Cuando se oye hablar de minerales poco comunes o estratégicos le vienen a uno inmediatamente imágenes de lugares remotos. Sin embargo, aquí mismo, en la Comunidad de Madrid también hay explotaciones mineras, que son únicas en el mundo, este es el caso de la <a href="https://www.blackwell-synergy.com/" target="_blank">sepiolita.</a>
La Sepiolita es una arcilla que se ha formado bajo las muy particulares condiciones de la zona de Madrid, es decir, medio alcalino o rico en cuarzo, clima semiárido con grandes contrastes climáticos, con periodos de intensa sequía e inundación sobre subsuelos sin actividad tectónica. De hecho, el yacimiento más importante del mundo de este mineral, dada su pureza (superior al 90%) y su magnitud (70 % de las reservas mundiales) es el depósito situado en la región de Vallecas-Vicálvaro (Madrid) y que se explota a cielo abierto muy cerca de la M40 y M45.
El nombre sepiolita, procede de la palabra griega "sepia" por su similitud con el pseudoesqueleto de este cefalópodo. También se la conoce por "espuma de mar" por ser la única "piedra" que flota en el agua. En el siglo XVIII se empleó para fabricar pipas labradas en el centro de Europa. Por esa misma época, en España, se utilizaba como materia prima de la famosa porcelana del Buen Retiro, cuya fábrica fue destruida en 1808 durante la ocupación napoleónica para eliminar su competencia con la fábrica francesa de Sevres.
En la actualidad el mayor "aprovechamiento" de estos depósitos, casi el 80% de lo que se extrae, va destinado directamente a aplicaciones como material absorbente, principalmente como camas de gatos, con un valor añadido muy bajo. El resto de la producción está empezando a comercializarse en otras aplicaciones de mayor valor añadido, tales como aditivos en la comida de animales, portadores de insecticidas y herbicidas, agentes decolorantes, aditivos reológicos, en el refinamiento de aceite, tratamiento de aguas residuales, eliminación de olores y en la industria del papel.
Sin embargo, el abanico de aplicaciones de este material se puede ver ampliado dada la peculiar estructura de este mineral. La sepiolita es un silicato magnésico hidratado con una estructura cristalina relacionada con el talco y las arcillas. A diferencia de éstas, su estructura cristalina se caracteriza por la presencia de canales paralelos que pueden contener varias moléculas de agua y que están rodeados de átomos de magnesio (en las caras de los canales) y silicio (en el "suelo" y "techo" de estos canales) ( Fig.1). Esta peculiar estructura hace que el mineral de sepiolita aparezca en forma de agregados de partículas aciculares (en vez de laminillas como es el caso de practica totalidad de los minerales de la arcilla) de 1-2 µm de longitud y aproximadamente 0,2 µm de espesor. Por otra parte, la presencia de estos canales hace que las partículas de sepiolita posean una enorme superficie específica, del orden de 300 m
2/g que es accesible, principalmente, a moléculas pequeñas, menores de 10 nm. Por otra parte, las moléculas de agua presentes en dichos canales pueden desaparecer gradualmente cuando se calienta el mineral. Si se eliminan todas las moléculas de agua, la estructura cristalina original se modifica irreversiblemente y la sepiolita pierde gran parte de su superficie específica y por tanto su habilidad para absorber otras moléculas.
Recientemente un grupo de investigadores del ICMM-CSIC (C. Pecharromán y col. "Monodisperse and Corrosion-Resistant Metallic Nanoparticles Embedded into Sepiolite Particles for Optical and Magnetic Applications", publicado en la revista
"Journal of the American Ceramic Society" ha puesto de manifiesto la posibilidad de utilizar la estructura de la sepiolita como anfitrión para albergar nanopartículas monodispersas de un amplio abanico de metales (níquel, cobre, plata, oro, hierro, cobalto, etc.) con un tamaño inferior a 10 nm (Fig.2). El procedimiento propuesto, básicamente consiste en someter a la sepiolita a un ataque ácido, durante el cual se elimina una amplia fracción de los cationes de magnesio, a continuación se añade la sal del metal correspondiente que ocupara las posiciones vacantes del magnesio en la red cristalina dando como resultado una nueva sepiolita de magnesio y del metal correspondiente (Ni, Cu, Ag, Au, Fe, Co, etc.) hasta un máximo del 20% en peso. Si estas nuevas sepiolitas se tratan en atmósfera reductora a una temperatura de unos 500 ºC se produce la reducción del metal y simultáneamente, el colapso de la estructura como consecuencia de la perdida del agua estructural. En consecuencia, las nanopartículas metálicas recién formadas quedan atrapadas por la matriz. De este modo se evitan los problemas de aglomeración, corrosión y manipulación, típicos de los sistemas nanoparticulados preparados por otros métodos. Además, al estar estas nanopartículas contenidas en micropartículas de sepiolita, su manipulación es muy sencilla y lo que es más importante, se minimizan los riesgos de salud que conlleva la manipulación de nanopartículas metálicas, como consecuencia de la elevada reactividad de su superficie y la viabilidad, dado su pequeño tamaño, de atravesar las membranas biológicas y entrar en el flujo sanguíneo. En consecuencia, los sistemas particulados sepiolita-nanometal pueden competir de manera privilegiada con las nanopartículas metálicas obtenidas por otros métodos de síntesis, los cuales presentan inconvenientes tanto por sus elevados costes de producción como por su intrínseca inestabilidad, lo que obliga en la mayoría de los casos a su encapsulamiento con recubrimientos orgánicos (poliméricos) o inorgánicos, principalmente sílice.
De este modo, se están estudiando las propiedades de los sistemas particulados sepiolita-nanometal de cara a su empleo en una amplia variedad de aplicaciones con un alto valor añadido, a saber:
- Como materiales biocida y fungicidas (sepiolita - nanoCu, Ag)
- Sensores magnéticos y almacenamiento de datos (sepiolita - nanoFe, Ni, Co)
- En medicina (sepiolita-nanoFe, Ni, Co) como agentes de contraste en imágenes de resonancia magnética (IRM), así como en la separación y selección de analitos en aplicaciones in vitro.
- En optolectrónica y óptica no lineal (sepiolita - nanoCu, Ag, Au)
- Pigmentos y tintas magnéticas (sepiolita - nanoCu, Ag , Au, Co, Ni, Fe)
Así como otras muchas que se irán descubriendo en un próximo futuro.
En definitiva, dado que en España están los mayores y mejores depósitos a nivel mundial de un mineral tan exclusivo como la sepiolita y que nuestro país es la décima potencia económica del planeta no debiéramos permitirnos el lujo de destinar el 80% de la producción de este mineral, a una aplicación de tan reducido valor añadido como son las camas de gatos (con perdón para los gatos) sino que estamos pues obligados a buscar aplicaciones de mayor importancia tecnológica para este material único que podría llegar a ser considerado como estratégico en un próximo futuro.
