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]
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]
En la química del hormigón, la etringita es un hidrato de trisulfato de aluminato hexacálcico , de fórmula general cuando se expresa como óxidos:
o
La etringita se forma en el sistema de cemento Portland hidratado como resultado de la reacción del aluminato tricálcico ( C
3A ) con sulfato de calcio , ambos presentes en el cemento Portland. [9]
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
3A ) 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 de 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
3Los 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.
Las siguientes abreviaturas estándar se utilizan para designar las diferentes fases de óxido en la notación química del cemento (CCN): [11]
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−
4iones 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 confirmaron 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. Por el contrario, 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]
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]
