extrae la arena de sílice?

La arena de sílice se extrae por métodos de minería aluvial a cielo abierto aplicados en las arenas de playa principalmente. Lo que se hace es definir el área de acumulación del material silíceo, definir su forma, su profundidad y capas con el objetivo de extraer el material con maquinaria minera adecuada.

La maquinaria minera que se usa para extraer esta arena silícea de su depósito es:

• Retroexcavadoras
• Cargadoras, volquetas
• Tamices

Los tamices sirven para clasificar el material y separar fragmentos de rocas y minerales de gran tamaño del material principal.