Vermiculita

Antecedentes

El término vermiculita se aplica a un grupo de minerales caracterizados por su capacidad para expandirse en hebras largas, parecidas a gusanos, cuando se calientan. Este proceso de expansión se llama exfoliación. El nombre vermiculita se deriva de una combinación de la palabra latina vermiculare que significa "criar gusanos", y el sufijo-ite en inglés, que significa mineral o roca. En su forma expandida, la vermiculita tiene una densidad y conductividad térmica muy bajas, lo que la hace atractiva para su uso como enmienda del suelo, agregado de construcción liviano y relleno de aislamiento térmico. La vermiculita expandida también tiene una gran superficie químicamente activa, lo que la hace útil como absorbente en algunos procesos químicos. Cuando la vermiculita se muele en un polvo fino, se usa como relleno en tintas, pinturas, plásticos y otros materiales.

Historial

La vermiculita y sus propiedades únicas se conocían ya en 1824, cuando Thomas H. Webb experimentó con ella en Worcester, Massachusetts. Fue Webb quien le dio al mineral su nombre fantasioso porque pensó que las largas hebras parecían una masa de pequeños gusanos. La vermiculita no se consideró más que una curiosidad científica hasta principios del siglo XX, cuando se buscaron usos más prácticos. El primer esfuerzo minero comercial ocurrió en 1915 en Colorado. El material se vendió como ceniza de tung, pero no encontró compradores suficientes y la empresa fracasó. La primera mina de vermiculita exitosa fue iniciada por Zonolite Company en Libby, Montana, en 1923. La mina continuó operando hasta 1990.

La operación minera de vermiculita más grande del mundo se encuentra en el distrito de Phalabowra (también a veces escrito Palabora) de la República de Sudáfrica. Otros países que producen cantidades importantes de vermiculita son Estados Unidos, China, Rusia, Brasil, Japón, Zimbabwe y Australia.

En 1999, había tres operaciones mineras de vermiculita activas en los Estados Unidos, dos en Carolina del Sur y una en Virginia, que enviaban mineral de vermiculita concentrado a plantas de exfoliación ubicadas en todo el país. Además de utilizar vermiculita concentrada de las operaciones mineras nacionales, estas plantas también importaron alrededor de 77.000 toneladas (70.000 toneladas métricas) de vermiculita concentrada de fuentes extranjeras, principalmente Sudáfrica.

Materias primas

Técnicamente, la vermiculita abarca un gran grupo de silicatos laminares hidratados de magnesio, aluminio y hierro, que se asemejan a la mica. Hay dos claves para las propiedades únicas de la vermiculita. La primera es su estructura cristalina laminar (o estratificada), que proporciona las placas articuladas que hacen que el material se expanda o despliegue de forma lineal, como un acordeón. El segundo es el hecho de que contiene agua atrapada, que se convierte en vapor cuando se calienta para forzar la apertura de las capas. Hay una gran cantidad de minerales y suelos de vermiculita de origen natural, y su identificación a menudo requiere un análisis científico sofisticado.

Una de las formas más comunes de vermiculita se conoce generalmente como vermiculita comercial. Esta es la forma que se extrae y procesa para varios usos finales. Se deriva de rocas que contienen grandes cristales de los minerales biotita y flogopita que contiene hierro. A medida que estas rocas están expuestas al clima, comienzan a descomponerse, lo que permite que el agua entre y reaccione con los diversos productos químicos presentes. A medida que avanzan la descomposición y las reacciones químicas, se forma vermiculita.

Un análisis químico típico de la vermiculita comercial muestra que contiene entre un 38% y un 46% de óxido de silicio (SiO ₂ ), 16-35% de óxido de magnesio (MgO), 10-16% de óxido de aluminio (Al ₂ O ₃ ), 8-16% de agua, más cantidades menores de varios otros productos químicos.

Cuando los copos de vermiculita comerciales se calientan y expanden, experimentan un cambio de color que depende de los productos químicos presentes y de la temperatura del horno. Los gránulos de vermiculita expandida resultantes suelen tener un color marrón dorado con una densidad aparente de aproximadamente 4-10 lb / pie3 (64-160 kg / m3), dependiendo del tamaño de los gránulos.

El proceso de fabricación

El proceso de fabricación utilizado para producir vermiculita expandida comercial consta de dos operaciones separadas. Las operaciones de extracción y concentración que producen hojuelas de vermiculita cruda se llevan a cabo en un solo lugar. Las operaciones de exfoliación y clasificación que producen varios tamaños de gránulos de vermiculita expandidos y livianos para usar en otros productos se llevan a cabo en otro lugar. A veces, estos dos lugares pueden estar separados por medio mundo.

Hay muchos métodos diferentes que se utilizan en ambas operaciones. Los métodos exactos varían de una mina a otra y de una planta a otra. A continuación se muestra un proceso de fabricación típico que se utiliza para producir vermiculita expandida comercial.

Minería

• l Las rocas que contienen vermiculita se extraen de un enorme pozo abierto en el suelo. La tierra encima de las rocas, llamada sobrecarga, se quita con palas eléctricas o raspadores de tierra. Las capas de roca expuestas se perforan luego con grandes taladros neumáticos o hidráulicos y los agujeros se llenan con cargas explosivas. Cuando todo el personal y el equipo se han trasladado fuera del área, se detonan las cargas explosivas.
• 2 El montón de rocas sueltas resultante se recoge con palas eléctricas y se vierte en camiones o vagones de tren, que transportan las rocas a una planta de procesamiento cercana.

Concentrarse

• 3 Las rocas se alimentan a través de una serie de trituradoras y cribas para reducir su tamaño. La vermiculita se separa de las rocas y la tierra circundantes utilizando varias técnicas húmedas o secas, según la operación minera en particular y las regulaciones ambientales locales. Estas técnicas pueden incluir flotación por espuma, separaciones por gravedad, aventado o separación electrostática. En cada una de estas técnicas, la vermiculita misma o los otros materiales quedan atrapados y separados entre sí hasta que las escamas de vermiculita resultantes tienen una pureza de aproximadamente el 90% en peso.
• 4 Las hojuelas de vermiculita extraídas de varias secciones de la mina se pueden mezclar antes de continuar con el procesamiento para asegurar la uniformidad del producto.

Calificación

• 5 Los copos de vermiculita separados se clasifican por tamaño. Esto se puede hacer con una serie de pantallas o se puede hacer en un túnel de viento cerrado y largo. . En el túnel de viento, los copos se introducen en el extremo aguas arriba del túnel y se transportan a lo largo del túnel mediante el flujo de aire. Los copos más grandes, al ser más pesados, caen primero de la corriente de aire y quedan atrapados en una tolva en el fondo del túnel. Esta separación por peso continúa a lo largo del túnel hasta que todos los copos quedan atrapados en las tolvas. Controlando la longitud de cada abertura de la tolva y la velocidad del aire, los copos se pueden clasificar en varios tamaños o grados, que van desde aproximadamente 0,63 pulgadas (16 mm) hasta aproximadamente 0,02 pulgadas (0,8 mm) de diámetro. Si la vermiculita en particular que se extrae tiende a formar un alto porcentaje de copos grandes, los copos se pueden triturar ligeramente para deslaminarlos y reducir su tamaño. Este proceso se llama desbooking y permite que los copos se calienten rápidamente durante el proceso de exfoliación.
• 6 Las escamas de vermiculita clasificadas se vierten en bolsas de plástico grandes u otros contenedores para su envío a diversas exfoliaciones Un diagrama que representa el procesamiento de la vermiculita. plantas. Si las hojuelas se van a enviar a plantas en el extranjero, se cargan a granel en las bodegas de los barcos para su transporte.

Exfoliante

• 7 Los copos de vermiculita se transportan en camión o tren desde el puerto o mina hasta la planta de exfoliación, donde se descargan y almacenan en un área cubierta para protegerlos de los contaminantes y del clima. Es importante evitar que las escamas absorban humedad. De lo contrario, se necesitará demasiada energía para calentar los copos a la temperatura requerida para que se expandan.
• 8 Los copos se cargan en una cinta transportadora y se elevan a la parte superior de un horno vertical de 20 a 25 pies (6,1 a 7,6 m) de altura revestido con ladrillos de cerámica. A medida que las escamas caen a lo largo del horno, pasan a través de uno o más quemadores alimentados por gas natural . . La temperatura dentro del horno alcanza aproximadamente 1,000-1,500 ° F (540-810 ° C), lo cual es suficiente para hacer que el agua atrapada en los copos se convierta en vapor y haga que los copos se expandan en partículas parecidas a gusanos. En la parte inferior del horno, las partículas se deslizan hacia abajo en un plano inclinado. Esto retrasa la salida de las partículas del horno y permite que la vermiculita se caliente más para alcanzar la expansión completa. Otras plantas de exfoliación pueden usar diferentes configuraciones de horno, pero la secuencia general de operaciones es similar.

Clasificación

• 9 Las partículas de vermiculita expandidas y calientes se extraen luego en un tubo vertical mediante vacío. Las piedras pequeñas u otros contaminantes sólidos son demasiado pesados ​​para ser transportados hacia arriba por el suave flujo de aire y caer por el fondo del tubo. El flujo de aire también actúa para enfriar la vermiculita caliente.
• 10 Si un cliente o una aplicación requieren partículas finas, la vermiculita se puede moler y tamizar para producir un tamaño específico o una gama de tamaños antes de empaquetarla para su envío. En algunas plantas de exfoliación, las partículas más grandes también se pueden tamizar o clasificar en varios tamaños, dependiendo del uso final.
• 11 Las partículas de vermiculita clasificadas o clasificadas se depositan en tolvas de almacenamiento, donde se dispensan en bolsas individuales de papel o plástico de 4 a 6 pies cúbicos (0,10 a 0,15 metros cúbicos) para la venta minorista o se colocan en bolsas más grandes de 50 pies cúbicos. Bolsas de 1,3 metros cúbicos (ft) para su uso en diversas aplicaciones comerciales. Las bolsas se sellan, etiquetan y se trasladan a un almacén para su envío.

Aspectos de salud

Los depósitos de mineral de vermiculita también pueden contener una variedad de otros materiales como mica, cuarzo y feldespato. Estos depósitos varían de un lugar minero a otro. Durante el proceso de fabricación, algunos de estos materiales pueden presentar riesgos potenciales para la salud de los trabajadores. En los Estados Unidos y muchos otros países, estos peligros se definen en las Hojas de datos de seguridad de materiales (MSDS), que identifican el peligro y brindan información sobre la manipulación y eliminación seguras del material.

Uno de los peligros para la salud más comunes en el procesamiento de la vermiculita proviene del cuarzo, que es la sílice cristalina. Por lo general, solo está presente como partículas más grandes, pero cuando se muele en partículas más finas, el polvo puede inhalarse y causar una enfermedad pulmonar llamada silicosis. Como resultado, se incorporan medidas estrictas de control del polvo y de protección personal en aquellas áreas de la operación de procesamiento de vermiculita donde los materiales se muelen, tamizan y embolsan. A nivel del consumidor, la exposición al polvo de sílice es insignificante y no representa un peligro para la salud.

En algunos depósitos de mineral de vermiculita, también puede haber ciertas cantidades de diversas formas de asbesto. Ninguno de los cuerpos de mineral utilizados actualmente por los principales productores de vermiculita representa un riesgo de asbesto para la salud de los trabajadores cuando el material se procesa de acuerdo con la MSDS correspondiente. En agosto de 2000, la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) emitió un informe sobre la venta de vermiculita como enmienda del suelo. En el informe, concluyeron que el amianto representaba poco o ningún riesgo para los consumidores.

El futuro

Aunque hay varios otros materiales que pueden usarse como sustituto de la vermiculita, la conductividad térmica y la densidad extremadamente baja de la vermiculita continúan haciéndola atractiva para muchas aplicaciones. En 1999, se estimó que había aproximadamente 55 millones de toneladas (50 millones de toneladas métricas) de reservas de vermiculita en el mundo.