Aplicaciones de los minerales arcillosos de Cayo Guan, Cuba, como adsorbentes de metales pesados y materia prima cerámica - Fonseca, D. (Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio, 2012)
It has been studied by Analysis Heating Microscope – Optical the behaviour of some kaolinitic clays from a reservoir of Cayo Guan rich in iron oxides and low silica content proving to be a refractory materials whose softening appears after 1500 °C. It has obtained the workability diagram of the different clay minerals calculating the plasticity by the method of Casagrande spoon; only one of the samples is in the area suitable for extrusion. Vitrification diagrams report that the capacity of water absorption is < 0.6 % when the temperature of 1400 ºC is achieved.
We have designed a program to calculate compositions of porcelain stoneware prepared from these modified clays adding low-cost raw materials that facilitate the formation of glassy phase ((potassium feldspar and glass cullet) and/or increase the silica (sand and diatomaceous earth used as filters in the brewing industry). With one of these compositions, prepared in the laboratory (60 % of clay, 30 % feldspar and 10 % of diatomaceous earth), calcined at 1250 ºC with a heating rate of 15 °C/min, the results were: water absorption 0.8 %, and linear shrinkage 21 % without any deformation observed.
These clays have been treated with acid to eliminate its high iron content and study its application as an sorbent of heavy metals as Cd2+, Cr3+. The results of the immobilization of these elements have been compared with those obtained with thermally activated vermiculite at 800 °C, showing that the treated samples show sorption of both cadmium and chromium below the vermiculite, but the non-treated ones are suitable to remove chromium; this is because these clays do not contain in its composition exchangeable ions (Ca2+, Mg2+, Na+, K+), and even if they are chemically activated only the presence of Fe ions is which produces form bindings (Crx.Fe1-x) (OH)3 which favor Cr sorption. En Cayo Guan, municipio de Moa, hay junto a las importantes explotaciones industriales de lateritas, minerales arcillosos cuya caractarización química, mineralógica y evolución de fases con la temperatura han sido objeto de estudio por estos autores en un anterior trabajo; entre las características físicas, químicas y mineralógicas del yacimiento destacan los altos contenidos de óxidos de hierro y aluminio, bajas concentraciones de SiO2 y óxidos alcalinos, y la caolinita como mineral más abundante, además de hematita, gibsita y goethita en forma de geles.
Se pretende en esta investigación estudiar sus propiedades tecnológicas para dilucidar la posible aplicabilidad a estos recursos minerales en la fabricación de ladrillos, baldosas de pasta roja, gres rústico y para la inmovilización de metales pesados en efluentes acuosos.
El estudio por microscopía óptica de calefacción de los minerales arcillosos, indica que son unos materiales refractarios cuyo reblandecimiento aparece después de los 1500 ºC. El diagrama de trabajabilidad de las diferentes arcillas y el cálculo de la plasticidad por el método de la cuchara de Casagrande presentan dentro de la zona favorable para la extrusión sólo a una de las muestras. Los diagramas de gresificación informan que es a partir de 1400 ºC cuando se consigue una capacidad de absorción de agua < 0,6 %.
El diseño de un programa ha posibilitado el cálculo de múltiples composiciones de un gres porcelánico preparado a partir de dichas arcillas, modificadas con materias primas de bajo coste que facilitan la formación de fase vítrea (feldespato potásico y casco de vidrio) y/o incrementan el contenido de sílice (arena y diatomea utilizada como filtros en la industria cervecera). Se presentan los resultados de una de ellas (60 % de mineral arcilloso, 30 % de feldespato potásico y 10 % de diatomea) que calcinada a 1250 ºC con una velocidad de calentamiento de 15 ºC/min dio lugar a una absorción de agua de 0,8 % y contracción lineal de 21 % sin observarse deformación.
Por último, para estudiar su aplicación como adsorbente de metales pesados (Cd2+, Cr3+), los minerales arcillosos se sometieron a un tratamiento ácido para eliminar su alto contenido en hierro y se compararon los resultados de la inmovilización de estos iones con los obtenidos con un reconocido material adsorbente como la vermiculita activada a 800 ºC, observándose que los minerales sometidos al tratamiento de lixiviación presentan una adsorción, tanto de Cd2+ como de Cr3+, por debajo de la conseguida con la vermiculita, sin embargo los que no se han sometido a dicho tratamiento presentan buen comportamiento frente al cromo; esto se debe a que estos minerales arcillosos no contienen en su composición apenas iones intercambiables (Ca2+, Mg2+, Na+, K+), y aunque se hayan activado/lixiviado químicamente sólo la presencia de iones Fe es la que produce enlaces del tipo (Crx.Fe1-x)(OH)3 que favorecen la adsorción del Cr.