Departamento de Geología Facultad de Ciencias físicas y matemáticas Universidad de Chile
Las Micas Propiedades y Usos en la Industria
Nombre: Paola Peña Fecha: 15 de Junio 2007 Profesor: Mauricio Belmar
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INDICE 1. Introducción…………………………………………………………………………………………………… 3 2. Estructura de las micas…………………………………………………………………………………… .3 3. Propiedades de las micas ……………….……………………………………………….………………..5 4. Yacimientos…………………………………………………………………………………………………….. 6 5. Tipos de mica procesadas………………………………………………………………………………… .6 6. Usos en la industria…………………………………………………………………………………………...7 6.1 Hoja de mica………………………………………………………………………………………...7 6.2 Mica armada……………………………………………………………………………………….. 9 6.3 Mica molida………………………………………………………………………………………….11 7. Precios…………………………………………………………………………………………………………….13 8. Consumo mundial de micas……………………………………………………………………………….14 9. Conclusiones……………………………………………………………………………………………………16 10. Referencias ………………………………………………………………………………………………….17
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1. INTRODUCCION Es extraño imaginar que se puede descascarar algo de alta dureza, es mas difícil aun imaginar como se descascara una roca. Los minerales que se pueden descascarar corresponden a los filosilicatos. Su nombre proviene del griego phyllon que significa hoja. Las micas son minerales pertenecientes a un grupo numeroso de los filosilicatos. Su principal característica corresponde a su fácil exfoliación, en delgadas láminas flexibles las cuales son elásticas y muy brillantes. La moscovita, flogopita y biotita corresponden a los minerales más comunes del grupo de las micas. Por muchos años este grupo ha sido utilizado en la industria. Sin ir mas lejos la moscovita lleva su nombre debido a que sus láminas eran utilizadas como vidrio en las ventanas de Moscú, en la antigua Rusia. Hoy en día, las micas son utilizadas en diversas áreas de la industria, desde aislantes eléctricos, en la fabricación de caucho, pigmento para pinturas y muchas más. Esta amplia gama se debe la relación entre el tamaño y forma del cristal de mica con el uso particular que le da la industria.
2. ESTRUCTURAS DE LAS MICAS Las propiedades de las micas son consecuencia de sus características estructurales. Por ello es imprescindible conocer la estructura de los filosilicatos para poder comprender sus propiedades. Las micas, al igual que el resto de los filosilicatos están formadas por láminas de tetraedros de sílice. En el agujero central de los anillos, los filosilicatos generalmente contienen un grupo OH -, situado a la misma altura que los oxígenos apicales (de los vértices no compartidos)
Figura 1. Vista de la estructura de los filosilicatos en forma de lámina”
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El esquema anterior prolongado infinitamente conforma una lámina. Las láminas que forman los filosilicatos son diferentes combinaciones de capas de tetraedros. Estas diferentes combinaciones dan lugar a los diferentes minerales de este grupo. En esta estructura, el silicio puede estar sustituido por aluminio (Al 3+) o hierro (Fe3+). Las micas están formadas por láminas compuestas de dos capas tetraédricas enfrentadas entre sí. En los huecos que quedan entre las dos capas se alojan iones de magnesio o aluminio, que se coordinan con los oxígenos apicales. Estas láminas nunca son eléctricamente neutras (no están compensadas todas las cargas). Los minerales de este grupo se forman por apilamiento de estas láminas, unidas entre sí mediante cationes pequeños, como el potasio, calcio y sodio.
Figura 2. “estructura de las micas” Esta unión de las láminas es muy débil, por lo que los minerales de mica se deshacen fácilmente en hojas muy delgadas y transparentes. Esta es la principal característica de los filosilicatos. Los minerales micáceos se clasifican acorde a su composición química.
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Tabla 1. “Minerales del grupo de las micas y sus fórmulas” MINERAL
FORMULA
Moscovita
KAl2(AlSi3O10)(OH)2
Flogopita
KMg3(AlSi3O10 )(OH)2
Biotita
K(Mg,Fe)3(AlSi3O10)(OH) 2
Lepidolita
K(Li,Al)2-3(AlSi3O10)(O,OH,F) 2
Margarita
CaAl2(Al2Si2O10)(OH) 2
Vermiculita
(Mg,Ca) (Mg,Fe,Al) [(Al,Si) 8O O20)](OH)4.8H2O
Debido a su estructura, las micas tienen menor resistencia en un sentido, permitiendo la separación de la mica en hojas que se conocen con el nombre de SPLITINGE.
3. PROPIEDADES DE LAS MICAS 3.1 Propiedades físicas. La principal propiedad física de las micas es su exfoliación extremadamente perfecta según la base (001), lo que permite extraer hojas muy delgadas del mineral. Que en el caso de la flogopita y la biotita son flexibles y elásticas. Presentan baja dureza 2-2,5. Su brillo va de vítreo a sedoso o perlado. En el caso de l a biotita el brillo es reluciente. 3.2 Propiedades mecánicas. Respecto a sus propiedades mecánicas, la mica resiste grandes esfuerzos perpendiculares al plano de laminación, pero las láminas tienen poca cohesión entre sí y se desmenuzan fácilmente en escamas muy delgadas o en hojas. 3.3 Propiedades químicas. Sus propiedades químicas son excelentes, ya que resiste el ataque de los gases normalmente presentes en los productos de la combustión. La moscovita no es atacada ni por el ácido clorhídrico ni por el ácido sulfúrico aunque esto productos estén concentrados; por el contrario la flogopita es atacada por el ácido sulfúrico. Ambos tipos de micas son atacados por el ácido fluorhídrico caliente y por el agua que contiene anhídrido carbónico.
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4. YACIMIENTOS. 4.1 Yacimientos para la Moscovita. La moscovita es un mineral muy común y extendido. Es característico de los granitos y pegmatitas graníticas. Es muy común en rocas metamórficas forma el principal constituyente en ciertos esquistos micáceos. Los principales depósitos de moscovita se encuentran en India. Estados Unidos produce esta mica de forma de copos y en menor medida en forma laminar. Se han extraído cristales de 2 a 3 metros. Buenas especies se encuentran en pegmatitas de todo el mundo. 4.2 Yacimientos para la Biotita. La biotita se forma en una gran variedad de condiciones geológicas. En rocas ígneas plutónicas al igual que en rocas volcánicas, en lavas félsicas. Se encuentra en rocas metamórficas, tanto en regionales como de contacto. 4.3 Yacimientos para la Lepidolita La lepidolita es un mineral relativamente raro que se encuentra en vetas de pegmatitas generalmente asociada a otros minerales que contienen litio. Los depósitos importantes están en Checoslovaquia, Estados Unidos, Zimbaue y al Republica Malgache. 4.4 Yacimientos para la Margarita La Margarita se asocia al corindón y al diásporo, como un producto de alteración. Se encuentra en depósitos de esmeril en el Asia Menor, en las islas Naxos y Nicaria del archipiélago griego. 4.5 Yacimientos para la Flogopita. La flogopita es un producto del metamorfismo en las calizas magnésicas cristalinas o mármoles dolomitizados y rocas ultra básicas. Se encuentra principalmente en Estados Unidos, Canadá y España
5. TIPOS DE MICAS PROCESADAS Los minerales micáceos se encuentran en la naturaleza junto con otros minerales. Es necesario realizar voladuras de las rocas para después eliminar los minerales que coexisten con ellas para así obtener la llamada mica en bruto. El rendimiento de esta explotación es muy bajo, normalmente se cifra en un 1% a un 2%, raramente se llega al 10%. La mica en bruto es posteriormente exfoliada, recortada y exfoliada de nuevo para pasar a ser clasificada de acuerdo con el tamaño de los cuadrados obtenidos. Posteriormente, es clasificada de nuevo atendiendo a la transparencia, contenido de minerales extraños, lisura de la superficie, etc. El aislamiento de mica se hace exclusivamente en escamas. Estas se hacen desalojando los bloques de mica en láminas muy delgadas entre 0,015 y 0,025 mm. de espesor. Este proceso se realiza a mano, en el mismo lugar de origen.
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Acorde al resultado de la extracción de la mica ésta se clasifica según su tamaño en: 5.1 Bloque de mica. La mica después de su extracción se clasifica y los pedazos q ue tienen un area mayor que una pulgada cuadrada y un espesor de mas de 7 mm se denominan bloques de mica. 5.2 Mica Condensador Películas Los pedazos de mica de alta calidad que tienen un espesorde generalmente menos a 2 mm. Estas películas son usadas en la fabricación de platos(placas) de mica de plata usados en condensadores de mica 5.3 Mica Thin. Los pedazos de bloque de mica que tienen un espesor entre 2 y 7 mm son clasificados como la mica thins. Estos son usados fabricar las macanitas descritas mas adelante. 5.4 Trozos de mica Esta nomenclatura se da a masas irregulares de mica como residuo de las minas que tienen un área de 1,25 cm2. Cabe recalcar que esta clasificación corresponde a la empresa Inderchand Rajgarhia & Sons (P) Ltd.(3 Hungerford Street Calcutta , India 700017) que vende estos productos. Sin embargo es una clasificación común para las micas.
6. USOS EN LA INDUSTRIA En la industria las micas se encuentran de diversas formas. 1. Hoja de mica 2. Mica armada 3. Mica molida 4. Mica micronizada 6.1 HOJA DE MICA O “MICA PURA”. La hoja de mica se caracteriza por su elasticidad, flexibilidad, resistencia al calor y poseen alta resistencia limite a la ruptura (r=15-35 Kg/mm2). Gracias a esto son consideradas muy buenos aislantes térmicos y eléctricos. Se utiliza en aplicaciones de alta responsabilidad como aislamiento de máquinas de alta tensión y gran potencia como es el caso de turbogeneradores, motores eléctricos y algunos tipos de condensadores.
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Los minerales mas comunes para la obtención de hojas de mica son la moscovita y la flogopita. A continuación se detalla un poco mas acerca de los aislantes térmico y dieléctrico. 6.1.a. Micas utilizadas como aislante térmico. Las micas son resistentes al calor y pueden incluso absorber extremos cambios de temperatura, los llamados golpes de temperatura, por arriba de los 800 grados Celsius. Hoy en día, delgadas placas de mica son utilizadas como ventanas en altos hornos. 6.1.b. Micas utilizadas como aislante dieléctrico Un aislante dieléctrico no conduce la electricidad, éstos se utilizan en la fabricación de condensadores, para que las cargas reaccionen. El dieléctrico: • • •
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Disminuye el campo eléctrico entre las placas del condensador. Disminuye la diferencia de potencial entre las placas del condensador. Aumenta la diferencia de potencial máxima que el condensador es capaz de resistir sin que salte una chispa entre las placas (ruptura di eléctrica). Aumento por tanto de la capacidad eléctrica del condensador.
Debido a que la mica mantiene sus propiedades eléctricas cuando se calienta hasta varios centenares de grados, se le considera un material de la clase térmica alta (clase C según las normas).
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CALIDADES Y APLICACIONES DE LA HOJA DE MICA . Tabla 2. “Calidad de las micas puras y respectivo empleo en la Industria”
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CALIDAD Clara, sin inclusiones
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Clara ligeramente manchada
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APLICACION Tubos de televisión, diafragmas de sonido
Condensadores de magnetos de aviación, condensadores para emisoras de telecomunicación, condensadores especiales Medianamente manchada. Condensadores de ajuste de sintonía para radio, condensadores de transmisión, Condensadores de magnetos, válvulas termoiónicas Bastante manchada Condensadores de radio, soportes de válvulas termoiónicas, aislamiento de bobinas, aislamiento conjunto de conductores Manchada. Contiene arcilla y Bujías para motores de explosión, chasis de pigmentos vegetales radio, soportes tubulares de utensilios de caldeo y soldadores. Manchada y coloreada de negro. Soportes de utensilios de caldeo y Contiene arcilla, pigmentos soldadores, arandelas aislantes, etc vegetales e inclusiones minerales.
La tabla 2 relaciona la calidad de las hojas de mica con las aplicaciones de esta. Además aplicaciones especializadas para la hoja de mica se encuentran en componentes aerospaciales en sistema de misiles, instrumentos ópticos, dispositivos láser, sistemas de radas y aparatos eléctricos de medicina. El uso de la mica pura en grandes espesores no es recomendado, debido a la poca cohesión de sus láminas y a su fragilidad. Otro factor que delimita el uso de las micas puras es su precio. 6.2 MICA ARMADA La mica splitting, de mediana calidad cuyo espesor varía entre los 2 y 7 milímetros tiene una alta demanda ya que es usada para producir micanita. La macanita reemplaza a la hoja de mica sólo como aislador eléctrico. Para fabricar mica armada se emplea como material básico las laminillas o escamas de mica pura, material que determina las propiedades dieléctricas y térmicas del producto resultante.
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Las laminillas se aglomeran mediante productos orgánicos y minerales adecuados (goma laca, materiales plásticos, resinas de siliconas, vidrio, etc.) las cuales, mejoran las propiedades mecánicas del producto resultante. Así mismo mejoran sus propiedades térmicas. Muchas veces se agrega un material aislante como soporte de las escamas de mica, este material puede ser tela, papel, cartón, tejido de vidrio, etc.
Los materiales a base de mica se pueden clasificar por diferentes criterios. A continuación se especifica en la tabla 3. Tabla 3. “Clasificación de los materiales aislantes a base de mica” Criterios de la clasificación Descripción Por la estructura del material básico, es materiales con mica en forma de decir la mica escamas materiales con mica en polvo
Por el aglomerante empleado
materiales aglomerantes con resinas naturales materiales aglomerantes con resinas sintéticas materiales aglomerantes con resinas de silicona materiales aglomerantes con productos inorgánicos
Por la clase de material usado como soporte
materiales sin soporte papeles de mica telas de mica materiales especiales
El criterio mas usado en la industria corresponde al establecido pro la comisión Electrotecnica Internacional, que divide a las macanitas en dos grandes grupos, cuya diferencia principal es el soporte que algunas de ellas presentan. 6.2a) MICANITA SIN SOPORTE : Constituidas por láminas de mica aglutinadas con un adherente adecuado. 6.2b) MICANITA CON SOPORTE : Constituidas por láminas de mica aglutinadas con un adherente adecuado aplicándolas sobre un material de soporte, o entre dos capas de material soporte. 10
6.2.1. Algunos ejemplos de materiales aislantes en base de mica con soporte. Papel de micanita. Este material esta constituido por una capa de papel Japón, sobre la que se deposita mica en escamas, en un espesor de 6 a 7 / 100 mm ; es flexible y resistente y soporte tensiones de hasta 3 kV , considerándose de clase térmica B (130° C) . Micafolio. Esta compuesto por una o dos capas finas de mica en escamas, con un soporte de papel. Las capas de mica se unen en capas muy compactas, para conservar sus propiedades dieléctricas. Es un material muy flexible que se presenta en rollos. Su principal aplicación es como aislamiento de devanado de máquinas eléctricas, sobres los que se enrolla en frío. Cintas y telas de micanita. Son productos que se obtienen con mica en escamas, superpuestas en una o más capas, unidas con un material aglomerante flexible a tejidos de seda, algodón, vidrio, etc. Que se usan ampliamente en aislamiento de bobinas en los devanados de máquinas eléctricas. 6.3 MICA MOLIDA Como se dijo anteriormente la mica molida corresponde a los trozos de mica molidos por un molino. Esta mica puede ser moscovita y vermiculita principalmente La mica actúa como relleno expandiéndose, generando una consistencia suave, mejorando la moldehabilidad de los componentes y además mejora la resistencia a romperse. 6.3.1 Mica molida en la industria de la pintura. En la industria de la pintura, la mica molida es usada como pigmento que facilita la suspensión, reduce los grumos, previene el encogimiento de la capa de pintura y aumenta su resistencia a la humedad. Además ayuda al brillo de los tonos de los pigmentos. 6.3.2 Mica molida en la industria de excavaciones. La mica molida es usada en la industria de excavaciones como un aditivo en los lodos de los pozos. Las escamas molidas de mica ayudan a prevenir la perdida de circulación ya que sella las secciones porosas del pozo.
6.3.3 Mica molida en la industria del caucho.
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En la industria del caucho se usa como relleno inerte para la fabricación de productos modelados de goma, como neumáticos y materiales usados para techar. La textura trenzada actúa como un antibloqueo y agente antiadesivo. 6.3.4. Mica molida en la industria plástica. La industria plástica la usa para rellenar y para extender superficies, especialmente en partes de automóviles para el aislamiento de peso ligero para así suprimir sonido y vibración. Los plásticos Reforzados por mica también tienen la estabilidad de alta temperatura dimensional, redujeron las torceduras de material, y mejoraron las propiedades superficiales de cualquier compuesto llenado plástico 6.3.5 Mica molida en la industria constructora. La mica molida seca es usada en la producción de materiales usados para techar rodados y ripios de asfalto donde sirve como una capa de superficie para prevenir que se adhieran las superficies próximas a esta. Como un aditivo de goma, la mica reduce la infiltración de gas y mejora la elasticidad 6.3.6 La mica molida en otros usos. La mica se usa además en capas decorativas como el papel mural. Además en el hormigón, el estuco, y superficies de azulejo. Esto también es usado como ingrediente de una capa de flujo sobre barras de soldar, en algunas grasas especiales. 6.4 Mica molida húmeda. La mica húmeda, que conserva la lucidez de sus caras de hendidura, es usada principalmente en pinturas de industria de automóviles. En la industria de cosméticos, las propiedades de reflexión y refracción de la mica la hacen un ingrediente importante en rubores, la sombra de ojos, el cuerpo y el brillo de pelo y el esmalte de uñas.
6.5 Clasificación de la mica molida La mica molida se clasifica acorde a su tamaño. La siguiente tabla relaciona el tamaño de las partículas con su aplicación en la industria. Tabla 4 “Clasificación de las micas molidas” 12
Grado Fragmentos Gruesos Fragmentos Medios- grueso Fragmentos Finos-grueso
Micrón 2,38 mm 2,00 mm 1,19 mm
Pulverizado Fino-grueso
595
Pulverizado Medio Fino
250
Pulverizado Fino
149
Pulverizado Super Fino
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Usos Perforación aceite/ nieve artificial Adornos Navidad/ material de juego Bloque concretos rellenado/ ladrillos refractarios / ligante en cemento/ filtro techado asfáltico/caucho. Metal templado / absorbente en Explosivos/desinfectantes/ componentes automatizado Electrodos soldados / cables & alambres/ adhesivos/ lubricantes/ mástico Texturas de pinturas/ yeso acústico Cielo raso Pinturas/ plásticos/ productos de caucho/ papel
7. PRECIOS Los precios de las hojas de mica varían acorde a la calidad y rango de la mica. Se pueden encontrar desde $1 por kilogramo para una mica de baja calidad y los precios pueden ir hasta $2,000 por kilogramo para la mica de mejor calidad.
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Tabla 5. “Precios de los diferentes tipos de mica”
La tabla muestra los precios en dólares de las distintas formas en que se vende la mica descritas anteriormente. Estos datos son obtenidos del servicio geológico de Estados Unidos. Los precios corresponden desde 1995 a 1999. Estos datos fueron obtenidos en http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/mica/440499.pdf
8. CONSUMO MUNDIAL DE MICAS 8.1 Consumo de laminas de mica y mica molida. El consumo mundial de mica se basa en la demanda de láminas y desperdicios de mica y mica molida. Si se asume que el consumo mundial es igual a su producción, se obtiene que el 90% del consumo se refiere a las formas de estas micas. Solo el 10% restante esta dado por las hojas de mica. 8.2 Consumo de hoja de mica. El consumo de la hoja de mica es abarcado principalmente por la industria eléctrica que es cerca del 90% de la producción mundial de hojas de mica. En Estados Unidos, el 99,34% corresponde al consumo de hoja de mica tipo splittings, mientras que el 0,65% se refiere a blocks de hojas de mica.
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Tabla 6 “Principales países productores de Mica en los últimos años” País productor India Rusia Otros Paises Total mundial
Año 2005 (ton) 3,500 1,500 200 5,200
Año 2006 (ton) 3,500 1,500 200 5,200
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Tabla 7 “Producción mundial de mica entre 1995 y 1999”
Los datos obtenidos en ambas tablas fueron encontrados en http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/mica/micshmcs07.pdf
9. CONCLUSIONES Miles de toneladas se extraen anualmente de los diferentes tipos de mica, siendo las más comunes la moscovita y la flogopita. Las hojas de mica y la mica molida son utilizadas en diferentes aplicaciones, determinadas por sus propiedades. La mica molida es principalmente empleada en productos para la construcción, pinturas, plásticos, así como también en lodos para perforación. En cambio, las hojas de mica son principalmente usadas en la manufactura de componentes eléctricos y en menor escala en aplicaciones electrónicas u ópticas. La mica armada , en varias de sus formas, puede sustituir a la hoja de mica natural en muchas de las aplicaciones eléctricas. Lo que es conveniente en términos del costo de producción de estas micas. Los principales productores de mica son India, Estados Unidos, Canadá y Brazil.
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10. REFERENCIAS • • • • • • • • •
http://www.segemar.gov.ar/P_Oferta_Regiones/Oferta/ http://www.imavolt.com.ar/8.htm http://www.ima-na.org/about_industrial_minerals/mica.asp http://www.icrmica.com/index.htm http://www.portal-industrial.com.ar/index.php/news/main/180/event=view http://www.imavolt.com.ar/8.htm http://html.rincondelvago.com/dielectricos-solidos-inorganicos.html http://es.wikipedia.org/wiki/Mica http://www.antiguosastronautas.com/articulos/Daniken02.html
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