Materias primas

Las materias primas empleadas para la fabricación de ladrillos son naturales, abundantes y con bajo grado de beneficio, fundamentalmente tierras y arcillas comunes de bajo costo, que junto con el agua forman la pasta cerámica. El contenido de agua puede

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influir durante el conformado, secado y propiedades finales del producto. Las materias primas se obtienen de explotaciones a cielo abierto cercanas a la planta ladrillera. Además, los ladrillos pueden contener arenas cuarcíferas y otros minerales no plásticos, feldespatos y otros fundentes, y materiales de reciclo como cenizas y chamota (desechos de ladrillos o arcilla cocida y molida) [153].

Las tierras (o suelos) están constituidas por minerales como cuarzo, feldespatos, fragmentos de rocas y minerales arcillosos, que provienen de la desintegración de rocas por acción del medio ambiente. Además, poseen materia orgánica, originada de la descomposición de vegetales y animales por microorganismos y procesos químicos, junto a aire y agua [153].

La formación de las arcillas y minerales arcillosos, al igual que las tierras, ocurre a lo largo del tiempo. Ésta depende del medio ambiente y se da a partir de sedimentos continentales y marinos, campos geotérmicos, depósitos volcánicos, horizontes de suelo, y meteorización de formaciones rocosas, siendo estas dos últimas las vías principales de formación. El tipo y meteorización de la roca, y la formación del suelo, la presencia de agua y el material orgánico, la temperatura y el tiempo influyen en el tipo de mineral obtenido [154,155]. Es por este motivo, que las arcillas no tienen una composición definida y están formadas por mezclas de minerales arcillosos junto con minerales secundarios y cuarzo, minerales primarios (rocas ígneas como feldespatos y micas), y materia orgánica e impurezas (pirita, hematita, yeso, calcita y sales solubles). Las arcillas comunes son de amplia distribución y de especificaciones químico-mineralógicas no muy exigentes, constituidas fundamentalmente de minerales del grupo de las micas como moscovita e illita, y en menores proporciones de los grupos caolín, cloritas, esmectitas como montmorillonita y hormitas, junto con cuarzo, minerales detríticos, alto contenido de hierro (mayor a 2 - 2,5%

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en peso), sales solubles, carbonatos y elevada cantidad de materia orgánica [153,155–

157].

Los minerales arcillosos son silicatos de aluminio, hierro y magnesio hidratados que pertenecen al grupo de silicatos estratificados o filosilicatos. Están formados por capas que son disposiciones bidimensionales de tetraedros de Si-O (capas T) u octaedros de Al-O o Mg-O (u OH, lo que hace que sean hidratados) (capas O). Las capas se apilan para dar lugar a los estratos, que son subestructuras de dos o más capas unidas entre sí por oxígenos puentes (-O-), cuyo conjunto forma una partícula. Esto es posible debido a que las capas T y O presentan simetría análoga y dimensiones semejantes. La distancia de un plano en un estrato al plano correspondiente en el próximo estrato se denomina espaciado basal o espaciado “c”. De acuerdo con la combinación de la unión de las capas se pueden tener distintos minerales: minerales estratificados 1:1 (capa T -O- capa O, espaciado “c” ~ 7 Å y fuerzas de unión entre estratos de puentes de hidrógeno: caolinita, dickita, nacrita, haloisita) y minerales estratificados 2:1 (capa T -O- capa O -O- capa T, espaciado ~ 9 Å y fuerzas de unión entre estratos de Van der Waals: montmorillonita del grupo esmectitas, illita del grupo micas) [41,154,155]. La Figura 4.1.2. muestra una representación esquemática de la estructura cristalina de la montmorillonita (2:1), mientras que la Figura 4.1.3. y la Figura 4.1.4. representan la estructura de la illita (2:1) y caolinita (1:1), respectivamente. Las tres figuras fueron adaptadas del trabajo de Uddin 2017 [41].

En la estructura de los minerales arcillosos pueden llevarse a cabo sustituciones isomórficas de menor o mayor grado dependiendo del mineral [158]. Un cierto número de Si⁺⁴ de la capa T pueden estar reemplazados por Al⁺³ o Fe⁺³, y un cierto número de Al⁺⁴ de la capa O pueden estar sustituidos principalmente por Fe⁺² y en menor medida por Li⁺, Cr⁺³, Mn⁺⁷, Ni⁺², Cu⁺² o Zn⁺², ocasionando la aparición de carga negativa en la superficie de la partícula. El exceso de carga negativa hace que se adsorban cationes alcalinos y

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alcalinotérreos tanto en la superficie basal como en el espacio interestrato [159]. Estos cationes compensatorios de carga pueden aumentar el espaciado basal, dar lugar a la aparición de fuerzas electrostáticas entre los estratos y, dependiendo del ion, hidratarse formando una esfera de solvatación que puede producir hinchamiento y separar los estratos por repulsión electrostática (Na-montmorillionita tiene gran capacidad de hinchamiento, mientras que caolinita e illita son arcillas no expandibles).

Figura 4.1.2. Estructura cristalina de la montmorillonita (2:1) adaptada del trabajo de Uddin 2017

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Figura 4.1.3. Estructura cristalina de la illita (2:1) adaptada del trabajo de Uddin 2017

Figura 4.1.4. Estructura cristalina de la caolinita (1:1) adaptada del trabajo de Uddin 2017

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La estructura, química cristalina, mineralogía y química superficial de los minerales arcillosos le otorgan aplicaciones tecnológicas y útiles a nivel ambiental, estas últimas debido a la capacidad de intercambio iónico (CIC) y de adsorción dada por carga negativa neta en la estructura, gran superficie y porosidad. Los minerales arcillosos presentan plasticidad dentro de un rango variable de contenido de agua. Las moléculas de agua son fuertemente atraídas hacia la superficie de la arcilla constituyendo la esfera de hidratación de los iones adsorbidos, y la mezcla de arcilla y agua genera una pasta que puede moldearse por aplicación de presión, para luego endurecerse al secarse o someterse a un tratamiento a alta temperatura. La plasticidad en las arcillas comunes suele ser baja.

Además, los minerales arcillosos poseen una morfología laminar y un tamaño de partícula pequeño en al menos una dimensión (< 2 µm) que facilita la cocción debido a la elevada superficie específica. Otras características tecnológicas importantes son: color después de la cocción, cohesión y dureza [41,155,157].