Este documento describe diferentes tipos de arcillas, incluyendo sus propiedades y usos. Discutes las arcillas como minerales compuestos de láminas de silicato de aluminio hidratado. Explica que las arcillas se pueden clasificar como filosilicatos laminares u fibrosos. También describe las esmectitas, arcillas modificadas mediante tratamientos químicos o térmicos, y arcillas pilareadas con estructuras tridimensionales rígidas y microporosas.

1. CERAMICAS
AVANZADAS
Tópicos de Materiales Avanzados
Ing. Wilmer Vásquez Díaz
Universidad Nacional de Trujillo – Perú
wvasquezd@gmail.com

2. ARCILLAS
 Las arcillas son rocas naturales en forma de partículas muy finas (menor que 2μm),
compuestas de minerales conocidos como minerales arcillosos. Ellos son
esencialmente láminas de silicatos de aluminio hidratado.
 En algunos casos, presentan sustitución del aluminio por Fe o Mg y álcalis. Algunas arcillas
pueden estar compuestas de sólo un mineral arcilloso pero es más frecuente encontrarlos
mezclados con otros minerales como feldespatos, cuarzo, carbonatos y micas.
Los minerales arcillosos consisten de dos
unidades básicas:
 (a) tetraedros de SiO4 que comparten tres
de sus cuatro oxígenos formando una capa
extensa bidimensional con los oxígenos
apicales dirigidos hacia arriba o hacia abajo
en cada capa
 (b) capas octaédricas compuestas por
oxígenos y átomos metálicos, generalmente
aluminio o magnesio.

3.  Una de las formas recomendadas para la clasificación de arcillas es por su
aspecto laminar (filosilicatos) o fibrosos.
Composición y Estructura de los Materiales Arcillosos
ARCILLAS
Filosilicatos Fibrosos
Láminas 1:1 Láminas 2:1 Sepiolita Paligorskita
Caolinita,
serpentina
Talco, pirofilita,
Esmectitas, vermiculita,
ilita, mica, clorita

5.  En un grupo de arcillas la capa tetraédrica está unida a una octaédrica originando una
lámina 1:1 es decir de dos capas. En otros casos, la capa octaédrica es “cubierta”
superior e inferiormente por dos capas tetraédricas originando láminas 2:1 de tres capas.
La laminas están unidas entre sí por fuerzas de van der Waals o por enlaces del tipo
puente hidrógeno.
CAPA OCTAEDRICA
CAPA TETRAEDRICA
CAPA TETRAEDRICA
ESPACIO INTERLAMINAR
CAPA TETRAEDRICA

6. ESMECTITAS
Es un grupo de arcillas del tipo 2:1 (lámina de tres capas). Dos capas tetraédricas de (SiO4)
cubren una capa central octaédrica de (AlO6). Este tipo de arcillas se caracterizan por
expandirse o contraerse manteniendo su forma cristalográfica bidimensional. Sus
variedades más comunes son la montmorillonita, saponita y hectorita.
 Propiedades:
 Frecuente sustitución de los cationes de las
capas tetraédricas y octaédricas.
 Capacidad de Intercambio catiónico (CIC). La
CIC se expresa como miliequivalentes de catión
intercambiable por 100g de arcilla. En
montmorillonita la CIC es del orden de 80-100
meq/100g de arcilla, en caolinitas oscila entre 2-10
meq/100g.
 Capacidad de absorción. algunas arcillas
encuentran su principal campo de aplicación en el
sector de los absorbentes ya que pueden absorber
agua u otras moléculas en el espacio interlaminar
(esmectitas).
Estructura de una arcilla tipo
Montmorillonita

7. A continuación se muestran algunos
ejemplos de capacidad de intercambio
catiónico (en meq/100g):
 PROPIEDADES DE LAS ARCILLAS
Su extremadamente pequeño tamaño de partícula (inferior a 2 mm)
Su morfología laminar (filosilicatos)
Las sustituciones isomórficas, que dan lugar a la aparición de carga en las láminas y
a la presencia de cationes débilmente ligados en el espacio interlaminar.
Las importantes
aplicaciones
industriales de este
grupo de minerales
radican en sus
propiedades físico-
químicas. Dichas
propiedades derivan,
principalmente, de:

8.  PROPIEDADES DE LAS ARCILLAS
Tixotropia
Capacidad de
Intercambio
Catiónico
(Esmectitas)
Capacidad
De Absorción
Hidratación
e Hinchamiento
Plasticidad
Elevada
Superficie
Específica
Propiedades de
las Arcillas

9. ARCILLAS MODIFICADAS
 En ocasiones se procede a someter a las bentonitas a procesos físicos y químicos
que tienen por objeto potenciar algunas de sus propiedades para determinadas
aplicaciones industriales.
 Desde el punto de vista industrial tienen gran importancia los procesos destinados
bien a modificar las propiedades de superficie del mineral mediante tratamientos
de distinta natualeza (tratamiento ácido, térmico, o de pilarización) o bien a
modificar la C.Q. del espacio interlaminar.
 El tratamiento ácido produce la destrucción del mineral por disolución de la capa
octaédrica, generando silice amorfa procedente de la capa tetraédrica lo cuan
conlleva un considerable incremento de la superficie específica. Así mismo,
aumentan la capacidad de intercambio iónico y la actividad catalítica.
 Las variaciones en el tipo de arcilla (granulometría y mineralogía) y en el tipo y
grado de acidulación (tipo de ácido, temperatura, tiempo de contacto, proporción
de arcilla, etc.) darán lugar a diferentes productos con diversas propiedades.

10. ARCILLAS TERMOACTIVADAS
 La activación ácida consiste en la disolución parcial de la arcilla en una solución ácida.
Durante el proceso, los protones atacan a los grupos OH de las capas internas de la
estructura laminar. Esta deshidroxilación produce a su vez la eliminación de los cationes
metálicos de los sitios octaédricos y los aluminios sustituyentes que se encuentran en la
capa tetraédrica. Este proceso conduce una transformación gradual de la capa
tetraédrica en una red tridimensional amorfa de una fase de silicio parcialmente
protonado.

11.  Termoactivación
 En esta etapa la arcilla, ya tratada anteriormente, se pone en
contacto con una solución de ácido clorhídrico HCl 2N, en una
relación de 10 mL de ácido/g de arcilla, en un reactor con reflujo,
manteniendo todo el sistema en agitación y a una temperatura
constante de 90 ºC por 2 horas. Luego se lava el material hasta
la eliminación total de cloruros (verificado por medidas de
conductividad) y se secó en estufa a 60 ºC por 16 horas.
Finalmente, se procedió a la molienda hasta un tamaño de
partícula de 0.45 mm y se calcinó a 200 ºC por 2 horas.

12. ARCILLAS PILAREADAS
 Las arcillas pilareadas son sólidos
cristalinos de estructura
tridimensional,rígida y microporosa. Su
característica principal es que están
constituidas por láminas, como si se tratara
de un hojaldre.
 Dichas láminas se mantienen unidas
gracias a cationes como el sodio o el
calcio. La síntesis de estas arcillas está
basada en el fenómeno de intercambio de
los cationes iniciales, que compensan las
cargas negativas de las láminas, por
especies catiónicas más voluminosas
(agentes pilareantes), que provocan una
expansión en las láminas e incrementan
así su porosidad. Por tratamiento térmico,
las especies catiónicas interlaminares se
transforman en óxidos y se fijan a las
láminas para constituir así la arcilla
pilareada.