BENTONITAS

Marisa García Romero y Manuel Regueiro

El término "bentonita" fue sugerido por primera vez por Knight en 1898 para un material arcilloso de propiedades jabonosas procedente de "Benton Shale" (Wyoming, USA). Actualmente, la definición más ampliamente aceptada es la dada por R.E. Grim (1972): "La bentonita es una arcilla compuesta esencialmente por minerales del grupo de las esmectitas, con independencia de su génesis y modo de aparición". Desde este punto de vista, la bentonita es una roca compuesta por más de un tipo de minerales, aunque son las esmectitas sus constituyentes esenciales y las que le confieren sus propiedades características.

Mineralogía

Las esmectitas son filosilicatos trilaminares (T:O:T), de fórmula compleja (en la Tabla siguiente se muestran las fórmulas estructurales ideales para los distintos miembros del grupo de las esmectitas). Se pueden dividir en esmectitas dioctaédrica y trioctaédricas. Las esmectitas dioctaédricas tienen aluminio como catión mayoritario en posición octaédrica (montmorillonita y beidellita) o hierro (nontronita). Las esmectitas trioctaédricas tienen, mayoritariamente, Mg²⁺ en posición octaédrica. El término más importante es la saponita..

Las esmectitas más comunes en las bentonitas son las de la serie montmorillonita-beidellita, con pequeñas cantidades de hierro.

		Cationes Tetraédricos	Cationes Octaédricos	Interlámina
DIOCTAEDRICAS	Montmorillonita	Si4	(Al2-x Rx^2+)	CIx	O10(OH)2. nH2O
	Beidellita	(Si4-xAlx)	Al2	CIx	O10(OH)2. nH2O
	Nontronita	(Si4-xAlx)	Fe2-x^3+Alx	CIx	O10(OH)2. nH2O
TRIOCTAEDRICAS	Saponita	(Si4-xAlx)	Mg3	CIx	O10(OH)2.nH2O
	Hectorita	Si4	Mg3-x(Li, F)x	CIx	O10(OH)2.nH2O
	Estevensita	Si4	(Mg3-x Rx^3+)	CIx	O10(OH)2.nH2O

CI = Ca, Na, Mg R²⁺ = Mg, Fe²⁺ R³⁺= Al, Fe³⁺

Propiedades fisicoquímicas

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 µm)

* 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.

Como consecuencia de estos factores presentan por una parte un valor elevado del área superficial y, a la vez, la presencia de una gran cantidad de superficie activa, con enlaces no saturados. Por ello pueden interaccionar con muy diversas sustancias, en especial compuestos polares, por lo que tienen comportamiento plástico en mezclas arcilla-agua con elevada proporción sólido/líquido y son capaces de hinchar y de desarrollar propiedades reológicas en suspensiones acuosas.

Por otra parte, la existencia de carga en las láminas se compensa, con la entrada en el espacio interlaminar de cationes débilmente ligados y con estado variable de hidratación, que pueden ser intercambiados fácilmente mediante la puesta en contacto de la arcilla con una solución saturada en otros cationes, a esta propiedad se la conoce como capacidad de intercambio catiónico y es también la base de multitud de aplicaciones industriales.

Aplicaciones Industriales

Las bentonitas tienen unas propiedades tales que hacen que sus usos sean muy amplios y diversos. Los mas importantes son:

* Aglomerante en arenas de fundición.

* Peletización de menas.

* Lodos de perforación.

* Alimentación animal.

* Absorbentes (camas de gato....)

* Ingeniería Civil/Material de sellado.

Extracción y procesado

La explotación se efectúa a cielo abierto, utilizando medios mecánicos convencionales. La potencia del recubrimiento a remover varía de unos yacimientos a otros, pero, generalmente, en la mayor parte de las explotaciones son inferiores a los 15 m. además, en la mayor parte de los casos, dichos recubrimientos son blandos y poco cohesionados, lo que hace fácil su desmonte.

El procesado industrial del producto de cantera viene fijado por la naturaleza y uso a que se destine. Generalmente es sencillo, reduciéndose a un machaqueo previo, eliminación de la humedad y, finalmente, a una molienda hasta los tamaños de partícula deseados.

La bentonita de Wyoming, o altamente hinchable, cuando llega a la planta de tratamiento, suele contener aproximadamente un 30 % de humedad, mientras que en otras bentonitas puede ser del orden del 25 %. Después del procesado su humedad oscila entre un 7 y un 8 %. El secado se suele realizar en hornos secadores rotatorios de grandes dimensiones (20 m de longitud por 3 m de diámetro). La temperatura de secado depende de la utilización posterior de la bentonita. Las temperaturas más altas se emplean cuando se prepara materia prima para la obtención de gránulos absorbentes y las más bajas, para las destinadas a aplicaciones coloidales.

La bentonita seca se envasa y transporta, normalmente en contenedores de plástico o papel reforzado y, en ocasiones, sobre todo cuando se trata de granulados o cuando se requieren largos periodos del almacenamiento, en tambores metálicos de 40 Kg de capacidad.

Tratamientos destinados a mejorar la calidad del producto

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 a modificar el quimismo del espacio interlaminar, a dichos procesos se les denomina "Activación" (activación ácida y activación sódica).

La activación ácida consiste en la adición de una mezcla de agua y ácido sulfúrico o clorhidrico (tras el secado y la molienda del material), seguida de agitación, filtrado, secado y pulverizado. Con ella se consigue la disolución de impurezas tales como calcita, el reemplazamiento de iones calcio (divalentes) en posición interlaminar por hidrógenos y la eliminación de iones Al de la capa tetraédrica y Fe²⁺, Fe³⁺,Al y Mg de la capa octaédrica. Mediante la activación ácida se consiguen cambios importantes en el mineral. Los bordes de las láminas de arcilla se abren y se separan aumentando la porosidad y el área superficial. Así mismo, aumentan la capacidad de intercambio iónico y la actividad catalítica.

Igualmente, se puede efectuar una activación sódica, sobre bentonitas cálcicas, tratándolas con carbonato cálcico, para obtener bentonitas sódicas. Norteamérica, Europa y Japón son los principales productores de bentonitas activadas.

Si los cationes de cambio inorgánicos de una esmectita son sustituidos por cationes orgánicos de cadena larga tipo compuestos tetraamonio o alkilamina, a esta arcilla se la denomina arcilla organofílica. Las arcillas naturales son organofóbicas; sin embargo, cuando son modificadas orgánicamente presentan afinidad por las moléculas orgánicas, por ello tienen importantes aplicaciones como adsorbentes de residuos orgánicos. Además son hidrofóbicas, adecuadas para su empleo en la fabricación de pinturas, como gelificantes de líquidos orgánicos, en lubricantes, etc.

Génesis

Los minerales del grupo de las esmectitas se forman y son estables en ambientes supergénicos. Son, posiblemente, el grupo de minerales de la arcilla más ampliamente representados en el medio exógeno. Se han encontrado asociadas a todos los tipos de sedimentos, tanto continentales como marinos. Son constituyentes esenciales de muchos suelos. Durante la diagénesis, se transforman en interestratificados illita/esmectita y posteriormente en illita o incluso clorita.

Esta aparición generalizada de las esmectitas en diversos ambientes, se debe a la diversidad de sus procesos de formación, ya que puede originarse tanto por alteración de rocas volcánicas, como por precipitación directa a partir de soluciones o por transformación de minerales preexistentes. Si bien, los mayores depósitos de bentonitas con interés económico se han formado por hidrólisis de rocas volcánicas.

La alteración consiste, esencialmente, en la desvitrificación de la ceniza seguida de la hidratación y cristalización de la esmectita a partir de numerosos núcleos. Durante la alteración se produce una pérdida de álcalis, así como la migración de la sílice, que se pone de manifiesto por las frecuentes silicificaciones que aparecen en las capas adyacentes.

Bentonitas explotadas en España

Los centros productores de bentonitas en España se encuentran en Toledo y en Almería, y en conjunto producen aproximadamente 190.000 t/año con un valor de 2M€/año.

· Cuenca de Madrid:

Las principales explotaciones de este tipo se sitúan en Magán, al Norte de la ciudad de Toledo, y en los términos municipales de Pinto y Valdemoro en la provincia de Madrid. Tienen un origen sedimentario, localizándose en las facies de "mud flat" lacustre del Mioceno de la Cuenca de Madrid. Los depósitos de bentonita tienen una estrecha relación espacial con los de sepiolita de esta Cuenca.

Se trata de esmectitas trioctaédricas (saponitas) de elevada pureza (> 85 % de saponita), con algunas intercalaciones de arenas micáceas y niveles de arcillas de color rosa de composición estevensítica. A techo suelen aparecer carbonatos (dolomita). Están originadas por procesos de neoformación y transformación diagenética a partir de esmectitas dioctaédricas.

· Región de Cabo de Gata (Almería):

Estos yacimientos se localizan en la zona del Cabo de Gata, en las formaciones eruptivas Sierra de Gata y Serrata de Níjar. Los yacimientos de bentonitas se han formado por alteración hidrotermal de los materiales volcánicos. Las temperaturas de acción de estas soluciones se calculan entre 40 y 70ºC. Los procesos de alteración se producen a favor de fracturas, que originan, en función de su composición alunita, jarosita, y caolinita o bentonitas.

Mineralógicamente las bentonitas están compuestas por esmectita como mineral mayoritario (superior al 80 %), acompañado de pequeñas cantidades de plagioclasas, cuarzo, anfíbol, zeolitas . Las esmectitas son dioctaédricas: generalmente montmorillonitas y en ocasiones beidellitas.

El mayor yacimiento, situado en la Sierra de Gata (denominado Los Trancos) está compuesto por bentonitas con un contenido medio de esmectitas superior al 90 % y cantidades mínimas de cuarzo y feldespato.

Empresas productoras.

Minas Volcán, SA, absorbida en 2005 por Bentonitas Especiales, SA (BENESA), extrae bentonita en diversas concesiones en Cuevas de Almanzora y Níjar, Almería (Grupos Mineros Volcánica y Los Murcianos, respectivamente), contando también con concesiones en Illescas-Yuncos y Yunclillos-Cabañas de la Sagra, en Toledo.

Süd-Chemie España, SL. explota los Grupos Mineros Virgen del Pilar y Bemisa II, y varias

concesiones en Níjar (Almería), entre las que está Los Trancos, además, produce bentonita en los Grupos Minor-Yuncos y San Sebastián, en Yuncos (Toledo).

TOLSA, posee el grupo minero Gata, asimismo en Níjar, que actualmente no está en explotación

y las concesiones Posible, Ángeles y Santa Catalina en Yunclillos-Cabañas de la Sagra, en Toledo, con una producción en torno a las 60 kt/año.

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