Efecto del tratamiento mecano-químico sobre la superficie de una mordenita natural cubana

Como es conocido las zeolitas naturales son recursos naturales no renovables que pertenecen al grupo de los minerales no metálicos. Entre los minerales no metálicos de Cuba hay numerosos yacimientos de zeolitas con grandes cantidades de mordenitas y clinoptilolitas que han sido objeto de diferentes estudios desde fines del siglo pasado (Autie y Diaz, 1978; Roque et al., 1983; Roque et al., 1984; Autié et al., 1984; Autié y Roque, 1984) y que en el presente siglo aún se continúan investigando con gran interés (Moreno-Tost et al., 2004; Moreno-Tost et al., 2005; Autié-Castro et al., 2008; Garcia-Basabe et al., 2010; Rivera et al., 2011; Rivera et al., 2013). Además, también existen numerosos yacimientos de vidrios volcánicos que actualmente se están estudiando para diversas aplicaciones como la purificación de las aguas contaminadas con metales pesados y colorantes, y también para la separación de las parafinas ligeras del petróleo (Blanco-Flores et al., 2014; Ortega-Hernández et al., 2016; Fernández-Hechevarría et al., 2017; Autie-Pérez et al., 2018; Cecilia et al., 2018).

En los trabajos consultados se encontró que para la modificación de las características de las zeolitas naturales los procedimientos más utilizados son el intercambio catiónico y el tratamiento con ácido. Pero en la revisión bibliográfica realizada no se han encontrado referencias relacionadas con los efectos del tratamiento mecano-químico sobre las características superficiales de la clinoptilolita y la mordenita natural cubana. Por eso, en el presente trabajo se hizo un estudio inicial por medio de la adsorción de N₂ a 77 K de los efectos antes mencionados al tratar la mordenita natural cubana por el método mecano-químico, ya que puede ser un método relativamente barato y sencillo para variar o mejorar las características antes mencionadas.

La muestra estudiada fue un mineral en trozos procedente del yacimiento Palmarito (MPNat) de la provincia Santiago de Cuba cuya composición de faces y contenido en peso de mordenita, determinado por un conjunto de métodos establecidos en el laboratorio, fue de 85 ± 10 % (Moreno-Tost et al., 2004). El mineral se molió para tomar la fracción 0.25-0.643 mm. El tratamiento mecano-químico se efectuó a una porción de esa fracción de MPNat antes mencionada. Posteriormente el mineral se molió de forma manual con un mortero durante 10 minutos adicionando agua hasta obtener una mezcla homogénea. La muestra así obtenida (denominada MPNatMQ) se depositó en una cápsula de vidrio y se secó en estufa toda la noche a 378 K. Posteriormente la muestra aglutinada debido al tratamiento se molió y tamizó nuevamente separándose en dos fracciones: una entre 0.25 y 0.63 mm, y la otra menor que 0.25 mm. A continuación, se tomaron 3 gramos de la muestra de fracción 0.25-0.63 mm para los estudios y comparaciones posteriores. Por último, el mineral se pesó y activó a 573 K por 8 horas en un equipo de adsorción Micromeritics ASAP 2020 en el que se obtuvieron las isotermas de N₂ a 77 K. Para apreciar los efectos del tratamiento sobre la superficie del mineral natural (MPNat) se obtuvieron las isotermas de N₂ a 77 K a la fracción 0.25-0.63 mm del mismo sin someterlo a tratamiento mecano-químico. Las isotermas experimentales se ajustaron por el modelo de BET con cuyos resultados se pudieron deducir conclusiones de interés sobre las variaciones de las características superficiales del mineral debido al tratamiento mecano-químico.

La isoterma de adsorción de la MPNat inicialmente no presentó un codo perceptible por lo que, al eliminar el primer punto, se consideró como del Tipo III de la clasificación de la IUPAC (IUPAC 1986).

En cambio, la isoterma de adsorción de la MPNatMQ mostró un codo inicial muy bien definido seguido por una elevación suave continua, por lo que se estimó que perteneció al Tipo II de la misma clasificación.

Lo anterior se observó muy bien en la figura 1, donde además quedó claro que los valores de las cantidades adsorbidas para cada valor de la presión de equilibrio fueron siempre mayores para la MPNatMQ.

Cuando las isotermas experimentales se representaron en coordenadas de BET (Figuras 2 y 3) sus gráficos fueron líneas rectas con R=0.99057 y R=0.99976 y las superficies específicas determinadas a partir de los parámetros de las rectas correspondientes fueron 37.5 y 92.4 m²/g para la MPNat y MPNatMQ respectivamente (Tabla 1).

Aquí hay que considerar:

Pero es de destacar que solamente con el tratamiento mecano-químico la superficie específica aumentó en casi 2,5 veces (Tabla 1). Esto puso de manifiesto que con el tratamiento se abrió el acceso del N₂ a 77 K a sitios que en el mineral original fueron bloqueados posiblemente debido al aglutinamiento sufrido por el mineral durante su proceso de formación y permanencia en el yacimiento y la presencia de las impurezas acompañantes.

Lo anterior indicó que resultaría ventajoso el tratamiento mecano-químico del mineral antes de someterlo a otra modificación, por ejemplo, el intercambio catiónico.

El tratamiento mecano-químico abrió el acceso del N₂ a 77 K a sitios que en el mineral sin tratamiento mecano-químico estaban bloqueados.

Con el tratamiento mecano-químico la superficie específica aumentó en casi 2,5 veces respecto a la del mineral sin tratamiento.

Por las dos conclusiones anteriores se deduce que puede ser conveniente el tratamiento mecano-químico del mineral antes de ser sometido a otra modificación.