Efecto de la adición de óxido de samario (Sm2O3) en el comportamiento térmico de una arcilla caolinítica - Hernández, María Florencia (2017)
Se estudió el efecto de la adición de óxido de Samario (Sm2O3) en el comportamiento térmico de una arcilla caolínica (66 %). La incorporación de Sm2O3 es de interés tecnológico en el diseño de agentes de sostén cerámicos trazados (denominados Smart Proppants) ya que éstos pueden ser utilizados en el diagnóstico de pozos de gas y petróleo no convencional. Dado que el Samario posee alta sección eficaz de captura neutrónica, mediante técnicas neutrónicas, es posible obtener información sobre la localización y altura de las fracturas producidas en la roca, luego de un proceso de estimulación hidráulica. Se estudió el efecto de adición de 1 y 5 % p/p de Sm2O3 en la arcilla mediante un conjunto de análisis térmicos de hasta 1400 °C: termogravimetría, análisis térmico diferencial y dilatometría (TG-ATD-TMA). Se evaluó también el efecto en la textura y la microestructura y el grado de mullitización de los cerámicos resultantes. No se observaron efectos significativos en la temperatura de deshidratación de caolinita y mullitización (primaria y secundaria) (500-600 y 990 °C). El intervalo de sinterización de la arcilla estudiada fue de 1080-1360 °C. La adición de un 5 % de Sm2O3 resultó en una disminución de 70 °C de la temperatura de sinterización final respecto a la temperatura de sinterización final de la arcilla. Las mezclas sinterizadas a 1250, 1350 y 1400 °C dieron como resultado materiales cerámicos densos. Con mullita como fase cristalina principal acompañada de cuarzo, cristobalita y en una fase vítrea viscosa que fue proporcionalmente aumentada por el óxido añadido. El contenido de mullita y los parámetros de celda no fueron afectados. No se detectaron fases cristalinas con Sm, infiriendo que la tierra rara es disuelta por la fase vítrea viscosa activa formada térmicamente a partir de la arcilla. La baja concentración de la adición del óxido no afectó notablemente la porosidad o absorción de agua de las cerámicas desarrolladas. Sólo el 5 % en peso de adición resultó en una des-sinterización ligeramente mayor con la aparición de macro-porosidad cuando se procesa a 1400 °C. Este hecho podría ser optimizado mediante el ajuste del programa de calentamiento de los cerámicos. Estos resultados muestran que la incorporación de óxido de Samario en bajas concentraciones no altera las propiedades térmicas requeridas en los agentes de sostén trazados usados en la industria del petróleo.