La halloysita se presenta naturalmente en forma de pequeños cilindros (nanotubos) que tienen un espesor de pared de 10 a 15 láminas de aluminosilicato atómico, un diámetro exterior de 50 a 60 nm, un diámetro interior de 12 a 15 nm y una longitud de 0,5 a 10 μm. [5] Su superficie exterior está compuesta principalmente de SiO 2 y la superficie interior de Al 2 O 3 y, por lo tanto, esas superficies tienen cargas opuestas. [6] [7] Se encuentran dos formas comunes. Cuando está hidratada, la arcilla presenta un espaciamiento de las capas de 1 nm, y cuando está deshidratada (meta-halloysita), el espaciamiento es de 0,7 nm. La capacidad de intercambio catiónico depende de la cantidad de hidratación, ya que el 2H 2 O tiene 5 a 10 meq /100 g, mientras que el 4H 2 O tiene 40 a 50 meq/100 g. [8] Endelita es el nombre alternativo para la estructura Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 ·2(H 2 O). [8] [9]
Debido a la estructura estratificada de la halloysita, ésta presenta una gran superficie específica que puede alcanzar los 117 m 2 /g. [10]
Formación
Micrografía electrónica de nanotubos de halloysita [6]Nanotubos de halloysita intercalados con nanopartículas catalíticas de rutenio [6]
La formación de halloysita se debe a una alteración hidrotermal , y suele encontrarse cerca de rocas carbonatadas . Por ejemplo, se sospecha que las muestras de halloysita encontradas en Wagon Wheel Gap, Colorado , Estados Unidos, son producto de la erosión de la riolita por el movimiento de aguas descendentes. [4] En general, la formación de minerales arcillosos se ve muy favorecida en los climas tropicales y subtropicales debido a las inmensas cantidades de flujo de agua. También se ha encontrado halloysita superpuesta a roca basáltica , sin mostrar cambios graduales de la roca a la formación mineral. [11] La halloysita se produce principalmente en suelos de origen volcánico recientemente expuestos, pero también se forma a partir de minerales primarios en suelos tropicales o materiales erosionados preglacialmente. [12] Las rocas ígneas, especialmente las rocas basálticas vítreas, son más susceptibles a la erosión y alteración formando halloysita.
A menudo, como es el caso de la halloysita encontrada en el condado de Juab, Utah , Estados Unidos , la arcilla se encuentra en estrecha asociación con goethita y limonita y, a menudo, intercalada con alunita . Los feldespatos también están sujetos a descomposición por agua saturada con dióxido de carbono . Cuando el feldespato se encuentra cerca de la superficie de los flujos de lava, la concentración de CO 2 es alta y las velocidades de reacción son rápidas. A medida que aumenta la profundidad, las soluciones de lixiviación se saturan con sílice, aluminio, sodio y calcio. Una vez que las soluciones se agotan en CO 2, precipitan como minerales secundarios. La descomposición depende del flujo de agua. En el caso de que la halloysita se forme a partir de plagioclasa , no pasará por etapas intermedias. [4]
Ubicaciones
Se extrae y luego se procesa una halloysita altamente refinada de un yacimiento de riolita en la Bahía de Matauri , Nueva Zelanda . [13] [14] [15] [16] La producción anual de esta mina es de hasta 20.000 toneladas por año. [17]
Uno de los depósitos de halloysita más grandes del mundo es Dunino, cerca de Legnica en Polonia. [18] Tiene reservas estimadas en 10 millones de toneladas de material. Esta halloysita se caracteriza por una estructura laminada y tubular en capas. [19]
La mina Dragon, ubicada en el distrito de Tintic, Eureka, Utah , EE. UU., contiene halloysita de calidad catalítica. El depósito Dragon Mine es uno de los más grandes de Estados Unidos. La producción total a lo largo de 1931-1962 resultó en casi 750.000 toneladas métricas de halloysita extraída. Están presentes halloysita pura clasificada en 10a y 7a. [20]
Aplicaciones
Comercial
Los usos de la halloysita producida en el depósito de Matauri Bay en Nueva Zelanda incluyen porcelana y porcelana china por parte de fabricantes de varios países, particularmente en Asia. [13] [14] [15] [16]
Estudios de laboratorio
La halloysita es un adsorbente eficaz tanto para cationes como para aniones . También se ha utilizado como catalizador de craqueo de petróleo, y Exxon desarrolló un catalizador de craqueo basado en halloysita sintética en la década de 1970. [21] Debido a su estructura, la halloysita se puede utilizar como relleno en forma natural o modificada en nanocompuestos. Los nanotubos de halloysita se pueden intercalar con nanopartículas metálicas catalíticas hechas de plata , rutenio , rodio , platino o cobalto , sirviendo así como soporte del catalizador. [6]
Se ha evaluado el uso de halloysita en la sorción de CO 2 [22] y CH 4 . [23]
Debido a su nanoestructura, la halloysita se utiliza como principal relleno nanoestructurado en membranas de matriz mixta (MMM) multifuncionales, abriendo nuevas posibilidades en la separación de mezclas gaseosas y líquidas [24] y en la purificación de agua. [25]
Además de soportar nanopartículas, los nanotubos de halloysita también se pueden utilizar como plantilla para producir nanopartículas (NP) redondas y bien dispersas. Por ejemplo, se sintetizaron en agua NP de bismuto y subcarbonato de bismuto con tamaño controlado (~ 7 nm). Es importante destacar que cuando no se utilizó halloysita, se obtuvieron nanoplacas grandes en lugar de esferas redondas. [26]
La halloysita también se utiliza para purificar el agua, por ejemplo, a partir de dos colorantes azoicos se eliminaron del agua. soluciones. por adsorción en una halloysita polaca del depósito Dunino. [27]
La halloysita tiene muchas ventajas y se presenta como un nanocontenedor. [28] [29]
La halloysita también se puede utilizar para producir nanotubos de silicio porosos como materiales anódicos para baterías de iones de litio mediante el grabado selectivo de óxido de aluminio y la reducción térmica. [30]
Como nanorelleno en nanocompuestos, por ejemplo, poliuretano termoplástico, que actúa sobre las propiedades mecánicas, fisicoquímicas y biológicas. [31]
Química y mineralogía
Los análisis químicos y mineralógicos típicos de dos grados comerciales de halloysita son: [32]
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