Separación y purificación de fibras de sepiolita: contribución al procesamiento de arcillas especiales para uso industrial

Abstract

La sepiolita constituye uno de los minerales arcillosos con mayor área superficial, lo que permite la adsorción de agua, líquidos polares, iones y otras moléculas. Esta particular hidrofilicidad se debe a la presencia de centros de adsorción activos sobre la superficie de la sepiolita. Teniendo en cuenta que este mineral se utiliza en la industria de absorbentes y como carga de plásticos; la separación de las fibras, de modo de tener la mayor relación longitud/diámetro de las mismas, aumentaría el campo de aplicación y el valor agregado de este mineral no explotado en Argentina. En tal sentido, en el presente trabajo se analizan comparativamente los métodos de liofilización, ultrasonido y ataque ácido, para la separación y purificación de las fibras. La comparación se efectuó a partir de la caracterización del mineral antes y después de cada tratamiento por microscopía electrónica y óptica, difracción de rayos X, espectroscopía de infrarrojo y análisis térmico. Los resultados obtenidos con el tratamiento ácido lo definen como el mejor desde el punto de vista de la purificación, dado que provoca la total eliminación de los carbonatos. El ultrasonido logra una notoria disgregación de las fibras, observándose el desarrollo de una estructura gelificada, producto del alto grado de entrelazamiento de nanofibras que retienen moléculas de agua en su interior. En tanto que la liofilización produce un cambio morfológico sustancial en las fibras con respecto a su separación. Este tratamiento, en comparación a los otros métodos, permite además conservar la longitud inicial de las mismas. Los resultados obtenidos permiten inferir que la sepiolita puede procesarse de modo sencillo y ser usada con alto valor agregado en distintas industrias de nuestro país, sustituyendo la actual importación de la misma.

Sepiolite is a clay minerals with greater surface area, allowing the adsorption of water, polar liquids, ions and other molecules. This particular hydrophilicity is due to the presence of active adsorption centers on the surface of sepiolite. Taking into account this mineral is used as absorbent and as reinforcement in plastics, the highest length/diameter ratio is needed in order to maximize properties. Then, fiber disaggregation would increase its application field and the added value of this untapped mineral in Argentina. In this work, different methods as liofilization, sonication and acid leaching are explored, focusing in the optimization of disaggregation and purification of the fibers. The comparative analysis was made through the sepiolite characterization before and after each treatment by electronic and optical microscopy, x ray diffraction, infrared spectroscopy and thermal analysis. The results obtained from the acid leaching describe it as the better treatment respect to the sepiolite purification due to carbonates elimination. The sonication allows a particular disaggregation, leading to a gel structure development, product of the high entanglement of nanofibers which retain water molecules inside the network. In the case of the liofilization, it produces a substantial morphological variation of the fibers respect to their disaggregation. This method is the best for conserving the initial length of the fibers. These results allow inferring that the sepiolite can be easily processed and be used in different industries in our country with a high added value, replacing its importation.