Características y propiedades de las arcillas

La estabilización de un revoque depende tanto de las condiciones ambientales como del

tipo de acabado final que se desea

las principales características de las arcillas son:

transpirable

en el tratamiento final las arcillas vivas deben impermeabilizarse, para que mantengan su

condición de transpiración.

Resistente al fuego

absorción de ondas de alta frecuencia 

según los estudios por la empresa claytec un revoque de 30 mm de grosor puede absorber el

70% de las transmisiones hf

neutralidad a las cargas electrostáticas

capacidad de polo a tierra

acústica

material de gran capacidad acústica

regulación hidrométrica

característica por la cual tiene la capacidad de soltar y almacenar humedad

siempre mantiene una expresión estética de texturas y colores naturales

Tipos de arcillas

Existe un gran número de minerales arcillosos. pero los que nos interesan en relación con

los fluidos de perforación pueden ser clasificados en tres tipos. el primer tipo consta de

arcillas en formas de aguja no hinchables como la atapulguita o la sepiolita. Se cree que la

forma de las partículas es responsable de la capacidad que la arcilla tiene para aumentar la

viscosidad. El tamaño natural de cristales finos y la forma de aguja hace que la arcilla

desarrolle una estructura de “escobillas amontonadas” en suspensión, demostrando así una

alta estabilidad coloidal, incluso en la presencia de una alta concentración de electrolitos.

Debido a su forma y a sus características no hinchables, estas arcillas demuestran un

control de filtración muy débil. Por este motivo la atapulguita se usa principalmente como

mejorador de viscosidad en los lodos base agua salada, mientras que la sepiolita se usa

generalmente como viscosificador suplementarios para los fluidos geotérmicos y de alta

temperatura. Estas arcillas no están casi nunca presentes en las lutitas de la formación. El

segundo tipo son las arcillas laminares no hinchables (o ligeramente hinchables): Ilita,

Clorita y Caolinita. Las Ilitas tienen la misma estructura básica que las Montmorillonita,

pero no muestran la capacidad de hinchamiento entre capas. En vez de la sustitución del

aluminio (Al+3) por magnesio (Mg+2 ) como en la Montmorillonita, la Ilita tiene una

sustitución de Si+4 por Al+3 , lo cual aún produce una carga negativa. Los cationes

compensadores son principalmente el ión potasio (K+). La carga negativa neta de la red

que resulta de estas sustituciones, mediante los iones potasios compensadores, es

generalmente mayor que la carga de la Montmorillonita, pudiendo ser hasta una vez y

media más grande que ésta. El espacio entre las capas unitarias es de 2,8 Å.

El diámetro iónico de K+ es de 2,66 Å. Esto permite que el K+ encaje perfectamente entre

las capas unitarias, formando un enlace que impide el hinchamiento en la presencia de

agua. Como las capas unitarias no se hinchan, no se separan al ser expuestas al agua. Los

iones potasio K+ presentes entre las capas unitarias no están disponibles para el

intercambio. Sólo los iones potasio que se encentran en la superficie exterior pueden ser

cambiados por otros cationes.

Las Cloritas están estructuralmente relacionadas con las arcillas de tres capas.

Las Cloritas no se hinchan en su forma pura, pero pueden hacerse que se hinchen

ligeramente al ser modificadas, en estas arcillas los cationes compensadores entre las capas

unitarias de tipo Montmorillonita son reemplazados por una capa de hidróxido de

magnesio octaédrico, o brucita. Esta capa tiene una carga positiva neta debido a la

sustitución de ciertos Mg+2 por Al+3 en la capa de brucita. Las Cloritas se encuentran

frecuentemente en antiguos sedimentos marinos enterrados a grandes profundidades y

normalmente no causan ningún problema importante, al menos que estén presentes en

grandes cantidades. La capacidad de intercambio catiónico de la Clorita varía de 10 a 20

meq/100g, principalmente debido a los enlaces rotos. La distancia entre capas de la Clorita

suele ser aproximadamente 14 Å. La Clorita también puede formar arcillas de capas mixtas

con otros minerales arcillosos tales como la esmectitas. La arcilla resultante de capa mixta

tendría las propiedades de ambos tipos de minerales arcillosos.

La Caolinita es una arcilla no hinchable cuyas capas unitarias fuertemente ligadas mediante

enlaces de hidrogeno, esto impide la expansión de las partículas porque el agua no es capaz

de penetrar en las capas. La Caolinita no contiene cationes entre capas ni tiene capas

superficiales porque no se produce ninguna situación en las hojas tetraédricas u octaédricas,

sin embargo, algunas pequeñas cargas pueden resultar de los enlaces rotos o las impurezas.

La Caolinita contiene una capacidad de intercambio catiónico relativamente baja (de 5 a 15

meq/100g), ésta se encuentra comúnmente como componente menor a moderado (5 a 20%)

de las rocas sedimentarias tales como las lutitas y las areniscas.

El tercer tipo de arcilla está compuesto por Montmorillonitas laminares muy hinchables; si

se sustituye un átomo de aluminio (Al+3) por solo un átomo de magnesio (Mg+2) en la

estructura reticular (disposición de los átomos), ésta tendrá un electrón excedente o una

carga negativa. La carga negativa neta es compensada por la absorción de cationes (iones

positivos) en la superficie de la capa unitaria, tanto en la superficie interior como en las

superficies exteriores del apilamiento. Los cationes que se absorben en las superficies de las

capas unitarias pueden ser combinados por otros cationes y se llaman los cationes

intercambiables de arcillas. La cantidad de cationes por peso unitario de la arcilla se mide y

se registra como capacidad de intercambio catión (CIC). El catión puede ser un ión de

simple carga como el calcio (Ca+2) o el magnesio (Mg+2). De este modo tenemos

Montmorillonita sódica, cálcica y/o magnésica. La Montmorillonita sódica, cálcica y la

magnésica son intercambiables de 35 a 67 % de la capacidad total de intercambio. Tienen

una CEC entre 60 – 150 meq/100g de arcilla. La propiedad más típica de la

Montmorillonita es la capacidad de hinchamiento entre las capas (hidratación) con el agua.

Además de la sustitución del aluminio (Al+3) por el magnesio (Mg+2) en la red de la

Montmorillonita, muchas otras sustituciones pueden ser realizadas. Por lo tanto el nombre

de Montmorillonita se usa como nombre del grupo que incluye muchas estructuras

minerales específicas. Sin embargo, en los últimos años se aceptado más el nombre de

esmectitas como nombre del grupo, reservando el nombre de Montmorillonita para los

miembros predominantes aluminosos del grupo.

El segundo y tercer tipo de minerales arcillosos se encuentran en las lutitas de las

formaciones, en el orden siguiente y en cantidades decrecientes: Ilitas, Clorita,

Montmorillonita, Caolinita. Como están presentes en las formaciones perforadas, estas

arcillas se dispersan en cantidades variables dentro de los fluidos de perforación. La

Montmorillonita sódica se añade normalmente a un lodo para aumentar la viscosidad y

reducir la pérdida del fluido.

Las propiedades de filtración y reología del fluido del lodo dependen de las cantidades de

las diferentes arcillas contenidas en el lodo. Como la Montmorillonita es añadida

intencionalmente a un lodo para controlar estas propiedades, los otros tipos de arcillas

pueden ser considerados como contaminantes visto que no son tan eficaces como una

arcilla comercia

Tipos de arcillas conocidas

Las distintas arcillas se formaron, primero a partir de la descomposición de las formaciones

rocosas y, por la acción de distintos factores, presión tectónica, movimientos sísmicos,

distintos tipos de erosión, etc., y segundo por la adquisición, durante el viaje hasta su lugar

de sedimentación, de diferentes impurezas de origen mineral; por lo tanto, dependiendo de

las características de la roca de origen, existen innumerables tipos de arcillas, cada una de

las cuales posee unas propiedades particulares.

Recipientes de terracotaEntre sus componentes básicos debemos destacar las materias

plásticas como el caolín y la arcilla y, los no plásticos o antiplásticos, como el cuarzo, la

arena o la pegmatita, que prestan un papel fundamental en el proceso de transformación de

los materiales dentro del horno, actuando como fundentes.

Por la utilización de las distintas clases de arcillas las podemos dividir en dos grupos:

- Arcillas de alfarería.

- Arcillas para loza (dentro de este grupo existen otras variedades que se denominan gres,

refractarias y porcelana).

Para tener una idea de las calidades y cualidades obtenidas por las distintas pastas, después

de cocidas, diremos que:

a) cuando tienen un color rojo o amarillento y su textura es porosa, recibe el nombre de

terracota o de alfarería (1).

b) cuando el color tiende al blanco y su textura es porosa recibe el nombre de loza (2).Plato

de loza

c) cuando presenta un color entre el amarillento y el gris, habiéndose vitrificado algunos

elementos de su composición, presentando una textura poco porosa, recibe el nombre de

gres.

d) cuando presenta un color blanco semitransparente, mostrando una textura impermeable,

recibe el nombre de porcelana (3).

Los tipos de arcilla correspondientes al primer grupo, tienen en común que cuecen a baja

temperatura entre 900º y 1000ª C., compuestas por pastas de grano fino de gran plasticidad.

A este grupo pertenecen, la arcilla azul (llamada así, por su gran contenido en cal, aunque

una vez cocida adquiera un color amarillento) y la arcilla roja (denominada así, por su color

rojo debido a su alto contenido en hierro) ésta última es buena para cocer a 1.100º C. Al

grupo b) pertenecen las pastas para loza que tienen como característica en ser muy

plásticas, de color blanco o marfil que pueden cocer hasta 1200º C. Vasija de porcelana

Al grupo c) pertenecen todas las pastas que se les añaden materias no plásticas, como por

ejemplo la chamota, la arena... y tienen como característica común, ser muy resistentes a las

altas temperaturas, siendo variable su plasticidad, dependiendo de la composición de la

arcilla original y, disminuir la reducción en el tamaño de las piezas en el proceso de secado

y cocción. A este grupo pertenecen el "gres" y las "pastas refractarias".

Al grupo d) pertenecen todas las cerámicas a base de caolín, feldespato y cuarzo que tras la

cocción aparece un color blanco, un tacto sonoro y un aspecto vitrificado, son las llamadas

porcelanas.

Todos los tipos de arcilla, en el tiempo de secado y de cocción, sufren un proceso de

encogimiento, de reducción de tamaño. Esta disminución de tamaño es mayor, cuanto

menor sea el contenido de materias no plásticas de la arcilla que estamos trabajando.

Existen arcillas muy plásticas, de grano finísimo, que sufren un encogimiento muy grande,

hasta el 20%, en el proceso de secado. Es el caso de la arcilla de bola o de "ball clay" que,

por la razón anteriormente mencionada, no es de gran utilidad, pero es extraordinaria para

mezclar con otros tipos de arcillas que carecen de plasticidad. La bentonita se usa con este

mismo fin, es decir aportar plasticidad a otros tipos de pastas no grasas. Por el contrario,

cuando tenemos unas arcillas excesivamente plásticas, muy grasas, deben modificarse y

para desengrasarlas añadiremos chamota. Cuando una arcilla es muy plástica decimos que

es una arcilla grasa y, por el contrario, si le falta plasticidad, decimos que es poco grasa.

Hidratación de arcillas

La hidratación de las arcillas involucra la adsorción de moléculas de agua sobre su

superficie, lo cual puede ocurrir a través de:

- hidratación de los cationes de intercapa

- interacción de la superficie del mineral con las moléculas de agua y con los cationes

- actividad (contenido) de agua presente.

A partir de las cargas desarrolladas sobre la superficie del mineral (habitualmente

negativas) se produce la adsorción de cationes, que se comportan como los principales

centros hidrofílicos sobre la superficie basal de las láminas de silicato. Estos cationes se

asocian con el agua de tal modo que pueden formar dos clases diferentes de complejos de

hidratación, que reciben distintos nombres:

- complejo de esfera interior o interna (A)

- complejo de esfera exterior o externa (B)

- complejo de esfera interior: se encuentra directamente unido a la superficie del mineral

por un lado, mientras que por el otro se rodea de moléculas de agua

- complejo de esfera exterior: el catión se encuentra rodeado de moléculas de agua

(formando un complejo), e interactua con el mineral a través de sus ligandos (agua).

- Una tercera forma de asociarse resulta al ubicarse más alejado de la superficie

y poder difundir con facilidad.

El tipo de complejo de hidratación formado depende de la afinidad existente entre el ión y

el agua.

En el caso de los cationes, cuya densidad de carga (relación entre carga y volumen que

ocupa) resulta siempre más elevada que la de los aniones, la hidratación es más efectiva.

Sin embargo, un catión como el potasio se liga en forma directa a la superficie de las

arcillas sin interponer moléculas de agua.

Como consideramos en este caso superficies cargadas negativamente, son los cationes los

que se encuentran asociados a ella, por lo tanto los complejos de hidratación formados

serán del tipo:

M+z ® M(H2O)n+z

Puede existir una primera esfera de hidratación, la cantidad de moléculas de agua asociadas

en ella se denomina número de coordinación (NC), sin embargo, la globalidad de moléculas

de agua que interactuan fuertemente con el ión es casi siempre un número diferente al NC,

y se designa como número de hidratación NH.

En el caso particular del catión potasio, con una pequeña D G hid y NH, se liga en forma

directa a la superficie del mineral, formando complejo de hidratación de esfera interna. Este

hecho, sumado al tamaño del ión, que le permite encajar perfectamente en la cavidad

hexagonal formada por los oxígenos apicales, le confiere a los sistemas en los que

predomina como catión, características diferenciadas de los restantes cationes

monovalentes. En algunos casos inclusive el comportamiento del sistema en su conjunto se

asemeja al que produce un ión como el calcio.

Se formarán complejos de hidratación muy débiles en el caso de tener  cationes alcalinos o

aniones halogenuros.

Cuando en minerales como las esmectitas se encuentran cationes divalentes en su intercapa,

el complejo de hidratación formado es capaz de mantener unidas varias láminas adyacentes:

estos sistemas reciben el nombre de cuasicristales.

Cuando se forma un ordenamiento de láminas de esmectita separadas entre sí sólo por el

solapamiento de sus dobles capas eléctricas, el sistema se denomina tactoide. Esto ocurre

preferencialmente en caso de tener cationes monovalentes pequeños en el sistema.

A pesar que tactoides y cuasicristales consisten en un agrupamiento casi paralelo de varias

láminas de esmectita, se diferencian entre si:

- la separación entre láminas es mayor en los tactoides

- en un cuasicrital las láminas permanecen unidas por fuerzas electrostáticas debidas a la

interacción de los complejos de hidratación de los cationes, los tactoides por otro lado,

mantienen su integridad a través de la repulsión de largo alcance originada por la doble

capa eléctrica.

- en los cuasicristales, la doble capa difusa puede desarrollarse sólo en la superficie externa.

La presencia de cationes mono o divalentes produce marcada diferencia en las cantidades

de agua adsorbida, y por lo tanto, en la expansión entre láminas.

La formación de una doble capa eléctrica sobre la superficie del mineral hace que surjan

fuerzas repulsivas que tienden a mantener dispersos este tipo de materiales cuando se

encuentran suspendidos en el agua.

La presencia de contraiones de diferente densidad de carga y en diferentes concentraciones

puede modificar considerablemente las fuerzas repulsivas entre las partículas de mineral:

Cuando las concentraciones de electrolito son elevadas, favorecen la compresión de la

doble capa eléctrica, disminuyendo el alcance de las fuerzas repulsivas, favoreciendo así

una rápida coagulación.

A medida que se agregan iones de mayor densidad de carga, se produce mayor compresión

de la doble capa eléctrica, favoreciendo así una rápida coagulación.

En forma independiente a lo que sucede con las fuerzas repulsivas, las partículas de mineral

se atraen debido a la existencia de fuerzas atractivas de tipo van der Waals y fuerzas de

dispersión.

Finalmente, la posibilidad que el mineral se encuentre disperso o suspendido cuando está en

contacto con un medio acuoso, dependerá de la relación existente entre fuerzas atractivas y

repulsivas, manteniéndose coagulado si predominan las primeras y disperso si predominan

las últimas.

Clasificacion de las arcilas en base a su estabilidad 

*arcillas coalinitas 

*arcillas illitasg 

*arcillas montmorillonitas 

arcilla coalinitas o estables 

El caolín o caolinita, es una arcilla blanca muy pura que se utiliza para la fabricación de

porcelanas y de aprestos para almidonar. También es utilizada en ciertos medicamentos y

como agente adsorbente. Cuando la materia no es muy pura, se utiliza en fabricación de

papel. Conserva su color blanco durante la cocción. Actualmente se encuentra en

Peñausende (Zamora, España), Arguisuelas (Cuenca), Carboneras de Guadazaón (Cuenca),

Merilles (Asturias), Poveda de la Sierra (Guadalajara, España), Alcoroches (Guadalajara,

España), Vimianzo (La Coruña, España), Cornualles (Inglaterra), en Malasia y en la

localidad de Mutquín, en el oeste de la provincia de Catamarca, Argentina. Su fórmula es

Al2Si2O5(OH)4 ó Al2O32SiO22H2O (disilicato alumínico dihidratado) 

Su nombre viene del chino kao = alta y ling = colina, que indicaba, en la provincia de

Kiangsi, cerca de Jauchu Fa, el lugar donde los chinos encontraron por primera vez este

tipo de arcilla al natural. 

Composición 

Es silicato de aluminio hidratado formado por la descomposición de feldespato y otros

silicatos de aluminio. Esta descomposición se debe a los efectos prolongados de la erosión.

La formación del caolín se debe a la descomposición del feldespato por la acción del agua y

del dióxido de carbono 

Está formado por pequeñas capas hexagonales de superficie plana. En su estructura

cristalina se distinguen dos láminas, una formada por tetraedros, en cuyos vértices se

situarían los átomos de oxígeno y el centro estaría ocupado por el átomo de silicio, y otra

formada por octaedros, en cuyos vértices se situarían los átomos del grupo hidróxido y el

oxígeno, y en el centro el átomo de aluminio 

Usos 

El caolín es utilizado en la preparación de pinturas de caucho o emulsionadas, ya que por su

blancura es de alto grado de rendimiento. Al mismo tiempo se utiliza como espesante. 

▪ Papel: Como carga y recubrimiento del papel. En el acabado de papel de arte y tapiz y en

papel corrugado. Reduce la porosidad y da suavidad y brillo a la superficie. 

▪ Refractarios: En la elaboración de perfiles, bloques y ladrillos refractarios, así como en

ladrillos de alta alúmina. En la elaboración de cemento refractario y resistente a los ácidos.

En cajas de arcilla refractaria para cocer alfarería fina. 

▪ Cerámica: En la fabricación de sanitarios, comedores, porcelana eléctrica y tejas de alto

grado, vajillas, objetos de baño, refractarios y cajas de arcilla refractaria para cocer alfarería

fina. 

▪ Vidrio: En la formulación de placas de vidrio. 

▪ Pinturas: En la elaboración de pigmentos de extensión para pinturas y en la fabricación de

tintas. Se usa como dilatador por su inercia química, suave fluidez, facilidad de dispersión y

por no ser abrasivo. En pinturas de agua con liga de aceite, a base de silicato y al temple; en

pinturas para moldes de fundición; en pigmentos para el color ultramarino. Da suavidad y

brillo a la superficie, mejora la durabilidad de la misma y reduce la cantidad de pigmento

necesario. 

▪ Plásticos: Es usado como relleno en hules y plásticos y auxiliar en procesos de filtración.

En revestimientos plásticos para ductos y tejas plásticas. Se mezcla bien con oleoresinas en

plásticos y mejora la rigidez y dureza del mismo. 

▪ Agroquímicos: Forma parte de los componentes de insecticidas y pesticidas bien como

material de acompañamiento a insecticidas presentados en polvo o bien solo, uso este hoy

en alza para el control de determinadas plagas agrícolas, como por ejemplo la mosca del

olivo1 sobre todo en agricultura ecológica. También se está viendo su uso en la protección

de las quemaduras solares ó golpes de sol en los frutos debido a su capacidad para absorber

las ondas cortas de la radiación solar. 

▪ Farmacéutica: En la elaboración de medicamentos por ser químicamente inerte y libre de

bacterias. (En México su nombre comercial es Kaomycin ) 

▪ Cosméticos: Es uno de los principales componentes de los cosméticos. Absorbe humedad,

mejora las bases blancas para colores, se adhiere a la piel y tiene textura suave. 

▪ Construcción: Usado como terraplén y como material crudo en la formulación de crisolita

y placas de vidrio. Usado para producir arcillas pesadas. En pistas para aterrizaje de aviones

y en mezclas termoplásticas para techar. Como relleno en linóleo y en cementos resistentes

a los ácidos y refractarios. En cojines de fieltro para páneles o tableros de metal. En

revestimientos plásticos para ductos, ladrillos para pisos y para sellar mezclas. En mezclas

termoplásticas para techar. En el concreto mejora la durabilidad, remueve el hidróxido de

calcio químicamente activo, mejora la porosidad y la adhesión entre el cemento, la arena y

la grava. 

▪ Material eléctrico: Es usado en la fabricación de cable eléctrico, en recubrimientos y

aislantes eléctricos. Da resistencia térmica. 

▪ Caucho: Para reforzar el caucho y hacerlo más rígido. 

▪ Hule: En la industria del hule es usado como carga y por su resistencia a la humedad y

ataque químico. Mezcla bien con el hule, le incrementa la dureza y durabilidad. 

▪ Metales: En ruedas abrasivas, para soldar cubiertas en varillas y en material de adherencia

en fundición 

▪ Química: En la elaboración de productos como sulfato de aluminio, alúmina y alumbre;

en catalizadores y absorbentes; en el acabado de textiles; en jabón, recubrimientos,

curtiduría y productos de asbesto; en ruedas abrasivas, como material de adherencia en

fundición y para soldar cubiertas en varillas. 

Arcilla illita o colápsales 

Las "ilitas" tienen una estructura analoga a la de las montmorilonitas, pero su constitución

interna presenta una tendencia a formar grumos de materia, su expansividad es menor a la

de las montmorilonitas y en general, las arcillas ilitas, se comportan mecánicamente en

forma mas favorable para el ingeniero civil. 

Arcilla montmorillonitas o expansivas 

Las "montmorilonitas" estan formadas por una lámina alumínica y dos silícicas, en este tipo

de arcilla la unión entre las retículas es débil, por lo que las moléculas del agua pueden

introducirse en la estructura con relativa facilidad. Son expansivas ya que debido a lo

anterior, se produce un incremento volumétrico de La montmorillonita es un mineral del

grupo de los silicatos, subgrupo filosilicatos y dentro de ellos pertenece a las llamadas

arcillas. Es un hidroxisilicato de magnesio y aluminio, con otros posibles elementos. 

Recibe su nombre de la localidad francesa de Montmorillon. Se caracteriza por una

composición química inconstante. Es soluble en ácidos y se expande al contacto con agua.

Estructuralmente se compone por una capa central que contiene aluminio y magnesio

coordinados octaédricamente en forma de óxidos e hidróxidos. Dicha capa central está

rodeada por otras dos capas. Las capas externas están formadas por óxidos de silicio

coordinados tetraédricamente. 

Para cimentación de construcciones es uno de los terrenos en los que se deben tomar más

precauciones debido a su carácter expansivo. También posee propiedades tixotrópicas, lo

que permite su utilización como lodos de perforación.e los cristales y presentan una fuerte

tendencia a la inestabilidad