Díaz Hernández, José Luis

García Ramos, Guillermo

Raigón Pichardo, Manuela

Ruiz-Conde, Antonio

idUS. Depósito de Investigación Universidad de Sevilla

BOL. SOC. ESP. CERAM. VIDR. 32 (1993) 3, 209-213 ARTICULO CORTO Caracterización de materiales procedentes de un yacimiento de arcilla en Higuera de Vargas (Badajoz) J. L. DIAZ HERNANDEZ*, M. RAIGÓN PICHARDO**, A. RUIZ CONDE***, P. J. SANCHEZ SOTO***(x) G. GARCIA RAMOS**. * Centro de Investigaciones y Desarrollo Agrario, Apdo. 2027, 18004 Granada. ** Departamento de Química Inorgánica, Facultad de Química, Universidad de Sevilla, c/ Profesor García González s/n, 41071 Sevilla. *** Instituto de Ciencia de Materiales, Centro Mixto Consejo Superior de Investigaciones Científicas-Universidad de Sevilla, Apdo. 1115, 41080 Sevilla, (x) Autor a quien se debe enviar cualquier correspondencia sobre este trabajo. RESUMEN. Caracterización de materiales proceden-tes de un yacimiento de arcilla en Higuera de Vargas (Badajoz). Los materiales arcillosos de Higuera de Vargas (Badajoz) carecían, hasta el presente, de una defínición adecuada en sus aspectos mineralógicos. El análisis químico, la difracción de rayos X, el análisis térmico diferencial y termogravimétrico y el estudio dilatomé-trico han permitido establecer una composición mine-ralógica formada por ilita, clorita y cuarzo en propor-ciones variables. La presencia de cuarzo libre debe tenerse en cuenta en un procesado cerámico posterior utilizando este material, especialmente después de coc-ción. PALABRAS CLAVE: Arcilla, Análisis Mineralógico, ilita, cuarzo, clorita. ABSTRACT. Clay Materials characterizativa from Higuera de Vargas (Badajoz). Clay materials from Higuera de Vargas (Badajoz) lacked of a suitable definition at the present time in the main mineralogical aspects. Chemical analysis. X-ray diffraction data, differential thermal analysis, thermo-gravimetric analysis and dilatometry have allowed to stablish the mineralogical composition, in which illite, chlorite and quartz are the main components. Presence of quartz must be taking into account in furt-her ceramic processing, especially after firing this raw material. KEY WORDS: Clay, Mineralogical Analisis, illite, chlorite, quartz. 1. INTRODUCCIÓN La industria cerámica precisa cada vez más de una amplia gama de materias primas para elaborar sus pastas cerámicas y conseguir, tras el conveniente procesado, un producto final con las mejores propiedades. Por ello, inte-resa conocer en primer lugar los recursos naturales dispo-nibles, al ser necesarias materias primas de características constantes o, al menos, que éstas varíen dentro de estre-chos límites. Los muéstreos iniciales de materias primas y los ensayos de laboratorio realizados orientarán sobre las potenciales aplicaciones, sirviendo de base a estudios posteriores. Así, por ejemplo, el desconocimiento de la mineralogía de un material ha obligado a emplear deno-minaciones ambiguas de materias primas, tales com «Tierras especiales» (1), «Tierras blancas» (2), etc., cues-tión que se resuelve mediante análisis con técnicas instru-mentales. En los últimos años se ha puesto de manifiesto la importancia de la región extremeña (3) en el contexto de las materias primas cerámicas de la Península Ibérica, así como esfuerzos importantes se han realizado para conocer mejor sus posibilidades de aplicación (2-5). Es por ello que se estudia en este trabajo un material arcilloso proce-dente de Higuera de Vargas (Badajoz) con objeto de carac-terizarlo adecuadamente. Este yacimiento se cita con ante-Recibido el 30-1-93 y aceptado el 15-4-93, rioridad en el amplio estudio de caolines realizado por Galán y Espinosa de los Monteros (6). 2. MATERIALES Y MÉTODOS EXPERIMENTALES 2.1. Marco Geológico general del yacimiento Desde el punto de vista general, el yacimiento estu-diado se encuadra dentro del Macizo Hespérico, en la zona Ossa-Morena (fig. 1), cuya complejidad estructural, estra-tigráfica y petrológica promueve continuas investigaciones respecto a sus características. Los materiales del área estudiada pertenecen al Precámbrico superior-Cámbrico inferior. Están formados por una serie litoestratigráfica monótona compuesta por rocas metasedimentarias del tipo grauwacas y metapelitas, de característicos colores gris oscuro y algunas secuencias verdosas, con potencias discutidas, pero que fácilmente sobrepasan el millar de metros, conociéndose en la biblio-grafía como «Serie Negra» (2,4). El tramo superior de la serie presenta episodios de rocas volcánicas básicas, con intercalaciones volcánicas acidas y algunas rocas vulcanosedimentarias. De modo más concreto, estas pizarras con abundante mica sericítica afloran según una geometría antiforme. MAYO-JUNIO, 1993 209 J. L. DIAZ, M. RAIGÓN, A. RUIZ, P. J. SANCHEZ , G . GARCIA Zona CENTRO-IBÉRICA Zona de OSS A-MORENA Fig. 1. Esquema geológico general de la provincia de Badajoz, con la localización del yacimiento estudiado, según (4). Zona Centro-Ibérica: I. Areas con predominio de materiales precámbricos; IL Areas con predo-minio de materiales paleozoicos. Zona de Ossa-Morena: I. Sinclinorio de Barrancos-Hinojales; 2. Dominio de Elvas-Cumbres Mayores; 3. Dominio de Olivencia-Monesterio; 4. Dominio de Córdoba-Alanís; 5. Dominio de Valencia de las Torres-Cerro Muriano. F.A.= Falla de Azuaga; F. M. = Falla de Malcocinado. cuyo plano axial concuerda con las tendencias regionales (N145 E, 88° N). Esta geometría posee una extensión apro-ximada en superficie de unos 2 Km. Las calicatas efectua-das indican la existencia de una masa que conserva bien la esquistosidad y hacia techo presente alternancias con ele-mentos primordialmente cuarcíticos, a escala decimétrica y centimétrica. Las circunstancias anteriores, entre otras, abren la discusión de su posible génesis: alteraciones de tipo hidrotermal o procedencia ligada a vulcanitas. Los volúmenes de material disponible (reservas) se cifran en varios cientos de miles de toneladas seguras. La ejecución de una próxima campaña de sondeos de recono-cimiento hace prever fácilmente un aumento de este tone-laje. 2.2. Materiales estudiados Los diagramas de rayos X de polvo se han obtenido con un aparato Phillips PW-1730 y radiación CuKa con filtro de Ni. Los diagramas de rayos X en agregados orientados (normal, saturando con etilénglicol y después de calenta-miento a 550°C durante 3 horas) se realizaron con una diafractómetro Rigaku D/max de 2 kw, empleando tam-bién radiación CuKa filtrada por Ni. Se efectuó una esti-mación semicuantitativa de los minerales identificados (6, 7). El análisis químico se efectuó mediante la técnica de fluorescencia de rayos X empleando un equipo Phillips EW-1450. Los diagramas de análisis térmico diferencial y termo-gravimétrico se realizaron en un analizador térmico de ATD-TG Setaram 92-16, 18 utilizando alúmina como material de referencia, portamuestras de platino y una velocidad de calentamiento de 12°C/min. Con el material suficientemente molido hasta pasar por un tamiz normalizado de 200|Lim de luz de malla y agua destilada se preparó una pasta, obteniéndose probetas cilindricas empleando moldes de yeso. Se estudió su com-portamiento dilatométrico hasta 1000°C empleando un dilatómetro Malkin y una velocidad de calentamiento de 6°C/min. M Q 1 HV-3 i 1 ^ c a QL ^ 1 1 1 — 1 1 1 — " — t M Q UJJÜLMIJ c p 1 M m läJJU>| 60 50 AO 30 '20 CuKa 20 10 Fig. 2. Diagrama de difracción de rayos X de la muestra HV-3. Q=cuarzo; M= mica (Hita); Cl= clorita; F= feldespatos. 3. RESULTADOS EXPERIMENTALES Y DISCUSIÓN La correspondiente toma de muestras determinó estrechos márgenes de variación de sus características de visu. Se seleccionaron las siguientes muestras para su estudio: Muestra HV-1: trozo de roca relativamente compacta, de un color grisáceo, que fácilmente tizna de blanco. Aparece con esquistosidad bien marcada y moteado oca-sional. Muestra HV-2: material similar al anterior, pero más pulverulento. Muestra HV-3: material similar a los anteriores, pero algo más compacto. 2.3. Métodos experimentales utilizados Las muestras se homogeneizaron y molieron previa-mente hasta obtener un residuo nulo sobre tamiz de 44|im. 3.1. Composición mineralógica La fig. 2 recoge el diagrama de rayos X correspon-diente a la muestra HV-3, representativa del yacimiento. Se identifica la presencia de un componente micáceo, pro-bablemente ilita, por sus espaciados característicos a 10,05, 4,98, 4,48 y 3,33 Â, principalmente, así como cuarzo por sus espaciados a 4,27, 3,33 Â, etc. Finalmente se encuentran unos espaciados a 14,25, 7,13, 4,74, y 3,54 Â, fundamentalmente, asignados a cloritas como se con-firmó posteriormente. Se detectan indicios de feldespatos (3,25 A). Todas las muestras estudiadas por DRX presentan una composición mineralógica similar, si bien difieren en los porcentajes relativos de los minerales presentes, aumen-tando el contenido en iUta en la muestra HV-2 (tabla I). Los diagramas de agregados orientados (fig. 3) confir-210 BOL. SOG. ESP. CERAM. VIDR. VOL. 32 - NUM.3 Caracterización de materiales procedentes de un yacimiento de arcilla en Higuera de Vargas (Badajoz) TABLA I COMPOSICIÓN MINERALÓGICA TABLA II DATOS DEL ANALISIS QUÍMICO (%) Muestra M Q Cl F HV-1 65-50 25-30 10-15 5 HV-2 (<44 mm) 80 15 5 5 HV-3 55 30 15 5 M: mica Q: cuarzo Cl: clorita F: feldespatos c) lyv/^ *%Aj 10 20 30 29 Fig. 3. Diagramas de difracción de rayos X de agregados orientados: a) Normal en agua; b) saturado con etilenglicol; c) calentado a 550'^C durante 3 horas. man la existencia de clorita. El tratamiento con etilenglicol no produce hinchamiento de la muestra (clorita no expan-dible) y tampoco se observa variación en el difractograma mediante tratamiento térmico a 550°C, indicativo de la ausencia de caolinita, siendo ambos difractogramas prácti-camente idénticos. Este hecho diferencia este material natural de otros que también contienen ilita o sericita y se encuentran presentes en la misma provincia (2-4). HV-1 HV-2 HV-3 SÍ02 75.36 72.96 64.0 A1202 13.658 15.06 19.2 Fe203 1.82 1.18 4.9 Ti02 0.29 0.251 0.48 CaO 0.29 0.39 0.44 MgO 1.24 0.94 2.3 Na20 0.56 0.99 0.39 K2O 4.19 4.26 4.4 MnO 0.11 0.64 0.13 p.p.c. 2.46 3.33 3.3 TOTAL 99.97 99.96 99.54 1 3.2. Composición química El análisis químico de los materiales estudiados se muestra en la tabla II. De acuerdo con los resultados obte-nidos, las muestras HV-1 y HV-2 son más similares entre sí que la HV-3. Los contenidos en SÍO2 son elevados por la presencia de cuarzo, aunque algo disminuye en la muestra HV-3, siendo a su vez la más rica en AI2O3, característica importante desde el punto de vista de su refractariedad. Sin embargo, la muestra HV-3 presenta el mayor contenido en Fe203 y MgO del grupo, lo cual se atribuye a la clorita y óxidos de hierro presentes en la misma. El contenido en K2O se atribuye fundamentalmente a la ilita, alcanzando valores prácticamente similares en las muestras estudiadas. Las pérdidas por calcinación no supe-ran el 3,5%, de acuerdo con su naturaleza mineralógica y la presencia de cuarzo. Aunque se han establecido criterios para la identifica-ción tipológica de las cloritas (8-10) y se han aplicado al estudio de yacimientos, en nuestro caso es difícil determi-nar el tipo de mineral clorítico presente, puesto que existen otros minerales con elevada proporción relativa. Fig. 4. Diagramas de ATD, TG y DTG de la muestra HV-3 hasa BOO^C. MAYO-JUNIO, 1993 211 J. L. DIAZ, M. RAIGÓN, A. RUIZ, P. J. SANCHEZ, G. GARCIA 3.3. Análisis térmico En la fig. 4 se representan conjuntamente los diagramas de ATD, TG y diferencial termogravimétrico (DTG) hasta 1300°C correspondientes a la muestra HV-3, representa-tiva de este yacimiento. La curva de ATD muestra efectos térmicos endotérmicos en la zona 500-900°C asociados a la deshidroxilación de la clorita e ilita. Según diversos autores (11), los minerales cloríticos presentan un efecto endotérmico a 575-610°C que corresponde a la deshidroxi-lación de la capa de brucita, mientras que otro efecto que aparece a 740°C, el cual se detecta aquí solapando con el de la ilita, se encuentra en relación con la deshidroxilación de la capa tipo mica en la estructura de la clorita. En el diagrama TG, las pérdidas de peso que se regis-tran están de acuerdo con el contenido mineralógico, siendo mayor en la zona correspondiente a la deshidroxi-lación de la ilita. La curva DTG a una alta sensibilidad sigue un perfil análogo al DTA y permite poner de mani-fiesto la existencia de dos efectos principales asociados a la deshidroxilación de los silicatos laminares. Finalmente, por encima de 1000°C se alcanza la constan-cia de pérdida de peso, observándose sólo efectos térmi-cos posiblemente asociados a la progresiva sinterización del material. 3.4. Dilatometría La dilatometría es un ensayo cerámico que resulta útil en la caracterización mineralógica de materiales ya que, esencialmente, las propiedades de expansión-contracción obtenidas son función de los componentes presentes. El comportamiento dilatométrico de estas muestras (fig. 5) es típicamente ilítico (12), como indica el hábito de la curva del material original, con una dilatación progre-siva más intensa a partir del intervalo 500-600°C cuando se produce la deshidroxilación de las redes cristalinas de los silicatos presentes, siendo máxima hacia los 880*^0. A partir de esa temperatura, comienza una rápida contracción por sinterización del material. En la curva del material cocido a 1000°C, se observa el efecto dilatométrico originado por la inversión |x ß del cuarzo libre presente con un acusado cambio de pendiente, como se puso de manifiesto anteriormente. Este hecho ha de tenerse en cuenta a la hora de un posible vidriado del material. 4. CONCLUSIONES La consitución mineralógica de estos materiales, determinada por difracción de rayos X, indica que son altamente ilíticos, con proporciones variables de cloritas y cuarzo. La composición química resulta ser altamente silícea, presentando elevados contenidos de óxidos fun-dentes, sobre todo alcalinos y de hierro. El análisis tér-mico diferencial, termogravimétrico y dilatométrico con-firman el carácter ilítico y clorítico del material. La presencia de cuarzo ha de tenerse en cuenta en un proce-sado cerámico posterior, especialmente a la hora de reali-zar un vidriado utilizando el material térmicamente tra-tado como soporte. Fig. 5. Dilatogramas correspondientes a la muestra representativa HV-3: a) muestra inicial; b) calentada a lOO&C. 5. BIBLIOGRAFÍA 1. BÁRCELO SIERRA, G. y CARRASCO SANTOS, F.: Nota sobre la constitución de las denominadas «Tierras especiales» de Almogía (Málaga) Bol. Soc. Esp. Ceram. Vidr. 21 (1982) 189-191. 2. MESA LÓPEZ-COLMENAR, J. 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PUBLICACIONES EDITADAS POR LA SOCIEDAD ESPAÑOLA DE CERÁMICA Y VIDRIO I Congreso Iberoamericano de Cerámica, Vidrio y Refractarios (dos volúmenes) (Torremolinos, 7-11 junio 1982) (Madrid, 1983) PRECIO: 4.500 Los pedidos deben dirigirse a: SOCIEDAD ESPAÑOLA DE CERÁMICA Y VIDRIO Ctra. Valencia, Km. 24,300 ARO ANDA DEL REY (Madrid) MAYO-JUNIO, 1993 213 8th CIMTEC [future Florence June 29 to July 4 1994 ::%ï^ 5i|ï^ *^^ ^^ Ä^te^i WORLD CERAMICS CONGRESSi^ r Ian to attend the Wor ld Ceramics Congress in Florence, the cradle of European Renaissance, and keep yourself up to dote with technology that will help enter the ceramics community into the future. The international leading event of its type in Europe focusing on both traditional and advanced ceramics to cover on a global basis outstanding advancements in research, technology and application, as well as present and future markets, with the objective of identifying and exploring new directions for ceramics. 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Caracterización de materiales procedentes de un yacimiento de arcillas de Higuera de Vargas (Badajoz).

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Caracterización de materiales procedentes de un yacimiento de arcillas de Higuera de Vargas (Badajoz).

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