Characterization, thermal and ceramic properties of clays from Alhabia (Almería, Spain)

Abstract

En este trabajo se han investigado las arcillas de Alhabia (Almería, España) utilizando varias técnicas analíticas: Difracción de Rayos X (DRX), Fluorescencia de Rayos X (FRX), análisis térmico (Termogravimetría, TG, y su primera derivada, DTG), Microscopía Electrónica de Barrido (MEB) y Espectroscopía de Rayos X de Energía Dispersiva (EDS). Se han examinado las características de textura (granulometría) y plasticidad. Las principales propiedades cerámicas (contracción por cocción, absorción de agua, densidad aparente, porosidad abierta, resistencia a la flexión y conductividad térmica) se han determinado utilizando muestras de arcilla prensada y cocida. Así, se han evidenciado por primera vez las características mineralógicas, químicas, texturales y cerámicas de estas arcillas. El análisis mineralógico por DRX indicó que las muestras de arcilla están constituidas por una mezcla de clorita e illita, como principales minerales arcillosos, estando el cuarzo y otros minerales en menor proporción relativa (calcita, yeso y hematites). Este hallazgo es importante porque las investigaciones sobre arcillas clorito-ilita-calcíticas son muy escasas. El análisis químico por FRX mostró que la sílice y la alúmina son predominantes, como era de esperar por la mineralogía, con contenidos medios de óxido de calcio, procedente de la calcita, y de álcalis, procedentes de la illita, siendo ~8 y ~5%, respectivamente, además de óxidos de hierro y titanio (~8%). El análisis granulométrico mostró un 71,76% de "fracción arcilla" (<2 μm) y un 21,66% de fracción limo (2-50 μm). El índice de plasticidad (Atterberg) fue del 14,3%, con unas propiedades de moldeo y extrusión aceptables. El análisis térmico por TG/DTG indicó una pérdida de peso asociada a la deshidroxilación del agua estructural de los minerales arcillosos y a la descarbonatación de la calcita por calentamiento progresivo. Tras la caracterización de las arcillas brutas, el siguiente paso fue la determinación de las propiedades cerámicas de las arcillas mezcladas y molidas tras la cocción mediante cuerpos prensados. Para ello, se seleccionaron dos temperaturas de cocción (900 y 1100 ◦C) durante 1 h. El examen de los cuerpos cocidos resultantes indicó que pueden obtenerse materiales cerámicos porosos (~36% de porosidad abierta y ~22% de capacidad de absorción de agua) mediante cocción a 900 oC, con pequeñas variaciones en las dimensiones (<0,8% a 1100 ◦C). La porosidad cambió a valores relativamente más bajos por cocción a 1100 ◦C (~34-35%), estando asociada a la presencia de calcita descompuesta. La densidad aparente fue casi constante de 900 a 1100 ◦C, con un valor máximo de ~1,67 g/cm3 a 1100 ◦C. La resistencia a la flexión alcanzó un valor máximo de 34,47 MPa a 1100 ◦C para la muestra molida. Por último, la conductividad térmica tras la cocción de los cuerpos arcillosos se encontró casi constante a 900 y 1100 ◦C (0,457 y 0,479 W/mK, respectivamente). Teniendo en cuenta estos resultados, se han evaluado las principales aplicaciones de las arcillas de Alhabia. Estas arcillas pueden utilizarse para la fabricación de soportes y baldosas cerámicas porosas mediante cocción a 900 ◦C. La cocción de las arcillas a temperaturas más altas (1100 ◦C) es de gran interés para la fabricación de baldosas cerámicas y ladrillos cerámicos de mayor resistencia a la flexión con porosidad variable y dimensiones prácticamente constantes. Económicamente es importante aunque con mayores costes de elaboración. Por último, cabe destacar que este trabajo es una contribución de un mejor conocimiento científico de las arcillas clorito-ilíticas-calcíticas como materias primas cerámicas.