1. G. Lagaly, S. Ziesmer
Miranda, Elira - Mora, Cintia
2009
Química Aplicada

2. • Bentonita
• Coagulación
• Dispersión
• Montmorillonita
• Floculación
• Estabilización
Palabras clave

3. La transición entre dispersiones coloidales
estables y sistemas coagulados o floculados
tiene aplicaciones prácticas en millones de
toneladas de bentonita
Bentonita contiene montmorillonita,
mineral arcilloso
La dispersión en el estado coloidal
requiere la transformación de la bentonita
original en la forma de sodio, por ejemplo
por activación con sosa
Sumario

4. • Cationes inorgánicos
• Cationes orgánicos
• Influencia de fosfatos; surfactantes
catiónicos y aniónicos;
carboximetilcelulosa

5. • Concentraciones criticas de coagulación
muy bajas
• Absorción de contraiones, específica en la
superficie de la arcilla
• Los valores de cK depende del contenido
de montmorillonita en la dispersión

6. • Forma anisometrica
• Distribución y flexibilidad de las capas
• Diferentes tipos de cargas
• Heterogeneidad de las cargas en las
capas
• Capacidad de intercambio de cationes
• Desarticulación
• Diferentes modos de agregados
Los minerales arcillosos se distinguen de
otros minerales coloidales
Las de las caras y los
bordes dependen del pH
En el caso de la smectita
Introducción

7. Debe su nombre a
Montmorillon, un
pueblo del área de
Poitou, Francia

8. • Es el más abundante de los minerales de
smectita
• Componente determinante de la bentonita
• Partículas de forma irregular, cuyas
dimensiones son aproximadamente 0,1-2 µm
y de ~0,5 µm de diametro
• Pueden ser compactos, pero generalmente
forman finas capas facilmente separables
que se parecen a hojas de papel rotas en
pequeños pedazos

9. • A pH bajo puede cambiar a carga
positiva
• A pH alto puede cambiar a cargas
negativas
• Algunos dicen que pH≈5 → carga cero.
Pero por titulación potenciométrica se
determino que la carga cero de los bordes
de la pyrophyllite es pH=4,2

10. • Cuando las concentraciones de sal son
menores a 0,2 mol/l Na+ las particulas se
pueden dispersar
• por deslaminación,
• Cuando los contraiones de
Li+ o Na+ forman “paquetes”

11. • Aproximadamente 10 millones de toneladas
son usadas en diferentes aplicaciones.
• El estado coloidal en las partículas de
montmorillonita en las dispersiones de
bentonita son decisivas en muchas
aplicaciones prácticas
• Los estudios en este tipo de coagulación
comenzaron hace muchos años
Table 1
Important uses of dispersed bentonites
Large volume applications Small volume applications
Foundry moulding sands Paints
Oil well drilling Adhesives (in asphaltic materials and latex)
Pelletising iron ore Pharmaceutical uses
Sealing materials Cosmetics
Civil engineering Filling materials
Water purification
New trends: porous heterostructures, nanoparticle engineering,
nanocomposites

12. Verdaderamente, la estructura de agua en la
superficie interlaminar varía con la cantidad
de agua y es un factor decisivo
En la superficie interlaminar, el agua
produce un campo electrostático que
produce el “hinchamiento” en las laminas

13. En la coagulación de dispersiones de
montmorillonita
BENTONITA
Wyoming
Babaría

14. Por eliminación de:
• Óxidos de Hierro; con reducción de Citrato con
ditionite acomplejado con Fe2+.
• Materiales Húmicos (Oxidación con H2O2)
PURIFICACION:
Por sedimentación:
Se separa una fracción < 2-µm de Montorillonita de
Sodio (Muestra).

15. • La muestra dializada son liofilizadas; (re
suspenden en agua - agitación en el
ultrasonido ).
• El pH de la dispersión= 6.5 (comportamiento
de buffer, no se necesita ajustarlo).
• Carga de la capa de la Montmorillonita; de
Wyoming fue : 0.28 eq/unidad de formula, y
la de Babaría : 0.31 eq/unidad de formula.

16. • La concentración de coagulación
critica, ck , se determino por
inspección visual; de 0,025% de la
dispersión antes de la adición de
sal,(test-tubo tests). Mejores
resultados para la medición de
turbidez.

17. RESULTADOS:
1) Coagulación con sales de Sodio, Calcio y
Aluminio.
2) Influencia de Alcoholes.
3) Influencia de Agentes de Superficie Activas.
4) Coagulación de Montorillonita de Betaina.
5) Coagulación por Cationes Orgánicos.
6) Coagulación en presencia de polímeros.
7) Influencia de óxidos polietilenos cationicos y
anionicos.

18. • Los valores de ck aumentan con el contenido de
solido.
Contraion
Valores de Ck
(mmol/L)
Valores de Ck
(mmol/l)
Valores de Ck
(mmol/L)
Dispersiones de
Montorillonita de
Sodio.
0.025% 0.5% 1%
NaCl 5 15 20
CaCl2 0.4 2 3
AlCl3 0.08 1 1.5
Coagulación con sales de Sodio,Calcio y
Aluminio
•Tabla1. Montmorillonita de Sodio -Wyoming.
test-tubo test.

19. • Tabla 2. el ck también depende del tipo de anión.
_*1; Na4P2O7 no coagulo hasta su solubilidad limite ≈ 130
mmol/L en la dispersión.
-*2;0.5% dispersión.
Ck
(mmol/l)
Ck
(mmol/l) pH Ck (mmol/l) Ck (mmol/l) pH
Dispersiones de
Montmorillonita de
Sodio 0.025% 2% 0.025% 2%
NaCl 5 30 6.5 Na2HPO4 1100 80 9
NaNO3 16 12 6.5 NaH2PO4 460 40 ≈ 5
Na2SO4 18 35 6.5 Na3PO4 25 35*2 11.5
NaHSO4 4 4 ≈5 Na4P2O7 _*1 _*1 10
NaOH 20 30*2 11.5;12
•El efecto del fosfato es también visto cuando
la dispersión de la montmorillonita fue
coagulada con NaCl en presencia de di fosfato
de sodio.

20. Fosfatos
Concentracion
de fosfatos
(mm/l)
cK(mmol/l)
pH
Montmorilloni
ta de sodio
(NaPO3)n
0 12
0,01 20
0,1 80
1 120
Beidellite de
sodio Na4P2O7
0 6 6
*1,25 230 6
5 250 8,3
10 270 9
12,5 280 9,3
25 310 9,7

21. • *: la dispersión de montmorillonita de Sodio
con 0.1 mmol/L de Na4P2O7, incrementa el
valor de Ck de NaCl desde 5 a 195mmol/L.
• Cantidades mas grandes de este fosfato
elevan el Ck ≈ a 300mmol/L.
• Los ácidos como: HCl,HNO3, H2SO4 Y
H3PO4 coagularon con el 0.025% de la
dispersión (pH ≈ 2) en similares
concentraciones de sales correspondientes:
Ck (HCl, HNO3)=5.5mmol/L, Ck
(H2SO3)=12.5mmol/L y Ck (H3PO4)=32mm/l.

22. • La adición de Metanol, Etanol y Propanol disminuye la
ck de la dispersión del 0.025%.
• Este efecto es pronunciado en presencia de 0.1mmol/L de
difosfato de Sodio.los valores de Ck disminuyen desde
195mmol/l a 0.75mmol/l de NaCl (70%metanol),2.5mmol/l NaCl
(70%etanol) y 5mmol/l NaCl (60%propanol).
Valores de cK (mmol/l NaCl)
Dispersiones de
motmorillonita de sodio
0,025% 2%
Metanol (70% v/v metanol) 8 3,6
Etanol (70% v/v etanol) 8 1,2
Propanol (60% v/v propanol) 8 0,8

23.  A cantidades pequeñas <1mmol/l el cloruro
de cetilpiridinium (CPC), eleva el CK de NaCl
desde 8 a 16 mmol/L. A concentraciones mas
altas de CPC la dispersión es coagulada por
el surfactante mismo.
La adición del dodecilsulfato de sodio, SDS,
incrementa los valores de CK de NaCl mas
fuertemente. En presencia de 100mmol/l de
SDS una concentración de sal de 136mmol/l fue
requerida para coagular la dispersión de
0.025%.

24. • * Coagulación por el CPC mismo.
Concentraciones
del surfactante
(mmol/l)
ck
(mmol/l) CPC
ck
(mmol/l) SDS
0 8 8
5.10-4 9,5
10-3 9 10
10-2 7 10
2.10-2 11
10-1 13 10
2.10-1 16
1 * 12
10 * 81
100 * 136

25. • Betaina como agente que modifican las superficies,
sintetizados para el diseño de derivados orgánicos que se
dividen en laminas cuando se, dispersa en agua.
•Los grupos de amonio cuaternario remplazan los cationes de
la superficie interlaminar mientras la carga negativa del grupo
carboxilo queda expuesta hacia fuera y sus contraiones inician
la separación de las capas de silicato. Se forman las
dispersiones coloidales de una sola capa de silicato
conectadas con moléculas de betaina.
•La dispersiones de montmorillonita de Li+ y Na+
características:
•fluido newtoniano y la viscosidad de la dispersión ≈a la
viscosidad del agua.

26. • El LiCl coagula la dispersión de montmorillonita de Li y la
montmorillonita de Betaina con n=3 a una concentración de
8mmol/l.
• Los valores de ck se incrementan con un nmax de 60mmol/l
de LiCl.
• Influencia de pequeñas cantidades de difosfato.
• Tabla: La ck del LiCl de 0,05% de dispersiones de Li+ y
montmorillonita de Betaina en agua y en la presencia de
0.1mmol/l de Na4P2O7
CONTRAION
ck (mmol/l)
en agua
ck (mmol/l)
con fosfatos
Li+ 8 570
Betaina n= 3 8 505
n=5 17 835
n= 7 60 1320
n= 10 50 1180

27. • El cloruro de trimetilamonio coagula la dispersión de
Montmorillonita de Sodio a la misma concentración como del
NaCl, 5mmol/l.
•Cationes de cadena larga monovalentes tales como los iones
trimetilalkilamonio coagulan a concentraciones mas bajas,
Ck≤0.3mmol/l.
•A concentraciones muy pequeñas de coagulación también
fueron observadas con cationes orgánicos grandes como el
Cristal violeta monovalente (0.1mmol/l), el verde de metilo
divalente (0.2mmol/l)y el trivalente (TTP)
Tris(feniltrimetilamonio) cloruro de metano (0.05mmol/l).
Los plaguicidas y herbicidas coagulan fuertemente los
cationes divalentes con valores de Ck de ≈0.1mmol/l.

28. Cation Valencia Ck (mmol/l)
0.025%
Ck (mmol/l)
0.5%
TMM 1 5 5.8
CV 1 0.1 0.9
MG 2 0.2 0.9
TTP 3 0.05 0.09
PQ 2 0.08 0.4
DQ 2 0.1 0.45
• En todos los casos os valores de ck se
incrementaron con el contenido de
Montmorillonita en la dispersion.

29. [NaCl]critica para la dispersión de
la Mont. de Na
Ck mmol/l
0.025%
Ck mmol/l
Sin agregado 20mmol/l 11mmol/l
Agregado de 0.0003%
metilcarboxicelulosade sodio
(CMC)
3100mmol/l a 0.1%
CMC
Agregado de Tannato Quebracho
270mmol/l NaCl a
≥40meq/l tannate de
sodio
En presencia de polifosfatos
320mmol/l NaCl a
≈100 meq/l
polifosfatos*
• *luego disminuye a cero a 600meq/l polifosfato, la
dispersión es coagulada por el polifosfato mismo.

30. • Estabilización de dispersiones de la bentonita de
sodio por Tannate de Quebracho(sal de Sodio) y
por polifosfato de so.dio

31. NO Coagulan las
dispersiones de
Montmorillonita
Agregado De grupos
cationicos
Coagulan las dispersiones
de Montmorillonita
Agregados de
grupos anionicos
Coagulan las dispersiones
de Montmorillonita
PEO (oxido de
polietileno) +TMA
coagula
PEO (Oxido de
Polietileno) +DMDH coagula
PEO (Oxido de
Polietileno) anionico
S-PEO coagula

32. • TABLA1: Floculacion y estabilización de dispersiones de
Montmorillonita de sodio por cationes (TMA-PEO;DMDH-
PEO) Y anionico (S-PEO) óxidos de polietileno.
• a-. Determinación de los pesos moleculares
• b- Indicación: No floculan.
• c- En paréntesis: Restabilizacion a una concentración de polímeros.
• TABLA 2:Floculacion por NaCl de dispersiones
estables y re estabilizadas de 1% de soluciones
de montmorillonita de sodio de PEOs modificado.
• a- Dispersión restabilizada
• b- 2% de la Dispersión.
• Montmorillonita de Barvaria.

33. PEO MASA
MOLECULAR
CONCENTRACION DE
FLOCULACION (g/l)
CONCENTRACION DE
FLOCULACION (g/l)
CONCENTRACION DE
FLOCULACION (g/l)
0,05% 0,5% 1%
TMA-PEO 1500 1575 2 5 5
TMA-PEO 4000 4414 -b - 8
TMA-PEO 20000 17985 - - -
TMA-PEO 35000 37113 - - -
DMHD-PEO 1500 1967 - 1 (8)c 2 (15)
DMHD-PEO 4000 4016 3 3 3 (15)
DMHD-PEO 20000 19312 1 6 8
DMHDPEO 35000 38020 3 8 8
S-PEO 1500 7 8 6
S-PEO> 1500 - -
Concentracion de PEO
(g/l)
Ck (mmol/l) Ck (mmol/l) Ck(mmol/l) Ck(mmol/l) Ck (mmol/l)
5 10 20 30 40
TMA-PEO 20000 12 16 25 32
TMA-PEO 35000 18 24 40 45
DMDH-PEO 1500a ≈500 50 25
DMDH-PEO 4000b >500 >500 20
S-PEO 4000b 30 25 20 12
S-PEO 20000 25 25 20 20
S-PEO 35000 25 25 18 16

34. Coagulación por sales inorgánicas
La concentración crítica para la coagulación de
dispersiones de montmorillonite de sodio es de
5–10 mmol/l contraiones sodio la cual es muy
baja, comparada con los valores usuales de
entre 25 y 500 mmol/l
Discusión

35. Décadas atrás esta observación era explicada por
la interacción entre los bordes positivos con las
cargas de superficie negativas produciendo un
contacto tipo T

36. Cuando la densidad negativa de los bordes
es muy pequeña, la coagulación requiere
concentraciones bajas de sodio
La influencia de las cargas negativas
en las caras es significante en
concentraciones de sodio ≤ 10-3 M. La
coagulación ocurre en los bordes y
caras negativos

37. El agregado de laminas de minerales
arcillosos en la presencia de contraiones
polivalente son reforzados por las fuerzas
de correlación ión-ión
Cuándo las sales regulan únicamente el
espesor de la capa iónica difusa, cK es
independiente del contenido sólido de la
dispersión.
Aumenta con el contenido sólido cuando el
contraión se absorbe en la superficie

38. El ligero aumento en la coagulación de NaNO3 en
la comparación con NaCl puede resultar de la
estructura de agua que rompe efecto de iones de
nitrato.
Se observo lo mismo con dispersiones de latex
La consecuencia de romper la estructura del anión
es un incremento en la hidratación del catión con
la reducción del la doble capa de adsorción del
catión.
La coagulación entonces requiere una
concentración salada ligeramente más alta

39. En el caso de fosfatos
• Se adsorbe fuertemente en la superficie y
en los bordes de las capas de silicatos.
• Reemplazan el OH estructural. De manera
que, como es un anion multivalente,
incrementa la densidad de cargas
negativas.
• En concecuencia aumenta la estabilidad
de la sal

40. En el caso de fosfatos
•La transición de de orilla (-)/cara (-) coagulación a
cara (-)/ cara (-) coagulación
Cuándo la concentración salada que se requiere para la coagulación
de orilla (-)/ cara(-) aumenta aproximándose a la concentración
salada para el agregado de cara (-)/ cara (-), la dispersión se coagula
cara por cara porque el área entre dos caras es más grande que
entre un borde y una cara.

41. La atracción entre el borde(-)/cara(-) depende del
ángulo entre las dos partículas y el espesor de las
partículas.
Para la delaminación de montmorillonita este potencial
es muy pequeño porque las capas son sólo de 1 nm. La
atracción llega a ser suficiente fuerte sólo para una
orientación casi perpendicular de las dos partículas.
Tales contactos sólo son formados en concentraciones
bajas de partícula.
En concentraciones más altas la repulsión fuerte entre
las caras interrumpe más fácilmente los contactos de
borde/cara y la atracción debe ser aumentada para
alcanzar la condición de coagulación de cara/cara.

42. • Surfactantes cationicos y anionicos, produjeron una
estabilización de la dispersión de montmorillonite de
sodio, se asume que iones de hexadecylpyridinium
se adsorben en la superficie y cambia la distribución
de contraiones de sodio entre la doble capa y la
capa iónica.
• Las cadenas hidrófobas cerca de la superficie
también influyen, por la presencia de agua con la
consecuencia que algunos iones de sodio son
apartados de la superficie.
• El efecto estabilizador de los aniones de
dodecylsulfate es fuerte. A pH~ 6,5 unos pocos
aniones de surfactant pueden ser adsorbidos en el
borde

43. En medio ácido, a pH<5, los bordes de las
partículas de minerales arcillosos tienen carga
positiva
La montmorillonita de sodio coagula
espontáneamente a pH<3,5
La dependencia de la estabilidad de los coloides con el pH
en fue explicada en base al modelo de ionización
Coagulación por ácidos
Discusión

44. • Ácidos como HCl y HNO3 coagulan a 5,5 mmol/l.
Evidentemente, corresponde a la concentración de
protón (pH ~2.3) en la cual la densidad positiva del
borde es suficientemente alta para iniciar la
coagulación borde(+)/cara(-)
• En la presencia de ácido sulfúrico y fosfórico, el
efecto estabilizador es también evidente.
• La reacción con ácidos no consiste solo en la
protonación de los bordes. Los cationes de la
superficie interlaminar también se reemplazan por
protones

45. La reducción de la estabilidad y
dependencia de los valores de cK con el
contenido de sólido es consecuencia de
la especifica adsorcion de contraiones,
es muy pronunciada para cationes
orgánicos de cadena larga
Los valores de cK generalmente disminuyen
conforme aumenta el largo de la cadena
Coagulación por cationes organicos
Discusión

46. • La adsorcion de contraiones orgánicos no solo se
regula por fuerzas electrostáticas, también lo hace
por interacciones de Van Der Waals entre los
cationes orgánicos de la superficie comparados con
los cationes inorgánicos
• En el caso de la fuerte adsorción de contraiones en
comparación con la cantidad de sal en el punto de
la coagulación se puede aproximar a la cantidad
total de sitios de adsorción sobre las partículas, lo
que se conoce como “equivalente de la
coagulación”.
Considerar que cuanto mas larga es la cadena
carbonada mas hidrofobico es

47. La adsorción de betaína muestra un pronunciado
efecto de estabilización cuando la densidad de carga
negativa de los bordes aumenta lo suficiente por
adsorción de fosfatos
A medida que el número de moléculas de betaína se
corresponde con el de la capacidad de intercambio
catiónico, el número total de grupos terminales
negativos de betaína es idéntico al número de la capa
de cargas, y la capacidad de estabilización no es
resultado del aumento de la densidad de carga
Estabilización por betaina
Discusión

48. El efecto decisivo parece ser causado por una esfera
iónica compuesta por las moléculas de betaína y
moléculas de agua
En ausencia de fosfatos
unas pocas moléculas de
betaine pueden ubicarse
entre las cargas de
superficie y
esporádicamente ocurre un
cambio de carga

49. Si se reemplaza el agua por solventes
orgánicos en la esfera iónica aumenta la
atracción de Van Der Waals reduciendo la
estabilidad de la dispersión
El efecto decisivo de la adición de alcohol
es la compresión de la capa difusa para
que el montmorillonite de betaine se
coagule en una concentración crítica de
alcohol

50. • Carboximetilcelulosa de sodio aumenta la
estabilidad esterica de bentonita de sodio a 3000
mmol/l NaCl
• Se presenta un extraño cK máximo para la
concentracion critica de NaCl en presencia de
polifosfatos, que desaparece cuando se agregan
iones de sodio, como contraiones,
• Polietilenos, tanto aniónicos como catiónicos
muestran efectos estabilizadores en
dispersiones de montmorillonita
Influencia de polimeros
Discusión

51. Concluciones
• La forma de anisometric y distribución de carga de las
partículas de montmorillonite causan concentraciones
críticas muy bajas de coagulación de sales
inorgánicas
• La influencia de la valencia de los contraiones se
corresponde con la teoria de DLVO.
• Adsorption de aniones polivalentes, especialmente de
varios fosfatos aumenta la densidad de las cargas
negativas de borde y se transforma en coagulación
borde (-)/cara (-) a coagulación cara(-)/cara(-) con
concentraciones crítica más altas

52. Concluciones
• La adsorción de contraiones inorgánico en la
superficie juega un papel importante y todavía es más
pronunciado para cationes orgánicos que muestran
concentraciones muy bajas de coagulación.
• Como resultado de la adsorción de contraiones
inorgánico y orgánico en la superficie del mineral de
arcilla el valor de cK depende del contenido de
montmorillonite en la dispersión.
• Los óxidos del polietileno con grupos catiónicos y
aniónicos finales muestran la interacción entre
floculación por neutralización de carga y por
estabilización esterica.

53. Fin