la microscopía electrónica aplicada a la observación de...
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La microscopía electrónica aplicada a
la observación de las alteraciones
en algunos minerales de la arcilla G. FERNANDEZ ARROYO
Doctora en Ciencias Químicas. Colaboradora Científica del Instituto
de Cerámica y Vidrio
J. R. CALVAN GARCIA Doctor en Ciencias Biológicas.
Colaborador Científico del Instituto de Edafología y Biología Vegetal
J. GARCIA VICENTE
Doctor en Ciencias Fisicoquímicas. Investigador Científico del Instituto
de Edafología y Biología Vegetal.
RESUMEN
En el presente trabajo se hace un estudio por microscopía electrónica de los residuos sólidos procedentes de las arcillas sometidas a los tratamientos con agua oxigenada y asimismo de aquéllas a las que posteriormente se les extrajo geles. Se observan las alteraciones sufridas por los minerales, las cuales están relacionadas directamente con el número de tratamientos efectuados, teniendo a su vez gran influencia el grado de perfección de los cristales de los distintos minerales.
SUMMARY
The solid residues from clays which have been submitted to treatment with hydrogen peroxide have been studied by electron microscopy. Samples which had been cleared from gels after the H2O2 treatment have also been studied.
The alterations shown by the minerals were easily observed and were directly related to the number of treatments performed. These alterations were also related to the degree of crystalline perfection of the different minerals present in the clay samples.
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LA MICROSCOPÍA ELECTRÓNICA APLICADA A LA OBSERVACIÓN...
I. Introducción
El presente trabajo es continuación de una serie (1), (2) dedicada al estudio experimental de los efectos que causan en los minerales de la arcilla los métodos usados habitualmente para la eliminación de materia orgánica existente en muestras de arcilla.
Los métodos como hemos podido observar afectan a los minerales existentes, originando transformaciones que deben tenerse en cuenta a la hora de analizar los resultados.
Con objeto de ver en este sentido el comportamiento de los minerales de la arcilla ante el H2O2 y materias orgánicas, hemos comenzado por experimentar con los siguientes materiales :
1. Caolín de Lage.
2. Hita de Alcalá.
3. Feldespato de Hornachuelo.
4. Terra Rossa de Gajanejos.
5. Tierra parda de la Dehesa Vieja de Torrelaguna.
Cada una de las muestras se ha estudiado antes y después de sometida a tratamiento, especialmente con microscopía electrónica que nos va demostrando las fases de transformación, alteración y aparición de nuevos minerales que tienen lugar en las diferentes etapas de los ataques.
IL Procedimiento operatorio
Dado que en trabajos anteriores (1), (2) se hizo descripción de los métodos de ataque empleados, nos limitamos en éste a indicar el sistema seguido para estudiar las muestras con el microscopio electrónico.
Cada una de ellas, después de pulverizadas convenientemente se dispersó en medio acuoso, colocando una gota de la dilución sobre película de carbono en rejilla portamuestra y secadas al aire. Una vez seca se observa con el microscopio electrónico (Philps EM-200) a aumentos que oscilan entre 800 y 20.000, a una tensión de 80 kV. El registro de las observaciones más demostrativas se ha efectuado en film de 35 mm. AHU Micro-file. Recordak. Revelador D-76 y fijador ácido rápido.
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IIL Muestras estudiadas
1. CAOLÍN
Las minas de caolín están situadas en las cercanías de Lage en La Coruña. El yacimiento del que se extrae es el denominado de D. Basco. La constitución geológica es la de una gran masa de granito moscovítico que ha sufrido un intenso metamorfismo hidrotermal por lo que el feldespato ortosa ha quedado totalmente caolinizado.
Se ha comprobado que la riqueza en caolinita ya en aumento a medida que la profundidad crece, disminuyendo la cantidad de mica presente, llegándose en alguna zona a una riqueza en caolinita del 52 %.
Este caolín de Lage, suministrado después del lavado del producto original, está constituido por caolinita bien cristalizada acompañada de mica en pequeña proporción, se observa también la presencia de haloisita confirmada en un trabajo anterior (3).
ANALISIS Q U Í M I C O DEL C A O L Í N
SiO^ 46,46 A l A 39,02 Fe Og ... ... 0,42 CaO 0,04 MgO 0,05 TÍO, ... 1,00 HaO (de constitución) 12,56 CO2 ... . . . . . . 0,72 Na^O 0,054 K2O ... ... ... ... 0,96
Microscopía electrónica
En la muestra natural se encontraron: caolinita, mica, feldespato y haloisita (fig. 1).
Al ir sometiendo las muestras a los distintos tratamientos con agua oxigenada se observó que los bordes de las láminas de caolinita y mica se redondean. La caolinita se enrolla dando lugar a formas semejantes a las de haloisita. Los tubos de haloisita se abren. Las micas se doblan por los bordes y es frecuente la alteración dé los feldespatos (fig. 2).
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FiG. 1.—Muestra natural de caolinita con cristales de mica, feldespato y haloisita.
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FiG. 2.—Alteración de mica y haloisita,
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2. ARCILLA ILLÍTICA
Esta muestra fue recogida entre los kilómetros 10 y 11 de la carretera de Alcalá, al cruce de las de Anchuelo, Villalvilla y Torres de la Alameda, en la zona conocida como cuestas de Alcalá y que corresponde realmente al paso de la cota del río Henares, que se adosa al paisaje terciario, a la de 700 metros en que se inicia un paisaje mioceno muy distinto del anterior y que enlaza al NE con la Alcarria. En estos 100 metros de desnivel existen niveles de arcilla que son objeto de intensa explotación, en especial, para la industria ladrillera del triángulo: Alcalá de Henares, Torres de la Alameda y Torrejón de Ardoz.
La estratigrafía de estos yacimientos ha sido estudiada en diferentes trabajos (4), (5). Se pueden considerar que estos tramos arcillosos rojos tan explotados pertenecen casi con seguridad al Vindoboniense inferior. Genéticamente corresponden a un relleno terrígeno de la cubeta del Tajo, que en su parte superior y central alberga arcillas con minerales de neoformación tales como: sepiolita, atapulgita y montmorillonita. Los autores, al estudiar la composición mineralógica de alguna de las arcillas de Alcalá encontraron que el componente principal era la illita, acompañada por sustancias amorfas y hierro goetítico, algo de caolinita de formas imperfectas, cuarzo, mica y sepiolita.
Con las muestras recogidas en las cuestas de Alcalá se hicieron dos partes, agrupando los materiales que presentaban una mayor analogía física, extrayéndose la arcilla de cada una de ellas. Así se obtenían las partes A y B de dicha muestra. Se hizo el estudio completo de ambas dando resultados similares, por lo que incluimos sólo los relativos a la muestra A.
ANALISIS Q U Í M I C O DE LA ARCILLA ILLÍTICA (A)
%
SiO^ 45,57 F e A 8,40 CaO 2,00 Na^O 0,43 AI2O3 24,85 TÍO2 1,78 MgO 7,26 K2O 3,01 Carbono 0,49 Materia orgánica ... 0,84 Pérdida por calcinación 9,64
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FiG. 3.—Mica con bordes en destrucción.
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FiG. 4.—Mica muy redondeada. Caolinita perfecta y sepiolita.
Microscopía electrónica
En la muestra natural se encontraron illita, mica, sepiolita, montmorilloni-ta, alguna haloisita y escasa caolinita.
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Efectuado el estudio con el microscopio electrónico, todas las muestras, tanto las tratadas con agua oxigenada, como aquéllas a las que posteriormente se las extrajo los geles (112 en total), presentan, a medida que aumenta el número de tratamientos, una mayor alteración de los minerales que integran esta arcilla.
En lo que concierne a las micas (illíticas o no), sufren un progresivo redondeamiento de los bordes, llegando a agrietarse, doblarse e incluso romperse en trozos más pequeños (fig. 3). La alteración, lógicamente, es más efectiva en las micas de menor tamaño, más ferríferas e imperfectas en cuanto a su cristalización. Las más perfectas, grandes y transparentes son más resistentes a los ataques. Asimismo, sobre las micas hay depositada sepiolita que por efecto de los tratamientos se va desprendiendo; se encuentran también posibles transformaciones mica-sepiolita en los bordes de algunos cristales.
La sepiolita, que es abundante en la arcilla natural, se altera, acortándose el tamaño de las fibras (fig. 4).
Al llegar a los veinte tratamientos, y con cualquiera de las materias orgánicas que empleemos, hay un gran aumento en el contenido de geles, especialmente silíceos, que proceden de la alteración de micas y sepiolitas (figuras 5 y 6).
La extracción de los geles proporciona una mejor visión de las muestras en el microscopio electrónico.
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FiG. 5.—Micas muy atacadas. Geles.
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FiG. 6.—G^/^5 d^ sílice.
3. FELDESPATO
FiG. 7.—Feldespato natural.
El yacimiento de este feldespato se encuentra situado en las estribaciones meridionales de Sierra Albarrana, al norte de Córdoba. Está en el Coto Minero Nacional Carbonell (Hornachuelos).
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La asociación mineralógica acompañante es brannerita como mena uranífera, turmalina, rutilo, pirita y calcopirita, mena asociada y la ganga la forman: cuarzo blanco, cuarzo ahumado, ortoclasa blanca, biotita y plagioclasa.
Conviene aclarar que tanto en esta muestra como en la de los dos suelos que se estudiarán a continuación (Terra Rossa y tierra parda), se ha trabajado con un número menor de muestras, teniendo en cuenta la experiencia que hemos tenido con las hasta ahora observadas en especial con el estudio exhaustivo efectuado con la arcilla illítica.
ANALISIS Q U Í M I C O DEL FELDESPATO BLANCO
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SiO, ... ... 68,87 AI2O3 17,85 F e A ... ... 0,30 CaO 0,90 MgO ... 0,40 Na^O ... ... ... 2,75 K2O ... ... ... ... 9,65 Pérdida por calcinación 0,26
Microscopía electrónica
En la muestra natural se encuentran cristales de feldespato con alguno de mica (fig. 7).
A medida que aumentamos los tratamientos con agua oxigenada se aprecia un redondeamiento de los bordes (fig. 8). Los cristales muy perfectos originalmente presentan una mayor resistencia al ataque, hecho que se puede comprobar en la microfotografía (fig. 9). Se observa también la aparición de geles.
La elevación de la temperatura de 50° a JS^'C influye en una mayor ataca-bilidad de los feldespatos presentándose en algunos cristales una verdadera destrucción.
La adición de materia orgánica afecta también a los cristales, sobre todo a temperaturas de 75'' C ya que a 50'' C no se acusa.
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FiG. 8.—Cristales de feldespato con bardes redondeados.
FiG. 9.—Feldespato con un cristal perfecto y otros redondeados,
4. TERRA ROSSA
Este suelo ha sido recogido en la zona de Gaganejos a la derecha de la carretera Madrid-Barcelona a la altura del Km. 90.
La Terra Rossa se encontraba depositada sobre unas calizas pontienses, nivel del páramo.
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ANALISIS Q U Í M I C O DE LA TERRA ROSSA
%
SÍO2 46,00 AI2O3 26,00 Na^O 0,19 K2O 2,80 Fe^O, 6,00 TÍO2 2,20 CaO 2,26 MgO 2,61 Pérdida por calcinación .. ... 12,84
Microscopía electrónica
La arcilla natural está formada por illita, en gran cantidad, poca montmo-rillonita, algunos cristales de haloisita y caolinita (fig. 10).
Al agregar las distintas materias orgánicas y eliminarlas por medio del agua oxigenada, observamos un ataque de las micas que comienza por una alteración de los bordes que se redondean, después de verse un desprendimiento de partículas de dicho mineral (fig. 11). Se observa también bordes de la mica doblados.
Las haloisitas no sólo disminuyen en tamaño, sino también en la canti-
FiG. 10.—Terra rossa natural (mica, montmorillonita).
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FiG. 11.—Mica con bordes alterados.
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FiG. 12.—Geles de sílice.
dad, apareciendo formas semejantes a haloisitas de neoformación por enrollamiento de las micas, debido al ataque del agua oxigenada.
La montmorillonita se dispersa dando lugar a cristales más pequeños y más separados; el número de tratamientos afecta notablemente a la montmo-
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rillonita. La caolinita es tambi^^gfectada, con^iizando la alteración con un redondeamiento de los bordes*
Nos encontramos también con la aparición de gelés a medida que el número de tratamientos aumenta, aunque proporcionalmente no es tan grande como en las muestras anteriores estudiadas (fig. 12).
5. TIERRA PARDA
Las muestras fueron tomadas en zonas próximas a Torrelaguna (Madrid) en el borde de la carretera que va desde dicho pueblo a La Cabrera, en el lugar llamado Dehesa Vieja, en terreno metamórfico, casi en el contacto con las calizas cretácicas. La vegetación está formada especialmente por encinares y robledales.
ANALISIS QUÍMICO DE LA TIERRA PARDA
%
SiO^ ... . . . . . . ... 44,2 A l A ... ... 21,87 Na O ... ... ... ... ... ... 0,31 K O ... ... 3,92 F e A . . . . . . 6,60 TiO^ ... ... 1,85 CaO ... 1,40 MgO ... ... ... .. 3,45 Pérdida por calcinación ... ... 13,45
Microscopía electrónica
En la muestra natural se encuentra gran cantidad de mica de cristales de gran tamaño, bordes redondeados y doblados, caolinita, montmorillonita (figura 13) y haloisita (fig. 14).
Por efecto de los tratamientos con agua oxigenada hay una alteración general en todos los minerales, aumentando a medida que lo hace la temperatura de 50° a 75° C.
Las micas se alteran en los bordes y superficie (fig. 15) apareciendo minerales secundarios de alteración. Sufren agrietamientos y acaban por destro-
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FiG. 13.—Tierra parda natural (montmorillonita, mica, caolinita).
FiG. 14.—Tierra parda natural (montmorillonita, mica, caolinita y cristales de haloisita).
zarse en pequeños fragmentos especialmente las que han sufrido veinte tratamientos (fig. 16).
Las haloisitas, por efecto del agua oxigenada, se acortan haciéndose también los tubos más delgados y afectándose sobre todo en los extremos.
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La caolinita y la montmorillonita se alteran igualmente. En general todos los minerales que integran esta arcilla han acusado no
tablemente los tratamientos con agua oxigenada.
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FIG. 15.—Cristal de mica con bordes redondeados.
FiG. 16.—Destrucción de minerales (micas) por acción del agua oxigenada.
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IV. Conclusiones
1. A nuestra manera de ver, lo más importante es que demuestra sin lugar a dudas, la importancia que tiene el comprobar en todo trabajo la influencia de métodos de tratamiento en las muestras que se van a estudiar. Cualquiera de las conclusiones que expongamos a continuación y la misma lectura de esta serie de trabajos que se ha efectuado conñrman este criterio.
2. Se observa un creciente ataque de los minerales que integran la muestra a medida que se aumentan los tratamientos, cuando el número es elevado (veinte), aparecen materiales amorfos constituidos esencialmente por geles de sílice y aluminio.
3. La presencia de partículas minerales de pequeño tamaño, coincide con la disminución de aluminio encontrado en los líquidos resultantes de los tratamientos con agua oxigenada.
4. Los cristales de minerales que en la muestra natural son más perfectos presentan lógicamente una mayor resistencia a la alteración.
5. La eliminación de geles no parece afectar a las muestras, siendo muy interesante hacerlo siempre que se destruye la materia orgánica con agua oxigenada, ya que las preparaciones para el estudio por microscopía electrónica son más claras y se estudian mejor.
Agradecemos al Dr. Alonso Pascual, Jefe del Laboratorio de Microscopía Electrónica, del Instituto de Edafología y Biología Vegetal, la ayuda prestada en la realización del presente trabajo.
BIBLIOGRAFÍA
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