La halloysita se presenta de forma natural en forma de pequeños cilindros (nanotubos) que tienen un espesor de pared de 10–15 láminas atómicas de aluminosilicato, un diámetro exterior de 50–60 nm, un diámetro interior de 12–15 nm y una longitud de 0,5–10 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 carga opuesta. [6] [7] Se encuentran dos formas comunes. Cuando está hidratada, la arcilla exhibe 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 2H 2 O tiene 5–10 meq /100 g, mientras que 4H 2 O tiene 40–50 meq/100 g. [8] La 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, tiene una gran superficie específica , que puede alcanzar 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 la alteración hidrotermal , y a menudo se encuentra cerca de rocas carbonatadas . Por ejemplo, se sospecha que las muestras de halloysita encontradas en Wagon Wheel Gap, Colorado , Estados Unidos , son el producto de la meteorización de la riolita por aguas que se mueven hacia abajo. [4] En general, la formación de minerales arcillosos es muy favorecida en climas tropicales y subtropicales debido a las inmensas cantidades de flujo de agua. También se ha encontrado halloysita superpuesta a la roca basáltica , sin mostrar cambios graduales de la formación de roca a mineral. [11] La halloysita se presenta principalmente en suelos de origen volcánico recientemente expuestos, pero también se forma a partir de minerales primarios en suelos tropicales o materiales meteorizados preglaciarmente. [12] Las rocas ígneas, especialmente las rocas basálticas vítreas, son más susceptibles a la meteorización y la alteración formando halloysita.
A menudo, como es el caso de la halloysita que se encuentra 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. Al aumentar la profundidad, las soluciones de lixiviación se saturan con sílice, aluminio, sodio y calcio. Una vez que las soluciones se agotan de 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 halloysita altamente refinada y luego se procesa de una formación 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 mayores depósitos de halloysita 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 laminar y tubular en capas. [19]
El yacimiento de la mina Dragon, ubicada en el distrito Tintic, en Eureka, Utah , EE. UU., contiene halloysita de calidad catalítica. El yacimiento de la mina Dragon es uno de los más grandes de los Estados Unidos. La producción total durante el período 1931-1962 resultó en casi 750 000 toneladas métricas de halloysita extraída. Hay halloysita pura clasificada como 10a y 7a. [20]
Aplicaciones
Comercial
Los usos de la halloysita producida en el yacimiento 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 eficiente tanto para cationes como para aniones . También se ha utilizado como catalizador de craqueo de petróleo, y Exxon ha desarrollado 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 formas naturales o modificadas en nanocompuestos. El nanotubo de halloysita se puede intercalar con nanopartículas metálicas catalíticas hechas de plata , rutenio , rodio , platino o cobalto , sirviendo así como soporte del catalizador. [6]
Se ha evaluado la halloysita para su uso 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 multifuncionales (MMM), abriendo nuevas posibilidades en la separación de mezclas gaseosas y líquidas [24] y la purificación de agua. [25]
Además de servir de soporte a las 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 nanopartículas de bismuto y subcarbonato de bismuto de 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 que se eliminaron de soluciones acuosas mediante adsorción en una halloysita polaca del depósito de Dunino. [27]
La halloysita tiene muchas ventajas y se ha descrito como un nanocontenedor. [28] [29]
La halloysita también se puede utilizar para producir nanotubos de silicio porosos como materiales de ánodo para baterías de iones de litio a través del grabado selectivo de óxido de aluminio y 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 calidades comerciales de halloysita son: [32]
Referencias
^ Anthony, John W.; Bideaux, Richard A.; Bladh, Kenneth W.; Nichols, Monte C., eds. (1995). "Halloysite" (PDF) . Manual de mineralogía . Vol. II, 2003 Sílica, silicatos. Chantilly, VA, EE. UU.: Mineralogical Society of America. ISBN 978-0962209710.
^ "Halloysita: información y datos sobre el mineral Halloysita". mindat.org.
^ Barthelmy, Dave. "Datos minerales de halloysita". webmineral.com.
^ abc Kerr, Paul F. (1952). "Formación y aparición de minerales arcillosos". Arcillas y minerales arcillosos . 1 (1): 19–32. Bibcode :1952CCM.....1...19K. doi :10.1346/CCMN.1952.0010104.
^ Saharudin, Mohd Shahneel; Hasbi, Syafawati; Nazri, Muhammad Naguib Ahmad; Inam, Fawad (2020). "Una revisión de los avances recientes en las propiedades mecánicas de los nanocompuestos de arcilla polimérica". En Emamian, Seyed Sattar; Awang, Mokhtar; Yusof, Farazila (eds.). Avances en Ingeniería de Fabricación . Apuntes de conferencias en ingeniería mecánica. Singapur: Springer. págs. 107-129. doi :10.1007/978-981-15-5753-8_11. ISBN978-981-15-5753-8. Número de identificación del sujeto 226833413.
^ abcd Vinokurov, Vladimir A.; Stavítskaya, Anna V.; Chudakov, Yaroslav A.; Ivanov, Evgenii V.; Shrestha, Lok Kumar; Ariga, Katsuhiko; Darrat, Yusuf A.; Lvov, Yuri M. (2017). "Formación de agrupaciones metálicas en nanotubos de arcilla halloysita". Ciencia y Tecnología de Materiales Avanzados . 18 (1): 147-151. Código Bib : 2017STAdM..18..147V. doi :10.1080/14686996.2016.1278352. PMC 5402758 . PMID 28458738.
^ Brindley, George W. (1952). "Minalogía estructural de las arcillas". Arcillas y minerales arcillosos . 1 (1): 33–43. Bibcode :1952CCM.....1...33B. doi :10.1346/CCMN.1952.0010105.
^ ab Carroll, Dorothy (1959). "Intercambio iónico en arcillas y otros minerales". Boletín de la Sociedad Geológica de América . 70 (6): 749‐780. Código Bibliográfico :1959GSAB...70..749C. doi :10.1130/0016-7606(1959)70[749:IEICAO]2.0.CO;2.
^ Endellita. Minerales web
^ Yang, Y. Zhang; J. Ouyang (2016). "Propiedades fisicoquímicas de la halloysita". Minerales de arcilla tubulares de tamaño nanométrico: halloysita e imogolita . Desarrollos en la ciencia de la arcilla. Vol. 7. págs. 67–91. doi :10.1016/B978-0-08-100293-3.00004-2. ISBN9780081002933.
^ Papke, Keith G. (1971). "Depósitos de halloysita en las colinas aterrazadas del condado de Washoe, Nevada". Arcillas y minerales arcillosos . 19 (2): 71–74. Bibcode :1971CCM....19...71P. doi :10.1346/CCMN.1971.0190202. S2CID 98464074.
^ Wilson MJ (1999). "El origen y la formación de minerales arcillosos en suelos: perspectivas pasadas, presentes y futuras". Minerales arcillosos . 34 (1): 7–25. Bibcode :1999ClMin..34....7W. doi :10.1180/000985599545957. S2CID 140587736.
^ ab ESTUDIO DE CASO: Arcilla halloysita. minerals.co.nz
^ ab Murray, HH; Harvey, C.; Smith, JM (1 de febrero de 1977). "Mineralogía y geología del depósito de halloysita de Maungaparerua en Nueva Zelanda". Arcillas y minerales arcillosos . 25 (1): 1–5. Bibcode :1977CCM....25....1M. doi :10.1346/CCMN.1977.0250101. S2CID 129310746.
^ ab "Muestra de moléculas comunes 50642". Red recíproca.
^ ab Lyday, Travis Q. (2002) La industria minera de Nueva Zelanda. minerals.usgs.gov
^ 'Presencia global, geología y características de los depósitos tubulares de halloysita'. I. Wilson y J. Keeling. Clay Minerals, vol. 51, 2016, págs. 309-324.
^ Lutyński, Marcin; Sakiewicz, Piotr; Lutyńska, Sylwia (31 de octubre de 2019). "Caracterización de los recursos de tierra de diatomeas y halloysita de Polonia". Minerales . 9 (11): 670. Bibcode : 2019Mío....9..670L. doi : 10.3390/min9110670 . ISSN 2075-163X.
^ Sakiewicz, P.; Lutynski, M.; Soltys, J.; Pytlinski, A. (2016). "Purificación de halloysita por separación magnética". Problemas fisicoquímicos del procesamiento de minerales . 52 (2): 991–1001. doi :10.5277/ppmp160236.
^ Patterson, S. y Murray, H. (1984). Caolín, arcilla refractaria, arcilla plástica y halloysita en América del Norte, Hawái y la región del Caribe. Documento profesional, 44-45. doi:10.3133/pp1306
^ Robson, Harry E., Exxon Research & Engineering Co. (1976) "Haloisitas sintéticas como catalizadores de conversión de hidrocarburos", patente estadounidense 4.098.676
^ Lutyński, M.; Sakiewicz, P.; González, M.a. G. (2014). "Halloysita como adsorbente mineral de CO2 - Cinética y capacidad de adsorción". Inżynieria Mineralna . R. 15, n.º 1. ISSN 1640-4920.
^ Pajdak, Anna; Skoczylas, Norberto; Szymanek, Arkadiusz; Lutyński, Marcin; Sakiewicz, Piotr (19 de febrero de 2020). "Absorción de CO2 y CH4 en halloysita cruda y calcinada: estudio de caracterización estructural y de poros". Materiales . 13 (4): 917. Bibcode : 2020Mate...13..917P. doi : 10.3390/ma13040917 . ISSN 1996-1944. PMC 7078888 . PMID 32092961.
^ Piotrowski, Krzysztof; Sakiewicz, Piotr; Gołombek, Klaudiusz (2021). "Halloysita como principal relleno nanoestructural en membranas de matriz mixta multifuncionales: revisión de aplicaciones y nuevas posibilidades". Desalación y tratamiento de agua . 243 : 91–106. doi :10.5004/dwt.2021.27873. S2CID 247830004.
^ Sakiewicz Piotr; Piotrowski Krzysztof; Boryn Dominika; Kruk Milena; Mscichecka Joanna; Korus Irena Barbusinski, Krzysztof (agosto de 2020). "Zastosowanie sorbentu haloizytowego do usuwania syntetycznych barwników azowych Acid Red 27 i Reactive Black 5 z roztworów wodnych". Przemysl Chemiczny . 99 (8): 1142–1148 - vía Web of Science.{{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
^ Ortiz-Quiñonez, JL; Vega-Verduga, C; Díaz, D; Zumeta-Dubé, I (13 de junio de 2018). "Transformación de nanopartículas de bismuto y β‑Bi2O3 en ( BiO ) 2CO3 y (BiO) 4 (OH) 2CO3 mediante la captura de CO2 : el papel de los nanotubos de halloysita y la " luz solar" en la forma y el tamaño del cristal". Crystal Growth & Design . 18 (8): 4334−4346. doi :10.1021/acs.cgd.8b00177. S2CID 103659223.
^ Sakiewicz, Piotr (17 de agosto de 2020). "Zastosowanie sorbentu haloizytowego do usuwania syntetycznych barwników azowych Acid Red 27 i Reactive Black 5 z roztworów wodnych". Przemysł Chemiczny . 1 (8): 48–54. doi :10.15199/62.2020.8.5. ISSN 0033-2496. S2CID 225354676.
^ Azmi Zahidah, Khairina (19 de septiembre de 2017). "Nanotubo de halloysita cargado con benzimidazol como aplicación de recubrimiento inteligente". Revista internacional de innovación en ingeniería y tecnología . 7 (4): 243–254. ISSN 2226-809X.
^ Azmi Zahidah, Khairina (19 de mayo de 2017). "Nanotubos de halloysita como nanocontenedores para aplicaciones de recubrimientos inteligentes: una revisión". Progreso en recubrimientos orgánicos . 111 (C): 175–185. doi :10.1016/j.porgcoat.2017.05.018. ISSN 0300-9440.
^ Yeom, SJ; Lee, CM; Kang, S.; Wi, T.-W.; Lee, C.; Chae, S.; Cho, J.; Shin, DO; Ryu, J.; Lee, H.-W. (1 de noviembre de 2019). "Espacio vacío nativo para máxima capacidad volumétrica en ánodos basados en silicio". Nano Letters . 19 (12): 8793–8800. Bibcode :2019NanoL..19.8793Y. doi :10.1021/acs.nanolett.9b03583. PMID 31675476. S2CID 207834252.
^ Mrowka, Maciej; Szymiczek, Malgorzata; Machoczek, Tomasz; Lenza, Joanna; Matusik, Jakub; Sakiewicz, Piotr; Skonieczna, Magdalena (noviembre de 2020). "La influencia de la halloysita en las propiedades fisicoquímicas, mecánicas y biológicas de los nanocompuestos a base de poliuretano". Polimería . 65 (12/11): 784–791. doi : 10.14314/polimery.2020.11.5 . S2CID 228942877.
^ 'Perspectivas positivas para el caolín en la cerámica' F. Hart, I. Wilson. Industrial Minerals, abril de 2019. Pág. 28
