Remplazamiento de anhidrita por carbonato cálcicoun caso de estudio de procesos de carbonatación mineral

Laburpena

El yeso (CaSO4·2H2O) y la anhidrita (CaSO4) son los minerales principales de los depósitos de sulfatos evaporíticos. La interacción de éstos con aguas carbonatadas ha dado lugar a calizas diagenéticas. La carbonatación de la anhidrita tiene lugar a través de reacciones disolución-cristalización acopladas. Tiene carácter topotáctico, lo que determina las características texturales de los polimorfos formados. Durante este proceso se generan grandes volúmenes de porosidad de carácter transitorio. La concentración de la disolución carbonatada, y por tanto la relación SO42-/CO32-, afecta a la cinética, al volumen de porosidad formado, y al camino de reacción a través del cual el proceso tiene lugar. Este último se ve influenciado de manera similar por la relación Mg2+/Ca2+. Los objetivos de esta tesis han sido, por tanto, estudiar y/o caracterizar: ¿ La epitaxia y su influencia en la cinética, y caminos de reacción de carbonatación de la anhidrita. ¿ La porosidad generada en este proceso y su evolución espacio-temporal. ¿ La influencia de la concentración inicial de carbonato en la fase acuosa en las características del proceso y los pseudomorfos resultantes. ¿ El papel de SO42-/CO32- en el polimorfismo de CaCO3 y en los caminos de reacción. Esta tesis se estructura en 4 capítulos introductorios (Introducción, Objetivos, Antecedentes y Metodología) y en 5 capítulos de resultados. De estos resultados, dos corresponden a trabajos ya publicados y el resto se incluirán en 3 trabajos que se encuentran en su proceso de redacción. En el capítulo 5 se describen las relaciones epitaxiales existentes entre la calcita y las caras principales de la anhidrita. En el capítulo 6 se estudia la porosidad generada durante la carbonatación de la anhidrita y su evolución. La porosidad, localizada mayoritariamente en la fase remplazada, se organiza principalmente en canales interconectados paralelos a la dirección [001]. Es el resultado de un proceso de ¿Ostwald ripening¿. En el capítulo 7 se describe la influencia de la concentración de carbonato en la fase acuosa. Cuanto menor es la misma, menor es la velocidad de reacción, el camino de reacción es más complejo, se genera más porosidad (la cual se acumula entre las fases primaria y secundaria), y peor es el grado de pseudomorfismo. En el capítulo 8 se presentan los resultados de experimentos de precipitación directa de CaCO3 a partir de mezclas de soluciones con concentraciones variables de SO42-. Cuanto mayor es la relación SO42-/CO32- se observa una modificación progresiva de la morfología de los cristales de calcita, elongándose paralelamente al eje c, y una inhibición de su precipitación. También se observa la estabilización de vaterita, que permanece metaestable durante periodos de interacción cada vez mayores y la formación de aragonito a tiempos más largos. Los análisis muestran una disminución del contenido de S en los cristales de calcita a lo largo del tiempo. En el capítulo 9 se describen e interpretan los caminos de reacción que tienen lugar durante la interacción de fragmentos de yeso o de anhidrita con disoluciones acuosas de Na2CO3 de distinta concentración (0,05 M y 0,5M). Los caminos de reacción son más complejos cuando se emplea yeso y cuando la concentración de las disoluciones es mayor. La cinética del yeso es más rápida que la de la anhidrita. La concentración de Na en la disolución se mantiene constante, mientras que la de S y la de Ca aumentan con el tiempo. Independientemente de la fase primaria considerada, se observa que cuanto mayor es la concentración inicial de carbonato, mayor es la concentración máxima de S, menor la máxima de Ca, y más lento es el descenso de pH de la disolución.