mano sosteniendo polvo ocre amarillo

Ocre amarillo y sus usos

Introducción

El ocre amarillo es una forma hidratada de hidróxido de óxido de hierro, FeO(OH). n H2O, comúnmente conocida como limonita. El ocre amarillo no es tóxico y es uno de los tres minerales de hierro, junto con la hematita y la magnetita, y se encuentra naturalmente en todo el mundo. Su uso principal a lo largo del tiempo ha sido como un tinte, algunos informes que afirman que su uso como un tinte en Africa se remonta casi 300.000 años. Como producto comercial, encontró fama después de que Jean-Atelier Astier desarrollara un proceso para extraerlo a escala de los acantilados rojos y amarillos de la Provenza de colores brillantes a finales del siglo XVIII, y se convirtió en el pigmento de elección para pinturas y tintes amarillos, rojos y naranjas.

pinturas rupestres hechas con ocre amarillo

El ocre se puede encontrar en varios colores; El ocre rojo es el producto de un óxido de hierro anhidro, mientras que el color amarillo se imparte a partir de hidróxido de óxido de hierro hidratado. Las mezclas de hierro ferroso y férrico producirán un ocre marrón. En general, la coloración se debe a la presencia de óxidos de hierro. La limonita en sí se forma a partir de la hidratación a través de la oxidación de los otros minerales de hierro, magnetita y hematita. Además, se puede formar a partir de procesos de intemperie sobre otros minerales ricos en hierro. Cuando se encuentra en un depósito, la limonita es un sólido amorfo, que aparece en tonos de amarillo o marrón, con un nivel de dureza moderado de 4 - 5.5 en la escala Mohs(1). Cuando se extrae, se puede dividir en fragmentos, o moler a un polvo para su uso.

Con el tiempo, el ocre amarillo/limonita ha encontrado usos en adhesivos primitivos (2) en herramientas de mano temprana, en obras de arte religiosas y protección solar - aunque este último ha sido desplazado por métodos basados en titania.

En la época contemporánea, el ocre sigue siendo un material importante. Todavía se utiliza como un tinte, pero ha encontrado otras aplicaciones como en la catálisis, como un aditivo de cemento y en la síntesis de nanopartículas de hierro. Esto es además de su uso como mineral de hierro; limonita puede contener hasta 59,8 hierro(3). Si bien este valor no es tan alto como la magnetita o, en particular, la hematita(4), sigue siendo un mineral viable del metal de gran importancia económica.

Tintes y Pigmentos

El uso más ubicuo de ocre es como pigmento. Su coloración amarilla brillante es muy deseable. Los estudios sobre pinturas antiguas y revestimientos de paredes sugieren que el ocre amarillo se utilizó tanto en la Antigua Roma(5) como en Egipto(6), aunque en Sudáfrica, los diseños abstractos hechos con ocre se remontan a 75.000 años. Como pigmento en las pinturas modernas, es responsable de tonos terrosos y amarillos(7). Se ha empleado como un tinte estable a largo plazo para velas, fibras naturales e incluso es eficaz en fibras sintéticas de poliacrilonitrilo(8).

tela de colorteada usando un poco de ocre amarillo
varios ladrillos de colores

Permineralización

La permineralización es el proceso por el cual los depósitos minerales se recogen y forman moldes internos de organismos, como método de fosilización. La limonita es uno de los principales minerales encontrados en los organismos fosilizados(9) y se ha observado que cuando un organismo ha sido fosilizado con limonita, a menudo se conserva mejor que otros métodos(10).

Materiales para el entorno construido

Uno de los usos más antiguos para el ocre es
como pigmento
en cementos/renderizados, explicando en parte las casas ricamente coloreadas en partes de América Latina y alrededor de la cuenca mediterránea. En muchos casos, el ocre se utilizaba sólo como colorante(11), pero se han documentado usos de él donde proporciona más un papel estructural junto con otros compuestos.

Cementos y Hormigones

Como pigmento en los cementos, el ocre es responsable de una coloración amarilla fuerte y se ha informado que es altamente estable a largo plazo(11). Esta "eficacia cromática" ha demostrado su valía a lo largo de muchos años. Se ha observado que, en general, los hormigóns y cementos pigmentados tienen propiedades mecánicas menores que los de hormigón convencional, pero no lo suficiente para evitar que se utilicen como hormigón estructural(12).

edificios hechos con ocre amarillo

Una propuesta interesante para el ocre fue el uso como componente en el cemento del radiador(13). Es decir, un cemento de ajuste rápido que forma un sello alrededor de una tubería que contiene líquido. Junto con la gelatina y el yeso de París, el cemento propuesto utiliza el ocre como uno de sus ingredientes más grandes co-iguales, proporcionando un sello de fijación de bajo costo que es resistente al agua, incluso a altas temperaturas. Como componente de hormigón, junto con la ilmenita, la limonita como parte del agregado ha demostrado ser un hormigón resistente al calor de alto rendimiento, con aplicaciones que incluyen en reactores nucleares a pequeña y gran escala, donde se ha encontrado que el hormigón de ilenita-limonita se está atendiendo altamente contra los rayos gamma primarios y secundarios y neutrones de movimiento lento(14,15), este efecto de protección contra la radiación se debe principalmente al contenido de hierro de la sala de hormigón. Además, se han utilizado agregados altos que contienen ocreen en la producción de hormigón en el sudeste asiático, hasta 30 de agregado total, produciendo un hormigón tan fuerte como el hormigón normal(16).

Suelos lateríticos

En ciertas partes del mundo, el suelo se describe como laterítico. Esto significa que son en gran parte arcilla, y son porosos. A menudo, estos también contienen grandes cantidades de ocre. Los ladrillos rudimentarios se han hecho de estos suelos lateríticos y se han contabilizado muchas estructuras tempranas, particularmente en la India. Desarrollando esta idea, y aplicando métodos modernos de construcción, un ladrillo de hormigón hecho ahora usando suelo laterítico local requiere 50 menos de cemento como lo haría uno similar en un clima templado(17). Además, los ocres se pueden utilizar como componentes en la construcción de carreteras, proporcionando infraestructura a un ritmo económicamente atractivo(18).

ocre amarillo sin minar

Catálisis

La catálisis de hierro es, en sí misma, un campo grande y variado. Algunas de las principales preocupaciones con los catalizadores convencionales son que pueden ser costosos de producir o carecer de estabilidad a largo plazo.
Ocre/limonita tiene el potencial
de superar estos problemas. En algunos casos, la limonita puede incluso ser sacrificial, siendo convertida fácilmente en otros compuestos como nanopartículas.

Para la síntesis de nanopartículas de hierro

Las nanopartículas de hierro se han empleado para innumerables tareas en las últimas dos décadas, con aplicaciones en todo el espectro catalítico, son apreciadas por su superficie a la relación de volumen. Las nanopartículas de hierro se han sintetizado directamente a partir de limonita(19), y se ha demostrado que son eficaces para la eliminación del cromo hexavalente tóxico de los flujos de residuos(20). La limonita puede ser una fuente barata de óxido de hierro de alta pureza a partir de la cual hacer nanopartículas de hierro.

La limonita puede reducirse y formarse en nanopartículas de hierro cero-valentes (ZVNP) mediante un proceso relativamente simple, y tales paraZVNP han encontrado aplicaciones en la purificación del agua y en las vías de tratamiento de residuos industriales como la eliminación de para-nitrofenol(21). Ya en 1972, los ZVNP se han utilizado en pesticidas y compuestos clorados en medios acuosos(22).

Ilustración de fondo del concepto de tecnología nanométrica

Procesos de descomposición y reforma

Limonite/ocre amarillo, como se mencionó, es una fuente útil de hierro y se puede utilizar como catalizador para varios procesos de descomposición/reforma. Estos toman típicamente materiales tóxicos o de otro modo de desecho y los convierten en algo útil o más fácil de manejar. Por ejemplo, se ha informado de que cuando los compuestos orgánicos volátiles de los procesos de biomasa se pasan sobre un lecho de limonita a temperaturas relativamente bajas se reforman en un gas rico en hidrógeno (similar al gas de síntesis); este enfoque también funciona con los residuos de color perral gasificados dejados en los procesos de biomasa, y se afirma que es tan eficaz como un catalizador comercial de óxido de níquel-aluminio. La ventaja aquí es clara, el uso de un catalizador no tóxico y barato es ventajoso sobre uno tóxico y caro(23).

Basándose en las reacciones clásicas de estilo de la industria petroquímica con hidrocarburos tarry, la limonita se ha utilizado para catalizar el agrietamiento de los gases de escape de la pirólisis del carbón de baja calidad a bajas temperaturas. En esta reacción, el agrietamiento favorece los hidrocarburos pequeños y aromáticos que son sintéticamente útiles como materias primas (24). El contenido de ocre de contenido de alta-FeOOH extraído en Australia se ha utilizado para la limpieza de vidrio caliente. El FeOOH se coloca en una atmósfera reductora a 500 oC y se ha demostrado que elimina la piridina de un flujo de gas y la convierte en gas nitrógeno benigno por encima de una tasa de conversión de 80(25). Particularmente impresionante es que la conversión también funcionó bien a la misma temperatura, pero sin la atmósfera reductora.

Cuando se utiliza como un apoyo para otros catalizadores, la limonita ha demostrado utilidad en la descomposición del disulfuro de carbono, un gas que a través de reacciones en la atmósfera es una de las principales causas de la lluvia ácida. La combinación de limonita y un catalizador BiVO4 eliminó eficazmente el disulfuro a temperaturas moderadas(26). El tratamiento térmico del ocre lo convierte de limonita a hematita, que se puede utilizar para el agrietamiento catalítico térmico del tolueno en pequeños hidrocarburos, por encima de 90 de eficiencia(27). Se observó que tal actividad no podía realizarse solo de la hematita tal como se extraía. Como se mencionó anteriormente, la limonita/ocre no se considera la "mejor" fuente de hierro, y por ocre asado alcalino seguido de tratamiento hidrotermal, se puede convertir en un material superior que contiene Fe2O3,que tiene una aplicación más amplia(28).

Avanzando hacia aplicaciones de tipo biológico, se ha demostrado que la limonita es catalíticamente activa para la hidrólisis de los péptidos de microcistina, superando a sus otros pares minerales(29), debido a un carácter ácido altamente Lewis en su superficie. Con este conocimiento, se pueden extraer ideas sobre la descomposición natural y la descomposición de las microcistinas.

pared amarilla con ventana
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Resumen

  • El ocre/limonita amarillo es un mineral de hierro con una coloración amarilla brillante
  • Ha estado en uso durante miles de años como un tinte / pigmento - aplicaciones en las que todavía se utiliza
  • En el entorno de la construcción, el ocre se ha utilizado en cementos y hormigones para aplicaciones estructurales y decorativas
  • Su uso en catálisis es notable, proporcionando catalizadores resilientes y baratos para diversos procesos industriales como la descomposición de contaminantes, y como una fuente de calidad de hierro para la fabricación de nanopartículas de hierro
Amarillo Ocre

Referencias:

1 S. A. Northrop, Minerales de Nuevo México, Universidad de Nuevo México Prensa, Albuquerque, 1959

2 L. Wadley, J. Human Evol., 2005, 49, 587

3 M. B. B. Hocking, Handbook of Chemical Technology and Pollution Control, Academic Press, Cambridge, Estados Unidos, 2006

4 D. Kumar y D. Kumar, Gestión de los Recursos del Carbón de Coking,Elsevier, Amsterdam, 2015

5 G. A. Mazzocchin et al., Talanta, 2003, 61, 565

6 M. Uda et al., Nucl. Inst. Metanfetamina. Phys. Res. B, 2000, 161, 758

8 Patente de los Estados Unidos 2717823A, 1951, expiró

7 T. Learner et al., Int. J. Poym. Anal. Caracterización, 2010, 8, 67

9 W. E. Stein Jr. et al., El reverendo Paleobot. Palynol., 1982, 36, 185

10 G. E. Mustoe, Geociencias, 2017, 7, 119

11 A. García-Beltrán et al., COLOR - Res. Appln., 2000, 25, 286

12 A. S. Y. Ezzeldin, tesis doctoral, Universidad Americana en El Cairo, 2013

13 Patente de los Estados Unidos 1808637A, 1929 , expiró

14 I. I. Basher et al., Ann. Nucl. Energ., 1996, 23, 65

15 A. S. Makarious et al., Int. J. Radiat. Appl. Inst. R: Appl. El radio. Isotop., 1989, 40, 3

16 K.Muthusamy y N.W.Kamaruzaman, Int. J. Civ. Environ. Eng., 2012, 12, 83

17 S. J. Ola, J. Trans. Eng. Div. Soy. Soc. Civ. Eng., 1974, 100, 379

18 M. A. Rahman, Construir. Environ., 1987, 22, 147

19 N. A. N. Alkadsi, Andalus J. Appl. Sci., 2016, 11, 19

20 X. Xu et al., Hidrometalurgia, 2013, 138, 33

21 T. Chen et al., J. Nanopart. Res., 2015, 17, 373

22 J. T. Hoff et al., Environ. Sci. Technol., 1990, 24, 135

23 J.-P. Cao et al., Energy Fuels, 2017, 31, 4054

24 S. Li et al., Energy Fuels, 2016, 30, 6984

25 N. Tsubouchi et al., Appl. Gato. R: General., 2015m 499, 133

26 Z. Yu et al., Aerosol Air Qual. Res., 2019, 19, 2352

27 H. Liu et al., Fuel, 2016, 177, 180

28 N. Tsubouchi y Y. Mochizuki, ACS Omega, 2019, DOI: 10.1021/acsomega.9b02480

29 Y. Huang et al., Res. Chem. Internat., 2019, DOI: 10.1007/s11164-079-04024-7