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Yeso

El yeso es un mineral de sulfato blando compuesto de sulfato de calcio dihidrato , con la fórmula química CaSO4 ·2H2O . [ 4] Se extrae ampliamente y se utiliza como fertilizante y como componente principal en muchas formas de yeso , paneles de yeso y tiza para pizarra o acera . [5] [6] [7] [8] El yeso también cristaliza como cristales translúcidos de selenita . Se forma como un mineral de evaporita y como un producto de hidratación de anhidrita . La escala de dureza mineral de Mohs define al yeso como un valor de dureza 2 basado en la comparación de dureza al rayado .

Las formas de yeso de grano fino, blancas o ligeramente teñidas, conocidas como alabastro, han sido utilizadas para esculturas por muchas culturas, entre ellas el Antiguo Egipto , Mesopotamia , la Antigua Roma , el Imperio bizantino y los alabastros de Nottingham de la Inglaterra medieval .

Etimología e historia

La palabra yeso se deriva de la palabra griega γύψος ( gypsos ), "yeso". [9] Debido a que las canteras del distrito de Montmartre de París han proporcionado durante mucho tiempo yeso cocido ( yeso calcinado ) utilizado para diversos fines, este yeso deshidratado se conoció como yeso de París . Al agregar agua, después de unas pocas docenas de minutos, el yeso de París se convierte nuevamente en yeso regular (dihidrato), lo que hace que el material se endurezca o "fragúe" de formas que son útiles para la fundición y la construcción. [10]

El yeso era conocido en inglés antiguo como spærstān , "piedra de lanza", en referencia a sus proyecciones cristalinas. Por lo tanto, la palabra spar en mineralogía, en comparación con yeso, se refiere a cualquier mineral o cristal que no sea mena y que se forma en proyecciones con forma de lanza. A mediados del siglo XVIII, el clérigo y agricultor alemán Johann Friderich Mayer investigó y difundió el uso del yeso como fertilizante. [11] El yeso puede actuar como una fuente de azufre para el crecimiento de las plantas y, a principios del siglo XIX, se lo consideraba un fertilizante casi milagroso. Los agricultores estadounidenses estaban tan ansiosos por adquirirlo que se desarrolló un activo comercio de contrabando con Nueva Escocia, lo que resultó en la llamada "Guerra del Yeso" de 1820. [12]

Propiedades físicas

Los cristales de yeso son lo suficientemente blandos como para doblarse bajo la presión de la mano. Muestra expuesta en el Museo Cantonal de Geología de Lausana.

El yeso es moderadamente soluble en agua (~2,0–2,5 g/L a 25 °C) [13] y, a diferencia de la mayoría de las demás sales, presenta solubilidad retrógrada, volviéndose menos soluble a temperaturas más altas. Cuando el yeso se calienta al aire, pierde agua y se convierte primero en sulfato de calcio hemihidrato ( bassanita , a menudo simplemente llamado "yeso") y, si se calienta más, en sulfato de calcio anhidro ( anhidrita ). Al igual que con la anhidrita , la solubilidad del yeso en soluciones salinas y en salmueras también depende en gran medida de la concentración de cloruro de sodio (sal de mesa común). [13]

La estructura del yeso consta de capas de calcio (Ca 2+ ) y sulfato ( SO2−4) iones fuertemente unidos entre sí. Estas capas están unidas por láminas de moléculas de agua aniónicas a través de enlaces de hidrógeno más débiles , lo que le da al cristal una división perfecta a lo largo de las láminas (en el plano {010}). [4] [14]

Variedades de cristales

El yeso se presenta en la naturaleza en forma de cristales aplanados y a menudo maclados , y en masas transparentes y clivables llamadas selenito . El selenito no contiene una cantidad significativa de selenio ; más bien, ambas sustancias recibieron su nombre de la antigua palabra griega que designaba a la Luna .

La selenita también puede presentarse en forma sedosa y fibrosa, en cuyo caso se la denomina comúnmente "espato satinado". Por último, también puede ser granular o bastante compacta. En muestras del tamaño de una mano, puede ser desde transparente hasta opaca. Una variedad de yeso de grano muy fino, blanca o ligeramente teñida, llamada alabastro , es apreciada para trabajos ornamentales de varios tipos. En áreas áridas, el yeso puede presentarse en forma de flor, típicamente opaca, con granos de arena incrustados llamados rosa del desierto . También forma algunos de los cristales más grandes que se encuentran en la naturaleza, de hasta 12 m (39 pies) de largo, en forma de selenita. [15]

Aparición

El yeso es un mineral común, con gruesos y extensos lechos de evaporita en asociación con rocas sedimentarias . Se sabe que los depósitos ocurren en estratos desde el eón Arcaico . [16] El yeso se deposita a partir de agua de lago y mar, así como en fuentes termales , de vapores volcánicos y soluciones de sulfato en vetas . La anhidrita hidrotermal en vetas se hidrata comúnmente a yeso por el agua subterránea en exposiciones cercanas a la superficie. A menudo se asocia con los minerales halita y azufre . El yeso es el mineral de sulfato más común. [17] El yeso puro es blanco, pero otras sustancias que se encuentran como impurezas pueden dar una amplia gama de colores a los depósitos locales.

Debido a que el yeso se disuelve con el tiempo en el agua, rara vez se encuentra en forma de arena. Sin embargo, las condiciones únicas del Parque Nacional White Sands en el estado de Nuevo México , Estados Unidos, han creado una extensión de 710 km2 ( 270 millas cuadradas) de arena de yeso blanco, suficiente para abastecer a la industria de la construcción estadounidense con paneles de yeso durante 1000 años. [18] La explotación comercial del área, a la que se opusieron firmemente los residentes de la zona, se impidió de forma permanente en 1933 cuando el presidente Herbert Hoover declaró las dunas de yeso como monumento nacional protegido .

El yeso también se forma como subproducto de la oxidación de sulfuro , entre otros por oxidación de pirita , cuando el ácido sulfúrico generado reacciona con carbonato de calcio . Su presencia indica condiciones oxidantes. En condiciones reductoras, los sulfatos que contiene pueden reducirse nuevamente a sulfuro por bacterias reductoras de sulfato . Esto puede conducir a la acumulación de azufre elemental en formaciones que contienen petróleo, [19] como domos de sal, [20] donde se puede extraer utilizando el proceso Frasch [21]. Las centrales eléctricas que queman carbón con desulfurización de gases de combustión producen grandes cantidades de yeso como subproducto de los depuradores.

Las imágenes orbitales del Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) han indicado la existencia de dunas de yeso en la región polar norte de Marte, [22] que luego fueron confirmadas a nivel del suelo por el Mars Exploration Rover (MER) Opportunity . [23]

Minería

Se encuentran cantidades comerciales de yeso en las ciudades de Araripina y Grajaú en Brasil; en Pakistán, Jamaica, Irán (segundo mayor productor mundial), Tailandia, España (el principal productor en Europa), Alemania, Italia, Inglaterra, Irlanda, Canadá [25] y los Estados Unidos. Grandes canteras a cielo abierto se encuentran en muchos lugares, incluyendo Fort Dodge, Iowa , que se encuentra en uno de los mayores depósitos de yeso del mundo, [26] y Plaster City, California , Estados Unidos, y East Kutai , Kalimantan , Indonesia. También existen varias minas pequeñas en lugares como Kalannie en Australia Occidental , donde el yeso se vende a compradores privados para adiciones de calcio y azufre, así como para reducir las toxicidades del aluminio en el suelo para fines agrícolas.

En las cuevas de la mina de Naica en Chihuahua , México, se han encontrado cristales de yeso de hasta 11 m de largo . Los cristales prosperaron en el entorno natural extremadamente raro y estable de la cueva. Las temperaturas se mantuvieron en 58 °C y la cueva estaba llena de agua rica en minerales que impulsó el crecimiento de los cristales. El más grande de esos cristales pesa 55 toneladas y tiene alrededor de 500.000 años. [27]

Síntesis

El yeso sintético se produce como desecho o subproducto en una variedad de procesos industriales.

Desulfurización

El yeso de desulfuración de gases de combustión (FGDG) se recupera en algunas centrales eléctricas de carbón. Los principales contaminantes son Mg, K, Cl, F, B, Al, Fe, Si y Se. Proceden tanto de la piedra caliza utilizada en la desulfuración como del carbón quemado. Este producto es lo suficientemente puro como para reemplazar al yeso natural en una amplia variedad de campos, incluidos los paneles de yeso, el tratamiento del agua y los retardadores de fraguado del cemento. Las mejoras en la desulfuración de gases de combustión han reducido en gran medida la cantidad de elementos tóxicos presentes. [28]

Desalinización

El yeso se precipita sobre las membranas de agua salobre , un fenómeno conocido como incrustaciones de sal mineral , como durante la desalinización de agua salobre con altas concentraciones de calcio y sulfato . Las incrustaciones disminuyen la vida útil y la productividad de la membrana. [29] Este es uno de los principales obstáculos en los procesos de desalinización de membranas de agua salobre, como la ósmosis inversa o la nanofiltración . Otras formas de incrustaciones, como las incrustaciones de calcita , dependiendo de la fuente de agua, también pueden ser consideraciones importantes en la destilación , así como en los intercambiadores de calor , donde la solubilidad o la concentración de la sal pueden cambiar rápidamente.

Un nuevo estudio ha sugerido que la formación de yeso comienza como pequeños cristales de un mineral llamado bassanita (2CaSO 4 ·H 2 O). [30] Este proceso ocurre a través de una vía de tres etapas:

  1. nucleación homogénea de bassanita nanocristalina;
  2. autoensamblaje de bassanita en agregados, y
  3. Transformación de bassanita en yeso.

Residuos de refinería

La producción de fertilizantes fosfatados requiere la descomposición de la roca fosfórica que contiene calcio con ácido, lo que produce un residuo de sulfato de calcio conocido como yeso fosfórico (PG). Esta forma de yeso está contaminada por impurezas que se encuentran en la roca, a saber , fluoruro , sílice , elementos radiactivos como el radio y elementos metálicos pesados ​​como el cadmio . [31] De manera similar, la producción de dióxido de titanio produce yeso de titanio (TG) debido a la neutralización del exceso de ácido con cal . El producto está contaminado con sílice, fluoruros, materias orgánicas y álcalis. [32]

En muchos casos, las impurezas presentes en los residuos de yeso de las refinerías han impedido que se utilicen como yeso normal en sectores como la construcción. Como resultado, los residuos de yeso se almacenan en pilas indefinidamente, con un riesgo significativo de que sus contaminantes se filtren al agua y al suelo. [31] Para reducir la acumulación y, en última instancia, limpiar estas pilas, se están realizando investigaciones para encontrar más aplicaciones para estos productos de desecho. [32]

Seguridad laboral

Las personas pueden estar expuestas al yeso en el lugar de trabajo al inhalarlo, por contacto con la piel y con los ojos. El sulfato de calcio en sí no es tóxico e incluso está aprobado como aditivo alimentario, [34] pero, como yeso en polvo, puede irritar la piel y las membranas mucosas. [35]

Estados Unidos

La Administración de Seguridad y Salud Ocupacional (OSHA) ha establecido el límite legal ( límite de exposición permisible ) para la exposición al yeso en el lugar de trabajo como TWA 15 mg/m 3 para la exposición total y TWA 5 mg/m 3 para la exposición respiratoria durante una jornada laboral de ocho horas. El Instituto Nacional para la Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH) ha establecido un límite de exposición recomendado (REL) de TWA 10 mg/m 3 para la exposición total y TWA 5 mg/m 3 para la exposición respiratoria durante una jornada laboral de ocho horas. [35]

Usos

Yeserías, Museo Valenciano de Etnología
Antiguo horno de Alfarb para la fabricación de yeso como material de construcción
Yeso británico, Kirkby Thore
Mapa de depósitos de yeso en el norte de Ohio, los cuadrados negros indican la ubicación de los depósitos, de "Geografía de Ohio" , 1923

El yeso se utiliza en una amplia variedad de aplicaciones:

Industria de la construcción

Agricultura

Modelado, escultura y arte

Comida y bebida

Medicina y cosmética

Otro

Galería

Véase también

Referencias

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