Cristaloquímica y génesis de arcillas magnésicas

Abstract

Las arcillas magnésicas son un grupo de minerales de gran importancia económica a nivel mundial. Son unos recursos escasos que se encuentran restringidos a algunas cuencas sedimentarias como la Cuenca de Polatli (Turquía) y la Cuenca del Tajo (España). Este grupo de arcillas presenta una variabilidad composicional y estructural muy grande, incluyendo tanto filosilicatos laminares del grupo de las esmectitas, más concretamente saponita – estevensita, como filosilicatos modulados (sepiolita – palygorskita). Esta Tesis Doctoral se ha realizado mediante el formato de compendio de artículos, con 4 objetivos claramente diferenciados entre sí que pretenden ampliar el conocimiento sobre algunos aspectos concretos de las arcillas magnésicas: la realización de un estudio de detalle de la estructura de la palygorskita, la realización de un estudio genético de las bentonitas magnésicas de la Cuenca del Tajo, un estudio preliminar para determinar la viabilidad del uso de la espectroscopía VNIR – SWIR para la identificación de las arcillas magnésicas a través de técnicas de teledetección y la caracterización mineralógica y de las propiedades de superficie de sepiolita – palygorskita en relación con su composición química, textura y estructura. El estudio en detalle de la estructura de la palygorskita se realizó utilizando difracción de Rayos-X con radiación de sincrotrón tanto para polvo como para fibra orientada. Estos resultados experimentales se compararon con simulaciones teóricas de los patrones de difracción de polvo y de fibra orientada, en 2D y 1D, poniendo de manifiesto la existencia de unas diferencias significativas entre los resultados experimentales y los datos teóricos. Estas diferencias, que no pueden ser justificadas por la posible presencia de impurezas ni por el tratamiento de los datos realizado, indican que la estructura de la palygorskita no ha sido aún resuelta de una manera definitiva. La Cuenca del Tajo presenta una de las mayores concentraciones de arcillas magnésicas del mundo, pero presenta una problemática especial respecto a su génesis. El registro fósil y sedimentario de la cuenca indica unas condiciones de pH en las cuales no se daría la precipitación de estos minerales, al igual que las posibles áreas fuente tienen una composición granítica o metapelítica, de manera general, siendo en cualquier caso ricas en aluminosilicatos que no justifican el aporte de magnesio necesario para la formación de estos minerales. Esta problemática llevó a realizar un estudio genético de las bentonitas de la Cuenca del Tajo, obtenidas en una cantera en las proximidades de Esquivias, combinando el estudio mineralógico y geoquímico clásico con el análisis de biomarcadores realizado por primera vez sobre estos materiales. Las muestras se clasificaron en 4 asociaciones minerales de acuerdo a los datos de difracción de Rayos-X: bentonítica (incluyendo tanto arcillas verdes como arcillas rosas), carbonatada, illítica y arenosa. La geoquímica indica que tanto las asociaciones arenosa, illítica y las arcillas verdes presentan un carácter detrítico mientras que la asociación carbonatada y las arcillas rosas presentan un carácter autigénico. El análisis de los biomarcadores permite observar que dentro de las asociaciones minerales hay una serie de diferencias que llevan a interpretaciones diferentes de la génesis de materiales análogos, probablemente debido a procesos postsedimentarios que degradaron la materia orgánica. Sin embargo, estos análisis también proveen de información interesante como es en el caso de las arcillas rosas, ya que la interpretación del análisis de biomarcadores indica un posible ambiente reductor del medio, coincidente con la interpretación de los análisis geoquímicos. El gran interés económico de las arcillas magnésicas hace que sea de una gran utilidad la realización de estudios que permitan identificar depósitos de interés económico mediante técnicas de teledetección. Con el objetivo de determinar la viabilidad de la aplicación de estas técnicas en la prospección de arcillas magnésicas en la Cuenca del Tajo, se ha realizado un estudio preliminar de la respuesta espectral de muestras superficiales provenientes de las proximidades de la localidad de Esquivias en el rango VNIR – SWIR en el laboratorio. Las muestras se clasificaron en diferentes grupos y subgrupos de acuerdo a la morfología general de sus espectros y estos grupos resultaron corresponder a distintas asociaciones minerales. Así pues, la clasificación permite la asignación de los distintos grupos y subgrupos a las diferentes unidades estratigráficas muestreadas de acuerdo a su mineralogía promedio y posibilita la realización de una cartografía del área en términos de composición mineralógica mediante técnicas de teledetección. Es especialmente interesante remarcar que, pese a la pequeña cantidad que representan las arcillas magnésicas en superficie, estas se pueden identificar claramente en los espectros, demostrando la viabilidad de prospectarlas mediante teledetección. El interés económico de las arcillas magnésicas es debido a sus propiedades físico – químicas, principalmente su elevada superficie específica, y es especialmente interesante estudiarlas en relación con su composición química, textura y estructura. El estudio de estas propiedades en relación con los factores descritos se ha realizado con muestras de sepiolita – palygorskita, siendo las sepiolitas estudiadas de origen turco, concretamente de la Cuenca de Polatli, y las palygorskitas provenientes de diferentes puntos de la geografía española. El estudio de estos materiales muestra que las propiedades de superficie no dependen únicamente de la presencia de diferentes impurezas. La textura juega un papel importante puesto que puede aportar microporosidad textural, pero más allá de eso, la presencia de intercrecimientos de palygorskita dentro de sepiolita y viceversa, deducible tanto a través de los difractogramas como de los análisis cristaloquímicos, es determinante en este tipo de propiedades, ya que la existencia de uno u otro tipo de polisomas influye tanto en la microporosidad estructural debido a los túneles intracristalinos como en la superficie externa por la influencia de los canales superficiales, ya que ambos son mayores para los polisomas de sepiolita que para los de palygorskita.