Mineralogía de los oxidos de hierro y equilibriós de intercambio catiónico en suelos volcánicos Chilenos.

Abstract

El estudio de los suelos volcánicos de la zona centro-sur de Chile ha sido una preocupación permanente de la comunidad científica de la Ciencia del Suelo, debido que en ellos se desarrolla gran parte de la economía agrícola-ganadera del país. El interés del presente trabajo de tesis doctoral se ha centrado, por una parte, en el estudio de la mineralogía de los óxidos de hierro presente en estos suelos, usando principalmente como técnica de análisis la espectroscopía Móssbauer y tratamientos de separación tanto fisicos como químicos, y por otra, en el estudio de equilibrios de intercambio catiónico y la posibilidad de validar nuevos modelos en el tratamiento de la información para equilibrios binarios y de orden superior en suelos de carga variable. Los espectros Mossbauer de suelos Chilenos derivados de materiales volcánicos (Ultisol y Andisoles), tomados a temperatura ambiente, han mostrado una compleja mineralogía de los óxidos de hierro. En todas las muestras de suelo, fue posible realizar diferentes modelos de ajustes, y cada uno de ellos condujo a interpretaciones diferentes de las estructuras de los óxidos de hierro, principalmente en la identificación de minerales magnéticos, sin poder obtener información concluyente desde ellos; por lo que se hizo necesario recurrir a técnicas de separación y de concentración de minerales de óxidos de hierro como extracción magnética (fracción arena) y tratamientos químicos disolutivos (fracciones limo y arcilla) adaptados a suelos volcánicos. Desde análisis Móssbauer, difracción de rayos-X y barrido electrónico a la fracción magnética de la arena, se encontró una compleja mezcla de fases, dominadas por óxidos de hierro tipo espinela y los principales elementos encontrados en estas estructuras fueron Fe, Ti, Al y Mg. En la muestra del suelo Collipulli fue posible identificar una fase magnética correspondiente a magnetita oxidada yio una mezcla de magnetitaimaghemita. Los tratamientos químicos disolutivos con NaOH 5 M, realizados en las fracciones limo y arcilla, permitieron concentrar los óxidos de hierro en grado variable, los mejores resultados se obtuvieron para la fracción limo del suelo Collipulli, su espectro Móssbauer para aquella muestra con tres tratamientos con NaOH, reveló señales características de magnetita no estequiométrica altamente oxidada yio una mezcla de magnetitalmaghemita. Los tratamientos realizados, de separación magnética para la fracción arena y químico disolutivo para limo y arcilla, resultan ser etapas esenciales en la preparación de muestras para el estudio mineralógico de suelos volcánicos Chilenos. Los estudios de equilibrios de intercambio catiónico se realizaron en muestras de suelo completo a 25 °C y a fuerza jónica constante (0.05 M), los cationes estudiados fueron K, Ca, Mg y Zn en un Ultisol (Collipulli) y dos Andisoles (Osorno y Frutillar). Los valores de Capacidad de Intercambio Catiónico medidos al pH del suelo (CICpH-suelo) comparados con aquellos de Capacidad de Intercambio Catiónico medidos por métodos estándar (CIC), indican la dependencia que tienen estos suelos volcánicos de carga variable con el pH. El suelo Frutillar es quién presentó las CICp H .suelo más bajas (4.0-5.4 cmol kg') y más altos contenidos de materia orgánica. Desde un análisis a las isotermas de intercambio es posible observar que todos los suelos estudiados presentan una marcada selectividad por potasio, cuya secuencia de selectividad para este catión es: Osorno>Collipulli>Frutillar. Para el suelo Osorno, se observa, como consecuencia de las prácticas agrícolas una disminución de la selectividad por potasio. Las constantes de equilibrios confirman las secuencias de selectividad indicadas, cuyos valores (dados en logaritmo natural) fluctúan entre -6.812 - 4.351 determinados por la aproximación termodinámica de Gaines-Thomas. Los valores de constantes de equilibrios determinadas por el modelo de Rothmund-Kornfeld fueron bastante cercanos a los obtenidos por el modelo termodinámico. De este modo, el modelo semiempírico de Rothmund-Kornfeld demostró ser un método válido de aplicar en el estudio de equilibrios de intercambio catiónico binarios en suelos de carga variable, pudiendo caracterizar una reacción de intercambio catiónico mediante un tratamiento relativamente sencillo de la información. A través de datos experimentales de equilibrios binarios fue posible predecir equilibrios de orden superior (tres componentes), mediante la aproximación de Rothmund-Kornfeld. La aplicación de este modelo resultó ser válida en suelos de carga variable, con una mineralogía de predominio no cristalina. La predicción de equilibrios múltiples a partir de sistemas simples se perfila como una valiosa herramienta en el estudio de equilibrios de intercambio catiónico, debido que mediante tratamientos similares de datos experimentales desde equilibrios binarios permite el cálculo de cualquier sistema de orden superior (tres y más componentes).