GENERALIDADES

ARCILLAS

En general la arcilla se define como una asociación de silicatos complejos

hidratados de aluminio de fino tamaño de partícula que cuando esta húmeda

posee características plásticas y seca es dura y quebradiza; además de esta

definición general el término arcilla posee varios significados dependiendo el

punto de vista así:

Del punto de vista mineralógico es un grupo de minerales filosilicatos en su

mayor parte, cuyas propiedades

físico-químicas dependen de su estructura y de su tamaño de grano, muy fino

(inferior a 2 mm).Desde el punto de vista petrológico la arcilla es una roca

sedimentaria, en la mayor parte de los casos de origen detrítico, con

características bien definidas. Para un sedimentólogo, arcilla es un término

granulométrico, que abarca los sedimentos con un tamaño de grano inferior a 2

mm. Para un ceramista una arcilla es un material natural que cuando se mezcla

con agua en la cantidad adecuada se convierte en una pasta plástica. Desde el

punto de vista económico las arcillas son un grupo de minerales industriales

con diferentes características mineralógicas y genéticas y con distintas

propiedades tecnológicas y aplicaciones. Las arcillas son constituyentes

esenciales de gran parte de los suelos y sedimentos debido a que son, en su

mayor parte, productos finales de la meteorización de los silicatos que,

formados a mayores presiones y temperaturas, en el medio exógeno se

hidrolizan.

COMPOSICIÓN 

La arcilla está constituida por agregados de silicatos de aluminio hidratado,

procedente de la descomposición de minerales de aluminio. Presenta diversas

coloraciones según las impurezas que contiene, siendo blanca cuando es pura.

Surge de la descomposición de rocas que contienen feldespato, originada en

un proceso natural que dura decenas de miles de años.

Físicamente se considera un coloide, de partículas extremadamente pequeñas

y superficie lisa. El diámetro de las partículas de la arcilla es inferior a

0,002 mm. En la fracción textural arcilla puede haber partículas no minerales,

los fitolitos. Químicamente es un silicato hidratado de alúmina,

cuya fórmula es: Al2O3 · 2SiO2 · H2O

PROPIEDADESFÍSICO-QUÍMICAS

Las importantes aplicaciones industriales de este grupo de minerales radican

en sus propiedades físico-químicas. Dichas propiedades derivan,

principalmente, de:

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.

Entre las propiedades físico-químicas de las arcillas tenemos:

Plasticidad:

 Mediante la adición de una cierta cantidad de agua, la arcilla puede

adquirir la forma que uno desee. Esto puede ser debido a la figura del

grano (cuanto más pequeña y aplanada), la atracción química entre las

partículas, la materia carbonosa así como una cantidad adecuada de

materia orgánica.

Merma:

Debido a la evaporación del agua contenida en la pasta se produce un

encogimiento o merma durante el secado.

 

Refractariedad:

Todas las arcillas son refractarias, es decir resisten los aumentos de

temperatura sin sufrir variaciones, aunque cada tipo de arcilla tiene una

temperatura de cocción.

Porosidad:

 El grado de porosidad varía según el tipo de arcilla. Esta depende de la

consistencia más o menos compacta que adopta el cuerpo cerámico

después de la cocción. Las arcillas que cuecen a baja temperatura

tienen un índice más elevado de absorción puesto que son más porosas

Color:

Las arcillas presentan coloraciones diversas después de la cocción

debido a la presencia en ellas de óxido de hierro, carbonato cálcico

Superficie especifica: también es llamada  área superficial de una arcilla

se define como el área de la superficie externa más el área de la

superficie interna (en el caso de que esta exista) de las partículas

constituyentes,por unidad de masa, expresada en m2/g.

Capacidad de Intercambio catiónico:

Son capaces de cambiar, fácilmente, los iones fijados en la superficie

exterior de sus cristales, en los espacios interlaminares, o en otros

espacios interiores de las estructuras, por otros existentes en las

soluciones acuosas envolventes.

La capacidad de intercambio catiónico (CEC):

se puede definir como la suma de todos los cationes de cambio que un

mineral puede adsorber a un determinado pH. Es equivalente a la

medida del total de cargas negativas del mineral. Estas cargas negativas

pueden ser generadas de tres formas diferentes:

Sustituciones isomórficas dentro de la estructura.

Enlaces insaturados en los bordes y superficies externas. 

Disociación de los grupos hidroxilos accesibles.

Capacidad de absorción:

La capacidad de absorción está directamente relacionada con las

características texturales (superficie específica y porosidad) y se puede

hablar de dos tipos de procesos que difícilmente se dan de forma

aislada: absorción (cuando se trata fundamentalmente de procesos

físicos como la retención por capilaridad) y adsorción (cuando existe una

interacción de tipo químico entre el adsorbente, en este caso la arcilla, y

el líquido o gas adsorbido, denominado adsorbato).

La capacidad de adsorción se expresa en porcentaje de absorbato con

respecto a la masa y depende, para una misma arcilla, de la sustancia

de que se trate. La absorción de agua de arcillas absorbentes es mayor

del 100% con respecto al peso.

Hidratación e hinchamiento: La absorción de agua en el espacio

interlaminar tiene como consecuencia la separación de las láminas

dando lugar al hinchamiento. Este proceso depende del balance entre la

atracción electrostática catión-lámina y la energía de hidratación del

catión. A medida que se intercalan capas de agua y la separación entre

las láminas aumenta, las fuerzas que predominan son de repulsión

electrostática entre láminas, lo que contribuye a que el proceso de

hinchamiento pueda llegar a disociar completamente unas láminas de

otras. Cuando el catión interlaminar es el sodio, las esmectitas tienen

una gran capacidad de hinchamiento, pudiendo llegar a producirse la

completa disociación de cristales individuales de esmectita, teniendo

como resultado un alto grado de dispersión y un máximo desarrollo de

propiedades coloidales. Si por el contrario, tienen Ca o Mg como

cationes de cambio su capacidad de hinchamiento será mucho más

reducida.

Tixotropía:

se define como el fenómeno consistente en la pérdida de resistencia de

un coloide, al amasarlo, y su posterior recuperación con el tiempo. Las

arcillas tixotrópicas cuando son amasadas se convierten en un

verdadero líquido. Si, a continuación, se las deja en reposo recuperan la

cohesión, así como el comportamiento sólido. Para que una arcilla

tixotrópica muestre este especial comportamiento deberá poseer un

contenido en agua próximo a su límite líquido. Por el contrario, en torno

a su límite plástico no existe posibilidad de

comportamiento tixotrópico.

CLASIFICACIÓN 

Las arcillas se clasifican dependiendo del punto de vista en que se realice 

De acuerdo al punto de vista geológico

Primarias o residuales: de origen hipogenético, que permanecieron en

el mismo lugar de su formación.

Secundarias: fueron llevadas a un lugar diferente al de su origen

Fluviales: depositadas por los ríos, son pequeños y de baja calidad

Lacustres: asentadas en lagos, están en capas uniformes de buena

calidad

Marinas: son más uniformes que las anteriores

En deltas: son arenosas y de composición irregular

Glaciares: formada por la acción de grandes masas de hielo sobre

rocas cristalinas

Según el grupo mineralógico dominante

Caolines

Bentonitas

Hidrómicas o ilicas

Cloritas

La clasificación más antigua aceptada por la geología de minerales no

metálicos y por la industria y la que fija su valor económico es:

CAOLÍN: son arcillas residuales originadas por alteración hipogenetica,

epigenetica o hidrotermal, de rocas ígneas acidas (granito, riolitas,

dioritas); su mineralogía es la derivada directamente de la roca original e

incluye caolinita, cuarzo y mica.

ARCILLAS PLÁSTICAS: son arcillas sedimentarias de origen parecido

al de los caolines pero a diferencia de estos, fueron arrastrados a

lugares distinto al de su formación; son más plásticas; su mineralogía es

derivada de la roca original pero con más pureza 

ARCILLAS REFRACTARIAS: poseen punto de reblandecimiento

superior a los 1600 ºC, compuesta por caolinitas con pequeñas

cantidades de cuarzo, anatasa,rutilo y óxido de hierro. 

ARCILLAS DE ALTA LUMINA: son arcillas con contenido de alúmina

superior al 39.6% y cuya mineralogía incluye hidratos de aluminio. Son

de interés en las industrias refractarias y cerámica.

ARCILLAS DE LIGA: Son plásticas de fino tamaño de partícula, que

mezcladas en pastas cerámicas o con otras arcillas refractarias

proporciona unión entre las partículas para dar cuerpos resistentes y

densos. También se usan con materiales no plásticos, arenas de cuarzo,

para formar la mezcla moldeable de los moldes de fundición.

ARCILLAS PARA LADRILLOS: Arcillas impuras de mediana plasticidad

composición y mineralogía variable, útiles para a fabricación de ladrillos.

Contiene hasta 5% de alcalies, 12% de alcalinotérreos, y 8% de óxido

férrico

ARCILLAS MONTMORILLONITAS: Son aquellas en que la

montmorillonita es el componente principal. Se origina por alteración en

condiciones alcalinas de roca volcánica y algunas montmorillonitas

sódicas, por precipitación química de aguas marinas. Su principal uso

industrial es en decoloración y desodorizacion en procesos químicos,

lodos de perforación, síntesis orgánicas y fundido de metales.

ARCILLAS HALOISITICAS: su principal componente es haloisita. De

composición química semejante pero más plásticas, mayor contracción y

diferente cristalización que los caolines. Son de interés en la industria de

refractarios, cerámicos y catalizadores de arcilla.

ATAPULGITA: en esta el componente principal es la atapulgita de

textura fibrosa, de origen sedimentario o hidrotermal, derivadas de

piroxena o anfibolas. Es de gran interés en la preparación de arcillas

activadas y catalizadores para usos diversos 

OTRAS ARCILLAS: otras arcillas comunes son las que sus

componentes principales son hidrómica o alofano o ilita. No tiene gran

aceptación en la industria y su empleo principal es en casos particulares

de la cerámica.

USOS INDUSTRIALES DE LA ARCILLA

La cerámica es una de los campos donde se realiza el uso de las arcillas, pero

aparte de esta poseen gran variedad de aplicaciones en procesos o productos

industriales donde se requiera de un material inerte que produzca cambios

importantes de un proceso debido a la naturaleza física y química de este.

Desde el punto de vista de las arcillas pueden distinguirse aplicaciones como:

Aplicaciones en la cerámica: loza, refractarios, porcelana, azulejos,

porcelana eléctrica, aisladores, tubos de drenaje, etc.; en esta la arcilla

es usada por su composición química y por sus características en

estado verde quemado.

Como inerte o material de carga: se usa en papel, hule, insecticidas,

plásticos pinturas, etc. 

En decoloración y desodorizacion de productos químicos y en la

fabricación de catalizadores, esto debido a que la naturaleza de la

estructura atómica de la arcilla permite el intercambio iónico o el

desarrollo de estructuras desordenadas

ARCILLAS EN LA INDUSTRIA CERÁMICA

Actualmente se conoce por cerámica como aquellos productos o procesos que

usan temperaturas elevadas particularmente sobre silicoaluminatos, minerales

no metálicos y algunos óxidos inorgánicos. Las arcillas tienen gran importancia

en la cerámica por su naturaleza, que al ser mezclada con agua fácilmente

adquieren formas que con el quemado a temperaturas elevadas quedan duras

y permanentes.

Los productos cerámicos varían según la naturaleza del producto, pero en

general incluye las siguientes operaciones:

1. Preparación y molienda de materia prima

2. Mezclado

3. Adición de aguas u otros aglutinantes

4. Prensado

5. Extrusión

6. Colado sobre moldes

7. Secado

8. Calcinación

Los productos cerámicos tienen ciertas características específicas como:

porosidad, resistencia mecánica, grado refractario, color plasticidad, entre

otros.

En la industria cerámica se distinguen varios tipos de arcillas según su origen,

características o usos finales y son los caolines, barros plásticos, barros o

arcillas refractarias, pizarras, arcillas duras y caolines arenosos.

ARCILLAS EN LA INDUSTRIA PAPELERA

Para la fabricación del papel se comienza con el tratamiento para formar una

pulpa de fibras de celulosa a la que se le agregan arcillas, carbonato de calcio,

etc; esto porque si no se le adicionara entonces la hoja producida fuera

irregular y transparente.

ARCILLAS EN LA INDUSTRIA HULERA

Las arcillas son usadas formulaciones de hules naturales o sintéticos y plástico

por sus propiedades de endurecimiento y reenforzado y bajo costo en

comparación con otros pigmentos.

ARCILLAS EN LA INDUSTRIA DE LA FUNDICIÓN

En esta industria las piezas metálicas son formadas por colados del metal

fundido sobre moldes de arena, estas contienen sílices, arcillas, agua, y otros

aditivos. El papel que tiene la arcilla en este proceso es el de impartir

plasticidad a la mezcla.

ARCILLAS EN SÍNTESIS ORGÁNICAS

Las arcillas en su estado natural o por tratamiento químico con ácidos

minerales, adquieren propiedades catalíticas de interés para la industria de

procesos tales como fraccionacion de gasolinas, polimerización de aceites

esenciales, entre otros.

ARCILLAS EN INGENIERÍA CIVIL

Para las construcciones civiles y especialmente en mecánica de suelos es muy

importante el conocimiento de los componentes del suelo. En el caso de suelos

arcillosos son importantes sus características actuales y sus reacciones a

componentes químicos, resistencia a la acción de fuerzas entre otras.

INDUSTRIA DE LA FABRICACIÓN DE LADRILLOS

Antes de conocer la fabricación del ladrillo es necesario definirlo, este posee

muchas definiciones, una de ellas es que “ los ladrillos son piezas

prefabricadas de material cerámico que constituyen uno de los principales

materiales de construcción, utilizándose para la formación de todo tipo de

muros, paredes, pilares, arcos y bóvedas”.

CLASES DE LADRILLOS 

Ladrillo macizo: tienen forma de ortoedro compacto, para aligerar su peso y

facilitar la trabazón con el mortero, pueden llevar unos rebajes de profundidad

no superior a 0,5 cm Ladrillo perforado: que son todos aquellos que tienen

perforaciones en la tabla que ocupen más del 10% de la superficie de la

misma. Muy popular para la ejecución de fachadas de ladrillo visto.  Ladrillo

tejar o manual, simulan los antiguos ladrillos de fabricación artesanal, con

apariencia tosca y caras rugosas. Tienen buenas propiedades ornamentales.

Ladrillo aplantillado, aquel que tiene un perfil curvo, de forma que al colocar una

hilada de ladrillo, generalmente a sardinel, conforman una moldura corrida.

Ladrillo hueco: son aquellos que poseen perforaciones en el canto o en la testa que

reducen el volumen de material empleado en ellos. Pueden ser de varios tipos:

Rasilla: su soga y tizón son mucho mayores que su grueso. En España, sus

dimensiones más habituales son 24 x 11,5 x 2,5 cm.

Ladrillo hueco simple: posee una hilera de perforaciones en la testa.

Ladrillo hueco doble: con dos hileras de perforaciones en la testa.

Ladrillo hueco triple: posee tres hileras de perforaciones en la testa.

Ladrillo caravista: son aquellos que se utilizan en exteriores con un acabado

especial.

Ladrillo refractario: se coloca en lugares donde debe soportar altas

temperaturas, como hornos o chimeneas.

USOS

Los ladrillos son utilizados en construcción en cerramientos, fachadas y

particiones. Se utiliza principalmente para construir muros o tabiques. Aunque

se pueden colocar a hueso, lo habitual es que se reciban con mortero. La

disposición de los ladrillos en el muro se conoce como aparejo, existiendo gran

variedad de ellos. También son utilizados para formar casas

PROCESO DE FABRICACIÓN DEL LADRILLO

Hoy día, en cualquier fábrica de ladrillos, se llevan a cabo una serie de

procesos estándar que comprenden desde la elección del material arcilloso, al

proceso de empacado final. La materia prima utilizada para la producción de

ladrillos es, fundamentalmente, la arcilla.

Una vez seleccionado el tipo de arcilla el proceso puede resumirse en:

Maduración

Tratamiento mecánico previo

Depósito de materia prima procesada

Humidificación

Moldeado

Secado

Cocción

Almacenaje

Maduración

Antes de incorporar la arcilla al ciclo de producción, hay que someterla a

ciertos tratamientos de trituración, homogeneización y reposo en acopio,

con la finalidad de obtener una adecuada consistencia y uniformidad de

las características físicas y químicas deseadas. El reposo a la intemperie

tiene, en primer lugar, la finalidad de facilitar el desmenuzamiento de los

terrones y la disolución de los nódulos para impedir las aglomeraciones

de las partículas arcillosas. La exposición a la acción atmosférica (aire,

lluvia, sol, hielo, etc.) favorece, además, la descomposición de la materia

orgánica que pueda estar presente y permite la purificación química y

biológica del material. De esta manera se obtiene un material

completamente inerte y poco dado a posteriores transformaciones

mecánicas o químicas.

Tratamiento mecánico previo : Después de la maduración que se

produce en la zona de acopio, sigue la fase de pre-elaboración que

consiste en una serie de operaciones que tienen la finalidad de purificar

y refinar la materia prima. Los instrumentos utilizados en la pre-

elaboración, para un tratamiento puramente mecánico suelen ser:

Rompe-terrones: como su propio nombre indica, sirve para

reducir las dimensiones de los terrones hasta un diámetro de

entre 15 y 30 mm.

Eliminador de piedras: está constituido, generalmente, por dos

cilindros que giran a diferentes velocidades, capaces de separar

la arcilla de las piedras o chinos.

Desintegrador: se encarga de triturar los terrones de mayor

tamaño, más duros y compactos, por la acción de una serie de

cilindros dentados.

Laminador refinador: está formado por dos cilindros rotatorios

lisos montados en ejes paralelos, con separación, entre sí, de 1

a 2 mm, espacio por el cual se hace pasar la arcilla

sometiéndola a un aplastamiento y un planchado que hacen aún

más pequeñas las partículas. En esta última fase se consigue la

eventual trituración de los últimos nódulos que pudieran estar,

todavía, en el interior del material.

Depósito de materia prima procesada: A la fase de pre-elaboración,

sigue el depósito de material en silos especiales en un lugar techado,

donde el material se homogeniza definitivamente tanto en apariencia

como en características físico químicas.

Humidificación: Antes de llegar a la operación de moldeo, se saca la

arcilla de los silos y se lleva a un laminador refinador y, posteriormente a

un mezclador humedecedor, donde se agrega agua para obtener la

humedad precisa.

Moldeado: El moldeado consiste en hacer pasar la mezcla de arcilla a

través de una boquilla al final de la estructura. La boquilla es una

plancha perforada que tiene la forma del objeto que se quiere producir.

El moldeado, normalmente, se hace en caliente

utilizando vapor saturado aproximadamente a 130 °C y

a presión reducida. Procediendo de esta manera, se obtiene una

humedad más uniforme y una masa más compacta, puesto que el vapor

tiene un mayor poder de penetración que el agua.

Secado: El secado es una de las fases más delicadas del proceso de

producción. De esta etapa depende, en gran parte, el buen resultado y

calidad del material, más que nada en lo que respecta a la ausencia de

fisuras. El secado tiene la finalidad de eliminar el agua agregada en la

fase de moldeado para de esta manera, poder pasar a la fase de

cocción.

Esta fase se realiza en secaderos que pueden ser de diferentes tipos. 

Cocción: Se realiza en hornos de túnel, que en algunos casos pueden

llegar a medir hasta 120 m de longitud, y donde la temperatura de la

zona de cocción oscila entre 900 °C y 1000 °C. En el interior del horno,

la temperatura varía de forma continua y uniforme. El material secado se

coloca en carros especiales, en paquetes estándar y alimentado

continuamente por una de las extremidades del túnel (de dónde sale por

el extremo opuesto una vez que está cocido). Es durante la cocción

donde se produce la sinterización, de manera que la cocción resulta una

de las instancias cruciales del proceso en lo que a la resistencia del

ladrillo respecta.

Almacenaje: Antes del embalaje, se procede a la formación de

paquetes sobre pallets, que permitirán después moverlos fácilmente con

carretillas de horquilla. El embalaje consiste en envolver los paquetes

con cintas de plástico o de metal, de modo que puedan ser depositados

en lugares den almacenamiento para, posteriormente, ser trasladados

en camión.

INDUSTRIA DE LA FABRICACIÓN DE TEJAS EN arcilla

El proceso de fabricación industrial de los materiales cerámicos ha

evolucionado notablemente en los últimos años.

El procesb contempla las siguientes etapas:

Extracciónb de arcillas: La extracción de arcillas se realiza en canteras y bajo

estrictos controles de seguridad y respeto medioambiental. Una vez explotadas

las canteras, estas se regeneran para diferentes usos, preferentemente

agrícolas.

Molienda: Tras la primera mezcla, el proceso de la molienda permite obtener el

tamaño deseado de la materia prima para que pueda ser trabajada a

continuación. La molienda puede ser realizada por vía seca o vía húmeda. Si

se elige la primera opción, se fragmenta la arcilla a la vez que se mantienen los

agregados y aglomerados de partículas, con un tamaño de partículas mayor al

que resulta de utilizar la molienda por vía húmeda. 

Amasado: El proceso de amasado consiste en el mezclado íntimo con agua de

las materias primas de la composición de la pasta, para obtener una masa

plástica moldeable por extrusión.

Moldeo: Actualmente se realiza el moldeo con máquinas, llamadas galleteras,

que permiten obtener productos cerámicos en serie con la mayor calidad y

medidas perfectas. Con este sistema, se reduce el consumo de agua en la

industria y se puede trabajar con pastas cerámicas más secas. 

Cortar y apilar: Tras su paso por la galletera, el material cerámico se corta y

apila, antes de su paso por los hornos de cocción. Las cortadoras son las que

dan forma a la pieza cerámica que se va a producir.

Cocción: Las piezas cerámicas se han apilado en vagonetas que se introducen

en los hornos de cocción cerámica. En estos momentos, la tecnología aplicada

en los hornos túneles permite lograr una producción industrial de ladrillos y

tejas con un excelente rendimiento térmico. Así, se logra reducir el consumo

energético y también las emisiones de gases a la atmósfera.

Empaquetad: Los materiales cerámicos se empaquetan y almacenan para su

posterior comercialización. En algunas empresas, esta función está robotizada. 

Expedición: Transporte de los materiales cerámicos al punto de consumo o

venta.

PROCEDIMIENTOS

Para la realización del presente trabajo práctico se tuvo que seguir los siguientes

pasos:

1.-OBTENCION DE EQUIPOS Y MATERIALES

Vaso de 250ml

Equipo de Levigador

Muestra

Balanza

Estufa

Agua

Varilla

2.-PROCESO EXPERIMENTAL

Los procesos que se realizaron para llegar al objetivo fueron los siguientes:

En primer lugar se pesó la muestra que este caso fue de 60kg recomendado

por el encargado.

Terminado el pesado de la muestra en el vaso se vertió agua en donde también

se llenó la muestra.

En tercer lugar se llevó el vaso con la muestra al equipo llamado Levigador para

la agitación homogénea de la muestra y dicho proceso se hizo por un tiempo

promedio de 8 minutos para nuestro caso.

Luego el vaso se retiró del equipo para disolver la arcilla hasta obtener la sílice

libre y de manera que queda con una mínima cantidad de arcilla.

Después la muestra restante en el vaso (sílice) se llevó a la estufa para ser

secado.

Finalmente se pesó la muestra en la balanza analítica para poder calcular el %

de arcilla presente en la muestra inicial.

3.-CALCULO DEL % DE ARCILLA:

Peso inicial de la muestra=60kg

Peso final de la muestra=53.64kg

Peso de la arcilla=60-53.64=6.36kg

En %:

60-------100%

6.36------X X=10.6%

El % de arcilla en la muestra fue de 10.6%.

Anexos