ANÁLISIS CON DRX DE LA MEZCLA YESO-ZEOLITA: ENSAYO DE UN MATERIAL ÓPTIMO PARA LA CONSTRUCCIÓN.

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1 ANÁLISIS CON DRX DE LA MEZCLA YESO-ZEOLITA: ENSAYO DE UN MATERIAL ÓPTIMO PARA LA CONSTRUCCIÓN. *A. Mendoza-Cordova 1, J. R. Vidal-Solano 1, E. R. Echeverría-Belmonte 2, J. A. Jiménez-Ruiz 2 y M. Flores-Acosta 3. Departamento de Geología, Universidad de Sonora 1 Departamento de Ingeniería Química y Metalurgia, Universidad de Sonora 2 Centro de Investigación en Física, Universidad de Sonora 3 *mendozacordova@ciencias.uson.mx INTRODUCCION En el presente trabajo se muestran los estudios preliminares correspondientes a la elaboración de un material óptimo para la construcción, específicamente, un tabique producido por la mezcla de yeso y zeolita. En la industria de la construcción hay casos especiales en los que se requieren tabiques de características favorables como: a).baja densidad para facilitar la aplicación y el transporte, b). Baja conductividad térmica para lograr una reducción del consumo de energía eléctrica, c).alta resistencia para reducir gastos de cimentación, d).mejor estética para evitar gastos de acabado sobre muros, y e) Aislamiento acústico para impedir la propagación del ruido. Estas características son aquí optimizadas en un material que, por un lado, reúne las propiedades físicas, de un sulfato de calcio hidratado (yeso), tales como; rápido fraguado, buena adherencia, baja densidad y, por otro lado, de un alumino-silicato hidratado de calcio y estroncio (zeolita), que posee un alto grado de hidratación, alta resistencia, una baja densidad y un gran volumen de vacíos cuando es deshidratada, además de una gran capacidad de intercambio catiónico. TECNICAS ANALITICAS Con el fin de estudiar los cambios en el arreglo cristalino de la mezcla al aumentar la temperatura, se efectuaron análisis de difracción de Rayos X (DRX) con un difractometro marca Bruker modelo D8 Advance, el equipo cuenta con una fuente de cobre que produce radiaciones con longitud de onda de Å. Las condiciones de trabajo con las cuales se analizaron las muestras son las siguientes: Se aplicó un voltaje de 35 kv y un amperaje de 25 ma, el rango de barrido de las muestras fue de 8º a 45º (2Ф), el paso 183

2 de barrido fue de.2º y la velocidad de barrido fue de 1 seg/paso. Buscando una mejor resolución de los difractogramas, se utilizó una rendija tanto en la salida del tubo como en el detector, de.5 mm. La mezcla se llevó a cabo en tres proporciones: 9 y 1%, 5 y 5%, 1 y 9% de yeso y zeolita respectivamente. Las muestras de yeso y de zeolita fueron determinadas por separado con DRX (Fig. 1). En el caso de la muestra de yeso (CaSO 4.2H 2 O) se encontró que existe una importante proporción de anhidrita (CaSO 4 ), por otra parte, la zeolita se determinó que corresponde a, de la variedad rómbica que oscila entre cálcica y de estroncio (Ca-Sr Al 2 Si 4 O 12.6H2O). Esta determinación fue corroborada con un análisis de elementos trazas por Fluorescencia de Rayos X, donde se verificó que el elemento traza más abundante corresponde al Sr con una concentración de 153 ppm. Finalmente, las tres mezclas señaladas, fueron analizadas a temperatura ambiente, y posteriormente, fueron pasadas al horno durante un tiempo de una hora, bajo las siguientes temperaturas: 1 ºC, 3 ºC, 5 ºC, 7 ºC, 9ºC y 11 ºC. RESULTADOS Los resultados muestran que el sulfato de calcio, con grandes cationes, se conserva en la mezcla a cualquier temperatura, sin embargo, su cristalización es variable, dando paso a la aparición de varias especies. Primeramente, el cristal monoclínico de (CaSO 4.2H 2 O), entre 1ºC y 3ºC se deshidrata notablemente y, se convierte a uno monoclinico de tipo Basanita (CaSO 4..5H 2 O, Fig.2). Sin embargo, en la mezcla con alto contenido en olita (1-9, Fig.2A), la Basanita no aparece claramente a los 3 C de temperatura. Finalmente, a partir de los 5ºC y hasta los 11ºC de este experimento, el sulfato es enteramente deshidratado, convirtiéndose en (CaSO 4 ) en todas las mezclas (Fig. 2). En el caso del tectosilicato de tipo zeolita, su cristalización es más discreta y nunca ocurre por arriba de los 9 C. Por un lado, en la mezcla pobre en zeolita (9-1, Fig.2C), de los experimentos a temperatura ambiente y a 1ºC, la olita no fue determinada por el difractómetro, mostrando que la marcada esencia del solapa las propiedades físicas de la olita. Esta fue detectada solo en un rango de 3ºC hasta 5ºC, como una 184

3 variedad de tipo Gonardita ((Na,Ca) 2 (Si,Al) 5 1H 2 O)). Por otro lado, en la mezcla 5-5, la es evidente solamente a temperaturas de entre 3 y 7ºC (Fig.2B). Finalmente, en la mezcla con alto contenido de zeolita (1-9), se reconoció a la zeolita siempre como ((Sr, Ca) 2 Al 4 Si 8.12H 2 O), desde los experimentos a temperatura ambiente, hasta los efectuados a 7ºC, sin embargo, a partir de los 9ºC solo se determina anhidrita, mientras que a los 11ºC, los picos del difractograma corresponden solo a la fase y a un sfato de Fierro y Aluminio (Al.6 7Fe.33 (PO 4 ), Fig. 2A). Los difractogramas correspondientes a cada una de las mezclas de yeso y zeolita sometidas a distintas temperaturas, una vez integrados muestran claramente los cambios cristalográficos a través de picos que se extinguen o bien de picos que surgen de acuerdo al grado de deshidratación. En la Tabla 1. Se muestra los nombres de las diferentes fases mineralógicas que representan esos cambios estructurales de Ca-Sr y Theta - Scale ZEOLITA_M2 - File: ZEOLITA_M2.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 5. - End: Step:.2 - Step time: 1. s - Temp.: 25 C (Room) - Time Started: s - 2-Theta: 5. - Theta: Chi:. - Phi: Operations: Import (*) - Chabazite-Ca - Ca2Al4Si8O24 12H2O - Rhombo.H.axes - S-Q 57.5 % (C) - Chabazite (Sr-exchanged) - Sr2.3Al3.6Si8.4O24(H2O)1.4 - Rhombo.H.axes - S-Q 42.5 % 2-Theta - Scale YESO_CRUDO - File: YESO_CRUDO.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 5. - End: Step:.2 - Step time: 1. s - Temp.: 25 C (Room) - Time Started: s - 2-Theta: 5. - Theta: Chi:. - Operations: Import (*) - Gypsum, syn - CaSO4 2H2O - Monoclinic - S-Q 52.2 % (*) - hydrite, syn - CaSO4 - Orthorhombic - S-Q 47.8 % Fig 1.- Difractogramas con los que se determinó el tipo de zeolita y el yeso. 185

4 A) 11 ºC FOSFATO Fe Al 9 ºC ANHIDRITA 7 ºC CHABAZITA - ANHIDRITA 5 ºC CHABAZITA - ANHIDRITA 3 ºC CHABAZITA 1 ºC CHABAZITA - YESO 2 1 T. AMBIENTE: CHABAZITA - YESO B) 11 º C ANHIDRITA 9 º C ANHIDRITA 7 º C ANHIDRITA - CHABAZITA 5 º C ANHIDRITA - CHABAZITA 7 3 º C BASANITA - CHABAZITA º C YESO T. AMBIENTE - YESO C) 11 º C ANHIDRITA 9 º C ANHIDRITA 7 º C ANHIDRITA Gn 5 º C ANHIDRITA - GONARDITA 1 Bs Bs Gn 3 º C BASANITA - GONARDITA 1 º C YESO - BASANITA T. AMBIENTE: YESO Figura 2.- Difractogramas de las mezclas de -olita estudiadas: A)1-9%, B)5-5%, C)9-1% 186

5 yeso olita T. Ambiente 1ºC 3ºC 5ºC 7ºC 9ºC 11ºC y de Ca y Sr 1% 9% olita sfato de Al, Fe 5% 5% olita Basanita 9% 1% olita Basanita Basanita Gonardita Gonardita Tabla 1.- Diferentes fases mineralógicas resultantes de la mezcla -olita estudiadas: A)1-9%, B)5-5%, C)9-1%. DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES Después del análisis por DRX de todas las muestras calentadas a diferentes temperaturas, surgen algunas cuestiones, como es el hecho de que, al mezclar 9% de con 1% de, a 3 C, aparezca otro tipo de zeolita como es la Gonardita. Así mismo, químicamente resulta incoherente, que al mezclar un sulfato () con un silicato (olita), se tenga como resultado un fosfato. De momento se interpreta que esos compuestos resultantes no son productos químicos, sino estructuras cristalinas que resultan del reequilibrio de los compuestos por su exposición a ciertas temperaturas, donde la pérdida de agua es inminente. Lo que resta por determinar en este experimento, son las propiedades físicas de las nuevas estructuras cristalinas presentes en los compuestos expuestos a las diferentes temperaturas, y su comparación con los compuestos originales, y de ese modo saber si cuentan con las propiedades optimas para las fabricación de un tabique ideal: Estético, ligero, de baja conductividad térmica, aislante acústico y de alta resistencia. AGRADECIMIENTOS: Agradecemos al Químico Rufino Lozano del Instituto de Geología de la UNAM, por la determinación de los elementos traza. Así mismo agradecemos al apoyo de la División de Ciencias Exactas y Naturales, al Departamento de Ingeniería Química y Metalurgia de la UNISON y al STAUS. 187