Laita Florián, Elisa
Bauluz Lázaro, Blanca (dir.) ; Yuste Oliete, Alfonso (dir.)
Universidad de Zaragoza,
2022
Resumen: El estudio de las arcillas ricas en aluminio desde un punto de vista geológico e industrial ha permitido la caracterización global de estos materiales. Las arcillas ricas en aluminio son abundantes en determinadas zonas y constituyen un importante recurso mineral desde el punto de vista científico y económico.
La aplicación de una combinación de diferentes técnicas como análisis de facies, mineralogía de arcillas (difracción de rayos X), caracterización textural y composicional (microscopía óptica y electrónica) y análisis de isótopos estables (NanoSIMS) a la caracterización de paleosoles que se desarrollaron en el continente sucesiones de las Fms Blesa y Torrelapaja. (Hauteriviense tardío-Barremiano temprano, NE de España) permite inferir las condiciones paleoclimáticas y paleoambientales en las que se generaron estos paleosoles. También se demuestra la aplicabilidad de NanoSIMS en estudios paleoclimáticos utilizando proporciones isotópicas de oxígeno e hidrógeno en minerales arcillosos de tamaño nanométrico. La asociación mineralógica encontrada en los paleosoles, caracterizada por caolinita autígena, esmectita, hematita, goethita, rutilo, anatasa, ilmenita y diáspora y la presencia de pisoides ferruginosos, es característica de los oxisoles, que se desarrollan en condiciones climáticas cálidas y húmedas. La disminución del contenido de caolinita autígena y de hematites y goethita de abajo hacia arriba en todos los perfiles estudiados, junto con el aumento del contenido de cuarzo detrítico y fases ilíticas y la presencia de esmectita autígena, indican una disminución en la intensidad de la acción química. meteorización. Las composiciones de isótopos de oxígeno e hidrógeno de la caolinita y la esmectita son consistentes con la formación en un ambiente de meteorización, pero la disminución en las relaciones 18O/16O y D/H desde la parte inferior hasta la parte superior de los perfiles también refleja un cambio hacia condiciones más frías. Todo esto sugiere un cambio de condiciones cálidas/húmedas a más frías/secas en el área de estudio, lo que también se apoya en una disminución de la temperatura de cristalización desde la caolinita del fondo de los paleosoles (21-22 ºC) a la de la esmectita. en los niveles superiores (16-17 ºC).
El análisis por difracción de rayos X, fluorescencia de rayos X y microscopía óptica y electrónica de clinkers naturales y cilindros de arcilla cocida (1000-1270 ºC) fabricados a partir de mezclas de arcillas ricas en bauxita e ilita y caolinita permite describir y comparar las transformaciones mineralógicas y texturales producidas por la cocción en estos materiales. La influencia de las transformaciones mineralógicas en las propiedades físicas de los cilindros también nos permite evaluar su potencial refractario comparándolos con materiales comerciales.
Los cambios mineralógicos y de textura tienen lugar en los clínkers y cilindros naturales durante la combustión del carbón y los procesos cerámicos, respectivamente. Estos cambios incluyen la desestabilización de las fases iniciales y la formación de una fase vítrea rica en Al y Si. A partir de esta fase cristalizan nuevas fases como la mullita, el corindón, la cristobalita, la hercinita y los piroxenos cerámicos. Los nuevos minerales no son estequiométricos, debido a la dinámica de los procesos de combustión de la cerámica y el carbón, y su génesis depende de la composición de las materias primas. La mullita y la hercinita formadas en los clinkers naturales son similares a las de los cilindros quemados a 1000-1200 ºC, por lo que la combustión del carbón probablemente alcanzó este rango de temperaturas. El aumento de la densidad y la contracción lineal de los cilindros está relacionado con la fase vítrea y la formación de mullita y se correlaciona bien con la disminución de la porosidad, la absorción de agua y la conductividad térmica. Los cambios de color de las muestras son consecuencia del contenido de hematites y arcilla a cada temperatura, mientras que la resistencia a la carga puntual es mayor cuanto mayor es el contenido de corindón. Tanto la temperatura de cocción como el contenido de arcilla influyen en el potencial refractario de los cilindros, ya que aquellos mezclados con arcillas ricas en ilita y caolinita tienen mayor densidad y menor porosidad a temperaturas de cocción más bajas que otras cerámicas refractarias cocidas a 1200-1540 ºC. Los cilindros cocidos a 1200 ºC tienen propiedades similares a las bauxitas comerciales cocidas.
Resumen (otro idioma): The study of aluminium-rich clays from a geological and industrial point of view has permitted the overall characterization of these materials. Aluminium-rich clays are abundant in certain areas and constitute an important mineral resource from scientific and economic point of view. The application of a combination of different techniques such as facies analysis, clay mineralogy (X-ray diffraction), textural and compositional characterization (optical and electron microscopy), and stable isotope analysis (NanoSIMS) to the characterization of palaeosols that developed in the continental successions of the Blesa and Torrelapaja Fms. (late Hauterivian–early Barremian, NE Spain) allows us to infer the palaeoclimatic and palaeoenvironmental conditions under which these palaeosols were generated. The applicability of NanoSIMS in palaeoclimatic studies using oxygen and hydrogen isotope ratios in nanometre-sized clay minerals is also demonstrated. The mineralogical association found in the palaeosols, characterized by authigenic kaolinite, smectite, hematite, goethite, rutile, anatase, ilmenite and diaspore and the presence of ferruginous pisoids, is characteristic of oxisols, which develop under warm and humid climatic conditions. The decrease in the authigenic kaolinite and the hematite and goethite content from the bottom to the top of all the studied profiles, along with the increase in detrital quartz and illitic phases content and the presence of authigenic smectite, indicates a decrease in the intensity of chemical weathering. The oxygen and hydrogen isotope compositions of kaolinite and smectite are consistent with the formation in a weathering environment, but the decrease in the 18O/16O and D/H ratios from the bottom to the top of the profiles also reflects a change towards colder conditions. All this suggests a change from warm/humid to colder/dryer conditions in the studied area, which is also supported by a decrease in the crystallization temperature from the kaolinite at the bottom of the palaeosols (21–22 ºC) to that of the smectite in the upper levels (16–17 ºC). Analysis by X-ray diffraction, X-ray fluorescence, and optical and electron microscopy of natural clinkers and fired clay cylinders (1000–1270 ºC) manufactured from mixtures of bauxite and illite- and kaolinite-rich clay makes it possible to describe and compare the mineralogical and textural transformations produced by firing in these materials. The influence of the mineralogical transformations in the physical properties of the cylinders also permit us to evaluate their refractory potential by comparing them with commercial materials. Mineralogical and textural changes take place in natural clinkers and cylinders during the coal combustion and ceramic processes, respectively. These changes include the destabilization of the initial phases and the formation of an Al- and Si-rich vitreous phase. From this phase, new phases such as mullite, corundum, cristobalite, hercynite and ceramic pyroxenes crystallize. The new minerals are not stoichiometric, due to the dynamics of the ceramic and coal combustion processes, and their genesis depends on the composition of the raw materials. The mullite and hercynite formed in the natural clinkers are similar to those in the cylinders fired at 1000–1200 ºC, so the coal combustion probably reached this range of temperatures. The increase in density and linear shrinkage of the cylinders is related to the vitreous phase and mullite formation and correlates well with the decrease in porosity, water absorption and thermal conductivity. The changes in the colour of the samples are a consequence of the hematite and clay content at each temperature, whereas the point load resistance is greater with higher corundum content. Both the firing temperature and the clay content influence the refractory potential of the cylinders, since those mixed with illite- and kaolinite-rich clay have a higher density and lower porosity at lower firing temperatures than other refractory ceramics fired at 1200–1540 ºC. Those cylinders fired at 1200 ºC have similar properties to the fired commercial bauxites.
La aplicación de una combinación de diferentes técnicas como análisis de facies, mineralogía de arcillas (difracción de rayos X), caracterización textural y composicional (microscopía óptica y electrónica) y análisis de isótopos estables (NanoSIMS) a la caracterización de paleosoles que se desarrollaron en el continente sucesiones de las Fms Blesa y Torrelapaja. (Hauteriviense tardío-Barremiano temprano, NE de España) permite inferir las condiciones paleoclimáticas y paleoambientales en las que se generaron estos paleosoles. También se demuestra la aplicabilidad de NanoSIMS en estudios paleoclimáticos utilizando proporciones isotópicas de oxígeno e hidrógeno en minerales arcillosos de tamaño nanométrico. La asociación mineralógica encontrada en los paleosoles, caracterizada por caolinita autígena, esmectita, hematita, goethita, rutilo, anatasa, ilmenita y diáspora y la presencia de pisoides ferruginosos, es característica de los oxisoles, que se desarrollan en condiciones climáticas cálidas y húmedas. La disminución del contenido de caolinita autígena y de hematites y goethita de abajo hacia arriba en todos los perfiles estudiados, junto con el aumento del contenido de cuarzo detrítico y fases ilíticas y la presencia de esmectita autígena, indican una disminución en la intensidad de la acción química. meteorización. Las composiciones de isótopos de oxígeno e hidrógeno de la caolinita y la esmectita son consistentes con la formación en un ambiente de meteorización, pero la disminución en las relaciones 18O/16O y D/H desde la parte inferior hasta la parte superior de los perfiles también refleja un cambio hacia condiciones más frías. Todo esto sugiere un cambio de condiciones cálidas/húmedas a más frías/secas en el área de estudio, lo que también se apoya en una disminución de la temperatura de cristalización desde la caolinita del fondo de los paleosoles (21-22 ºC) a la de la esmectita. en los niveles superiores (16-17 ºC).
El análisis por difracción de rayos X, fluorescencia de rayos X y microscopía óptica y electrónica de clinkers naturales y cilindros de arcilla cocida (1000-1270 ºC) fabricados a partir de mezclas de arcillas ricas en bauxita e ilita y caolinita permite describir y comparar las transformaciones mineralógicas y texturales producidas por la cocción en estos materiales. La influencia de las transformaciones mineralógicas en las propiedades físicas de los cilindros también nos permite evaluar su potencial refractario comparándolos con materiales comerciales.
Los cambios mineralógicos y de textura tienen lugar en los clínkers y cilindros naturales durante la combustión del carbón y los procesos cerámicos, respectivamente. Estos cambios incluyen la desestabilización de las fases iniciales y la formación de una fase vítrea rica en Al y Si. A partir de esta fase cristalizan nuevas fases como la mullita, el corindón, la cristobalita, la hercinita y los piroxenos cerámicos. Los nuevos minerales no son estequiométricos, debido a la dinámica de los procesos de combustión de la cerámica y el carbón, y su génesis depende de la composición de las materias primas. La mullita y la hercinita formadas en los clinkers naturales son similares a las de los cilindros quemados a 1000-1200 ºC, por lo que la combustión del carbón probablemente alcanzó este rango de temperaturas. El aumento de la densidad y la contracción lineal de los cilindros está relacionado con la fase vítrea y la formación de mullita y se correlaciona bien con la disminución de la porosidad, la absorción de agua y la conductividad térmica. Los cambios de color de las muestras son consecuencia del contenido de hematites y arcilla a cada temperatura, mientras que la resistencia a la carga puntual es mayor cuanto mayor es el contenido de corindón. Tanto la temperatura de cocción como el contenido de arcilla influyen en el potencial refractario de los cilindros, ya que aquellos mezclados con arcillas ricas en ilita y caolinita tienen mayor densidad y menor porosidad a temperaturas de cocción más bajas que otras cerámicas refractarias cocidas a 1200-1540 ºC. Los cilindros cocidos a 1200 ºC tienen propiedades similares a las bauxitas comerciales cocidas.
Resumen (otro idioma): The study of aluminium-rich clays from a geological and industrial point of view has permitted the overall characterization of these materials. Aluminium-rich clays are abundant in certain areas and constitute an important mineral resource from scientific and economic point of view. The application of a combination of different techniques such as facies analysis, clay mineralogy (X-ray diffraction), textural and compositional characterization (optical and electron microscopy), and stable isotope analysis (NanoSIMS) to the characterization of palaeosols that developed in the continental successions of the Blesa and Torrelapaja Fms. (late Hauterivian–early Barremian, NE Spain) allows us to infer the palaeoclimatic and palaeoenvironmental conditions under which these palaeosols were generated. The applicability of NanoSIMS in palaeoclimatic studies using oxygen and hydrogen isotope ratios in nanometre-sized clay minerals is also demonstrated. The mineralogical association found in the palaeosols, characterized by authigenic kaolinite, smectite, hematite, goethite, rutile, anatase, ilmenite and diaspore and the presence of ferruginous pisoids, is characteristic of oxisols, which develop under warm and humid climatic conditions. The decrease in the authigenic kaolinite and the hematite and goethite content from the bottom to the top of all the studied profiles, along with the increase in detrital quartz and illitic phases content and the presence of authigenic smectite, indicates a decrease in the intensity of chemical weathering. The oxygen and hydrogen isotope compositions of kaolinite and smectite are consistent with the formation in a weathering environment, but the decrease in the 18O/16O and D/H ratios from the bottom to the top of the profiles also reflects a change towards colder conditions. All this suggests a change from warm/humid to colder/dryer conditions in the studied area, which is also supported by a decrease in the crystallization temperature from the kaolinite at the bottom of the palaeosols (21–22 ºC) to that of the smectite in the upper levels (16–17 ºC). Analysis by X-ray diffraction, X-ray fluorescence, and optical and electron microscopy of natural clinkers and fired clay cylinders (1000–1270 ºC) manufactured from mixtures of bauxite and illite- and kaolinite-rich clay makes it possible to describe and compare the mineralogical and textural transformations produced by firing in these materials. The influence of the mineralogical transformations in the physical properties of the cylinders also permit us to evaluate their refractory potential by comparing them with commercial materials. Mineralogical and textural changes take place in natural clinkers and cylinders during the coal combustion and ceramic processes, respectively. These changes include the destabilization of the initial phases and the formation of an Al- and Si-rich vitreous phase. From this phase, new phases such as mullite, corundum, cristobalite, hercynite and ceramic pyroxenes crystallize. The new minerals are not stoichiometric, due to the dynamics of the ceramic and coal combustion processes, and their genesis depends on the composition of the raw materials. The mullite and hercynite formed in the natural clinkers are similar to those in the cylinders fired at 1000–1200 ºC, so the coal combustion probably reached this range of temperatures. The increase in density and linear shrinkage of the cylinders is related to the vitreous phase and mullite formation and correlates well with the decrease in porosity, water absorption and thermal conductivity. The changes in the colour of the samples are a consequence of the hematite and clay content at each temperature, whereas the point load resistance is greater with higher corundum content. Both the firing temperature and the clay content influence the refractory potential of the cylinders, since those mixed with illite- and kaolinite-rich clay have a higher density and lower porosity at lower firing temperatures than other refractory ceramics fired at 1200–1540 ºC. Those cylinders fired at 1200 ºC have similar properties to the fired commercial bauxites.
Pal. clave: mineralogia ; paleoclimatologia ; isotopos estables ; materiales refractarios
Titulación: Programa de Doctorado en Geología
Plan(es): Plan 489
Nota: Presentado: 02 12 2022
Nota: Tesis-Univ. Zaragoza, , 2022
Enlace permanente:
Registro creado el 2023-03-03, última modificación el 2023-03-03
