Tierra de diatomeas - Diatomaceous earth

Una muestra de tierra de diatomeas apta para alimentos

Tierra de diatomeas ( / ˌ d . Ə . T ə m . Ʃ ə s / ), diatomita ( / d æ t . Ə ˌ m t / ), o kieselgur / tierra de diatomeas es una de origen natural, suave, roca sedimentaria silícea que se puede desmenuzar en un polvo fino de color blanco a blanquecino . Tiene un tamaño de partícula que varía de más de 3 μm a menos de 1 mm, pero típicamente de 10 a 200 μm. Dependiendo de la granularidad , este polvo puede tener un tacto abrasivo , similar al polvo de piedra pómez , y tiene una baja densidad como resultado de su alta porosidad . La composición química típica de la tierra de diatomeas secada al horno es de 80 a 90% de sílice , con 2 a 4% de alúmina (atribuida principalmente a minerales arcillosos ) y 0,5 a 2% de óxido de hierro .

La tierra de diatomeas consiste en restos fosilizados de diatomeas , un tipo de protista de caparazón duro . Se utiliza como coadyuvante de filtración , abrasivo suave en productos que incluyen abrillantadores de metales y pasta de dientes , insecticida mecánico , absorbente de líquidos, agente matificante para revestimientos, relleno de refuerzo en plásticos y caucho, antibloqueo en películas plásticas, soporte poroso para catalizadores químicos, arena para gatos , activador en estudios de coagulación sanguínea , componente estabilizador de dinamita , aislante térmico y suelo para plantas en macetas y árboles como el bonsái .

Tierra de diatomeas vista bajo iluminación de campo brillante en un microscopio óptico . Esta imagen de partículas de tierra de diatomeas en el agua está a una escala de 6.236 píxeles / μm , y la imagen completa cubre una región de aproximadamente 1,13 por 0,69 mm.
Foto de microscopio electrónico de barrido de tierra de diatomeas

Composición

Cada depósito de tierra de diatomeas es diferente, con diferentes mezclas de tierra de diatomeas pura combinada con otras arcillas y minerales naturales. Las diatomeas en cada depósito contienen diferentes cantidades de sílice, dependiendo de las condiciones de sedimentación , de la presencia de otros sedimentos (arcilla, arena, cenizas volcánicas) y de la edad del depósito ( diagénesis , disolución / precipitación de sílice , pruebas de diatomeas envejecimiento ). Las especies de diatomeas también pueden diferir entre los depósitos. La especie de diatomea depende de la edad y el paleoambiente del depósito. A su vez, la forma de una diatomea está determinada por su especie.

Muchos depósitos en toda la Columbia Británica , como Red Lake Earth, son de la época del Mioceno y contienen una especie de diatomea conocida como Melosira granulata . Estas diatomeas tienen aproximadamente de 12 a 13 millones de años y tienen una forma globular pequeña. Un depósito que contenga diatomeas de esta época puede aportar ciertos beneficios sobre otros. Por ejemplo, las diatomeas de la época del Eoceno (aproximadamente de 40 a 50 millones de años) no son tan efectivas en su capacidad para absorber fluidos porque a medida que las diatomeas más viejas se recristalizan, sus pequeños poros se llenan de sílice.

Formación

Formas de diatomita por la acumulación de la amorfo de sílice ( opal , SiO 2 · nH 2 O) restos de diatomeas muertas (microscópico unicelular algas ) en lacustres o marinos sedimentos . Los restos fósiles consisten en un par de conchas o frústulas simétricas . Las diatomitas marinas se encuentran asociadas con una amplia variedad de otros tipos de rocas, pero las diatomitas lacustres casi siempre están asociadas con rocas volcánicas. Diatomeas sílex consta de tierra de diatomeas que se ha cementado con sílice.

Las diatomeas pueden extraer sílice del agua que está saturada en menos del 1% en sílice amorfa (índice de saturación (SI): -2). Sus frústulas permanecen sin disolver porque están rodeadas por una matriz orgánica. Los minerales arcillosos también pueden precipitarse sobre las frústulas y protegerlas de la disolución en el agua de mar. Cuando la diatomea muere, la frústula se despoja de su capa orgánica y se expone al agua de mar. Como resultado, solo del 1% al 10% de las frústulas sobreviven el tiempo suficiente para ser enterradas bajo sedimentos y parte de esto se disuelve dentro de los sedimentos. Solo se conserva en el registro sedimentario entre un 0,05% y un 0,15% de la cantidad original de sílice producida por las diatomeas.

Descubrimiento

En 1836 o 1837, el campesino alemán Peter Kasten descubrió la tierra de diatomeas (alemán: Kieselgur ) al hundir un pozo en la ladera norte de la colina Haußelberg , en el brezal de Lüneburg en el norte de Alemania .

Sitios de extracción y almacenamiento en Lüneburg Heath

Neuohe - extracción de 1863 a 1994
Wiechel desde 1871 hasta 1978
Hützel desde 1876 hasta 1969
Hösseringen desde c.1880 hasta 1894
Hammerstorf desde c.1880 hasta 1920
Oberohe desde 1884 hasta 1970
Schmarbeck desde 1896 hasta c. 1925
Steinbeck desde 1897 hasta 1928
Breloh desde 1907 hasta 1975
Schwindebeck desde 1913 hasta 1973
Hetendorf de 1970 a 1994

Los depósitos tienen un espesor de hasta 28 metros (92 pies) y son todos de tierra de diatomeas de agua dulce.

Hasta la Primera Guerra Mundial , casi toda la producción mundial de tierra de diatomeas procedía de esta región.

Otros depósitos

En Polonia, los depósitos de tierra de diatomeas se encuentran en Jawornik y están compuestos principalmente por esqueletos de diatomeas (frústulas)

En Alemania, la tierra de diatomeas también se extrajo en Altenschlirf en Vogelsberg ( Alta Hesse ) y en Klieken ( Sajonia-Anhalt ).

Hay una capa de tierra de diatomeas de más de 6 metros (20 pies) de espesor en la reserva natural de Soos en la República Checa.

Los depósitos en la isla de Skye , frente a la costa oeste de Escocia, se extrajeron hasta 1960.

En Colorado y en el condado de Clark, Nevada , Estados Unidos, hay depósitos que tienen varios cientos de metros de espesor en algunos lugares. Se han trabajado depósitos marinos en la Formación Sisquoc en el condado de Santa Bárbara, California, cerca de Lompoc y a lo largo de la costa del sur de California . Este es el depósito de diatomita más grande del mundo. Se han trabajado depósitos marinos adicionales en Maryland , Virginia , Argelia y MoClay de Dinamarca. Los depósitos de lagos de agua dulce se encuentran en Nevada, Oregon , Washington y California . Los depósitos de lagos también se encuentran en lagos interglaciares en el este de los Estados Unidos, en Canadá y en Europa en Alemania, Francia, Dinamarca y la República Checa. La asociación mundial de depósitos de diatomitas y depósitos volcánicos sugiere que la disponibilidad de sílice de cenizas volcánicas puede ser necesaria para depósitos de diatomitas gruesos.

La tierra de diatomeas se encuentra a veces en superficies desérticas . La investigación ha demostrado que la erosión de la tierra de diatomeas en tales áreas (como la depresión de Bodélé en el Sahara ) es una de las fuentes más importantes de polvo en la atmósfera que afecta el clima.

Las frústulas silíceas de las diatomeas se acumulan en humedales y lagos frescos y salobres. Algunas turbas y lodos contienen suficiente abundancia de frústulas como para poder extraerlas. La mayoría de las tierras de diatomeas de Florida se han encontrado en el lodo de humedales o lagos. La American Diatomite Corporation, de 1935 a 1946, refinó un máximo de 145 toneladas por año en su planta de procesamiento cerca de Clermont, Florida . La suciedad de varios lugares en el condado de Lake, Florida, se secó y se quemó ( calcinó ) para producir la tierra de diatomeas. Anteriormente se extraía del lago Mývatn en Islandia.

Los depósitos comerciales de diatomita están restringidos a los períodos Terciario o Cuaternario . Se conocen depósitos más antiguos que datan del período Cretácico , pero son de baja calidad.

Se han localizado depósitos de diatomitas ricos en fósiles en Nueva Zelanda, pero la extracción de los depósitos de Foulden Maar a escala industrial, para convertirlos en alimento para animales, ha suscitado una fuerte oposición.

Forma comercial

La tierra de diatomeas está disponible comercialmente en varios formatos:

  • La tierra de diatomeas granulada es una materia prima simplemente triturada para un empaque conveniente
  • La tierra de diatomeas molida o micronizada es especialmente fina (10 μm a 50 μm) y se utiliza para insecticidas.
  • La tierra de diatomeas calcinada se trata térmicamente y se activa para los filtros.
Las paredes de las células de diatomeas individuales a menudo mantienen su forma incluso en medios filtrantes procesados ​​comercialmente, como este para piscinas
Diatomeas marinas vivas de la Antártida (ampliada)

Usos

Explosivos

En 1866, Alfred Nobel descubrió que la nitroglicerina podría volverse mucho más estable si se absorbiera en diatomita (tierra de diatomeas). Esto permitió un transporte y manipulación mucho más seguros que la nitroglicerina pura en forma líquida. Nobel patentó esta mezcla como dinamita en 1867; la mezcla también se llama dinamita guhr en referencia al término alemán kieselguhr.

Filtración

El ingeniero de Celle , Wilhelm Berkefeld, reconoció la capacidad de la tierra de diatomeas para filtrar y desarrolló filtros tubulares (conocidos como velas de filtro) disparados a partir de tierra de diatomeas. Durante la epidemia de cólera en Hamburgo en 1892, estos filtros de Berkefeld se utilizaron con éxito. Una forma de tierra de diatomeas se utiliza como medio filtrante , especialmente para piscinas. Tiene una alta porosidad porque está compuesto por partículas microscópicamente pequeñas y huecas. La tierra de diatomeas (a veces denominada por marcas registradas como Celite) se usa en química como un coadyuvante de filtración, para aumentar la velocidad de flujo y filtrar partículas muy finas que de otro modo atravesarían o obstruirían el papel de filtro . También se utiliza para filtrar agua, particularmente en el proceso de tratamiento de agua potable y en peceras , y otros líquidos, como cerveza y vino. También puede filtrar jarabes, azúcar y miel sin eliminar ni alterar su color, sabor o propiedades nutricionales.

Abrasivo

El uso más antiguo de la diatomita es como un abrasivo muy suave y se ha utilizado en pasta de dientes , abrillantadores de metales y algunos exfoliantes faciales.

Control de plagas

La diatomita es valiosa como insecticida debido a sus propiedades abrasivas y fisicoabsorbentes . El polvo fino absorbe los lípidos de la capa exterior cerosa de los exoesqueletos de muchas especies de insectos; esta capa actúa como una barrera que resiste la pérdida de vapor de agua del cuerpo del insecto. Dañar la capa aumenta la evaporación del agua de sus cuerpos, por lo que se deshidratan, a menudo fatalmente.

Los artrópodos mueren como resultado de la deficiencia de presión del agua, según la ley de difusión de Fick . Esto también funciona contra los gasterópodos y se emplea comúnmente en jardinería para derrotar a las babosas . Sin embargo, dado que las babosas habitan en ambientes húmedos, la eficacia es muy baja. La tierra de diatomeas a veces se mezcla con un atrayente u otros aditivos para aumentar su eficacia.

No se ha demostrado que la forma de las diatomeas contenidas en un depósito afecte a su funcionalidad en lo que respecta a la adsorción de lípidos; sin embargo, ciertas aplicaciones, como las de las babosas y los caracoles, funcionan mejor cuando se usa una diatomea de forma particular, lo que sugiere que la adsorción de lípidos no es todo. Por ejemplo, en el caso de las babosas y los caracoles, las diatomeas grandes y espinosas funcionan mejor para lacerar el epitelio del molusco. Las conchas de diatomeas funcionarán hasta cierto punto en la gran mayoría de los animales que se someten a ecdisis en la eliminación de la cutícula , como los artrópodos o los nematodos . También puede tener otros efectos sobre los lofotrocozoos , como moluscos o anélidos .

Se ha estudiado la diatomita de grado médico por su eficacia como agente desparasitante en el ganado; en ambos estudios citados, los grupos tratados con tierra de diatomeas no obtuvieron mejores resultados que los grupos de control. Se usa comúnmente en lugar del ácido bórico y se puede usar para ayudar a controlar y posiblemente eliminar las plagas de chinches , ácaros del polvo doméstico , cucarachas , hormigas y pulgas .

La tierra de diatomeas se aplica ampliamente para el control de insectos en el almacenamiento de granos.

Para que sea eficaz como insecticida, la tierra de diatomeas debe estar sin calcinar (es decir, no debe ser tratada térmicamente antes de la aplicación) y tener un tamaño medio de partícula por debajo de aproximadamente 12 μm (es decir, grado alimenticio, ver más abajo ).

Aunque se consideran de riesgo relativamente bajo, los pesticidas que contienen tierra de diatomeas no están exentos de la regulación en los Estados Unidos bajo la Ley Federal de Insecticidas, Fungicidas y Rodenticidas y deben estar registrados en la Agencia de Protección Ambiental .

Térmico

Sus propiedades térmicas permiten su uso como material de barrera en algunas cajas fuertes ignífugas. También se utiliza en aislamiento de polvo evacuado para uso con criogénicos. El polvo de tierra de diatomeas se inserta en el espacio de vacío para ayudar en la eficacia del aislamiento de vacío. Se utilizó en las cocinas clásicas AGA como barrera térmica.

Soporte de catalizador

La tierra de diatomeas también encuentra algún uso como soporte para catalizadores , y generalmente sirve para maximizar el área de superficie y la actividad de un catalizador . Por ejemplo, el níquel puede apoyarse en el material (la combinación se llama Ni – Kieselguhr) para mejorar su actividad como catalizador de hidrogenación .

Agricultura

La tierra de diatomeas de agua dulce natural se utiliza en la agricultura para el almacenamiento de granos como agente antiaglomerante , así como como insecticida. Está aprobado por la Administración de Alimentos y Medicamentos como aditivo para piensos para prevenir el apelmazamiento.

Algunos creen que puede usarse como antihelmíntico natural (desparasitante), aunque los estudios no han demostrado que sea eficaz. Algunos agricultores lo agregan a la alimentación de su ganado y aves de corral para evitar que se apelmace. La "tierra de diatomeas de grado alimenticio" está ampliamente disponible en las tiendas de suministros de alimentos agrícolas.

La diatomita de agua dulce se puede utilizar como medio de cultivo en jardines hidropónicos .

También se utiliza como medio de cultivo en plantas en macetas, especialmente como suelo para bonsáis . Los entusiastas del bonsái lo utilizan como aditivo para el suelo o en macetas con un árbol de bonsái en tierra de diatomeas al 100%. En la horticultura, a veces se utiliza como acondicionador del suelo , porque al igual que la perlita , la vermiculita y la arcilla expandida , retiene el agua y los nutrientes, mientras se drena rápida y libremente, lo que permite una alta circulación de oxígeno dentro del sustrato.

Marcador en experimentos de nutrición ganadera

La tierra de diatomeas seca natural no calcinada se utiliza regularmente en la investigación de la nutrición del ganado como fuente de ceniza insoluble en ácido (AIA), que se utiliza como marcador no digerible. Al medir el contenido de AIA en relación con los nutrientes en las dietas de prueba y las heces o digesta extraídas del íleon terminal (último tercio del intestino delgado), el porcentaje de ese nutriente digerido se puede calcular utilizando la siguiente ecuación:

dónde:

N es la digestibilidad de los nutrientes (%)
N f es la cantidad de nutrientes en las heces (%)
N F es la cantidad de nutrientes en el alimento (%)
A f es la cantidad de AIA en las heces (%)
A F es la cantidad de AIA en el alimento (%)

Muchos investigadores prefieren la tierra de diatomeas de agua dulce natural al óxido crómico, que ha sido ampliamente utilizado para el mismo propósito, siendo este último un carcinógeno conocido y, por lo tanto, un peligro potencial para el personal de investigación.

Construcción

La tierra de diatomeas gastada del proceso de elaboración de la cerveza se puede agregar a la masa cerámica para la producción de ladrillos rojos con mayor porosidad abierta.

La tierra de diatomeas se considera un material inorgánico no metálico muy prominente que se puede utilizar para la producción de diversas cerámicas, incluida la producción de cerámicas porosas bajo tecnología hidrotermal de baja temperatura.

Variedades específicas

  • La tripolita es la variedad que se encuentra en Trípoli , Libia.
  • La arcilla Bann es la variedad que se encuentra en el valle inferior de Bann en Irlanda del Norte.
  • Moler ( Mo-clay ) es la variedad que se encuentra en el noroeste de Dinamarca, especialmente en las islas de Fur y Mors .
  • La tierra de diatomeas de calidad alimentaria derivada de agua dulce es el tipo que se usa en la agricultura de los Estados Unidos para el almacenamiento de granos, como complemento alimenticio y como insecticida. Se produce sin calcinar , tiene un tamaño de partícula muy fino y es muy bajo en sílice cristalina (<2%).
  • El grado de filtro de agua salada para piscinas / cerveza / vino no es adecuado para el consumo humano ni eficaz como insecticida. Por lo general, se calcina antes de venderse para eliminar impurezas y contenidos volátiles indeseables, está compuesto de partículas más grandes que la versión de agua dulce y tiene un alto contenido de sílice cristalina (> 60%).

Degradación microbiana

Ciertas especies de bacterias en océanos y lagos pueden acelerar la velocidad de disolución de la sílice en diatomeas vivas y muertas; mediante el uso de enzimas hidrolíticas para descomponer el material orgánico de algas.

Importancia climatológica

El clima de la Tierra se ve afectado por el polvo en la atmósfera , por lo que localizar las principales fuentes de polvo atmosférico es importante para la climatología . Investigaciones recientes indican que los depósitos superficiales de tierra de diatomeas juegan un papel importante. Las investigaciones muestran que una gran cantidad de polvo proviene de la depresión de Bodélé en Chad , donde las tormentas empujan la grava de diatomita sobre las dunas , generando polvo por abrasión .

Consideraciones de seguridad

La inhalación de sílice cristalina es dañina para los pulmones y causa silicosis . Se considera que la sílice amorfa tiene baja toxicidad, pero la inhalación prolongada causa cambios en los pulmones. La tierra de diatomeas es principalmente sílice amorfa pero contiene algo de sílice cristalina, especialmente en las formas de agua salada. En un estudio de trabajadores, los expuestos a la tierra de diatomeas natural durante más de cinco años no tuvieron cambios pulmonares significativos, mientras que el 40% de los expuestos a la forma calcinada habían desarrollado neumoconiosis . Las formulaciones de tierra de diatomeas comunes de hoy en día son más seguras de usar, ya que están compuestas predominantemente de sílice amorfa y contienen poca o ninguna sílice cristalina.

El contenido de sílice cristalina de la tierra de diatomeas está regulado en los Estados Unidos por la Occupational Safety and Health Administration (OSHA) y existen pautas del National Institute for Occupational Safety and Health que establecen las cantidades máximas permitidas en el producto (1%) y en el aire cerca de la zona de respiración de los trabajadores, con un límite de exposición recomendado de 6 mg / m 3 durante una jornada laboral de 8 horas. OSHA ha establecido un límite de exposición permisible para la tierra de diatomeas como 20 mppcf (80 mg / m 3 /% SiO 2 ). A niveles de 3.000 mg / m 3 , la tierra de diatomeas es inmediatamente peligrosa para la vida y la salud.

En la década de 1930, se descubrió que la exposición ocupacional a largo plazo entre los trabajadores de la industria de la tierra de diatomeas cristobalita que estuvieron expuestos a altos niveles de sílice cristalina en el aire durante décadas tenía un mayor riesgo de silicosis .

Hoy en día, los trabajadores deben utilizar medidas de protección respiratoria cuando las concentraciones de sílice superan los niveles permitidos.

La diatomita producida para los filtros de piscina se trata con calor intenso ( calcinación ) y un agente fundente ( carbonato de sodio ), lo que hace que el dióxido de silicio amorfo, antes inofensivo, adopte su forma cristalina.

Ver también

Referencias

enlaces externos