Arcillas y minerales arcillosos
Las arcillas son un grupo de minerales arcillosos que se generan por procesos de erosión, digénesis y meteorización y, por lo tanto, son los componentes principales de las rocas sedimentarias de grano fino llamadas lodolitas (incluidas las lutitas, limolitas y pizarras).
De hecho, las arcillas y los minerales arcillosos constituyen aproximadamente el 40% de los componentes en las rocas sedimentarias.
Además, las arcillas y los minerales arcillosos son el componente principal de los suelos.
Por lo tanto, la comprensión de las arcillas es importante desde el punto de vista de la ingeniería, ya que algunos minerales se expanden significativamente cuando se exponen al agua.
También es importante en el área de la agronomía debido a que contienen gran cantidad de nutrientes y también juegan un papel importante en la transmisión de agua en el suelo.
Además, los minerales arcillosos se usan ampliamente en la industria cerámica y, por lo tanto, son minerales económicos importantes.
Características de las arcillas
El término arcilla o arcillas es algo ambiguo a menos que se defina específicamente, porque se usa de tres maneras:
- Son un grupo diverso de minerales de grano fino.
- A veces se las toma como un término de roca
- Y también arcillas se dice como un tamaño de arcilla
Como término de roca, la arcilla es difícil de definir debido a la gran variedad de materiales que la componen; por lo tanto, la definición debe ser general.
Grim (1962) definió la arcilla como un material de grano fino, natural, terroso y arcilloso.
El tamaño de partícula de las arcillas es muy fino y, en general, la mayoría de los científicos especialistas en arcillas consideran que es de aproximadamente 2 μm o menos.
Estos minerales son silicatos hidratados compuestos principalmente de sílice, alúmina y agua.
Varios de estos minerales también contienen cantidades apreciables de magnesio, hierro, álcalis y tierras alcalinas.
Muchas definiciones establecen que una arcilla es plástica cuando está mojada. La mayoría de los materiales de arcilla tienen esta propiedad, pero algunas arcillas no tienen comportamiento plástico, como la halloysita y la arcilla de sílex.
Como término de tamaño de partícula, las arcillas se usan para la categoría que incluye las partículas más pequeñas.
Las partículas de tamaño máximo en el grado de tamaño de arcilla se definen de manera diferente en varias escalas de grado.
Los investigadores de suelos y mineralogistas generalmente usan 2 μm (micrómetros) como tamaño máximo, mientras que la escala ampliamente utilizada por los ingenieros (Wentworth 1922) define la arcilla como un material más fino de aproximadamente 4 μm (micrómetros).
Las arcillas son una materia prima natural abundante y tienen una sorprendente variedad de usos y propiedades, que se analizan en este artículo.
Minerales arcillosos más importantes
En esta sección te mostramos los minerales arcillosos más comunes:
| Minerales arcillosos |
| Caolín |
| Ilita |
| Esmectita |
| Bentonita |
| Paligorskita |
| Sepiolita |
| Cloritas |
| Caolinita |
| Montmorillonita |
| Dickita |
| Hematita |
| Goetita |
Clasificación y tipos de arcillas
Las arcillas se clasifican de acuerdo a su utilidad y composición en:
- Arcillas de bola
- Bentonita
- Arcillas comunes y lutitas
- Caolín
- Paligorskita y sepiolita (hormitas)
- Las tierras de batán
- Arcillas refractarias
De acuerdo a su color las más comunes son:
- Arcillas blancas
- Arcillas verdes
- Arcillas rojas
Propiedades físicas y químicas de las arcillas.
Las características comunes de todos los minerales arcillosos se derivan de su composición química, estructura y tamaño.
Los minerales arcillosos tienen una gran afinidad por el agua. Algunos se hinchan fácilmente y pueden duplicar su grosor cuando están mojados.
La mayoría tiene la capacidad de absorber iones (átomos y moléculas con carga eléctrica) de una solución y liberar los iones más tarde cuando cambian las condiciones.
Las moléculas de agua son fuertemente atraídas por las superficies minerales arcillosas.
Cuando se agrega un poco de arcilla al agua, se forma una suspensión porque la arcilla se distribuye uniformemente por toda el agua.
La industria de la pintura utiliza esta propiedad de la arcilla para dispersar el pigmento (color) de manera uniforme en toda la pintura.
Sin arcillas para actuar como portador, sería difícil mezclar uniformemente la base de pintura y el pigmento de los colore.
Una mezcla de mucha arcilla y poca agua da como resultado un lodo que puede moldearse y secarse para formar un sólido relativamente rígido.
Los alfareros y la industria de la cerámica explotan esta propiedad para producir platos, tazas, cuencos, tuberías, etc.
Las industrias medioambientales utilizan estas dos propiedades para producir revestimientos homogéneos para la contención de residuos.
El proceso por el cual algunos minerales arcillosos se hinchan cuando absorben agua es reversible.
Las arcillas expansivas se expanden o contraen en respuesta a los cambios en los factores ambientales (condiciones húmedas y secas, temperatura).
La hidratación y la deshidratación pueden variar el grosor de una sola partícula de arcilla en casi un 100 por ciento.
Casas, oficinas, escuelas y fábricas construidas en suelos que contienen las arcillas expansivas pueden estar sujetas a daños estructurales causados por la hinchazón estacional de la porción de arcilla del suelo.
Otra propiedad importante de los minerales arcillosos, es la capacidad de intercambiar iones, y se relaciona con la superficie cargada de los minerales arcillosos.
Los iones pueden ser atraídos a la superficie de una partícula de arcilla o absorbidos dentro de la estructura de estos minerales.
La propiedad de los minerales de arcilla que hace que los iones en solución se fijen en las superficies de arcilla o dentro de los sitios internos se aplica a todos los tipos de iones, incluidas las moléculas orgánicas como los pesticidas.
Las arcillas pueden ser un vehículo importante para transportar y dispersar ampliamente contaminantes de un área a otra.
Cómo y dónde se forman los depósitos de arcilla y arcilla
Las arcillas y los minerales arcillosos se encuentran en un rango bastante limitado de condiciones geológicas.
Los entornos de formación incluyen horizontes del suelo, sedimentos continentales y marinos, campos geotérmicos, depósitos volcánicos y formaciones rocosas meteorizadas.
La mayoría de los minerales arcillosos se forman donde las rocas están en contacto con el agua, el aire o el vapor.
Ejemplos de estas situaciones incluyen rocas erosionadas en la ladera de una colina, sedimentos en el fondo del mar o del lago, sedimentos profundamente enterrados que contienen agua de poro y rocas en contacto con agua calentada por magma (roca fundida).
Todos estos ambientes pueden causar la formación de minerales arcillosos a partir de minerales preexistentes.
La alteración extensa de rocas a minerales arcillosos puede producir depósitos de arcilla relativamente puros que son de interés económico (por ejemplo, bentonitas, principalmente montmorillonitas, usadas para lodos de perforación y arcillas utilizadas en cerámica).
Si deseas aprender, sobre la meteorización, tenemos un artículo especial para ello, puedes dar clic aquí
Además también tenemos un artículo específico que te enseña sobre lo que es la diagénesis y litificación, puedes dar clic aquí
| Erosión | El transporte y la deposición de arcillas y minerales arcillosos producidos al erosionar rocas y suelos continentales y marinos más antiguos son partes importantes del ciclo que forma rocas sedimentarias. El antiguo registro de roca sedimentaria se compone de aproximadamente 70 por ciento de lutitas (que contienen aproximadamente 50 por ciento de fragmentos del tamaño de arcilla) y limolitas (que son más gruesas que las lutitas pero que pueden contener partículas del tamaño de arcilla) (Blatt y otros, 1980). Hoy, los ambientes sedimentarios que contienen lodos y arcillas cubren alrededor del 60 por ciento de las plataformas marinas continentales y el 40 por ciento de las cuencas oceánicas profundas. Los ambientes acuáticos continentales como lagos, ríos, estuarios y deltas también contienen altas proporciones de sedimentos de grano fino. Claramente, las arcillas y los minerales arcillosos son componentes críticos de los ambientes sedimentarios antiguos y modernos. |
| Diagénesis | La diagénesis es la alteración in situ de un mineral a formas más estables, excluyendo la alteración superficial (que es la meteorización). La diagénesis ocurre, por ejemplo, cuando los minerales estables en un ambiente de depósito se exponen a otro por enterramiento y compactación. Los materiales de silicato comunes como el cuarzo, los feldespatos y los vidrios volcánicos, así como los carbonatos, los óxidos de hierro no cristalinos y los minerales arcillosos primarios, se transforman durante la diagénesis en minerales arcillosos más estables, principalmente por disolución y recristalización. La formación de bentonita (lechos que contienen minerales de arcilla del grupo de esmectita, incluida la montmorillonita) y la tierra de fuller (un tipo de depósito mineral de arcilla que tiene una alta capacidad para absorber agua) puede ocurrir principalmente por diagénesis, aunque algunos depósitos también pueden formarse por procesos hidrotérmicos. Los lechos de bentonita generalmente se forman a partir de cenizas volcánicas alteradas, pero otros tipos de rocas también pueden servir como fuentes. Las propiedades de absorción de las bentonitas y la tierra de fuller los hacen ideales para usos tan diversos como el lodo de perforación; enlace de fundición-arena; aglutinante para peletizar minerales de hierro y líquidos blanqueadores; absorbentes para aceites, grasas y desechos animales; y portadores de pesticidas y fertilizantes. La bentonita también se usa como revestimiento del suelo para aplicaciones de contención ambiental y con poliacrilamida para hacer papel. |
| Meteorización | La erosión de las rocas y el suelo es la forma principal en que hoy se forman arcillas y minerales arcillosos en la superficie de la Tierra. El proceso de meteorización involucra desagregación física y descomposición química que cambia los minerales originales a minerales arcillosos. La meteorización es desigual, y se pueden encontrar muchas etapas de descomposición en la misma muestra de arcilla. Los factores que rigen la meteorización de las rocas y la formación del suelo incluyen el tipo inicial de roca, la relación de agua a roca, la temperatura, la presencia de organismos y material orgánico, y la cantidad de tiempo. Los tipos de minerales arcillosos que se encuentran en las rocas meteorizadas controlan fuertemente cómo se comporta la roca erosionada bajo diversas condiciones climáticas (como condiciones húmedas, tropicales, tropicales y templadas). La caolinita se encuentra en la mayoría de las zonas meteorizadas y los perfiles del suelo. Las montmorillonitas, que son químicamente más complejas que las caolinitas, son comunes en las partes inferiores de los perfiles de meteorización, más cerca de la roca, donde la química ejerce un fuerte control sobre la mineralogía. Los minerales arcillosos de capas mixtas complejas (como las ilite-esmectitas) abundan en los conjuntos de arcilla que se desarrollan a partir de rocas precursoras que contienen mica, como los plutones de granito que se encuentran en las regiones templadas del noreste de los Estados Unidos. Por ejemplo, un gran componente de los suelos formados por la meteorización de los granitos puede consistir en moscovita metaestable, biotita y clorito. Estos minerales se alterarán progresivamente a minerales de arcilla. |
Soy ingeniero geólogo con experiencia y conocimiento en el área de exploración minera, hidrocarburos, evaluación de depósitos minerales metálicos y no metálicos, exploración de piedras preciosas y de metales preciosos, procesamiento de datos geológicos en software especializado y métodos de explotación de recursos naturales.
Además, tengo conocimiento en geología aplicada a la ingeniería geológica, donde se incluye el estudio de suelos, rocas y agua para la construcción de obras de ingeniería civil.
