{"id":9263,"date":"2018-05-16T10:43:52","date_gmt":"2018-05-16T10:43:52","guid":{"rendered":"https:\/\/www.icog.es\/TyT\/?p=9263"},"modified":"2018-05-16T14:14:02","modified_gmt":"2018-05-16T14:14:02","slug":"el-grafito-de-toledo-un-material-para-el-futuro","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.icog.es\/TyT\/index.php\/2018\/05\/el-grafito-de-toledo-un-material-para-el-futuro\/","title":{"rendered":"EL GRAFITO DE TOLEDO \u00bfUN MATERIAL PARA EL FUTURO?"},"content":{"rendered":"

Tierra y Tecnolog\u00eda n\u00ba 51\u00a0|\u00a0http:\/\/dx.doi.org\/10.21028\/imm.2018.05.16<\/a> |\u00a0Iv\u00e1n Mart\u00edn-M\u00e9ndez\u00b9<\/strong>, Ester Boixereu\u00b9 y Carlos Villaseca\u00b2<\/strong>.\u00a0(1) Instituto Geol\u00f3gico y Minero de Espa\u00f1a; i.martin@igme.es<\/a> , n\u00ba colegiado 7042, e.boixereu@igme.es<\/a>, n\u00ba colegiada 2578. (2) Universidad Complutense de Madrid, granito@ucm.es<\/a><\/p>\n

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La sociedad actual debe afrontar el reto de encontrar tecnolog\u00edas m\u00e1s eficientes y con el m\u00ednimo impacto ambiental. En este contexto, el grafito se ha convertido en una materia prima indispensable en la fabricaci\u00f3n de productos fundamentales en tecnolog\u00edas al servicio de la transici\u00f3n energ\u00e9tica.<\/p>\n

A pesar de que la producci\u00f3n del grafito a nivel mundial es baja, del orden de un mill\u00f3n de toneladas al a\u00f1o, se espera que, en un futuro inmediato, la demanda de esta materia prima se incremente notablemente ya que es fundamental en su aplicaci\u00f3n en dos industrias de gran proyecci\u00f3n como son las bater\u00edas de los coches el\u00e9ctricos, y los nuevos materiales, como el grafeno.<\/p>\n

Este art\u00edculo trata de explicar por una parte, las caracter\u00edsticas que hacen que el grafito sea un material tan especial, y, por otra cual es potencial en grafito de nuestro pa\u00eds, y m\u00e1s concretamente de los yacimientos de la provincia de Toledo, que fueron los m\u00e1s importantes en cuanto a producci\u00f3n en la pen\u00ednsula ib\u00e9rica.<\/p>\n

La tecnolog\u00eda que esconde el l\u00e1piz<\/h4>\n

El grafito, a pesar de su humilde apariencia, ha sido, desde su descubrimiento en el siglo XVI, una materia prima asociada a las innovaciones tecnol\u00f3gicas.<\/p>\n

Cuenta la historia que en 1564 una fuerte tormenta derrib\u00f3 un \u00e1rbol en las inmediaciones de Borrowdale (Inglaterra), dejando al descubierto un gran afloramiento de un mineral negro, desconocido hasta\u00a0 entonces. Se le denomin\u00f3 plombalgina, por su semejanza con el metal y as\u00ed se le conoci\u00f3 hasta finales del siglo XVIII, cuando el qu\u00edmico sueco C.W. Scheele demostr\u00f3 que no conten\u00eda plomo, si no que se trataba de una forma cristalina del carbono. El nombre de grafito le fue dado por el mineralogista alem\u00e1n A.G. Werner en 1789, en referencia al t\u00e9rmino griego graphein (escritura). De hecho, actualmente en ingl\u00e9s a la mina del l\u00e1piz se le denomina \u201clead\u201d, debido a esta confusi\u00f3n inicial.<\/p>\n

Pronto se descubrieron aplicaciones a este nuevo mineral, se empez\u00f3 a utilizar para marcar al ganado, comercializ\u00e1ndose en forma de bastoncillos que se vend\u00edan en Londres bajo el nombre de \u2018piedras de marcar\u2019. Sin embargo, estas barritas ten\u00edan el inconveniente de ser fr\u00e1giles y sucias. Estos problemas se solucionaron utilizando trozos de madera con una oquedad en la que se insertaba la barra de grafito, dando comienzo as\u00ed al germen de lo que m\u00e1s tarde ser\u00eda el l\u00e1piz.<\/p>\n

Pero adem\u00e1s, a mediados del siglo XVIII, el grafito\u00a0 se convirti\u00f3 en un mineral estrat\u00e9gico por su uso en la industria b\u00e9lica, pues se utilizaba en la fundici\u00f3n de ca\u00f1ones y balas. De hecho, actualmente el principal uso del grafito, sigue siendo en la fundici\u00f3n de metales.<\/p>\n

La escasez de grafito en Europa oblig\u00f3 a buscar soluciones alternativas en la fabricaci\u00f3n de l\u00e1pices. As\u00ed, en 1760, Kaspar Faber, artesano de Baviera, mezcl\u00f3 el grafito con polvo de azufre, antimonio y resinas hasta obtener una masa que, moldeada en forma de una varilla y tras ser horneada, resultaba m\u00e1s firme que el grafito puro. Otro gran avance t\u00e9cnico fue debido a\u00a0 Nicol\u00e1s Jacques Cont\u00e9, qu\u00edmico, ingeniero, militar y pintor franc\u00e9s quien, por encargo de Napole\u00f3n Bonaparte, en 1795 a\u00f1adi\u00f3 arcilla al grafito, con las cantidades adecuadas se pod\u00eda modificar el grado de dureza de las minas, siendo el trazo de l\u00e1piz es m\u00e1s blando y m\u00e1s oscuro cuanto mayor porcentaje de grafito contenga la mezcla. As\u00ed, naci\u00f3 el l\u00e1piz moderno. Cont\u00e9 patent\u00f3 su invenci\u00f3n. Esta mezcla todav\u00eda se usa hoy en los l\u00e1pices, determinando si es H, HB o B.<\/p>\n

El grafito como materia prima<\/h4>\n

El carbono se encuentra ampliamente distribuido en la naturaleza, si bien tan s\u00f3lo representa el 0,032% de la composici\u00f3n de la corteza terrestre. El carbono elemental se presenta como dos formas cristalinas polim\u00f3rficas bien definidas: el diamante (c\u00fabico) y el grafito (hexagonal). Adem\u00e1s, se encuentra tambi\u00e9n en forma amorfa, como carb\u00f3n y holl\u00edn. La estructura c\u00fabica del diamante confiere al carbono unas caracter\u00edsticas de una gran dureza y transparencia; por el contrario el grafito presenta una estructura en capas ordenadas de manera hexagonal y rombo\u00e9drica (Figura 1).<\/p>\n

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Figura 1. Muestra de grafito. Marbella. Museo Geominero<\/figcaption><\/figure>\n

De este modo, en el grafito, los \u00e1tomos de carbono se encuentran fuertemente unidos en el plano mediante enlaces covalentes, formando una red hexagonal en nido de abeja. Estos planos se apilan entre s\u00ed con unas uniones mucho m\u00e1s d\u00e9biles, formando unas capas en las que los planos pueden deslizarse f\u00e1cilmente entre ellos. Esta peculiar estructura hojosa confiere al grafito una gran anisotrop\u00eda, es decir, que sus propiedades f\u00edsicas son completamente distintas en el plano de las hojas que perpendicularmente a ellas.<\/p>\n

El grafito re\u00fane las propiedades de los metales (alta conductividad t\u00e9rmica y el\u00e9ctrica, flexibilidad) y de los no-metales (excelente lubricante). Tiene la particularidad de que no funde a presi\u00f3n atmosf\u00e9rica, sin embargo se sublima a 3.725\u00baC, por lo que es considerablemente refractario. Gracias a estas propiedades, \u00a0es utilizado ampliamente en la industria, desde las minas de los l\u00e1pices a la industria nuclear (barras de control), pasando por los lubricantes (es uno de los pocos lubricantes s\u00f3lidos), los productos refractarios (crisoles, hornos), pilas, bater\u00edas de litio, metalurgia, fabricaci\u00f3n de diamantes sint\u00e9ticos, entre otros muchas aplicaciones. Se espera que su consumo siga un crecimiento lento, aunque en el caso de las bater\u00edas de litio, ligadas al desarrollo de los coches el\u00e9ctricos, existe en la actualidad una gran demanda.<\/p>\n

De todas formas, m\u00e1s de la mitad de la producci\u00f3n de grafito natural\u00a0 es consumido por la industria sider\u00fargica, ya que se utiliza para la fabricaci\u00f3n de material refractario de los hornos y en revestimientos de crisoles para fundiciones (Figura 2).<\/p>\n

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Figura 2. Usos del grafito en la industria. Fuente: USGS, 2017.<\/figcaption><\/figure>\n

los \u00e1nodos de las bater\u00edas de i\u00f3n-Litio contienen cantidades significativas de grafito: 2 gr en una bater\u00eda de un Smartphone, 90 gr en la de un ordenador port\u00e1til, unos 10 kg en una bater\u00eda de un veh\u00edculo h\u00edbrido, y 70 kg para las bater\u00edas de los veh\u00edculos el\u00e9ctricos<\/p><\/blockquote>\n

Aunque, seg\u00fan los \u00faltimos datos que disponemos, tan solo un 8% se destina a la fabricaci\u00f3n de bater\u00edas, se espera que, con la inevitable implantaci\u00f3n del coche el\u00e9ctrico, la demanda de grafito se dispare en los pr\u00f3ximos a\u00f1os. Cabe se\u00f1alar que los \u00e1nodos de las bater\u00edas de i\u00f3n-Litio contienen cantidades significativas de grafito: 2 gr en una bater\u00eda de un Smartphone, 90 gr en la de un ordenador port\u00e1til, unos 10 kg en una bater\u00eda de un veh\u00edculo h\u00edbrido, y 70 kg para las bater\u00edas de los veh\u00edculos el\u00e9ctricos.<\/p>\n

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Otro sector demandante de grafito y que est\u00e1 actualmente en auge es el de los nuevos materiales, con el grafeno como material estrella. Adem\u00e1s, tambi\u00e9n existe el grafito sint\u00e9tico, que industrialmente tiene una gran importancia.<\/p>\n

Desde un punto de vista econ\u00f3mico, para la Uni\u00f3n Europea, se considera que el grafito puede tener un impacto cr\u00edtico a medio plazo, por dos motivos: la concentraci\u00f3n geogr\u00e1fica de sus yacimientos y por ser uno de los productos m\u00e1s demandados en las nuevas tecnolog\u00edas, como se acaba de explicar. Las estimaciones sobre su uso en un futuro prev\u00e9n un aumento en su demanda para los pr\u00f3ximos a\u00f1os de cerca de un 4%.<\/p>\n

Se estima que el consumo mundial de grafito natural es de alrededor de 1 mill\u00f3n de toneladas anuales, y adem\u00e1s \u00e9ste est\u00e1 experimentando un claro crecimiento desde el a\u00f1o 2013. Seg\u00fan el servicio geol\u00f3gico americano (USGS), en 2016, el principal productor de grafito fue China con un 67% seguido muy de lejos de la India y Brasil (Figura 3).<\/p>\n

Recientemente, marzo de 2018, ha sido noticia en el sector minero el descubrimiento en Mozambique de un yacimiento de grafito de grandes dimensiones. Se trata del yacimiento de Montepuez, que contiene 3,64 M de toneladas de grafito.\u00a0 Seg\u00fan la empresa concesionaria podr\u00e1 suministrar de alrededor de 50.000 toneladas anuales al menos durante 30 a\u00f1os<\/a>, lo que representar\u00eda el 5% de la producci\u00f3n mundial.<\/p>\n

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Figura 3. Reparto de la producci\u00f3n mundial de grafito. Fuente: Informe IUGS.<\/figcaption><\/figure>\n

Tipolog\u00eda de los yacimientos de grafito<\/h4>\n

El grafito natural es un mineral que se ha originado por la recristalizaci\u00f3n metam\u00f3rfica de la materia org\u00e1nica contenida en las rocas sedimentarias originales. Aunque es muy frecuente en las rocas metam\u00f3rficas y en algunas rocas \u00edgneas, los yacimientos minerales de inter\u00e9s econ\u00f3mico son escasos.<\/p>\n

Los principales yacimientos del mundo se encuentran en rocas carbonatadas sedimentarias que han sido sujetas a metamorfismo regional o de contacto y en filones d\u00f3nde el grafito ha precipitado a partir de fluidos. Aparecen en cinturones de gneis y esquistos en China, en terrenos granul\u00edticos como son los del estado de Orissa en la India y los del Complejo granul\u00edtico Prec\u00e1mbrico de Wanni en Sri Lanka, y tambi\u00e9n existen otros yacimientos de menor importancia en M\u00e9xico y Madagascar (Figura 4).<\/p>\n

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Figura 4. Localizaci\u00f3n de los principales yacimientos mundiales de grafito. Fuente: Robinson et al. (2017).<\/figcaption><\/figure>\n

Los yacimientos de grafito de inter\u00e9s econ\u00f3mico se pueden agrupar en tres categor\u00edas principales:<\/p>\n

-Yacimientos de grafito microcristalino<\/strong><\/p>\n

Son los yacimientos del llamado \u201cgrafito amorfo\u201d, y se originan por metamorfismo regional o de contacto de sedimentos con alto contenido en materia org\u00e1nica o capas de carb\u00f3n. En ellos el grafito aparece en forma de peque\u00f1as part\u00edculas con impurezas. Son yacimientos con morfolog\u00eda estratiforme que suelen estar deformados y fallados. Suelen presentar leyes que var\u00edan desde el 30 al 95% de carbono y en la mayor\u00eda de los casos m\u00e1s del 80%. En este tipo de yacimientos, el grafito suele tener un tama\u00f1o de grano peque\u00f1o, lo que dificulta su separaci\u00f3n mineral\u00fargica y por tanto penaliza su explotaci\u00f3n industrial.<\/p>\n

Ejemplos de yacimientos de este tipo son los de Sonora en M\u00e9xico y los de Siberia y la gran provincia de carb\u00f3n existente en China y la pen\u00ednsula de Corea.<\/p>\n

– Yacimientos de grafito cristalino en escamas diseminado en rocas metasedimentarias<\/strong><\/p>\n

La mayor parte de la producci\u00f3n mundial de grafito procede de este tipo de dep\u00f3sitos, que se encuentran en una gran variedad de rocas que incluyen, m\u00e1rmoles, paragneis, formaciones de hierros bandeados, cuarcitas, e incluso en ciertas ocasiones en rocas ultram\u00e1ficas serpentinizadas.<\/p>\n

Estos dep\u00f3sitos se forman cuando la materia org\u00e1nica preexistente en las rocas sedimentarias se convierte en grafito durante condiciones metam\u00f3rficas de media presi\u00f3n y media y alta temperatura.<\/p>\n

Los yacimientos consisten en estrechas secuencias de rocas mineralizadas con leyes no superiores al 8-15%, pero pueden llegar hasta el 60% en ciertas partes de los yacimientos.<\/p>\n

Los principales yacimientos de esta tipolog\u00eda se encuentran en Brasil, Canad\u00e1, China India y Madagascar. Probablemente los mayores recursos de esta tipolog\u00eda se encuentran en el distrito de Jixi en China y en Montepuez (Mozambique).<\/p>\n

– Yacimientos de grafito en filones<\/strong><\/p>\n

Son yacimientos epigen\u00e9ticos donde los filones de grafito cortan rocas de alto grado metam\u00f3rfico o aparecen como acumulaciones a lo largo de los contactos de pegmatitas con m\u00e1rmoles o paragneis.<\/p>\n

El tama\u00f1o de las venas puede variar desde pocos mil\u00edmetros hasta grandes cuerpos de hasta 3 metros de espesor que se extienden cientos de metros con porcentajes que var\u00edan desde 40 hasta el 90% de carbono. Estos yacimientos se encuentran en contextos similares a los yacimientos de grafito en escamas y diseminados y suelen aparecer asociados.<\/p>\n

Los yacimientos de Sri Lanka son los \u00fanicos de este tipo con cierta importancia econ\u00f3mica.<\/p>\n

\u00bfTENEMOS GRAFITO EN ESPA\u00d1A?<\/h4>\n

Lamentablemente, los yacimientos de grafito son muy escasos en Espa\u00f1a. En la base de datos de indicios mineros del IGME, BDMIN<\/a>\u00a0tan solo se encuentran 53 indicios registrados. \u00a0Los principales se localizan en M\u00e1laga (Peridotitas de la Serran\u00eda de Ronda, ligado a sulfuros en rocas ultrab\u00e1sicas), en Huelva (Almonaster la Real, Cortegana, Aroche y Santa Ana la Real, en \u00e1reas de alto grado metam\u00f3rfico), en Segovia (El Muyo, Madriguera, Becerril y Ayll\u00f3n, ligado a pizarras negras) y en Toledo (Figura 5).<\/p>\n

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Figura 5. Localizaci\u00f3n de los principales indicios de grafito en Espa\u00f1a: 1) P.I. Maria (Cervantes, Lugo) 2) Vilarbac\u00fa (Quiroga, Lugo), 3) Barbarisa (Sahag\u00fan, Huesca), 4) Orsaviny\u00e1 (Tordera, Barcelona), 5) Vimbod\u00ed (Vimbod\u00ed, Tarragona), 6) Pizarral (Becerril, Segovia), 7) La Dehesa (El Muyo, Segovia), 8) Atienza (Atienza, Guadalajara), 79 Nuestra Se\u00f1ora del Carmen (La Bastida, Salamanca), 10) Coto Minero Guadamur (Guadamur, Toledo), 11) La Espa\u00f1ola (Puebla de Montalb\u00e1n, Toledo), 12) Sta. Mar\u00eda Magdalena (Magacela, Badajoz), 13) Las Nieves (Aroche, Huelva), 14) Polvor\u00edn y Perseverancia (Cortegana, Huelva), 15) San Carlos (Almonaster, Huelva), 16) Las Piletas (Huelma, Ja\u00e9n), 17) Los Ardales (Ardales, M\u00e1laga), 18) Los Ba\u00f1os (Co\u00edn, M\u00e1laga), 19) Mina Marbella (Benahav\u00eds, M\u00e1laga).<\/figcaption><\/figure>\n