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Bentonita (ceniza volcánica) de Wyoming
Esquisto gris y bentonitas ( Benton Shale ; Colorado Springs, Colorado)

Bentonita ( / b ɛ n t ə n ʌ ɪ t / ) [1] es un absorbente de hinchamiento de arcilla que consiste principalmente de montmorillonita . Por lo general, se forma a partir de la intemperie de la ceniza volcánica en el agua de mar, [2] [3] que convierte el vidrio volcánico presente en la ceniza en minerales arcillosos. Los lechos de bentonita son de color blanco o azul pálido o verde en exposiciones recientes, volviéndose de color crema y luego amarillo, rojo o marrón a medida que la exposición se desgasta más. [4]

Como arcilla que se hincha, la bentonita tiene la capacidad de absorber grandes cantidades de agua, lo que aumenta su volumen hasta en un factor de ocho. [4] Esto hace que los lechos de bentonita no sean adecuados para la construcción de edificios y carreteras. Sin embargo, la propiedad de hinchamiento se utiliza ventajosamente en selladores de lodo de perforación y agua subterránea. La montmorillonita que forma la bentonita es un mineral filosilicato de aluminio , que toma la forma de granos laminados microscópicos. Estos le dan a la arcilla una superficie total muy grande, lo que hace que la bentonita sea un adsorbente valioso . Las placas también se adhieren entre sí cuando están mojadas. Esto le da a la arcilla una cohesión que la hace útil como aglutinante y como aditivo para mejorar la plasticidad de arcilla de caolinita utilizada para cerámica . [5]

Uno de los primeros hallazgos de bentonita fue en el Cretácico Benton Shale cerca de Rock River, Wyoming . El Grupo Fort Benton , junto con otros en sucesión estratigráfica, recibió el nombre de Fort Benton, Montana , a mediados del siglo XIX por Fielding Bradford Meek y FV Hayden del Servicio Geológico de EE. UU. [3] Desde entonces, la bentonita se ha encontrado en muchos otros lugares, incluidos China y Grecia. La producción mundial total de bentonita en 2018 fue de 20,400,000 toneladas métricas. [6]

Tipos [ editar ]

En geología, el término bentonita se aplica a un tipo de arcilla compuesta principalmente de montmorillonita. Se forma por desvitrificación de cenizas volcánicas o toba , [4] típicamente en un ambiente marino. [2] [3] Esto da como resultado una roca muy blanda y porosa que puede contener cristales residuales de minerales más resistentes y que se siente jabonosa o grasosa al tacto. Sin embargo, en el comercio, el término bentonita se usa de manera más general para referirse a cualquier arcilla expansiva compuesta principalmente por minerales de arcilla esmectita . [4]

La montmorillonita que forma la bentonita es un mineral filosilicato de aluminio cuya estructura cristalina se describe como TOT de baja carga . Esto significa que un cristal de montmorillonita consta de capas, cada una de las cuales está formada por dos láminas en T unidas a cada lado de una lámina en O. Las láminas T se denominan así porque cada ión de aluminio o silicio de la lámina está rodeado por cuatro iones de oxígeno dispuestos como un tetraedro. Las láminas de O se denominan así porque cada ión de aluminio está rodeado por seis iones de oxígeno o hidroxilo dispuestos como un octaedro. El TOT completo La capa tiene una carga eléctrica negativa débil, y esta es neutralizada por cationes de calcio o sodio que unen las capas adyacentes entre sí, con una distancia entre capas de aproximadamente 1 nanómetro . Debido a que la carga negativa es débil, solo una fracción de los posibles sitios de cationes en la superficie de una capa de TOT contienen realmente calcio o sodio. Las moléculas de agua pueden infiltrarse fácilmente entre las hojas y llenar los sitios restantes. Esto explica la propiedad de hinchamiento de la montmorillonita y otros minerales de arcilla esmectita. [5]

Cada uno de los diferentes tipos de bentonita recibe el nombre del catión dominante respectivo. [7] Para fines industriales, se reconocen dos clases principales de bentonita: bentonita sódica y cálcica. La bentonita de sodio es la más valiosa, pero la bentonita de calcio es más común. [6] En estratigrafía y tefrocronología , los lechos de caída de ceniza completamente desvitrificados (vidrio volcánico degradado) se conocen comúnmente como K-bentonitas cuando la especie de arcilla dominante es la ilita . [8]

Bentonita de sodio [ editar ]

La bentonita de sodio se expande cuando está mojada, absorbiendo hasta varias veces su masa seca en agua. Debido a sus excelentes propiedades coloidales , [9] se usa a menudo en lodos de perforación para pozos de petróleo y gas y perforaciones para investigaciones geotécnicas y ambientales. [10] La propiedad de hinchamiento también hace que la bentonita de sodio sea útil como sellador, ya que proporciona una barrera autosellante de baja permeabilidad. Se utiliza para revestir la base de los vertederos , por ejemplo. La bentonita también es parte del material de relleno utilizado en el Proyecto Piloto de Aislamiento de Residuos . [11]Varias modificaciones de la superficie de la bentonita de sodio mejoran parte del rendimiento reológico o de sellado en aplicaciones geoambientales, por ejemplo, la adición de polímeros. [12]

La bentonita de sodio se puede combinar con azufre como gránulos de fertilizante . Éstos permiten la oxidación lenta del azufre a sulfato , un nutriente importante para las plantas, y mantienen los niveles de sulfato en suelos lixiviados por lluvia durante más tiempo que el azufre puro en polvo o el yeso . [13] Las almohadillas de azufre / bentonita con fertilizantes orgánicos añadidos se han utilizado para la agricultura orgánica. [14]

Bentonita de calcio [ editar ]

La bentonita de calcio es un adsorbente útil de iones en solución, [15] así como de grasas y aceites. Es el principal ingrediente activo de la tierra de batán , probablemente uno de los primeros agentes de limpieza industriales. [dieciséis]

La bentonita de calcio se puede convertir en bentonita de sodio (denominado beneficio de sodio o activación de sodio) para exhibir muchas de las propiedades de la bentonita de sodio mediante un proceso de intercambio iónico . Como se practica comúnmente, esto significa agregar del 5 al 10% de una sal de sodio soluble como el carbonato de sodio a la bentonita húmeda, mezclar bien y dejar tiempo para que tenga lugar el intercambio iónico y el agua para eliminar el calcio intercambiado. [17] [18] Algunas propiedades, como la viscosidad y la pérdida de fluidos de las suspensiones, de la bentonita de calcio beneficiada con sodio (o bentonita activada por sodio) pueden no ser completamente equivalentes a las de la bentonita de sodio natural. [9]Por ejemplo, los carbonatos de calcio residuales (que se forman si los cationes intercambiados no se eliminan lo suficiente) pueden dar como resultado un rendimiento inferior de la bentonita en los revestimientos geosintéticos. [19]

Bentonita de potasio [ editar ]

También conocida como bentonita de potasio o bentonita K, la bentonita de potasio es una arcilla ilícita rica en potasio formada a partir de la alteración de la arcilla esméctica. [8] La ilita es un mineral de arcilla TOT de alta carga , en el que las láminas están unidas de manera relativamente fuerte por más iones de potasio, por lo que no es una arcilla que se hincha y tiene pocos usos industriales. [20]

Usos [ editar ]

Creación de una lechada de bentonita para clarificar después del prensado del vino.

Los principales usos de la bentonita son en el lodo de perforación y como aglutinante, purificador, absorbente y portador de fertilizantes o pesticidas. Alrededor de 1990, casi la mitad de la producción estadounidense de bentonita se utilizaba como lodo de perforación. Los usos menores incluyen como relleno, sellador y catalizador en la refinación de petróleo. La bentonita de calcio a veces se comercializa como tierra de batán, cuyos usos se superponen con los de otras formas de bentonita. [10] [21]

Barro de perforación [ editar ]

La bentonita se utiliza en el lodo de perforación para lubricar y enfriar las herramientas de corte, eliminar cortes y ayudar a prevenir reventones. La bentonita también reduce la invasión del fluido de perforación por su propensión a ayudar en la formación de la torta de lodo . [10] Gran parte de la utilidad de la bentonita en la industria de la ingeniería geotécnica y de perforación proviene de sus propiedades reológicas únicas. Cantidades relativamente pequeñas de bentonita suspendidas en agua forman un material viscoso adelgazador . Lo más a menudo, suspensiones de bentonita son también tixotrópico , [22] casos aunque raras de reopécticoTambién se han informado comportamientos. [23] A concentraciones suficientemente altas (alrededor de 60 gramos de bentonita por litro de suspensión), las suspensiones de bentonita comienzan a adquirir las características de un gel (un fluido con un límite elástico mínimo requerido para hacer que se mueva). [22]

Carpeta [ editar ]

La bentonita se ha utilizado ampliamente como enlace arena-fundición en fundiciones de hierro y acero. La bentonita de sodio se usa más comúnmente para piezas grandes que usan moldes secos, mientras que la bentonita de calcio se usa más comúnmente para piezas más pequeñas que usan moldes "verdes" o húmedos. La bentonita también se utiliza como aglutinante en la fabricación de gránulos de mineral de hierro ( taconita ) como se utiliza en la industria siderúrgica. [10] La bentonita, en pequeños porcentajes, se utiliza como ingrediente en masas de arcilla y esmaltes cerámicos comerciales y caseros. Aumenta en gran medida la plasticidad de los cuerpos de arcilla y disminuye la sedimentación en los esmaltes, lo que hace que sea más fácil trabajar con ambos para la mayoría de las aplicaciones. [24] [25]

La superficie iónica de la bentonita tiene una propiedad útil para hacer un revestimiento pegajoso sobre los granos de arena. Cuando se agrega una pequeña proporción de arcilla de bentonita finamente molida a arena dura y se humedece, la arcilla une las partículas de arena en un agregado moldeable conocido como arena verde que se usa para hacer moldes en la fundición de arena . [26] Algunos deltas de los ríos depositan de forma natural tal mezcla de limo arcilloso y arena, creando una fuente natural de excelente arena de moldeo que era fundamental para la tecnología antigua del trabajo de los metales. Los procesos químicos modernos para modificar la superficie iónica de la bentonita intensifican en gran medida esta pegajosidad, lo que da como resultado mezclas de arena de fundición notablemente parecidas a una masa pero fuertes que resisten las temperaturas del metal fundido. [ cita requerida ]

La misma deposición efluvial de arcilla bentonita en las playas explica la variedad de plasticidad de la arena de un lugar a otro para la construcción de castillos de arena . La arena de playa que consta solo de sílice y granos de concha no se moldea bien en comparación con los granos recubiertos con arcilla bentonita. Es por eso que algunas playas son mucho mejores que otras para construir castillos de arena. [ cita requerida ]

La autoadhesión de la bentonita permite apisonar o presionar a alta presión la arcilla en moldes para producir formas duras y refractarias, como boquillas de cohetes modelo . [ cita requerida ]

Purificación [ editar ]

Las bentonitas se utilizan para decolorar diversos aceites minerales, vegetales y animales. También se utilizan para clarificar vino, licor, sidra, cerveza, hidromiel y vinagre. [10]

La bentonita tiene la propiedad de adsorber cantidades relativamente grandes de moléculas de proteína de soluciones acuosas. En consecuencia, la bentonita es especialmente útil en el proceso de elaboración del vino , donde se utiliza para eliminar cantidades excesivas de proteína de los vinos blancos . Si no fuera por este uso de bentonita, muchos o la mayoría de los vinos blancos precipitarían nubes o neblinas floculantes indeseables al exponerse a temperaturas cálidas, ya que estas proteínas se desnaturalizan . También tiene el uso incidental de inducir una clarificación más rápida de los vinos tintos y blancos. [27]

La bentonita también se considera un adsorbente eficaz de bajo costo para la eliminación de iones de cromo (VI) de soluciones acuosas (aguas residuales contaminadas). [28]

Absorbente [ editar ]

La bentonita se usa en una variedad de artículos para el cuidado de mascotas, como arena para gatos, para absorber los desechos de las mascotas. También se utiliza para absorber aceites y grasas. [10]

Transportista [ editar ]

La bentonita se utiliza como vehículo inerte para pesticidas, fertilizantes y retardadores de fuego. Ayuda a garantizar que el agente activo se disperse uniformemente y que los pesticidas y fertilizantes se retengan en las plantas. [10]

Relleno [ editar ]

La bentonita se utiliza como relleno en una amplia variedad de productos, incluidos adhesivos, cosméticos, pintura, caucho y jabones. También actúa como estabilizador y extensor en estos productos. [10]

Sellador [ editar ]

La propiedad de hincharse al entrar en contacto con el agua hace que la bentonita de sodio sea útil como sellador, ya que proporciona una barrera autosellante de baja permeabilidad. Se utiliza para revestir la base de los rellenos sanitarios para evitar la migración de lixiviados , para poner en cuarentena los contaminantes metálicos de las aguas subterráneas y para sellar los sistemas de eliminación subterráneos de combustible nuclear gastado. [29] Usos similares incluyen la fabricación de muros de lechada , la impermeabilización de muros subterráneos y la formación de otras barreras impermeables, por ejemplo, para sellar el anillo de un pozo de agua , para tapar pozos viejos.

La bentonita también se puede "intercalar" entre materiales sintéticos para crear revestimientos de arcilla geosintética (GCL) para los fines antes mencionados. Esta técnica permite un transporte e instalación más convenientes y reduce en gran medida el volumen de bentonita requerido. También se utiliza para formar una barrera alrededor de los árboles recién plantados para limitar el crecimiento de las raíces y evitar daños en las tuberías, senderos y otras infraestructuras cercanas. Los agricultores usan bentonita para sellar estanques de retención y líneas de canales. [30]

Catalizador [ editar ]

La bentonita cálcica de alta pureza se trata con ácido para su uso como catalizador en el craqueo de fracciones pesadas de petróleo. [10]

Médico [ editar ]

La bentonita se ha recetado como laxante a granel y también se utiliza como base para muchas fórmulas dermatológicas. [31] Se está estudiando la bentonita granular para su uso en apósitos para heridas en el campo de batalla. [32] La bentonita también se vende en línea y en puntos de venta para diversas indicaciones. [33]

Bentoquatam es un medicamento tópico a base de bentonato destinado a actuar como un escudo contra la exposición al urushiol , el aceite que se encuentra en plantas como la hiedra venenosa o el roble venenoso . [34]

La bentonita también se puede utilizar como desecante debido a sus propiedades de adsorción. Los desecantes de bentonita se han utilizado con éxito para proteger productos farmacéuticos, nutracéuticos y de diagnóstico de la degradación por humedad y prolongar la vida útil. De hecho, en los entornos de empaque más comunes, los desecantes de bentonita ofrecen una mayor capacidad de adsorción que los desecantes de gel de sílice . La bentonita cumple con la FDA para el contacto con alimentos y medicamentos.[35]

Agricultura en Tailandia [ editar ]

La aplicación de la tecnología de la arcilla por los agricultores del noreste de Tailandia, utilizando arcilla de bentonita, ha revertido drásticamente la degradación del suelo y ha generado mayores beneficios económicos, con mayores rendimientos y precios de producción más altos. Los estudios llevados a cabo por el Instituto Internacional de Gestión del Agua y sus socios en 2002-2003 se centraron en la aplicación de arcillas bentoníticas de origen local a los suelos degradados de la región. Estas aplicaciones se llevaron a cabo en ensayos de campo estructurados. La aplicación de arcillas de bentonita mejoró eficazmente los rendimientos del sorgo forrajero cultivado en condiciones de secano. [36] [37]

La aplicación de bentonita también influyó en los precios que los agricultores recibían por sus cultivos. Los costos de producción son más altos, pero debido a una mayor producción y la calidad de los alimentos, los agricultores de arcilla podrían permitirse invertir y cultivar más y mejores alimentos, en comparación con los agricultores que no utilizan arcilla. [38] [39]

Paredes de lechada de bentonita en la construcción moderna [ editar ]

Las paredes de lechada de bentonita (también conocidas como paredes de diafragma [40] ) se utilizan en la construcción, donde la pared de lechada es una zanja llena de una mezcla coloidal espesa de bentonita y agua. [41]Una zanja que colapsaría debido a la presión hidráulica en el suelo circundante no colapsa cuando la lechada equilibra la presión hidráulica. Los encofrados para concreto y barras de refuerzo se pueden ensamblar en una zanja llena de lechada y luego verter concreto en el encofrado. El hormigón líquido al ser más denso desplaza la lechada de bentonita menos densa y hace que esta última se desborde de la zanja. Esta lechada de bentonita desplazada se canaliza luego a una unidad de reciclaje desde la cual se puede reutilizar posteriormente en una nueva zanja en otra parte del sitio de construcción.

Además, debido a que el coloide es relativamente impermeable al agua, una pared de lechada puede prevenir la filtración de agua subterránea, lo cual es útil para prevenir la propagación adicional de agua subterránea que ha sido contaminada por material tóxico como desechos industriales. [41]

Cerámica [ editar ]

La arcilla con la que se fabrica la cerámica se describe como "plástica" si se puede estirar sin agrietarse, o "corta" o no plástica si tiende a romperse cuando se forma. A menudo se agrega una pequeña cantidad de bentonita para hacer una mezcla de arcilla más plástica. Esto hace que la arcilla se forme más fácilmente, mediante métodos como arrojar un torno de alfarero y varias técnicas de construcción manual. La arcilla corta, como una mezcla de porcelana que consiste solo en caolinita y feldespato , se puede formar solo mediante un conjunto limitado de métodos, como el prensado y el moldeado, que no sometan la arcilla a tensión. Un problema con la adición de bentonita es que normalmente contiene minerales que afectan el color de la mezcla. [24]

Los esmaltes cerámicos a menudo contienen bentonita. La bentonita se agrega para retardar o prevenir la sedimentación de los esmaltes. También puede mejorar la consistencia de la aplicación de esmaltes sobre vajilla porosa horneada para galletas . Una vez que la galleta ha absorbido una cierta cantidad de agua de glaseado, la bentonita obstruye eficazmente los poros y resiste la absorción de agua adicional, lo que da como resultado una capa más uniformemente espesa. [25]

Uso de emergencia [ editar ]

La bentonita se utiliza en la industria y en la respuesta a emergencias como absorbente químico y sellador de contenedores.

Historia y ocurrencia natural [ editar ]

Más información: Lista de países por producción de bentonita

En 2018, China fue el principal productor de bentonita, con casi una cuarta parte de la producción mundial, seguida de Estados Unidos e India. La producción mundial total fue de 24,400,000 toneladas métricas de bentonita y 3,400,000 toneladas métricas de tierra de batán. [42] [6]

La mayor parte de la bentonita de sodio natural de alta calidad se produce en el oeste de los Estados Unidos en un área entre Black Hills de Dakota del Sur y la cuenca Bighorn de Wyoming, y la región de Tokat Resadiye de Turquía. [10] La bentonita mixta de sodio / calcio se extrae en Grecia , Australia , India , Rusia y Ucrania .

En los Estados Unidos, la bentonita de calcio se extrae principalmente en Mississippi y Alabama . [10] Otros lugares importantes que producen bentonita de calcio incluyen Nueva Zelanda, Alemania, Grecia, Turquía, India y China.

Ver también [ editar ]

  • Arcilla medicinal  - Uso de arcilla por motivos de salud

Referencias [ editar ]

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Enlaces externos [ editar ]

  • Tarjeta internacional de seguridad química 0384