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Colorantes minerales,
alternativa sustentable.
Pseudónimo:
“Mineralium”
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Los colorantes minerales, alternativa sustentable.
Resumen
Desde la antigüedad el ser humano ha encontrado atractivo el uso de pigmentos
para teñir objetos de uso cotidiano, tales como vestimentas y obras de arte e
inclusive el propio cuerpo. Con este fin desarrolló a lo largo de los años diferentes
técnicas para aprovechar las propiedades de materiales biológicos o minerales. Sin
embargo, debido a la escases de estos recursos en épocas recientes se han
sustituido los colorantes naturales por pigmentos sintéticos, con lo que se ha
logrado abatir los costos pero su aplicación tiene efectos nocivos en el
ambiente.(Álvarez, 2012)
En el presente trabajo se probó la eficiencia de los minerales malaquita, limonita y
hematita para ser utilizados en el repellado de casas evaluando su capacidad de
pigmentar y su resistencia a condiciones de intemperie. Se encontró que los tres
minerales presentaron una buena cobertura de las paredes y fueron resistentes a la
intemperie sin deterioro en su color.
Introducción
Ante el continuo incremento de construcción de áreas urbanas, surge la necesidad
de tener prácticas encaminadas a la reducción del impacto al ambiente y de los
costos de materiales para la obtención de productos encaminados a satisfacer las
preferencias visuales y confortables de la sociedad mediante la justa aplicación del
diseño sustentable. Podemos disminuir el impacto ambiental mediante el uso de
estrategias y métodos diversos para la selección y aplicación de materias primas
dentro de los procesos de construcción, en este caso, se hace énfasis a la
coloración de los materiales como cemento a partir de distintos minerales. El diseño
sustentable establece criterios como: disminución de la contaminación al suelo, aire
y agua, “mejoramiento del confort y de la calidad del interior del edificio; ahorro
económico y financiero en los proyectos constructivos; reducción de los
desperdicios y desechos generados tanto en el proceso constructivo, del
mantenimiento y de fin de la vida útil del edificio como en la reducción de
desperdicios industriales generados por fabricación de materiales de coloración y
recubrimiento para edificaciones.” (Hernández, 2008)
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Las “pinturas epóxicas como las de poliuretanos no son accesibles por su alto costo,
por lo tanto, es deseable tener una formación del efecto barrera (consiste en la
formación de una película semiflexible y continua, que actúa como barrera física de
baja permeabilidad a gases como el dióxido de carbono, al agua, al vapor de agua y
cualquier otro agente agresivo al concreto) que podrían aportar las pinturas de fácil
acceso (bajo costo) como son las alquidálicas, las acrílicas y las vinílicas.” (Serrano,
2006). Tomando en cuenta lo anterior, como una alternativa, los diversos minerales
servirán como una prueba experimental en el desarrollo de un producto para la
tinción de cemento.
Los tres minerales usados para llevar a cabo la experimentación son Malaquita
(Cu2(CO3)(OH)2), Limonita (FeO(OH)·nH2O) y Hematita(Fe2O3), ya que “diversas
analíticas de pinturas paleolíticas han mostrado su utilización para fabricar
pigmentos y con ellos realizar representaciones.” (Álvarez 2012). Cada uno de ellos
tiene unas características mineralógicas singulares, las cuales, en mayor o menor
medida han intervenido de manera exitosa a la realización del trabajo, como puede
ser, por ejemplo, la dureza, en este caso a la hora de reducirlos a polvo para
obtener el colorante deseado y aplicarlo a una mezcla.
Con el creciente y continuo problema de contaminación en los procesos de
producción de los artículos de construcción (y muchos otros que influyen en la vida
cotidiana) desarrollaremos un repellado el cual tendrá una coloración a base de
tinción con un mineral, sus característicos colores (verde en el caso de la malaquita,
rojo con la hematita y amarillo en la limonita) nos ayudarán a pigmentar el cemento
blanco para un repellado destinado a ser colocado sobre muros de ladrillos, el cual
una vez seco incluirá color además del recubrimiento, ésto sin necesidad de agregar
un colorante durante el proceso o pintura posterior a este, pues ya no contendrá el
color neutro característico del cemento.
En el proceso no se hará uso de ningún solvente orgánico derivado del petróleo con
lo que la huella ecológica del repellado a realizar será mínima. El disolvente
empleado es agua, por lo tanto no se contaminará en su producción ni en su
aplicación, obteniéndose así un pigmento 100% ecológico.
Los minerales a utilizar serán Malaquita (Cu2(CO3)(OH)2), Limonita (FeO(OH)·nH2O)
y Hematita(Fe2O3).
La malaquita es el más común de los minerales secundarios del cobre, se emplea
principalmente para joyería y decoración, incluso es usada como mena de cobre a
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nivel industrial, su costo se encuentra alrededor de los $1000 MXN (mil pesos) por
medio kilo. La hematita pertenece al grupo de los óxido e hidróxidos su color varía
desde rojo pardusco , rojo sangre, rojo brillante a gris o negruzco, el fino polvillo que
de ella se extrae logra una coloración rojiza notable, en el país podemos encontrar
variaciones cerca de los $150 MXN (ciento cincuenta pesos) para 300 g. La
limonita aparece como formación secundaria de la alteración de minerales
preexistentes de hierro, desde tiempos remotos se extraía el tinte amarillo de este
mineral, el llamado ocre, es una importante mena de hierro, extraído de las minas
con esa como principal finalidad, se puede encontrar por los $450 MXN
(cuatrocientos cincuenta pesos) por medio kilo.
Objetivo: Sustituir colorantes químicos industriales por colorantes a base de tres
distintos minerales (malaquita, limonita y hematita), los cual serán empleados sobre
cemento para repellado.
Hipótesis planteada: El mineral al ser pulverizado por medio de mortero, y obtener
un polvo lo más fino posible, quedará mezclado y por lo tanto impregnado en la
totalidad de la mezcla, y no solamente como una “capa” por encima del cemento,
en caso de que se perdiera un pedazo de la capa superior, se tendría el mismo color
incluso en la capa media e inferior del ladrillo, ya que el resto del cemento (que no
incluiría en este caso de la hipótesis la capa completamente externa) quedará sin
alteración, y sin tener que usar más colorante además del que ya se usó.
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Metodología
Primero se pulverizaron 120 g cada mineral, una vez que los mismos pasaron por
los morteros, se pesaron y dividieron el polvo en dos recipientes (uno con 72.5 g y el
otro con 47.5 g).
Figura 1: Selección
y pesaje de
limonita.
Figura 2: Pulverización con
mortero del mineral
“hematita”.
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Posteriormente, se comenzó con la preparación de la mezcla para el repellado.
El primer proceso completo (desde pulverización del mineral hasta el recubrimiento
y secado total de la mezcla) fue con la malaquita:
Colocamos 1 1/2 kg de cemento blanco, al mismo agregamos 600 ml de agua
destilada. Una vez que obtuvimos una mezcla uniforme dividimos la misma en tres
partes iguales (500 g cada separación) y agregamos la malaquita en polvo
(anteriormente separada en distintas cantidades) a dos de las mezclas en
recipientes, quedando uno solo con la mezcla de cemento y agua destilada.
Figura 3: Mineral malaquita.
Figura 4: Pesado del mineral
malaquita.
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Separamos los ladrillos, adicionalmente los colocamos por tamaños (respecto a su
grosor -en nuestro caso experimental teníamos dos tamaños-)
Para continuar el proceso se continuó la mezcla hasta que el polvo se unió al
cemento totalmente, después se humedecieron los ladrillos con agua del grifo, se
colocaron sobre una bandeja y se recubrieron una de las caras de cada ladrillo con
mezcla. Utilizamos varios ladrillos en este proceso, pues cada una de las 3 mezclas
fue colocada en varios ladrillos.
Con fines de una mejor identificación, separamos y etiquetamos nuestros ladrillos
por categorías:
a) Ladrillo al que no se le aplicó ninguna mezcla. (Ladrillo de 5 cm de grosor).
b) Ladrillo al cual se le aplicó mezcla de cemento sin colorante mineral. (Ladrillo
de 5 cm de grosor).
c) Ladrillo al cual se le aplicó mezcla con colorante mineral en menor cantidad
de mayor grosor (47.5 g de mineral en ladrillo de 5 cm de grosor).
Figura 5: Aplicación de repellado con mineral.
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c.1) Ladrillo al cual se le aplicó mezcla con colorante mineral en menor
cantidad de menor grosor (47.5 g en ladrillo de 1.5 cm de grosor).
d) Ladrillo al cual se le aplicó mezcla con colorante mineral en mayor cantidad
de mayor grosor (72.5 g de mineral en ladrillo de 5 cm de grosor).
d.1) Ladrillo al cual se le aplicó mezcla con colorante mineral en mayor cantidad
de menor grosor (72.5 g de mineral en ladrillo de 1.5 cm de grosor).
Una vez recubiertos los ladrillos los dejamos secar por tres días, después de este
periodo de tiempo los expusimos a la intemperie, donde además del contacto con la
luz solar y el clima del ambiente, adicional al anterior proceso, los ladrillos fueron
regados una vez al día con agua del grifo para una mejor observación de la
resistencia del color en la mezcla.
Desde el momento de la aplicación de las mezclas con menor concentración de
mineral a los ladrillos más delgados, pudimos observar que el color se notaba más
intenso y era más fácil de aplicar, por lo que para los siguientes dos minerales se
ocuparon solamente ladrillos delgados.
Figura 6: Etiquetado de los
ladrillos.
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Para la hematita y la limonita, después de haber pesado igualmente 120 g de cada
uno, se pulverizaron también con los morteros, y se separaron también en dos
cantidades, una menor que la otra ( 72.5 g y 47.5 g respectivamente).
Separamos mezclas en 4 partes iguales: cada una con 400 g de cemento blanco.
Posteriormente, se vertió el polvo de los minerales antes de aplicar el agua, y se
mezcló hasta que logramos una mezcla uniforme. Aplicamos 250 ml de agua del
grifo y mezclamos cada separación hasta obtener la concentración adecuada de
agua y cemento.
Continuamos a la aplicación, para esto se humedecieron los ladrillos que teníamos
(recordemos que para estos dos minerales se ocuparon ladrillos del mismo grosor).
Dejamos los ladrillos reposando en agua para que el ladrillo resultara demasiado
húmedo antes del momento de la aplicación de la mezcla, ya que su manejo
resultaba más sencillo. La clasificación fue la siguiente:
a) Ladrillo al cual se le aplicó mezcla con colorante mineral “hematita” en menor
cantidad (47.5 g de mineral en ladrillo de 1.5 cm de grosor).
b) Ladrillo al cual se le aplicó mezcla con colorante mineral “hematita” en mayor
cantidad (72.5 g de mineral en ladrillo de 1.5 cm de grosor).
c) Ladrillo al cual se le aplicó mezcla con colorante mineral “limonita” en menor
cantidad (47.5 g de mineral en ladrillo de 5 cm de grosor).
d) Ladrillo al cual se le aplicó mezcla con colorante mineral “limonita” en mayor
cantidad (72.5 g de mineral en ladrillo de 1.5 cm de grosor).
Las mezclas tardaron un poco en secar por el exceso de agua que tenían los
ladrillos anteriormente, así que se dejaron al sol unos cuantos minutos para después
poder agruparlos por color y mezclas. Se secaron en un espacio cerrado para que el
proceso completado no se viera interrumpido por la intemperie, el clima o cualquier
fenómeno que provocara resultados diferentes a los visualizados.
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Resultados
Momentos después de ser aplicada la mezcla en los ladrillos c) y d) (malaquita) la
mezcla de cemento con colorante mineral tiene un color tenue en ambos casos,
nuestra mezcla se aprecia de un color azul menta, incluso ambos ladrillos a la vista
tienen la misma intensidad de color (a pesar de que una mezcla tiene más mineral
que otra).
Después de 3 días reposando, nuestra mezcla sobre los ladrillos secó y se podía
apreciar un color más intenso sobre los ladrillos con el colorante mineral, los
ladrillos a los cuales se les aplicó mezcla común, conservaron su neutro color y a los
que quedaron sin mezcla no tenían ningún cambio notable. Además es importante
resaltar que los ladrillos “c.1)” tenían más intensidad que los ladrillos “d.1)” y “d)”
respecto al color de la pasta aplicada, a pesar de ello, estos últimos tenían más
intensidad que el resto (“c) y d)”) esto gracias a que la mezcla al ser aplicada
primero tenía más líquido, además los ladrillos al ser de menor grosor absorbieron
más agua.
Después de ser regados por primera vez, al segundo día a la intemperie, los ladrillos
“c.1), d.1), mantuvieron su intenso color, pero el resto de los ladrillos con el
colorante mostraban disminución en su color, pero manteniendo aún un tono
uniforme por la superficie del ladrillo.
En los ladrillos con pasta común y los que no incluían nada, solo se podía apreciar
un tono grisáceo debido al polvo y la tierra del exterior.
Figura 7: Ladrillos repellados con
limonita, hematita y malaquita
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Dentro de los dos siguientes días de ser regados los ladrillos poco a poco en uno de
los dos ladrillos de las clasificaciones “c)” y ”d)” (malaquita) respectivamente,
comenzó la aparición de puntos blancos en la superficie de la pasta. El resto de los
ladrillos no presentó cambios.
En los últimos dos días en los ladrillos la coloración de los ladrillos “c)” y “d)”
disminuyó muy poco su intensidad de color nuevamente, mientras que en los otros
ladrillos con colorante en su pasta se mantuvo el color. En todos aumentó el nivel de
polvo al estar al aire libre.
En el caso de los ladrillos con hematita, no se lograban observar cambios en cuanto
a la intensidad del color en las dos mezclas, parecía que se había aplicado la misma
cantidad de mineral en ambas separaciones. Al momento de mezclarlo el tono rojizo
de la hematita disminuyó un poco y se volvía un color rosa palo intenso, y al
momento de aplicarlo a una de las caras de los ladrillos se mantenía de ese color, al
momento de secar se desvaneció un poco del brillo causado por el agua, pero el
color quedó intensificado aún sin la misma. Esta mezcla tardó un poco más en
secar, debido a que los ladrillos estuvieron remojados en el agua un poco más de
tiempo que los ladrillos a los cuales se les aplicó la mezcla de limonita. Si el ladrillo
lograba una humedad excesiva era complicado aplicar el cemento, ya que se
Figura 8: Ladrillos repellados con limonita,
hematita y malaquita después de días a la
intemperie.
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tornaba un poco más líquido y escurría por el borde de los ladrillos si no era
repartido con cuidado y uniformemente, así que los ladrillos solos después de
extraerlos del agua se dejaron secar un poco la cara donde se aplicaría
posteriormente la mezcla, y así su manejo resultaba sencillo.
Para las clasificaciones de los ladrillos con limonita, se observan ligeros cambios en
la intensidad del color entre la mezcla con menor mineral y mayor cantidad del
mismo, cosa que no sucedía con los otros dos minerales, uno se apreciaba color
crema amarillento, y en el que tenía mayor concentración se apreciaba un poco más
un color entre caqui y amarillo ocre reducido. Al igual que los ladrillos con hematita,
antes de exponerlos a la intemperie se dejaron secar en un lugar cerrado para que
no se vieran alterados los resultados antes del tiempo estimado para el secado
completo.
Posteriormente, se dejaron expuestos a la intemperie, y tras días de lluvia, no se
mostraban cambios notables, más que pequeñas grietas que no eran realmente
apreciables, el color quedó tan intenso como al momento de la aplicación, aunque el
brillo por el exceso de agua se vio reducido notablemente, se podía observar que al
remover una parte de la capa superior, quedaba color por debajo de la misma, por lo
que pudimos comprobar que el mineral quedó impregnado en la totalidad de la
mezcla, aunque con algunos tonos por debajo del principal, pero sin llegar al color
neutro por el que se identifica el cemento blanco.
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Conclusiones
Estos colorantes mineral dentro de nuestro caso experimental resultaron una buena
opción para la obtención de un producto de tinción para los materiales de
construcción, pues el color forma parte íntegramente de toda la mezcla, esto hace
que a comparación con la pintura, no se creen efectos negativos frente a una sola
capa del componente que da color al muro. La pasta en los ladrillos a pesar de
perder cierto brillo o color hasta llegar a un tono estable, no dejó un color neutro, ni
perdió uniformidad en el color de alguna zona de la superficie del ladrillo. Es una
alternativa a las pinturas y colorantes que dejan una gran huella de carbono durante
su vida (incluyendo elaboración y disposición de residuos) ya que no se necesitó
una gran cantidad de mineral para obtener un buen color, y así mismo conseguir un
producto con características favorables, tales como la estética, sencillez,
seguridad, sensibilidad respecto al entorno, eficacia, economía, facilidad de
fabricación y también de su uso, logrando así el objetivo deseado. Además el hecho
de no utilizar disolventes orgánicos sino únicamente agua en su elaboración lo
convierte en una opción más ecológica.
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Referencias:
Henry Kraus Edward, Fred Hunt Walter, Stephen Ramsdell Lewis . (1965). Grupo de
la malaquita. En Mineralogía (325-326). España, Madrid (quinta edición) : McGraw-
Hill .
Price Monica, Kevin Walsh. (2006). Minerales que son menas. Una guía fotográfica
de las rocas y los minerales del mundo. En Rocas y minerales(112). España,
Barcelona: Ediciones Omega.
Hernández Moreno Silverio. (2008). Diseño sustentable de materiales de
construcción; caso del concreto de matriz de cemento Pórtland. Ciencia Ergo Sum,
vol. 15, num. 3., 306-310.
Serrano Ixtepan D., Moreno Eric I.. (2006). Películas barrera: Una opción contra la
carbonatación del concreto reforzado. Enero 2018, de Ingeniería (de CONRICyT)
Sitio web: http://www.revista.ingenieria.uady.mx/volumen10/peliculas.pdf
Álvarez Romero Carla. (2012). Los pigmentos en la prehistoria: Proyecto de
experimentación térmica con óxidos e hidróxidos de hierro. Boletín de arqueología
experimental, No 9., 26-30.
