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Etringita

La etringita es un mineral de sulfato de calcio y aluminio hidratado con la fórmula: Ca 6 Al 2 (SO 4 ) 3 (OH) 12 ·26H 2 O . Es un mineral incoloro a amarillo que cristaliza en el sistema trigonal . Los cristales prismáticos son típicamente incoloros y se vuelven blancos con la deshidratación parcial. [3] [4] Es parte del grupo de la etringita que incluye otros sulfatos como la taumasita y la bentorita . [5]

Descubrimiento y ocurrencia

Etringita, 6,5 × 3,2 cm. Minas de N'Chwaning, campos de manganeso de Kalahari, provincia del Cabo del Norte , Sudáfrica

La etringita fue descrita por primera vez en 1874 por J. Lehmann , [6] para una ocurrencia cerca del Volcán Ettringer Bellerberg , Ettringen , Renania-Palatinado , Alemania . [3] [4] Se presenta dentro de piedra caliza alterada metamórficamente adyacente a rocas ígneas intrusivas o dentro de xenolitos . También se presenta como costras de meteorización en larnita en la Formación Hatrurim de Israel . [3] Se presenta asociada con portlandita , afwillita e hidrocalumita en Scawt Hill , Irlanda y con afwillita, hidrocalumita, mayenita y yeso en la Formación Hatrurim. [3] También se ha informado de su presencia en la cantera Zeilberg, Maroldsweisach , Baviera ; en Boisséjour , cerca de Clermont-Ferrand, Puy-de-Dôme , Auvernia , Francia ; la mina N'Chwaning, distrito de Kuruman, provincia del Cabo , Sudáfrica ; en los EE. UU., se encontraron ocurrencias en skarn de espurrita -merwinita- gehlenita en el nivel 910 de la cantera Commercial, Crestmore, condado de Riverside, California [7] y en la mina Lucky Cuss, Tombstone, Arizona . [3] [4]

La etringita también se conoce a veces en la literatura francesa antigua como sal de Candelot o sal de Candlot. [8]

Presencia en el cemento

Imagen SEM de pasta de cemento endurecida fracturada, que muestra delgadas placas hexagonales de portlandita ( hidróxido de calcio ) y agujas de etringita (escala micrométrica)

En la química del hormigón, la etringita es un hidrato de trisulfato de aluminato hexacálcico , de fórmula general cuando se expresa como óxidos:

6CaO · Al2O3 · 3SO3 · 32H2O

o

3CaO · Al2O3 · 3CaSO4 · 32H2O .

La etringita se forma en el sistema de cemento Portland hidratado como resultado de la reacción del aluminato tricálcico ( C
3
A
) con sulfato de calcio , ambos presentes en el cemento Portland. [9]

C 3 A + 3 CaSO 4 → etringita

La adición de yeso ( CaSO4 · 2H2O ) al clínker durante la operación de molienda para obtener el polvo triturado de cemento Portland es esencial para evitar el fraguado instantáneo del hormigón durante su hidratación temprana. En efecto, el aluminato tricálcico ( C
3
A
) es la fase más reactiva de las cuatro fases minerales principales presentes en el cemento Portland ( C 3 S , C 2 S , C 3 A y C 4 AF ). La hidratación del C 3 A es muy exotérmica y también ocurre muy rápido en la mezcla de hormigón fresco, ya que la temperatura aumenta rápidamente con el progreso de la reacción de hidratación. El efecto de la adición de yeso es promover la formación de una fina película impermeable de etringita en la superficie del C
3
Los
granos A pasivan su superficie y, por lo tanto, retardan su hidratación. [10] La adición de yeso al cemento Portland es necesaria para controlar el fraguado del hormigón. [10]

La etringita, el representante más destacado de las fases AFt o ( Al 2 O 3 − Fe 2 O 3 − tri ), también se puede sintetizar en solución acuosa haciendo reaccionar cantidades estequiométricas de óxido de calcio , óxido de aluminio y sulfato.

En el sistema de cemento, la presencia de etringita depende de la relación entre sulfato de calcio y aluminato tricálcico ( C 3 A ); cuando esta relación es baja, la etringita se forma durante la hidratación temprana y luego se convierte en monosulfato de aluminato de calcio ( fases AFm o ( Al 2 O 3 − Fe 2 O 3 − mono )). Cuando la relación es intermedia, solo una parte de la etringita se convierte en AFm y ambas pueden coexistir, mientras que es poco probable que la etringita se convierta en AFm en relaciones altas.

Agujas de etringita fibrorradiadas sobre escoria ( fundición Concordia , Eschweiler , Aquisgrán , Alemania)

Las siguientes abreviaturas estándar se utilizan para designar las diferentes fases de óxido en la notación química del cemento (CCN): [11]

Fases AFt y AFm

Estructura

Fotografía de agujas de etringita entrelazadas obtenidas mediante microscopio electrónico de barrido (SEM)

El mineral etringita tiene una estructura que corre paralela al eje c – el eje de la aguja – en el medio de estos dos se encuentran los iones sulfato y las moléculas de H2O , el grupo espacial es P31c. El sistema cristalino de etringita es trigonal , los cristales son alargados y en forma de aguja, la aparición de desorden o enroscamiento es común, lo que afecta al material intercolumnar. [12] El primer estudio cristalográfico de difracción de rayos X fue realizado por Bannister, Hey y Bernal (1936), quienes encontraron que la celda unitaria del cristal tiene una forma hexagonal con a = 11,26 y c = 21,48 con el grupo espacial P6
3
/mmc y Z = 2, donde Z es un número de unidades de fórmula por celda unitaria. A partir de observaciones sobre la deshidratación y las fórmulas químicas, se sugirió que la estructura estaba compuesta de Ca2+
y Al(OH)3−
6
, estaban entre ellos yacían SO2−
4
iones y moléculas de H 2 O. Se realizaron más estudios con rayos X; a saber, Wellin (1956) que determinó la estructura cristalina de la taumasita , y Besjak y Jelenic (1966) que dieron confirmación de la naturaleza estructural de la etringita. [12]

CE Tilley analizó una muestra de etringita extraída de Scawt Hill ; el cristal medía 1,1 × 0,8 × 0,5 mm y tenía una gravedad específica de1,772 ± 0,002 , poseía cinco caras prismáticas de la forma m {10 1 0} y una pequeña cara a {11 2 0}, sin caras piramidales o basales. Tras la difracción de rayos X, un diagrama de Laue a lo largo del eje c reveló un eje hexagonal con planos verticales de simetría; este estudio mostró que la estructura tiene una red hexagonal y no romboédrica . [13] Estudios posteriores realizados sobre etringita sintética mediante el uso de rayos X y difracción de polvo confirmaron suposiciones y análisis anteriores. [14]

Al analizar la estructura tanto de la etringita como de la taumasita, se dedujo que ambos minerales tienen estructuras hexagonales, pero diferentes grupos espaciales.

Los cristales de etringita tienen un P31c con a = 11,224 Å, c = 21.108 Å, mientras que los cristales de taumasita caen en el grupo espacial P6 3 con a = 11,04 Å, c = 10,39 Å Si bien estos dos minerales forman una solución sólida , la diferencia en los grupos espaciales conduce a discontinuidades en los parámetros de la celda unitaria. Las diferencias entre las estructuras de etringita y taumasita surgen de las columnas de cationes y aniones. Las columnas de cationes de etringita están compuestas de Ca 3 [Al(OH) 6 ·12H 2 O] 3+ , que corren paralelas al eje c , y las otras columnas de aniones sulfato y moléculas de agua en canales paralelos a estas columnas. En contraste, la taumasita contiene un complejo de silicio hexacoordinado de Si(OH)2–
6
(una configuración octaédrica rara para Si) consiste en una columna cilíndrica de Ca 3 [Si(OH) 6 ·12H 2 O] 4+ en el eje c , con aniones sulfato y carbonato en canales entre estas columnas que también contienen moléculas de agua. [15]

Investigaciones adicionales

Se realizan investigaciones en curso sobre etringita y minerales de fase de cemento para encontrar nuevas formas de inmovilizar aniones tóxicos (por ejemplo, borato , selenato y arsenato ) y metales pesados ​​para evitar su dispersión en suelos y el medio ambiente; esto se puede lograr utilizando las fases de cemento adecuadas cuya red cristalina pueda acomodar estos elementos. Por ejemplo, la inmovilización de cobre a pH alto se puede lograr a través de la formación de CSH /CAH y etringita. [16] La estructura cristalina de la etringita Ca 6 Al 2 (SO 4 ) 3 (OH) 12 ·26H 2 O puede incorporar una variedad de iones divalentes: Cu 2+ , Pb 2+ , Cd 2+ y Zn 2+ , que pueden sustituir al Ca 2+ . [16]

Véase también

Referencias

  1. ^ Warr, LN (2021). "Símbolos minerales aprobados por IMA–CNMNC". Revista Mineralógica . 85 (3): 291–320. Código Bibliográfico :2021MinM...85..291W. doi : 10.1180/mgm.2021.43 . S2CID  235729616.
  2. ^ Datos de etringita, Webmineral
  3. ^ abcdef Etringita en Manual de mineralogía
  4. ^ abcd Etringita. Mindat.org
  5. ^ Grupo de etringita. Mindat.org
  6. ^ Lehmann, J. (1874). Sobre el Ettringit, un nuevo mineral en Kalkeinschlüssen der Lava von Ettringen (Laacher Gebiet). N.Jb. Mineral. Geol. Paläont., 273–275.
  7. ^ Carpenter, AB (1963). Crecimientos excesivos orientados de taumasita sobre etringita. Am. Mineral. 48
  8. ^ Thiery, Vincent; Rica, Brunilda (2021). "Explicación de los minerales 59: Etringita". Geology Today . 37 (2): 70–76. doi :10.1111/gto.12346. ISSN  1365-2451. S2CID  233817487 . Consultado el 6 de abril de 2023 .
  9. ^ Merlini, Marco; Artioli, Gilberto; Cerulli, Tiziano; Cella, Fiorenza; Bravo, Anna (2008). "Hidratación de aluminato tricálcico en sistemas aditivados. Un estudio cristalográfico por SR-XRPD". Investigación sobre Cemento y Hormigón . 38 (4). Elsevier: 477–486. doi :10.1016/j.cemconres.2007.11.011.
  10. ^ ab Divet, Loïc (2000). "Etat des connaissances sur les causesposibles des réactions sulfatiques internes au béton" [Estado de conocimientos sobre las posibles causas de las reacciones de los sulfatos internas al hormigón] (PDF) . Bulletin de Liaison des Laboratoires des Ponts et Chaussées . 227 : 71–84.
  11. ^ Bazant, ZP; Wittmann, FH (1982). Fluencia y contracción en estructuras de hormigón . John Wiley and Sons. ISBN 0-471-10409-4.
  12. ^ ab Moore, AE; Taylor, HFW (1970). "Estructura cristalina de la etringita". Acta Crystallographica Sección B . 26 (4): 386–393. doi :10.1107/S0567740870002443. S2CID  4188234.
  13. ^ Bannister, FA (1935). "Ettringita de Scawt Hill, condado de Antrim" (PDF) . Mineralogical Magazine . 24 (153): 324–329. doi :10.1180/minmag.1936.024.153.05.
  14. ^ Goetz-Neunhoeffer, F. y Neubauer, J. (2006). Estructura de etringita refinada (Ca 6 Al 2 (SO 4 ) 3 (OH) 12 ·26H 2 O) para análisis cuantitativo de difracción de rayos X. Difracción de polvos 21 , 4–11.
  15. ^ Rachel L. Norman, Sandra E. Dann, Simon C. Hogg, Caroline A. Kirk. (2013). Síntesis y caracterización estructural de nuevas fases de tipo etringita y taumasita: Ca 6 [Ga(OH) 6 ·12H 2 O] 2 (SO 4 ) 3 ·2H 2 O y Ca 6 [M(OH) 6 ·12H 2 O] 2 (SO 4 ) 2 (CO 3 ) 2 , M = Mn, Sn. Ciencias del Estado Sólido 25.
  16. ^ ab Moon DH, Park JW, Cheong KH, Hyun S., Koutsospyros A., Park JH, Ok YS (2013). Estabilización de suelo de campo de tiro contaminado con plomo y cobre utilizando conchas de ostras calcinadas y cenizas volantes, Environ Geochem Health 35.