 |  Natrolita, una de las muchas variedades de zeolita. |
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El término zeolita viene del griego zéo y líthos que quiere decir piedra que hierve o piedra efervescente. En 1756, con el descubrimiento de la stilbita por el mineralogista sueco Barón Alex Frederick Consted, las zeolitas fueron reconocidas por la primera vez. Las zeolitas son aluminosilicatos de metales alcalinos o alcalino-terrosos predominantemente de sodio y calcio (Clarke, 1980). Las zeolitas naturales presentan como características relevantes, una estructura microporosa que le confiere propiedades adsorbentes y una gran capacidad de intercambio catiónico debido a un desequilibrio de cargas que es función de la relación Si y Al.
Las zeolitas naturales se emplean en la remoción de metales pesados en efluentes minero metalúrgicos, en el tratamiento de drenaje ácido de mina y de roca, para la adsorción de vapores de mercurio en hornos de copela quemadores de amalgamas y también en el tratamiento de suelos contaminados por radiación y de licores radioactivos provenientes de centrales nucleares. Según Babel y kurniawan (2003) mas de 100 artículos técnicos tratan del uso de los adsorbentes de iones metálicos de bajo costo, siendo que las zeolitas están entre las mas eficientes.
Las zeolitas naturales son formadas a partir de la precipitación de fluidos contenidos en los poros, tal como en las ocurrencias hidro-termales, o por la alteración de vidrios volcánicos. Las condiciones de presión, temperatura, actividad de las especies iónicas y presión parcial de agua son factores determinantes en la formación de las diferentes especies de zeolitas. Existen cerca de 40 especies de zeolitas naturales conocidas, sin embargo, tan solo algunas especies son ampliamente utilizadas (Jiexiang Y Surent, 1993) Dentro de esas se incluyen: mordenita, clinoptilolita, heulandita, phillipsita, eroinita y chabazita.
La mayoría de las ocurrencias de zeolita puede ser encontrada en uno de los seis ambientes geológicos (Clifont, 1987; Luz, 1994; Mumpton, 1973; Sheppard, 1975): salino o lagos alcalinos, suelos alcalinos, diagenético, sistema abierto, hidrotermal y sedimentos marinos.
Las zeolitas son estructurados en redes cristalinas tridimensionales, compuestas de tetraedros del tipo TO4 ( T = Si, Al, B, Ge, Fe, P, Co …) unidos en los vértices por un átomo de oxígeno. En la figura 1 se presenta las principales unidades estructurales de las zeolitas y en la tabla 1 los principales tipos (Luz, 1994). En la figura 1 se usa la siguiente simbología: A) Tetraedro con un átomo de Si (círculo lleno) en el centro y átomos de oxigeno en los vértices; B) Tetraedro con átomo de Al sustituyendo el Si y unido a un catión monovalente para compensar la diferencia de carga entre el Si y el Al; y C) Átomo Palente para balancear las cargas entre el Al y el Si en una cadena múltiple de tetraedros.
Las propiedades de adsorción de los sólidos. A distancias suficientemente grandes, no existe una interacción apreciable entre una molécula acercándose a una superficie, por lo tanto, la energía de este sistema es próxima a cero. A medida que la molécula se acerca a la superficie la energía del sistema comienza a disminuir debido a que las fuerzas de cohesión de los átomos de la superficie empiezan a verse compensadas. En otras palabras, el potencial de adsorción origina una fuerza atractiva que provoca el acercamiento de la molécula a la superficie. Cuando la distancia entre la superficie y la molécula libre comienza a disminuir, las fuerzas de repulsión (debidas a la proximidad de las capas de electrones de los átomos de la superficie con los átomos de la molécula libre) comienzan a ser importantes. Por lo tanto, existe una distancia para la cual la energía del sistema es mínima. La alta eficiencia de adsorción de las zeolitas está relacionada a la gran superficie interna que esta posee.
Intercambio iónico
La propiedad de Intercambio Iónico (I.I.) se ha observado en minerales silicatos cristalinos como arcillas, feldespatos y zeolitas. Se considera una propiedad intrínseca de estos minerales pues es el producto de la sustitución isomórfica de los átomos de silicio de su estructura cristalina por otros átomos. En el caso de las zeolitas esta sustitución ocurre por átomos tetravalentes de aluminio lo que produce una carga neta negativa en la estructura que se compensa por cationes fuera de ella. Estos cationes son intercambiables, de ahí la propiedad intrínseca de I.I. que también es una manifestación de su naturaleza de estructura cristalina microporosa, pues las dimensiones de sus cavidades y de los cationes que se intercambian determinan el curso del proceso.
El comportamiento de I.I. en las zeolitas depende de varios factores que determinan una mayor selectividad en las zeolitas a determinados cationes: -naturaleza de los cationes en solución, temperatura, concentración de los cationes en solución, aniones asociados con los cationes en solución, solvente – agua, solvente orgánico, estructura de la zeolita – topología de la red y densidad de la carga de red.
La capacidad de intercambio iónico (C.I.I.) de una zeolita es una magnitud que da una medida del monto de equivalentes de un catión que es capaz de retener por intercambio iónico una masa de zeolita. Esta capacidad está directamente relacionada con el Al presente en la red zeolítica y depende directamente de su composición química (Breck, 1974). Una alta capacidad de intercambio iónico corresponde a zeolitas con baja relación SiO2/Al2O3 (Clarke, 1980). La C.I.I. teórica máxima, número de equivalentes intercambiables por masa de la celda unitaria, no siempre puede ser alcanzada debido a la existencia de sitios de intercambio inaccesibles.
Poseedora de importantes reservas, Cuba aspira a aumentar la explotación de zeolita natural, cuyas propiedades y empleo en productos y tecnologías de diversas ramas científicas contribuyen al cuidado del ambiente
Para la experta cubana Martha Velásquez, este mineral no metálico de origen volcánico juega un papel esencial en el desarrollo sostenible presente y futuro. Sus variados usos van desde la filtración de gases nocivos para el entorno hasta el rescate y mejoramiento de suelos, nutrición animal o aditivo al cemento para elaborar hormigones aligerados destinados a la construcción.
Los diversos empleos de la zeolita se deben a su potencial como intercambiador natural de iones, alto poder de adsorción (proceso por el cual un sólido se utiliza para eliminar una sustancia soluble del agua) reversible y tamiz molecular natural, lo que le permite la descontaminación de sustancias tóxicas agresivas. También es capaz de intercambiar metales pesados, como plomo, níquel, hierro y cobalto, y purificar tanto aguas potables como residuales contaminadas para ser vertidas apropiadamente en los cuerpos receptores, dijo a Tierramérica Velásquez, especialista del gubernamental Centro de Investigaciones para la Industria Minero-Metalúrgica.
Por su bajo costo y versatilidad en la aplicación de este mineral, la zeolita también juega un importante rol en la agricultura, para mejorar tierras cultivables, potenciar fertilizantes químicos y orgánicos o como componente de sustratos para el desarrollo de diferentes sembrados.
En la actividad pecuaria, se usa como aditivo de los alimentos para diferentes especies y en lechos de cría de animales. Cuando estas camas finalizan "su vida útil" dejan un abono enriquecido en amonio y otros nutrientes de buenas cualidades para su uso agrícola, señaló Velásquez. Según fuentes oficiales, 70 por ciento de la superficie cultivada de Cuba sufre el impacto de la erosión, salinidad o acidez. Sin embargo, el uso de este recurso es bajo en la agricultura, que aún no se recupera de la crisis económica de los años 90, tras la debacle de la Unión Soviética y del campo socialista de Europa oriental, sus principales aliados económicos e ideológicos.
La onda expansiva de la recesión interrumpió también los programas de explotación y desarrollo de la zeolita, que había cobrado auge en los años 80.
La escasez de transporte, capital y otras dificultades que trajo la crisis hicieron caer en picada el empleo de la zeolita, que iba en camino de hacerse masivo, principalmente en la agricultura.
Velásquez indicó que en la actualidad existe una política de reactivación de la industria agropecuaria y que, a medida que ésta avance, crecerá el uso de la zeolita en ese sector. Para ello "se estudia el tema del transporte y se buscan las variantes más económicas", afirmó.
Otros especialistas también insisten en que elevar el consumo interno es la prioridad del momento. "Queremos emplear nuestros recursos en el país, pero es necesario que nos lo soliciten, que confíen en la zeolita cubana y en la tecnología creada. Y desafortunadamente, muchos empresarios tienen recelos ante los productos nacionales", dijo un funcionario del sector entrevistado por medios cubanos de prensa.
Como parte de los planes de recuperación se realizan inversiones en tres plantas actualmente en operación, a fin de prepararlas para un eventual aumento de la demanda. También se prevén mejoras en más de una decena de yacimientos repartidos por todo el territorio.
En 2008 se exportaron unas 600 toneladas de zeolita, cifra que en 2009 creció a más de 4.490 toneladas. Uno de los compradores es Brasil, donde entre otros usos se emplea para sustituir los tripolifosfatos de sodio, altamente contaminantes, en la fabricación de detergentes.
La demanda de este recurso es elevada en la Unión Europea, Estados Unidos, Canadá y algunas naciones latinoamericanas. Instituciones prestigiosas de Brasil y Japón dan fe de la alta calidad de los yacimientos naturales de Cuba, resaltó Velásquez.
"Lo ideal sería procesar el mineral dentro del país y venderlo con mayor valor agregado, pero hace falta financiamiento", insistió otro experto.
Según investigaciones, existen más de 50 tipos de tierras zeolíticas conocidas. La clinoptilotita posee las propiedades más interesantes de filtración, adsorción y secuestro de cationes (iones con carga positiva). Las zeolitas, "piedras hirvientes" en griego, tienen una estructura semejante a una jaula, formada por tetraedros unidos por átomos de oxígeno.
El mineral se encuentra preferentemente en zonas donde en la prehistoria existieron volcanes. Estados Unidos, Australia, Turquía, Japón y China, además de África, figuran entre los principales productores de zeolitas, aunque se considera posible encontrar yacimientos en todos los continentes.
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