La wollastonita es un mineral de inosilicato de calcio ( Ca Si O 3 ) que puede contener pequeñas cantidades de hierro , magnesio y manganeso en sustitución del calcio. Suele ser de color blanco. Se forma cuando la piedra caliza o dolomita impura se somete a altas temperaturas y presiones, lo que a veces ocurre en presencia de fluidos que contienen sílice como en los skarns [7] o en contacto con rocas metamórficas . Los minerales asociados incluyen granates , vesuvianita , diópsido , tremolita , epidota , feldespato plagioclasa , piroxeno y calcita . Recibe su nombre del químico y mineralogista inglés William Hyde Wollaston (1766–1828).
A pesar de su similitud química con el espectro compositivo del grupo de minerales piroxenos (donde la sustitución de magnesio (Mg) y hierro (Fe) por calcio termina con diópsido y hedenbergita respectivamente), es estructuralmente muy diferente, con un tercer SiO4−4tetraedro [8] en la cadena enlazada (a diferencia de dos en los piroxenos).
Se estima que la producción mundial de mineral de wollastonita en bruto fue de 1.200.000 toneladas en 2021. Se estima que las reservas mundiales de wollastonita superan los 100 millones de toneladas, aunque no se han estudiado algunos depósitos existentes.
Los principales productores de wollastonita son China, India, Estados Unidos, México y Finlandia. [9]
En Estados Unidos, la wollastonita se extrae en Willsboro, Nueva York (el primer laboratorio para la investigación local de wollastonita fue creado en Essex, Nueva York por Koert Burnham en la década de 1940. El edificio original del laboratorio todavía existe como edificio residencial y comercial) y Gouverneur, Nueva York . También se han extraído depósitos con fines comerciales en el noroeste de México . [10]
El precio de la wollastonita en bruto en 2008 varió entre 80 y 500 dólares EE.UU. por tonelada dependiendo del país y del tamaño y la forma de las partículas de polvo. [10]
La wollastonita es uno de los silicatos de reacción más rápida, pero puede tener altos costos asociados con el almacenamiento de carbono. [11] La adición de wollastonita al suelo estimula la mineralización de carbono orgánico. [12]
La wollastonita tiene importancia industrial en la fabricación de cerámica como aditivo. [13]
En cerámica, la wollastonita disminuye la contracción y la evolución de gases durante la cocción , aumenta la resistencia en estado verde y cocido, mantiene el brillo durante la cocción, permite una cocción rápida y reduce el agrietamiento, las grietas y los defectos del esmaltado. [ cita requerida ]
La wollastonita puede servir como sustituto del amianto en baldosas para pisos, productos de fricción, paneles y tableros aislantes , pintura, plásticos y productos para techos. Al igual que el amianto, la wollastonita es resistente al ataque químico, estable a altas temperaturas y mejora la resistencia a la flexión y a la tracción en los compuestos. [10] En algunas industrias, la wollastonita se utiliza en diferentes porcentajes de impurezas, como su uso como fabricante de aislamiento de lana mineral o como material de construcción ornamental. [14] La wollastonita se utiliza en un cemento anunciado en 2019 que "reduce la huella de carbono general en el hormigón prefabricado en un 70%". [15]
La wollastonita se ha estudiado para la mineralización de carbono para el almacenamiento de dióxido de carbono (CO 2 ) de acuerdo con la siguiente reacción: [16]
En aplicaciones metalúrgicas, la wollastonita sirve como fundente para soldadura, fuente de óxido de calcio, acondicionador de escoria y para proteger la superficie del metal fundido durante la colada continua de acero. [ cita requerida ]
Como aditivo en la pintura, la wollastonita mejora la durabilidad de la película de pintura, actúa como un amortiguador de pH , mejora su resistencia a la intemperie, reduce el brillo, reduce el consumo de pigmento y actúa como agente mateante y suspensivo. [ cita requerida ]
En los plásticos, la wollastonita mejora la resistencia a la tracción y a la flexión , reduce el consumo de resina y mejora la estabilidad térmica y dimensional a temperaturas elevadas. Se utilizan tratamientos de superficie para mejorar la adhesión entre la wollastonita y los polímeros a los que se añade. [ cita requerida ]
Se estima que las aplicaciones de plásticos y caucho representaron entre el 25% y el 35% de las ventas en Estados Unidos en 2009, seguidas de las cerámicas con el 20% y el 25%; las pinturas, con el 10% y el 15%; las aplicaciones metalúrgicas, con el 10% y el 15%; los productos de fricción, con el 10% y el 15%; y los productos varios, con el 10% y el 15%. Las aplicaciones cerámicas probablemente representan entre el 30% y el 40% de las ventas de wollastonita en todo el mundo, seguidas de los polímeros (plásticos y caucho) con el 30% y el 35% de las ventas, y las pinturas con el 10% y el 15% de las ventas. Las ventas restantes fueron para construcción, productos de fricción y aplicaciones metalúrgicas. [ cita requerida ]
La naturaleza acicular de muchos productos de wollastonita le permite competir con otros materiales aciculares, como fibra cerámica, fibra de vidrio, fibra de acero y varias fibras orgánicas, como aramida , polietileno , polipropileno y politetrafluoroetileno en productos donde se buscan mejoras en la estabilidad dimensional, el módulo de flexión y la deflexión térmica.
La wollastonita también compite con varios minerales o rocas no fibrosas, como el caolín , la mica y el talco , que se añaden a los plásticos para aumentar la resistencia a la flexión, y minerales como la barita, el carbonato de calcio, el yeso y el talco, que imparten estabilidad dimensional a los plásticos.
En cerámica, la wollastonita compite con carbonatos, feldespato , cal y sílice como fuente de calcio y silicio. Su uso en cerámica depende de la formulación del cuerpo cerámico y del método de cocción. [9]
En un CaSiO 3 puro , cada componente forma casi la mitad del mineral en peso: 48,3% de CaO y 51,7% de SiO 2 . En algunos casos, pequeñas cantidades de hierro (Fe) y manganeso (Mn), y cantidades menores de magnesio (Mg) sustituyen al calcio (Ca) en la fórmula mineral ( p. ej ., rodonita ). [14] La wollastonita puede formar una serie de soluciones sólidas en el sistema CaSiO 3 -FeSiO 3 , o síntesis hidrotermal de fases en el sistema MnSiO 3 -CaSiO 3 . [13]
La wollastonita suele presentarse como un componente común de una caliza impura metamorfoseada térmicamente , pero también puede presentarse cuando el silicio se debe al metamorfismo en contacto con sedimentos calcáreos alterados o a la contaminación en la roca ígnea invasora . En la mayoría de estos casos es el resultado de la siguiente reacción entre la calcita y la sílice con pérdida de dióxido de carbono : [13]
La wollastonita también puede producirse en una reacción de difusión en skarn , se desarrolla cuando la piedra caliza dentro de una arenisca se metamorfosea por un dique , lo que da como resultado la formación de wollastonita en la arenisca como resultado de la migración hacia afuera de Ca. [13]
La wollastonita cristaliza triclínicamente en el grupo espacial P 1 con las constantes reticulares a = 7,94 Å , b = 7,32 Å, c = 7,07 Å; α = 90,03°, β = 95,37°, γ = 103,43° y seis unidades de fórmula por celda unitaria . [17] La wollastonita alguna vez se clasificó estructuralmente dentro del grupo de los piroxenos, porque ambos grupos tienen una relación Si:O = 1:3. En 1931, Warren y Biscoe demostraron que la estructura cristalina de la wollastonita difiere de los minerales del grupo de los piroxenos, y clasificaron este mineral dentro de un grupo conocido como los piroxenoides . [13] Se ha demostrado que las cadenas de piroxenos están más retorcidas que las del grupo de los piroxenos y exhiben una distancia de repetición más larga. La estructura de la wollastonita contiene infinitas cadenas de tetraedros [SiO 4 ] que comparten vértices comunes y discurren en paralelo al eje b . El motivo de la cadena en la wollastonita se repite después de tres tetraedros, mientras que en los piroxenos solo se necesitan dos. La distancia de repetición en las cadenas de wollastonita es de 7,32 Å y es igual a la longitud del eje b cristalográfico .
El CaSiO 3 fundido mantiene una estructura local tetraédrica de SiO 4 a temperaturas de hasta 2000 °C. [18] La coordinación Ca-O del vecino más cercano disminuye de 6,0(2) en el vidrio a temperatura ambiente a 5,0(2) en el líquido a 1700 °C, coincidiendo con un número creciente de vecinos Ca-O más largos. [19] [20]
Este artículo incorpora material de dominio público de Wollastonite. Servicio Geológico de los Estados Unidos .
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