Aplicaciones agricolas de las zeolitas

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Minerales y rocas industriales
Zeolitas naturales y sintéticas
Aplicaciones agrícolas
Javier Martín Blázquez
Rocas y Minerales industriales
5º Ingeniería Geológica

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INDICE
1. Introducción.....................................................................................................3
2. Geología..............................................................................................................4
3. Zeolitas naturales............................................................................................5
4. Propiedades físicas y químicas....................................................................10
5. Zeolitas sintéticas.........................................................................................16
6. El mercado de las zeolitas...........................................................................24
7 Aplicaciones Agrícolas..................................................................................26
7.1 Producción vegetal..................................................................................28
7.2Producción animal......................................................................................37
7.3Riego y drenaje..........................................................................................43
7.4 Mecanización......................................................................................43
8. Conclusiones.............................................................................................................45
9. Direcciones Web consultadas..............................................................................46

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1. Introducción
El nombre de Zeolita proviene de las palabras griegas: “zeein” = hervir y “lithos” =
piedra; que significa “piedra hirviente”. Este nombre fue dado por el investigador
sueco, Barón de Cronsted, que en el año 1756 descubrió algunas variedades de
zeolitas como cristales bien definidos, presentes en las cavidades de rocas
basálticas, y ser los únicos silicatos de aluminio que hierven al ser calentados en un
tubo de ensayo con bórax (sal blanca compuesta de: ácido bórico, sosa y agua).
Se tienen reportes de que las rocas Zeolitas fueron utilizadas en la antigüedad
(hace más de 2000 años), como material de construcción, y que los cristales
zeolíticos fueron descubiertos y reconocidos por los años 1700 D.C., como un
mineral raro (rareza geológica).
A finales del siglo XIX se descubre, el primer yacimiento de Zeolita en el Mundo,
pero esto no tuvo promoción y quedó en el olvido.
En el siglo XX, el desarrollo de la Ciencia y la Técnica alcanzó niveles muy
superiores al resto de los siglos pasados, por lo que, en breve tiempo las diferentes
ramas de la Industria se desarrollaron vertiginosamente. Sin embargo, todavía en
la primera mitad de ese siglo la Zeolita continuaba olvidada, desconocida y sin
trascendencia.
En la segunda mitad del siglo XX; por los años 60, los norteamericanos explotan por
vez primera un yacimiento de Zeolita en el Estado de California, con la finalidad de
emplearla en la industria del petróleo, para disminuir los costos de la gasolina. Este
intento no tuvo el resultado esperado y dicho proyecto fue eliminado; sin embargo,
abrió nuevas perspectivas para el empleo de la Zeolita en la agricultura, el
tratamiento de residuales, la industria química, entre otros.
Pudiera considerarse este hecho, el punto de partida hacia el desarrollo que
actualmente se ha alcanzado con el uso y aplicación de dicho mineral.
En Cuba, desde el año 1970, se realizan diferentes investigaciones sobre Zeolita a
nivel de laboratorio y de campo, con resultados muy satisfactorios. En el año 1980,
Cuba se inserta en el amplio mundo de la Zeolita, a través de sus aplicaciones en las
diferentes ramas de la industria, asesoría científico – técnica y su comercialización
nacional e internacional, gracias a las investigaciones y los potenciales de Zeolita
que existen en su territorio (≈ 1000 millones de toneladas distribuidas en 4
provincias: Villa Clara - Sancti Spíritus – Camagüey y Santiago de Cuba).
Por sus múltiples usos y aplicaciones en muchas ramas de la economía, y debido al
desarrollo alcanzado en poco más de 20 años, a la Zeolita se le llamó “el mineral del
siglo XX”.
Ya estamos en el siglo XXI y la Zeolita sigue siendo el mineral prodigioso,
polifacético y multipropósito, cuya presencia se hace imprescindible en muchos

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procesos agrícolas, sanitarios, industriales, entre otros. Debido a ello y a muchas
razones más, la Zeolita continuará siendo un mineral importante.
2. Geología de Zeolitas naturales.
La formación particular de un mineral de zeolita depende de la interpelación de los
factores físicos y químicos. La presión, la temperatura y el tiempo son las tres
consideraciones físicas que fuertemente afectan la alteración zeolítica. Algunas
proceden de la erosión de las rocas, otras aparecen como depósitos sedimentarios
y por último, algunas tienen origen volcánico.
Los minerales de zeolita ocurren en una variedad de ambientes geológicos y pueden
formarse de una variedad de materiales salientes bajo extensos rangos de
condiciones físico-químicos. Esto ocurre en rocas depositadas en diversos marcos
geológicas y etapas.
Los vidrios volcánicos de composición ácido intermedio son los materiales más
comunes para la formación de minerales de zeolitas. Otros minerales comunes
incluyen las arcillas montmorilloníticos, arcillas cristalinas y materiales amorfos,
finalmente el cuarzo cristalino, feldespato y materiales precursores de zeolitas.
Casi todos los depósitos explotables de zeolitas en el mundo ocurren como
alteraciones vítreas de rocas volcánicas.
Muchas zeolitas en rocas sedimentarias son formadas por cenizas volcánicas u
otros materiales piroclásticos por reacciones de amorfos con otros originados por
la alteración de feldespatos preexistentes, feldespatoides, sílice biogénico, o
minerales de arcilla pobremente cristalizados.
Los depósitos de zeolitas han sido clasificados en los siguientes tipos:
• Sistema cerrados: Depósitos formados por materiales volcánicos en
sistemas hidrológicamente cerrados, sistemas salinos- alcalinos.
• Sistemas abiertos: Son depósitos formados en sistemas hidrológicamente
abiertos. Lagos de agua dulce.
• Metamórficos boreales: Depósitos formados por bajo grado de
metamorfismo boreal.
• Hidrotermales: Depósitos formados por sistemas hidrotermales o por la
actividad de brotes calientes.
• Marítimas profundos: Depósitos formados por un medio marítimo profundo.
• Zonas erosionadas por la intemperie: Depósitos formados en tierras, más
comúnmente de materiales volcánicos.
Los depósitos de sistemas abiertos y cerrados son de mayor interés comercial.
El principal método de obtención de la zeolita es de minería a cielo abierto, debido
al bajo costo del proceso. La excavación se lleva a cabo por equipo convencional

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para remover la tierra. Este sistema de explotación minimiza costos, como lo es el
uso de explosivos, el equipo para la remoción de la tierra y el cargado directo a los
camiones de carga para que el mineral minado sea transportado a una planta de
procesamiento. Las variaciones en la calidad de la mina pueden ser manejando por
un minado selectivo.
El control de calidad es determinado por muestreos por medio de brocas, tomando
muestras periódicas, evaluando visualmente el material en el mismo sitio, y sacando
muestras sistemáticas de los camiones de carga.
Las zeolitas para usos especiales, generalmente de alto valor, son recuperadas por
un minado abierto selectivo. Por ejemplo, las minas de chabazita-erionita en bruto
tienen un lecho con partículas de 15 cm en Bowie, Az, que son utilizados por
corporaciones que trabajan con carburos para hacer cedazos moleculares y
productos catalíticos de alto valor.
3. Zeolitas naturales
Las zeolitas son un vasto grupo de aluminosilicatos hidratados, de Na y Ca
principalmente, cuya composición empírica es parecida a la de los feldespatos. La
fórmula general asignada a este tipo de materiales es:
Mx/n
[(AlO2
)x
(SiO2
)y
].m
H2
O
Donde M es un catión de valencia n [(Na, K, Li) y/o (Ca, Mg, Ba, Sr)], m es el
número de moléculas de agua y la suma de x e y, indica el número de tetraedros de
aluminio y silicio por celda unitaria.
Estructuralmente las zeolitas se clasifican como tectosilicatos, diferenciándose
entre ellas por la organización espacial de las unidades básicas de su armazón
tetraedros TO4 (siendo T un átomo de Si o Al) que se disponen según distintas
combinaciones formando anillos o unidades estructurales secundarias (SBU=
secundary building unit), compuestas hasta por 16 átomos T. Los oxígenos ocupan
los vértices y son compartidos por dos tetraedros. A continuación se muestra
algunas de las zeolitas naturales y su formula química:
Mineral Formula
Analcima Na(AlSi 2 O 6 )·H 2 O
Amicita K 2 Na 2 Al 4 Si 4 O 16 .5H 2 O
Barrerita (K,Na,Ca)Al 2 Si 7 O 18 .7H 2 O
Bellbergita (K,Ba,Sr) 2 Sr 2 Ca 2 (Ca,Na) 4 Al 18 Si 18 O 72
Bikitaita LiAlSi 2 O 6 .6H 2 O
Boggsita Ca 8 Na 3 (Si,Al) 96 O 192 .70H 2 O
Brewsterita (Sr,Ba,Ca) 2 Al 2 Si 6 O 16 .5H 2 O

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Clinoptilolita (Na,K,Ca) 2-3 Al 3 (Al,Si) 2 Si 13 O 36 .12H 2 O
Cowlesita CaAl 2 Si 3 O 10 .5-6H 2 O
Chabazita (Ca,Na) 2 (Al 2 Si 4 O 12 )·6H 2 O
Dachiardita (Ca,Na 2 ,K 2 ) 5 Al 10 Si 38 O 96 .35H 2 O
Edingtonita BaAl 2 Si 3 O 10 .4H 2 O
Epistilbita CaAl 2 Si 6 O 16 .5H 2 O
Escolecita CaAl 2 Si 7 O 10 .3H 2 O
Estellerita CaAl 2 Si 7 O 18 .7H 2 O
Estilbita NaCa 2 Al 5 Si 13 O 36 14H 2 O
Faujasita Na 58 Al 58 Si 134 O 384 240H 2 O
Ferrierita (Na,K) 2 Mg(Si,Al) 18 O 36 (OH).9H 2 O
Garronita Na 2 Ca 5 Al 12 Si 20 O 64 .27H 2 O
Gismondina Ca 2 Al 4 Si 4 O 16 .9H 2 O
Gmelinita (Na 2 ,Ca)Al 2 Si 4 O 12 .6H 2 O
Gobbinsita Na 4 (Ca,Mg,K 2 )Al 6 Si 10 O 32 .12H 2 O
Gonnardita Na 2 CaAl 4 Si 6 O 20 .7H 2 O
Goosecreekita CaAl 2 Si 6 O 16 .5H 2 O
Harmotoma (Ba,K) 1-2 (Si,Al) 8 O 16 .6H 2 O
Heroinita (K 2 ,Ca,Na 2 ) 2 Al 4 Si 14 O 36 .15H 2 O
Herschelita (Ba,K) 1-2 (Si,Al) 8 O 16 (OH).6H 2 O
Heulandita Ca(Al 2 Si 7 O 18 )·6H 2 O
Laumontita Ca(Al 2 Si 4 O 12 )·4H 2 O
Levyna (Ca,Na 2 ,K 2 )Al 2 Si 4 O 12 .6H 2 O
Maricopaita Pb 7 Ca 2 Al 12 Si 36 O 100 .32H 2 O
Mazzita K 2 CaMg 2 (Al,Si) 36 O 72 .28H 2 O
Merlinoita (K,Ca,Na,Ba) 7 Si 23 Al 9 O 64 .23H 2 O
Mesolita Na 2 Ca 2 (Al 2 Si 3 O 10 )·3H 2 O
Montesommaita (K,Na) 9 Al 9 Si 23 O 64 .10H 2 O
Mordenita Na 8 Al 8 Si 40 O 96 24H 2 O
Natrolita Na 2 (Al 2 Si 3 O 10 )·2H 2 O
Ofertita (K 2 ,Ca) 5 Al 10 Si 26 O 72 .30H 2 O
Paranatrolita Na 2 Al 2 Si 3 O 10 .3H 2 O
Paulingita (K,Na) 2 Ca(Si 13 Al 4 )O 34 .13H 2 O
Perlialita K 9 Na(Ca,Sr)Al 12 Si 24 O 72 .15H 2 O
Phillipsita (K,Na,Ca) 1-2 (Si,Al) 8 O 16 .6H 2 O
Pollucita (Cs,Na) 2 Al 2 Si 4 O 12 .H 2 O
Ro Na 12 Al 12 Si 36 O 96 44H 2 O
Sodalita Na 6 Al 6 Si 6 O 24 2H 2 O
Sodio dachiardita (Na 2 ,Ca,K 2 ) 4-5 Al 8 Si 40 O 96 .26H 2 O
Stellerita
Stilbita Ca(Al 2 Si 7 O 18 )·7H 2 O
Tetranatrolita Na 2 Al 2 Si 3 O 10 .2H 2 O
Thompsonita NaCa 2 (Al,Si) 10 O 20 ·6H 2 O
Tschernichita (Ca,Na)(Si 6 Al 6 )O 16 .4-8H 2 O
Wairakita CaAl 2 Si 4 O 12 .2H 2 O

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Wellsita (Ba,Ca,K 2 )Al 2 Si 6 O 16 .6H 2 O
Willhendersonita KCaAl 3 Si 3 O 12 .5H 2 O
Yugawaralita CaAl 2 Si 6 O 16 .4H 2 O
A su vez los anillos se unen formando jaulas o celdas, que se relacionan entre sí a
través de otras unidades estructurales secundarias para configurar la estructura
completa de la zeolita. Esta disposición de las unidades genera así una serie de
canales y cavidades tridimensionales, denominando al conjunto supercelda por su
mayor diámetro, cuyas dimensiones dependerán del tipo de unidades estructurales
que las integren y las asociaciones entre ellas. El diámetro medio de los canales
oscila entre 0,25 y 0,8nm, en la sodalita y faujasita respectivamente.
Si el Si y el Al se sustituyen, total o parcialmente, por otros (Fe, Ga, P etc.)
manteniendo el tipo estructural se habla de zeotipos. Zeolitas y zeotipos pueden
ser englobados conjuntamente bajo la denominación de tamices moleculares, ya que
en ambos grupos el diámetro de los poros es relativamente pequeño, y por tanto,
estos materiales pueden actuar como tamices para separar entre sí diversas
moléculas por su diferente tamaño.
La red presenta un exceso de carga negativa debida a que los átomos de Al que
forman parte de los tetraedros de las estructuras primarias acomodan fácilmente
los electrones proporcionados por tres átomos de oxígeno que les rodean, no así la
del cuarto oxígeno. La carga negativa que se genera debe neutralizarse alojando
cationes alcalinos o alcalinotérreos que se localizan en centros definidos de las
cavidades que se forman en la estructura, dejando que el agua ocupe el resto. Al no
formar parte de la estructura estos cationes pueden intercambiarse por otros
iones presentes en el medio, manteniéndose siempre un equilibrio entre las cargas
intercambiadas, sin que varíe significativamente la estructura cristalina.
La porosidad de las zeolitas puede alterarse mediante modificaciones tales como:
el aumento de la relación Si/Al, que da lugar a un material con mayor superficie
microporosa, cuya estructura resultante se considera ultraestabilizada, y también
cambiando la naturaleza de los cationes de cambio se alteran las dimensiones de los
poros, y por lo tanto la accesibilidad a la superficie interna de la zeolita, por
ejemplo: hay mayor apertura cambiando dos iones Na+ por un Ca2+, pero incluso el
ángulo T-O-T varía al cambiar un ión monovalente por otro.
Clasificación de las zeolitas en función del tamaño de poro.
Tamaño de poro
Átomos de O que
forman la abertura
Diámetro de poro
θ (Ǻ)
Ejemplos
Extra grande 18 θ>9 MCM-9, VPI-5
Grande 12 6<θ<9 Y, β,
Mediano 10 5<θ<6 ZSM-5, ZSM-11
Pequeño 8 3<θ<5 Erionita, A

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Las zeolitas se distinguen entre sí por las diferencias estructurales en su celda
unida y las dimensiones de su estructura porosa. A pesar de las pequeñas
diferencias de entalpías libres entre los diversos aluminosilicatos susceptibles de
formarse, las diversas zeolitas se obtienen de manera reproducible y con purezas
cercanas al 100%. Ello hace difícil concebir la construcción de una estructura
espacial continua, sumamente compleja a través de su existencia, en el gel de
síntesis, a través de unidades estructurales comunes o "unidad secundaria de
construcción" originadas por la unión de tetraedros. La combinación sencilla de
estas especies, conducirá a las diferentes estructuras cristalinas de las zeolitas.
W.M. Meier, en 1968, apoyándose en estudios cristalográficos, propuso una
clasificación estructural de las zeolitas basada en la existencia de 8 unidades
secundarias de construcción.
Unidades estructurales secundarias (SBU), de las que se componen
las zeolitas. Cada línea representa un enlace T-O-T (C4= anillo simple de 4
unidades; C4-C4= anillo doble de 4 unidades T, etc.).
Clasificación estructuras de las zeolitas
W.M. Meier 1968
GRUPO C4
FILIPSITA
GRUPO C8-T1
MORDENITA
GRUPO C6-C6
FAUJASITA
ZEOLITA TO4 Si/Al ZEOLITA TO4 Si/Al ZEOLITA TO4 Si/Al
Li-ABW 8 Bikitaita 9 Linde 24
Filipsita 16 Deschiardita 24 Rho 46
Harmotoma 16 Epistilbita 24 ZK5 96 1-3
Gismondita 16 Ferrierita 36 4-7 Faujasita 192
Na-P 16 Mordenita 48 Paulingita 672
Amicita 16 1-3 ZSM-5 96 <20 Linde N 768
Garronita 16 ZSM-11 96
Yugawaralita 16
Merlionita 32

TO4
: Número de tetraedros por celda unitari
Si/Al: relación Si/Al en el grupo estructural
Formas poliédricas de las zeolitas: a) Cavidad octogonal, zeolitas tipo A.
b) Cavidad dodecaédrica, zeolitas tipo X e Y.
GRUPO C4-C4
ANALCITA
ZEOLITA TO4 Si/Al
Analcita 48
Leucita 48 1-
Wairakita 48
A 48
Grupo C4-T1
NATROLITA
ZEOLITA TO4 Si/Al
Edingtonita 10
Gonnardita 20
Thomsonita 40 1-
Natrolita 40
Scolecita 40
Mesolita 120
de tetraedros por celda unitaria
Si/Al: relación Si/Al en el grupo estructural
b) Cavidad dodecaédrica, zeolitas tipo X e Y.
GRUPO C6
CHABAZITA
GRUPO C4
HEULANDITA
Si/Al ZEOLITA TO4 Si/Al ZEOLITA
Sodalita 12 Brewsterita
-3 Cancrinita 12 Heulandita
Ofrerita 18 Stilbita
Losod 24
2.5-
4.0
Stellerita
Gmelinita 24 Barretita
Si/Al
Liotita 36 LAUMONTITA
ZEOLITA
Chabazita 36 Laumontita
-2 Mazzita 36
Erionita 36
Aghanita 48
Levynita 54
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GRUPO C4-C4-T1
HEULANDITA
ZEOLITA TO4 Si/Al
Brewsterita 16
Heulandita 36
2.5-
5.0
Stilbita 72
Stellerita 72
Barretita 72
GEUPO C8
LAUMONTITA
ZEOLITA TO4 Si/Al
Laumontita 24 1-2

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La regularidad de la naturaleza y apertura de la red de canales de estas
estructuras les habilitan como tamices moleculares, de modo que la permeabilidad
por una determinada estructura (catión, molécula,…) dependerá de la amplitud de la
región más estrecha de los canales. Dicha amplitud no es el único condicionante de
la permeabilidad, ya que determinados cationes pueden bloquear los canales,
dependiendo asimismo la difusión iónica y molecular del contenido de agua.
Comparación del tamaño de poro de algunas zeolitas
con los diámetros de varias moléculas gaseosas
4. Propiedades físico-químicas
Físicamente sus propiedades permiten, que con el calentamiento hasta 400-500ºC,
se produzca la salida del agua adsorbida, sin que tenga lugar una alteración
significativa de la estructura cristalina, resultando un sólido con canales y
cavidades libres que podrán ser ocupados por moléculas adsorbidas como invitadas.
Las aplicaciones de las zeolitas naturales hacen uso de uno o más de sus
propiedades químicas, que generalmente incluye el intercambio de iones, adsorción
Propiedades mineralógicas de las zeolitas
Propiedad Valor
Diámetro de poro 2 a 12 Ǻ
Diámetro de cavidades 6 a 12 Ǻ
Superficie interna
500-1000 m
2
/g
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o deshidratación y rehidratación. Estas propiedades están en función de la
estructura del cristal de cada especie, y su estructura y composición catiónica.
Propiedades de adsorción. Las zeolitas cristalinas son minerales adsorbentes. Los
grandes canales centrales de entrada y las cavidades de las zeolitas se llenan de
moléculas de agua que forman las esferas de hidratación alrededor de dos cationes
cambiables. Si el agua es eliminada y las moléculas tienen diámetros seccionales
suficientemente pequeños para que estas pasen a través de los canales de entrada
entonces son fácilmente adsorbidos en los canales deshidratados y cavidades
centrales. Las moléculas demasiado grande no pasan dentro de las cavidades
centrales y se excluyen dando origen a la propiedad de tamiz molecular una
propiedad de las zeolitas.
Propiedad de intercambio de cationes. Por procedimientos clásicos de
intercambio catiónico de una zeolita se puede describir como la sustitución de los
iones sodio de las zeolitas faujasitas por cationes de otros tamaños y otra carga.
Esta es una de las características esenciales de las zeolitas. En efecto, así se
consigue modificar considerablemente las propiedades y ajustar la zeolita a los
usos más diversos. El intercambio catiónico se puede efectuar de varios modos:
• Intercambio en contacto con una solución salina acuosa (intercambio
hidrotérmico) o con un solvente no acuoso.
• Intercambio en contacto con una sal fundida. Por ejemplo, una zeolita A,
originalmente con Ca, se pone en contacto con nitratos de litio, potasio o
rubidio fundidos hacia 350ºC.
• Intercambio en contacto con un compuesto gaseoso. Por ejemplo, una zeolita
faujasita Y, originalmente en su forma Na, se pone en contacto con HCl
anhidro o NH3, hacia 250ºC.
El intercambio de iones en una zeolita depende de:
• La naturaleza de las especies catiónicas, o sea, del catión, de su carga,
etc.
• La temperatura.
• La concentración de las especies catiónicas en solución.
• Las especies aniónicas asociadas al catión en solución.
• El solvente (la mayor parte de los intercambios se lleva a cabo en solución
acuosa, aunque también algo se hace con solventes orgánicos) y,
• Las características estructurales de la zeolita en particular.
Deshidratación y rehidratación Basado en el comportamiento de deshidratación.
Las zeolitas pueden ser clasificadas como:
• Aquellas que muestran cambios estructurales no mayores durante la
deshidratación y exhiben continúa pérdida de peso como una función de la
temperatura.

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• Aquellos que sufren mayores cambios estructurales, incluyendo colapsos
(derrumbes) durante la deshidratación, y exhiben discontinuidades en la
pérdida de peso.
Un ejemplo típico del primer tipo son las zeolitas naturales como: la clinoptilolita,
la modernita, la erionita, la chabazita y zeolitos sintéticos como lo son las zeolitas
A y X, los cuales son térmicamente estables de 700 a 800ºC a la deshidratación. El
comportamiento en la deshidratación de las zeolitas en el segundo tipo es
semejante a aquel que exhibe pérdida reversible de agua a bajas temperaturas,
pero un mayor cambio estructural a una elevada temperatura, y los materiales
pierden su carácter zeolítico.
Más concretamente las propiedades que han hecho interesantes a las zeolitas en su
conjunto son:
o Intercambio iónico
o Selectividad
o Difusividad aparente
o Capacidad de intercambio catiónico
Propiedades químicas de las zeolitas
Capacidad de intercambio catiónico 0 a 650 meq/100g
Capacidad de adsorción <0.35 cm
3
/g
Estabilidad térmica Desde 200°C hasta más de 1000°C
4.1 Intercambio iónico y selectividad
El intercambio iónico es una de las propiedades más importantes de las zeolitas
debido a que por un lado se pueden llevar a cabo modificaciones de las zeolitas,
para cambiar sus propiedades superficiales (afinidad por compuestos orgánicos) y
por otro lado, esta propiedad de intercambio iónico es útil en más de un proceso
industrial, en la agricultura, en la acuacultura y en usos ambientales.
El comportamiento del intercambio iónico en una zeolita depende de:
o La topología de la red
o El tamaño del ion y su carga
o La densidad de carga de la zeolita
o La concentración del electrolito en solución
Para un intercambio iónico binario en el que se involucran los iones A
XA+
y B
XB+
la
reacción química se puede expresar de la siguiente forma:

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XB A(s)
XA+
+ XA B(z)
XB+
<=> XB A(z)
XA+
+ XA B(s)
XB+
en donde: XA y XB son las cargas de los cationes de intercambio A y B, z y s
corresponden a los cationes en el material sólido (zeolita) y en solución,
respectivamente.
Los aniones también están presentes en la solución acuosa y mantienen la electro
neutralidad en dicha fase.
El equilibrio de intercambio binario se describe mediante isotermas de
intercambio, las cuales se construyen al graficar la concentración en el equilibrio
del ion que se intercambia y que se encuentra en solución como una función de la
concentración en el equilibrio de este mismo ion en la zeolita, para una temperatura
constante y a una determinada concentración del ion en solución. Para elaborar una
isoterma comúnmente se grafica la fracción equivalente del ion de intercambio en
solución como una función de la fracción equivalente del mismo en la zeolita. Las
fracciones equivalentes de cationes que se intercambian en la solución y en el
sólido, AS
y AZ
se definen de acuerdo con las ecuaciones de la izquierda.
‫ܣ‬௦ ൌ
௫஺௠ೞ஺
௫஺௠ೞ஺ା௫஻௠ೞ஻
‫ܣ‬௭ ൌ
ா௤௨௜௩.஺
ா௤௨௜௩.஻
En donde:
o m es la molalidad de los iones A y B de la solución en el equilibrio.
o Equiv. Se refiere al número de equivalentes intercambiados del ion A en la
zeolita con respecto a los equivalentes totales que posee dicha zeolita
o El parámetro ABα indica la preferencia que tiene la zeolita por el catión que
originalmente está en ella (por ejemplo el sodio para el caso de una zeolita
sódica) y se expresa como:
‫ܽܤܣ‬ ൌ
ሾ‫ܣ‬௭ሿሾ‫ܤ‬௦ሿ
ሾ‫ܣ‬௦ሿሾ‫ܤ‬௭ሿ
Este factor puede variar con la temperatura y la concentración.
Tratándose de un intercambio iónico ideal la gráfica de Az vs. As es una línea recta
diagonal, sin embargo a menudo se presentan comportamientos como los de la
siguiente tabla, en donde cada uno de ellos implica lo siguiente:

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o Si el factor de separación ABα>1, la zeolita tiene preferencia por el catión que
está originalmente en solución.
o La selectividad varía con el grado de intercambio resultando una isoterma de
tipo sigmoideo.
o Si el factor de separación ABα<1, la zeolita no tiene preferencia por el catión
que está originalmente en solución.
o La zeolita no ha alcanzado un intercambio completo por efecto de tamizado de
los iones.
o Este comportamiento es poco común, debido a que durante el proceso de
intercambio iónico se forman dos fases de zeolita produciéndose un efecto de
histéresis.
o La línea punteada representa el comportamiento de un intercambio ideal.
Az
0.5
0.5 As
Isotermas Az-As de intercambio iónico
Desde otro punto de vista, la selectividad de la zeolita por determinados iones se
basa en los calores de hidratación de los cationes involucrados en el proceso de
intercambio iónico. La chabacita, la clinoptilolita y la mordenita, que tienen una alta
relación Si/Al, pueden intercambiar sus cationes selectivamente por cationes
grandes como el Cs
+
, el Rb
+
, el K
+
, el NH4
+
, el Na
+
, el Ba
2+
o el Sr
2+
.
Este fenómeno se debe a los calores de hidratación de los cationes:
• Ha
(Cs
+
) = -280 kJ/mol;
• Ha
(Rb
+
) = -312 kJ/mol;
• Ha
(NH
4+
) = -326 kJ/mol;
• Ha
(K
+
) = -339 kJ/mol;

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• Ha
(Na
+
) = -423 kJ/mol;
• (Ba
2+
) = -1339 kJ/mol;
• Ha
(Sr
2+
) = -1477 kJ/mol.
El calor del intercambio iónico se puede calcular de la siguiente manera: Q = ∆H –
DH, en donde el término ∆H es el calor desarrollado en la zeolita durante el
proceso de intercambio catiónico y DH es la diferencia entre los calores de
hidratación de los cationes intercambiados. Por ende, en las zeolitas con una alta
relación Si/Al el calor es menor que el calor desarrollado en la solución y, por lo
tanto, la zeolita intercambia selectivamente los cationes de bajos calores de
hidratación.
El comportamiento del intercambio iónico en las zeolitas depende de varios
factores que determinan la selectividad, siendo algunos de ellos:
o Naturaleza de los cationes: tamaño, carga iónica, forma.
o Temperatura
o Concentración de los cationes en solución.
o Aniones asociados con los cationes en solución.
o Estructura de la zeolita-topología de la red, densidad de carga de la
red.
4.2 Difusividad aparente
En zeolitas, la cinética del proceso está controlada por la difusión del ión entre los
canales de la estructura y se ha demostrado que para partículas esféricas el
coeficiente de difusión aparente D
i
esta dado por:
‫ݍ‬௧
‫ݍ‬௘
ൌ
6
‫ݎ‬
ඨ
‫ܦ‬௜
ߨ
En donde:
qt
y qe
son las cantidades que se sorben del ion bajo estudio al tiempo t y al
equilibrio, respectivamente (meq/gZ), r es el radio de las partículas (cm). t es el
tiempo de sorción (s). El coeficiente de difusión aparente D
i
es independiente de la
composición y varía con la temperatura.
4.3 Capacidad de intercambio catiónico
El cociente Si/Al determina la capacidad total de intercambio (meq/g) en una
zeolita y se determina fácilmente contando el número de átomos de aluminio en la
celda unidad (N
Al
) según la ecuación siguiente:

16
‫ܥ‬ ൌ
ܰ௔௟
ܰ௔௩
ൗ
ߩܸ௖
En donde NAv
es el número de Avogadro, ρ es la densidad de la zeolita y Vc es el
volumen de la celda unitaria. La relación se basa en el hecho de que N
Al
/NAv
es el
número total de equivalentes de cationes intercambiables por celda unidad y ρVc
es la masa de la celda unidad. Por lo tanto la capacidad de intercambio iónico
esperada para las zeolitas naturales (CIIE) está en función de la densidad de
carga de la estructura aniónica de la zeolita, es decir del grado de sustitución del
Al
3+
por el Si
4+
en la red cristalina. Cuanto mayor sea dicha sustitución mayor será
la cantidad de cationes necesaria para mantener la electroneutralidad y por lo
tanto se tendrá una alta CIIE.
La tabla anterior muestra la CIIE para varias zeolitas naturales con base en la
sustitución isomórfica que posean.
5. Zeolitas sintéticas
Denominamos zeolitización al proceso consistente en la transformación de
aluminosilicatos (de estructuras laminares, fibrosas, feldespatoides,...) en
estructuras zeolíticas. Los primeros trabajos sobre tratamientos alcalinos con
NaOH fueron publicados (1935-40) por Nagai (revisados por Breck ), quien realizó
tratamientos hidrotérmicos con hidróxidos alcalinos. De esta época datan también
los primeros trabajos sobre zeolitas sintéticas realizados por Barrer, quienes
impulsados por la aplicación de estos materiales en el campo del craqueo del
petróleo, perfeccionaron la técnica de obtención de estos productos en
condiciones de presión y temperaturas suave, generando las zeolitas Linde A, Linde
X, Linde Y y ZSM-5 entre otras.
Estos primeros estudios se basaron en la hipótesis de que la utilización de un
material cristalino, o bien mezclas de sílice y alúmina que, junto con la composición
química de la mezcla reactante, podría conducir a la formación de zeolitas,
Nombre de la zeolita
natural
CIIE
(meq/g)
Analcima 4,5
Chabacita 3,9
Clinoptilolita 2,2
Erionita 2,8
Faujasita 3,6
Ferrerita 2,3
Heulandita 3,2
Laumontita 4,3

17
simulando las condiciones que se generan en los yacimientos volcánicos donde estas
estructuras se forman de forma natural.
La producción en el laboratorio de zeolitas mediante reacciones de minerales y
disoluciones alcalinas ha sido, y es como veremos más tarde en algunos casos
reales, ampliamente estudiada. En la síntesis se emplean reactantes compuestos
por alúmina y sílice (arcillas, zeolitas, mezclas de sílice y alúmina, otros...),
tratándolos en soluciones acuosas de alto pH (alcalinos), conteniendo un hidróxido
alcalino, a temperaturas entre 100 y 300 °C y en ocasiones a presión moderada,
empleando disolventes de distinta naturaleza. La alta supersaturación a bajas
temperaturas supone la nucleación de la zeolita, adquiriendo en determinadas
condiciones unidades estructurales del material base, a partir de las cuales se
producirá el crecimiento de la misma.
Ante la falta de equilibrio termodinámico, hay una gran variedad de reactantes y
de condiciones, para la modificación de la composición química y las propiedades
físicas de zeolitas naturales, o bien, para la producción de nuevos materiales
zeolíticos, que han dado lugar al registro de patentes. Bajo las mismas condiciones
de los tratamientos, los productos que se obtienen dependen de la fuente de silicio
empleada como base para la zeolitización.
Moléculas orgánicas y grandes cationes han sido usados con la esperanza de que
actúen como soporte en torno al cual polimerice el aluminosilicato, originando de
este modo estructuras con grandes poros. Las moléculas (KCl, NaCl
fundamentalmente) o cationes, se introducen en la red molecular, produciendo el
hinchamiento de la misma, y dando lugar a aluminosilicatos abiertos, de los que
pueden eliminarse las sustancias causantes del hinchamiento sin que colapse la
estructura.
Esquema de Síntesis en laboratorio de zeolitas sintéticas a partir
de las cenizas volantes de la central termina de Puertollano

18
Uno de los principales problemas en la síntesis de nuevos productos zeolíticos es
llegar a conocer la topología de la nueva estructura, para lo cual hay que comparar
los resultados de la caracterización del material con los de aquellas estructuras
conocidas. Actualmente el gran avance de las técnicas informáticas está
favoreciendo el desarrollo de modelos teóricos que permiten conocer no sólo la
estructura de los materiales, sino que ayudan a la comprensión de las reacciones en
las que están implicadas.
Las propiedades de estas zeolitas, igual que con las naturales, que acabo de
comentar les capacitan para su aplicación en distintos campos, existiendo
numerosos trabajos orientados hacia la comprensión y optimización de los
mecanismos de las reacciones en las que intervienen, y con la ventaja de que se
pueden diseñar para usos específicos en función de las necesidades.
A continuación se muestran dos ejemplos de síntesis de zeolitas elegidos por sus
características peculiares.
5.1 Síntesis de zeolitas en el espacio
Pedro Duque durante su estancia en la Estación Internacional (ISS) realizó un
experimento, el NANOSLAB, centrado en las zeolitas. El experimento trataba de
de analizar el proceso de formación de las zeolitas a partir de dos materiales
separados, hidróxido de amonio como
activante, NH4OH y silicato de aluminio,
Al2(SO4)3 para posteriormente analizar
la capacidad de adsorción de hidrogeno
de estas zeolitas sintéticas.
El hidrógeno líquido es más compacto y
fácil de contener que el gaseoso, pero
también puede resultar problemático. El
hidrógeno se licua a una temperatura
aproximada de 20 K (–253º C). Mantener
un depósito de combustible de hidrógeno
líquido requiere el apoyo de un potente
sistema criogénico, que puede no ser
práctico para coches. El hidrógeno
líquido es lo suficientemente frío como
para congelar el aire. Esto podría causar
que las válvulas se tapen y que esto
genere un incremento inaceptable de la
presión. El material aislante para
prevenir estos problemas se agrega al
peso del sistema de almacenamiento.
Cristales de zeolita cultivados en la Tierra (arriba)
y en la ISS (abajo). Se aprecia como en el espacio
las zeolitas sintetizadas son de mayor tamaño.

19
Un tanque de combustible diseñado con zeolitas debe ser capaz de atrapar y de
retener el gas hidrógeno en un estado casi líquido, sin una potente criogenia. Un
depósito de combustible de zeolitas de temperatura controlada puede funcionar
agregando iones cargados negativamente a la zeolita. Estos iones actúan como
tapones; bloqueando los poros de la zeolita cristalina. Mediante el ligero
calentamiento del depósito pueden hacerse salir los iones de los poros. Luego se
puede llenar la zeolita con hidrógeno. Finalmente disminuyendo la temperatura al
nivel normal los iones se deslizarán a sus lugares y sellarán las salidas. Las zeolitas
que existen ahora pueden almacenar una cierta cantidad de hidrógeno, pero no la
suficiente. De ahí que se llevara a cabo la síntesis de una zeolita especial para esta
aplicación.
El objetivo de los experimentos en los laboratorios espaciales no es la producción
en masa de cristales de zeolita ya que no es económico, sino averiguar si es posible
cultivar cristales de zeolita que puedan alcanzar el umbral del 7% sobre su propio
peso para almacenar hidrogeno, lo cual se consigue en condiciones de ingravidez. Si
es así en el espacio también se descubrirá la manera de sintetizar estas zeolitas en
Tierra. Por tanto las zeolitas pueden ser la clave del salto tecnológico hacia el
combustible de hidrógeno permitiendo la progresiva reducción de la dependencia
de combustibles fósiles que tendrá claros beneficios medioambientales: la
reducción del efecto invernadero.
5.2 Zeolitas sintéticas a partir de cenizas volantes de centrales térmicas
españolas (Narcea, Puertollano, Los Barrios, Soto de ribera, entre otras).
Las cenizas volantes son una fuente de silicio y aluminio, es decir, los componentes
primarios de las zeolitas. Son el residuo de la combustión de carbón y posen una
alta reactividad y una granulometría fina que les hace idóneas para la síntesis de
zeolitas mediante una activación hidrotermal alcalina. Los rendimientos de
obtención de distintos tipos de zeolita oscilan entre el 50% y el 70%.
El inconveniente detectado para la utilización de este material es la existencia de
impurezas como cal o metales pesados. Es por ello que se han llevado a cabo
pretratamientos de descontaminación para reducir y/o evitar sus efectos
negativos en la síntesis.
En la síntesis de zeolitas con esta técnica se diferencian dos etapas bien definidas,
que se pueden generalizar para casi todos los procesos de síntesis existentes:
1. En los primeros estadios de la reacción se produce la reacción del sílice y de
la alúmina, en primer lugar de la fase vítrea y en segundo de las cristalina.
2. Sobresaturación de la disolución activante y posterior precipitación de las
zeolitas.
Los variables que intervienen en el proceso son:

20
o Solución activante y su concentración: hidróxido de sodio e hidróxido de
potasio, que definen el tipo de zeolita obtenida.
o Relación ceniza/activante: que modifican el tiempo de síntesis

21
o Temperatura: influye en la zeolita obtenida y en la cantidad de producto
obtenido.
o Composición química y mineralogía obtenida.

22
o Tiempo de activación
Controlando estas variables de la manera óptima las zeolitas obtenidas son:
o NAP1: con elevada capacidad de intercambio iónico.

23
o Analcima
o Sodalita
o Cancrinita
o Tobermorita
o Herchelita
o Nefelina
o Kalsilita
o Linde F
o Chabazita
Aquí se muestran algunas imágenes de las anteriores
NaP1 Analcima
Sodalita Cancrinita

24
Nefelina Philipsita
Kalsilita linde F
• Otros sistemas
En la actualidad hay multitud de líneas de investigación y trabajos publicados sobre
la síntesis de zeolitas. Como se ha dicho, todos las actuaciones consisten en la
unión de una solución activante y un agente nucleador. Por poner solo algunos
ejemplos más mencionaremos:
• Zeolitización con extracto de sílice
• Obtención mediante arcillas aluminosas.
• Conversión directa.
• Síntesis de cancrinita con cromato de cromo como anión de compensación.
• Síntesis de sodalita con cloruro como anión de compensación.
• Conversión directa mediante microondas.
6. El mercado de las zeolitas.
A continuación se muestran los datos de la producción anual de las zeolitas según el
USGS en el año 2006 y muestra la producción total de zeolitas naturales y
sintéticas, se indica también el destino industrial de las mismas (Roskill 1994), no
se incluye dentro de esa producción: China, Rusia y Cuba.

25
País t/año
China 2250000
Japón 140.000
Corea del sur 175.000
Estados unidos 45.000
Cuba 600.000
Hungría 30.000
Turquía 30.000
Bulgaria 15.000
Eslovaquia 15.000
Sudáfrica 15.000
Australia 7.000
Nueva Zelanda 6.000
Grecia 3.000
Italia 3.000
Canadá 3.000
Estados independientes
de la Commonwealth
3.000
Total mundial 3.340.000
$/t (mínimo) 50
$/t (máximo) 140
$/año 167.000.000
$/año 467.600.000

26
De la anterior tabla se deprende un dato interesante: Las zeolitas naturales al
estar su composición condicionada por las condiciones de su formación tienen
aplicaciones más generales y que sintéticas, que pueden ser diseñadas para fines
específicos.
Los costos de extracción son equivalentemente bajos, generalmente de 3 a $6/ton,
a menos que la extracción sea muy selectiva.
Muchas zeolitas son vendidas a bajo valor industrial o al mercado de la agricultura,
comúnmente se vende de 30 a $70/t de producto granular bajo 40 mallas, y de 50
a $120/t de material molido en un rango de a –40 a –325 mallas.
Para productos animales domésticos, para estanques de peces como un medio
desodorante, comúnmente se venden al por menor aproximadamente de 0.5 a
$4.50/kg.
Para la industria agrícola esto es debido a que las zeolitas naturales son extraídas
de yacimientos heterogéneos por lo que la calidad de sus propiedades y pureza es
muy baja. La actividad agrícola necesita de altos volúmenes a bajo costo por lo que
las zeolitas naturales son las más aptas para esta industria, debido a que no
necesitan demasiados tratamientos previos para su puesta en mercado y uso. Por el
contrario, los yacimientos deben estar cerca del área de consumo ya que si no los
costes de transporte quitarían atractivo a estos minerales. Mientras mayor valor
agregado se incorpore a las zeolitas mayor serán las ganancias que se obtendrá en
una integración vertical de mercado.
7. Aplicaciones agrícolas
Hasta ahora se han comentado de forma resumida la geología, mineralogía y
propiedades fisicoquímicas que hacen interesantes las zeolitas como mineral
industrial.

27
Las aplicaciones de estos minerales a la industria son numerosas y van desde la
industria de los hidrocarburos, los materiales de construcción, medioambiente,
alimentación y, como es el caso de este trabajo, aplicaciones a la industria agrícola.
La experiencia en su uso durante los últimos 40 años han consolidado las
tecnologías de producción y utilización de estos productos de forma
económicamente viable, satisfaciéndose las necesidades del productor, el
comerciante y el cliente. Los costes por tonelada, incluyendo el transporte, no
rebasan en más de un 50% los de cualquier otro producto destinado a la
agricultura.
Todos los productos basados en tecnología zeolítica no son agresivos al
medioambiente.
Dentro de la agricultura se pueden destacar los siguientes campos de aplicación de
las zeolitas.
• Producción vegetal
o Formando parte de fertilizantes de liberación controlada.
o Formando sustratos zeopónicos.
o Mejorando la producción vegetal.
o Mejorando las propiedades de los suelos.
o Como soporte de plaguicidas.
• Producción animal: ganadería y piscicultura.
o Suplemento en dietas y piensos
o Veterinaria y medicamentos
o Acondicionamiento de lechos
o Tratamiento de residuos.
• Riego y Drenaje
• Mecanización
7.1 Producción Vegetal
Los beneficios que se generan de la utilización de las zeolitas en la producción
vegetal son muchos entre los que se destacan:
• Fertilizantes de liberación controlada:
Un fertilizante es química natural o sintética utilizada para enriquecer el suelo y
favorecer el crecimiento vegetal. Las plantas pues sintetizan todos los que
precisan para poder llevar a cabo su metabolismo. Sólo exigen una docena de
elementos químicos, que deben presentarse en una forma que la planta pueda
absorber.
Todos los proyectos de producción de fertilizantes requieren la fabricación de
compuestos que proporcionan los nutrientes para las plantas: nitrógeno, fósforo y
potasio, sea individualmente (fertilizantes "simples"), o en combinación

28
(fertilizantes "mixtos"). Suele describirse como fertilizante completo cualquiera
que contenga los tres elementos; la composición se codifica con ayuda de tres
números que indican el porcentaje de estos elementos en el total del fertilizantes,
denominándose a estos porcentajes fórmulas NPK. Así, un 5-8-7 es un abono (por
lo general preparado en polvo o en gránulos) que contiene un 5% de nitrógeno, un
8% de fósforo (calculado en forma de pentóxido de fósforo) y un 7% de potasio
(como óxido de potasio).
En esta tabla se muestra como los porcentajes de nitrógeno, fosforo y potasio
necesario para conseguir la misma producción de los cultivos indicados se reducen
al añadir zeolitas al fertilizante.
Existe la posibilidad de crear estos fertilizantes a partir de los purines (residuos
orgánicos) generados por la actividad agrícola, con lo que el coste del fertilizante
se reduce a la adquisición de la zeolita y el tratamiento de los purines para
fabricar el fertilizante de liberación lenta como se verá más adelante.
Las zeolitas son los fertilizantes de liberación lenta que existen de forma natural.
Tienen una estructura cargada negativamente que contiene nutrientes como son el
potasio y el nitrógeno. Las zeolitas pueden cargarse con estos iones antes de
utilizarse como medio de cultivo para después poder liberar los nutrientes cerca
del sistema de raíces donde son necesarios para el crecimiento. Esto prevendrá la
pérdida de los alimentos en el agua, reducirá los niveles de contaminación del
acuífero y reducirá también la cantidad de fertilizante necesaria como puede
verse en las siguientes tablas.
Formulas NPK utilizadas para evaluar un fertilizante granulado con un 25% de
zeolita natural en un área de 12 hectáreas
Formula sin zeolita Toneladas
Formula con
zeolita
Toneladas Cultivo
9.5 - 9.5 - 9.5 14 7.0 - 7.0 - 7.0 14
Frijol negro y
tomate
8.0 - 9.0 - 14.0 40 6.0 - 7.0 - 10 40
Frijol carita,
pepino y boniato
10.3 - 6 - 15 250 7.5 - 4.5 – 11.5 200 Caña de azúcar
15.0 - 6 - 0 150 11.0 - 5.0 - 0 150 Caña de azúcar

29
En esta tabla puede apreciarse como para un fertilizante con un 25% de zeolita se
obtiene cosechas más sanas, y una producción en t/ha y en TPH (toneladas de Pol
por hectárea, siendo Pol es la concentración expresada en g de solución en 100 g de
solución. De una solución de sacarosa pura en agua.) mayores del orden de 5 a 13 y
de 1 a 2 toneladas respectivamente.
Para los cultivos del frijol negro y tomate la adicción de un 25% de zeolita al
fertilizante, como puede apreciarse en la siguiente tabla, se convirtió en aumento
el rendimiento de las variables escogidas para el análisis.
Aquí se comparan dos muestras de caña de azúcar, la de la derecha ha sido tratada
con un fertilizante que incorporaba 25% de zeolita de composición 10.3 – 6 – 15,
como puede apreciarse su desarrollo es mayor.
Impacto de la zeolita en el rendimiento de la caña de azúcar.
Rendimiento
(t/ha)
Altura
(cm)
Grosor
(cm)
Rendimiento
(t/ha)
Altura
(cm)
Grosor
(cm)
Tratamientos 1 2 3 1 2 3
25.0 - 5 - 24 20.80 18.19 20.90 17.05 19.02 21.06
25.0 - 5 - 25
(+25%Zeol)
21.16 18.17 21.78 19.17 20.93 24.65
Pol (%) TPH
25.0 - 5 - 24 20.80 18.19 20.90 17.05 19.02 21.06
25.0 - 5 - 25
(+25%Zeol)
21.16 18.17 21.78 19.17 20.93 24.65
Impacto de la zeolita en el rendimiento del frijol negro
Formula
Rendimiento
(t/ha)
Promedio de
granos por
planta
Peso de 100 granos
(g)
9.5 – 9.5 – 9.5 1.28 33.8 195.9
7 - 7 - 7 1.50 49.2 191.7
Impacto de la zeolita en el rendimiento del tomate
Formula Rendimiento (t/ha)
9.5 – 9.5 – 9.5 25.23
7 - 7 - 7 35.54

30
A continuación se muestran unas clavellinas que han sido tratadas con fertilizantes
que incorporaban distintos porcentajes de zeolita en su composición. Salta a la
vista la influencia de la zeolita, aquellas con porcentajes más altos tienen un
aspecto más saludable, desarrollando más tallos de y de mayor altura, al igual que
han generado mayor número de flores.
El uso de zeolitas en los fertilizantes no solo aporta mayor rendimiento productivo,
si no que al reducir las cantidades de nitrógeno, fosforo y potasio a usar también
aporta un mayor rendimiento económico por tonelada como puede verse en la
siguiente tabla.

31
• Cultivos y sustratos zeopónicos
Las zeolitas naturales pueden utilizarse como medio inerte de crecimiento.
Utilizando zeolita como único medio de cultivo se consiguen todos los beneficios
destacados en el punto anterior: reducción de la cantidad de fertilizante y
consumo de agua, también se ha comprobado que se mejora la salud de las plantas,
se incrementa la productividad y se reduce el tiempo de producción.
Los cultivos zeopónicos son los cultivos de plantas sin suelos en sustratos
compuestos fundamentalmente de zeolitas. Los sustratos zeopónicos se formulan
incorporándole a la zeolita los nutrientes necesarios para que las plantas crezcan y
se desarrollen, tomando en cuenta las características de las plantas y el tipo de
agua con la cual se regarán. El resultado de estos estudios da un tipo de sustrato
zeopónico que es especialmente diseñado para brindar los mejores rendimientos
posibles.
El cultivo hidropónico rivaliza en la industria agrícola con el zeopónico. Un cultivo
de estas características consiste en un sustrato (generalmente arcilla expandida,
vermiculita o lana de roca) al que se suministra agua con los nutrientes
incorporados y que puede ser regado continuamente siempre que el líquido sea
drenado y no inunde el sustrato.
Antes de entrar en detalle con los sustratos basados en zeolitas se comentaran
algunas de las ventajas del uso de la tecnología zeopónica frente a la hidropónica
las cuales se muestran en las siguientes tablas.
Debido a que el sistema zeopónico no utiliza materiales sintéticos durante el
desarrollo de los productos, es mucho más alcanzable una certificación como
Análisis económico comparativo de fertilizantes con zeolita.
Formula 8.0 - 9.0 -14-0
6.0 - 7.0 - 10.0
(+25%Zeolita)
4.0 - 4.5 - 7.0 (+50%
zeolita)
Costes ($/t) 119.93 96.11 77.13
Ahorro (S/t) 23.82 42.89
Ahorro (%) 19.86 35.68
Característica Zeoponia Hidroponia
Uso de materiales sintéticos No Si
Reciclaje de insumos 100% 30%
Personal especializado para
operación
No Si
Manejo de materiales
contaminantes
No Si

32
producto orgánico que con el uso de la hidroponía. Lo anterior puede proporcionar
una ventaja en cuanto al precio de venta de los productos elaborados con el uso de
la zeoponia contra la hidroponía.
Los datos de operación
presentados en la tabla de la
izquierda están basados en un
invernadero de 750 m2
. Lo
anterior con el fin de mantener
una base de comparación
idéntica para ambas tecnologías
Entre los puntos más
importantes de la comparación
de ambas tecnologías esta la
perdida de producto activo que
presenta la hidroponía, además
del alto consumo de agua que
requiere esta tecnología al
compararla con la zeoponia.
Otro factor importante es que la
tecnología hidropónica requiere
de la sustitución total tanto de
sus sustratos como de los
contenedores cada año. Todo lo
contrario de la zeoponia que
tiene una duración de 3 años y la
posibilidad de reutilizar tanto
los sustratos como los
contenedores.
Por último el hecho de que la operación de la tecnología zeopónica utiliza
únicamente agua permite que los operarios sean personas sin ningún tipo de
capacitación técnica, reduciendo los costos de operación. Todo lo contrario que
pasa con la hidroponía ya que para reducir los costos de los materiales utilizados se
requiere del apoyo de personal capacitado.
Los resultados del estudio anterior demostraron que con los sustratos zeopónicos
el rendimiento de las cosechas aumentan un 30%. Comparaciones realizadas con
tomates y lechugas, durante tres recolecciones al año, demostraron que mientras
en las cosechas hidropónicas se recolectaban 150 t/ha de tomates por año, y
8Kg/m2
y lechugas, en las zeopónicas se recolectaban 220 t/ha por año y 9kg/m2
.
Concepto Zeoponia Hidroponia
Análisis de calidad
de agua en
estudios/ciclo
1 6
Toneladas por ciclo 260 200
Uso de materiales
sintéticos
No Si
Ciclos por año 2 2
Vida útil del
sustrato en años
3 1
Reutilización del
sustrato
100% 0%
Mantenimiento de
los sustratos
Agua
Agua +
Químicos
% de pérdida de
producto activo
0% 30%
Números de riegos
por día
2 9 - 10
Consumo de agua
en L/día/m2
4 - 5 10 - 11
Vida útil de los
contenedores en
años
8 1
Personal
especializado para
operación
No Si

33
Más comparaciones con diferentes cultivos se muestran en la siguiente tabla que
muestra las recolecciones para tres cosechas al año. Queda patente el mayor
rendimiento de los sustratos de zeolitas:
Comparando ahora los cultivos tradicional e intensivo con sustratos zeopónicos se
puede ver como el rendimiento se multiplica por tres si se une el cultivo intensivo
con la zeoponia.
Comparación entre cultivo tradicional e intensivo con sustratos de zeolitas
Cultivo (kg/m2) Cultivo tradicional Cultivo intensivo
Lechuga 21 63
Acelga 18 54
cebolla 15.9 47.7
Apio 9 27
Perejil 9 27
• Zeolitas como soporte de plaguicidas
La calidad de las semillas está dada fundamentalmente por su capacidad para
germinar y producir una planta normal y está determinada por un complejo de
condiciones que son el producto de las interacciones más favorables entre las
posibilidades genéticas de la especie y el medio bajo el cual las semillas son
producidas, cosechadas, procesadas y almacenadas. Así las semillas almacenadas
requieren de ciertas condiciones que de no estar presentes, pueden hacer perder
la viabilidad y disminuir la germinación ulterior de la semilla cosechada. Es conocido
que los factores que en estrecha interrelación pueden conducir al deterioro, la
pérdida del vigor y de la viabilidad total o parcial son: la temperatura, la humedad,
la presión de oxígeno, las bacterias, los hongos, los insectos y los roedores.
Las plagas son la causa principal de esas pérdidas y los sistemas y técnicas actuales
de almacenamiento exigen que el control de esas plagas se base en gran parte en el
uso de insecticidas químicos que presentan desventajas como:
• Resultan caros
• Son tóxicos para el hombre
Comparación de la producción entre sustratos zeopónicos e hidropónicos
Cultivo (t/ha) sustrato zeopónico sustrato hidropónico
Col 105 102
Pepino 120 117
Acelga (kg/cantero) 831 810

34
• Dañan el medio ambiente
• Afectan en cierto grado la viabilidad de las semillas almacenadas.
Las zeolitas debido a sus características especiales que posen se pueden usar como
sistema de almacenamiento de semillas. Estudios realizados en Cuba demuestran
que el uso de este mineral reduce la tasa de contacto con los productos plaguicidas
químicos usados, permitiendo mantener su capacidad para germinar en un
porcentaje alto. Esto se consigue deshidratando la zeolita a altas temperaturas,
dejado aproximadamente un 50% de poros libres en las mismas lo que les confiere
un poder de adsorción notable que las protege tanto de los productos tóxicos.
A continuación se muestran unos resultados de un estudio realizado por el Jardín
Botánico de Pinar del Rio y el Instituto de Ciencia Animal de La Habana, en el que
se estudio la posibilidad de usar zeolitas como sistema de almacenamiento de
semillas para protegerlas de los agentes tóxicos y de las plagas de insectos.
En la tabla siguiente se muestran los porcentajes de germinación de semillas
almacenadas en diferentes condiciones ambientales y sobre las que han sido
aplicadas productos químicos utilizado en la industria agrícola. Como se puede ver
aquellas que han sido almacenadas con zeolitas tienen mayores porcentajes de
germinación.
El uso de zeolitas también protege de los ataques de insectos debido a que ocurre
un proceso de deshidratación al penetrar el material entre las membranas ínter
segméntales del cuerpo del insecto. Los daños impiden el acoplamiento y afecta la
locomoción.
En la tabla siguiente muestra otra resultado del estudio que muestra las
afectaciones por plagas, en el caso de las semillas tratadas con zeolita fueron
inferiores respecto a los otros tratamientos, mostrándose ligeros ataques o nulos
en algunos casos.

35
Por último, el estudio concluye con un análisis económico que determina la viabilidad
de esta técnica.
De este estudio se pueden sacar las siguientes conclusiones:
• El porcentaje de semillas germinadas almacenadas con zeolitas es igual o
superior al almacenamiento en frigorífico

36
• El almacenamiento en frigorífico protege más de las plagas a las semillas,
pero la diferencia de eficacia con las zeolitas no supera el 2%, por lo que es
mejor usar zeolitas al ser más económicas.
• El coste final del uso de las zeolitas como sistema eficaz de almacenamiento
y protección de semilla es un 92% más barato que el uso de frigorífico.
7.2 Producción Animal
• Aditivos para piensos
Estudios han demostrado que la adición de clinoptilolita al pienso para ganado
bovino, porcino y aves de corral aceleran el crecimiento de los animales, incrementa
los ratios de conversión del pienso y reduce el contenido en amoníaco de los
excrementos de los animales. La Clinoptilolita actúa como punto de anclaje para las
micotoxinas, absorbiendo toxinas que pueden ser nocivas para los animales como las
aflatoxinas.
Los piensos con zeolitas ayudan a controlar las aflatoxinas por lo que se reduce la
mortalidad por estrés digestivo y reduce el uso de antibióticos. Como resultado, se
ha visto un incremento en la productividad en gallinas ponedoras y en vacas
lecheras debido a que los animales están más sanos. Se recomienda la adición entre
un 3% y 6% en peso de zeolita de granulometría <0.5mm ó <0.9mm.
Efecto comparativo antiaflatoxina en piensos con zeolitas
Aflatoxina
Zeolita
(%)
Pollos Cerdos Corderos
∆ Peso
(g)
IC ∆ Peso
(g)
IC ∆ Peso
(g)
IC
No 0 814 1.85 18.2 2.5 9.8 69.0
No 0.5 841 1.75 19.6 2.5 9.9 73.8
Si 0 731 1.80 6.1 3.10 0.8 40.9
Si 0.5 793 1.72 18.3 2.63 8.1 70
En la tabla anterior se ve como la zeolita ayuda al crecimiento de los animales que
son alimentados mediante piensos sanos con zeolita, y como reduce los efectos en
los piensos que están afectados por la aflatoxina.
Las siguientes imágenes corresponden a un estudio de alimentación de pollos de
corral con un pienso con zeolitas denominado klin-sil.

37
Este producto demostró que el uso de las zeolitas remitían la acción de las toxinas
debido a sus propiedades de adsorción naturales y capacidad de intercambio
catiónico en un amplio rango de PH Ccomo se puede ver en las graficas siguientes.
Efecto del Ph sobre la adsorción de la aflatoxina en el pienso klin-sil

38
Como puede verse la adsorción de la aflatoxina y la citrinina por parte de las
zeolitas es altamente efectiva para Ph ácidos, ambiente que se da en el tracto
gastrointestinal de los animales, lo que tiene como consecuencia directa que estos
tienen menos estres digestivo y una reducción de costes a la hora de gastar en
medicamentos antibióticos. Los animales al tener el aparato digestivo más sano
aumentan de peso más rápido y los productos que se aprovechan de ellos (huevos,
leche, carne vísceras...) son de mejor calidad y más baratos de producir por lo que
la ganancia para el ganadero es mayor.
En las tablas siguientes se muestran los resultados de estudios realizado en el
Rancho Chinobampo sobre nutrición animal con piensos y zeolitas como aditivo para
bovinos y aves de corral.
Cuadro comparativo de producción y composición de leche de vacas alimentadas
con zeolitas
Alimentación
Leche (kg/día) Grasa (%) Sólidos totales (%)
Pasto + maíz 21.6 2.9 11.4
Pasto + maíz + Sustrato
Zeopónico
23.0 3.2 11.9
Efecto del Ph sobre la adsorción de la Citrinina en el pienso klin-sil y otros
adsorbentes sin zeolitas en su composición

39
Datos sobre terneros nacidos de madres alimentadas con zeolitas
Alimentación
Peso al nacer
(Kg)
Diarreas (%)
Terneros
medicados
Sin Zeolita 35.4 15 7
Con zeolita 35 5 3
Ganancia de peso en terneros lactantes (g/día)
Alimentación
30 días 60 días 90 días
Sin zeolita 360 426 501
Con zeolita 420 510 575
De este cuadro se saca como conclusión que la aplicación de las zeolitas en la
producción de animales bovinos es de los más satisfactoria. El único dato negativo
que se desprende es que los terneros nacidos de madres alimentadas con zeolitas
son de menor peso, pero esto se compensa con que son animales más sanos que
sufren menos problemas intestinales, sumándole a esto que si las madres en,
periodo de lactancia, son alimentadas a base de piensos con zeolitas como aditivo la
ganancia de peso es mayor que sin zeolitas, por lo que se compensa el dato
negativo.
Cuadro comparativo del Efecto del plano nutricional y la inclusión de zeolita en
pollos de engorde.
Zeolita (%) Consumo (g/ave) Ganancia (g/ave) Conversión
0 3680 1520 2.43
5 3516 1551 2.27
Cuadro comparativo de valores de peso relativos en pollos de engorde.
Zeolita (%) Vísceras Grasa abdomen Pechuga
0 3.83 2.13 19.0
5 3.85 1.69 19.6
De este cuadro comparativo se llega a la misma conclusión respecto al uso de las
zeolitas. El coste relativo a la producción de aves se reduce, ello es debido a que
incluir este mineral en los alimentos de aves hace que estas consuman menos y
ganen más peso y carne útil para ser consumida, lo que se lee comparando la grasa
abdominal respecto a la pechuga.

40
• Tratamiento de residuos
Las zeolitas naturales pueden utilizarse en el control de malos olores generados en
granjas de cultivo intensivo. Si se utiliza como aditivo en el pienso, disminuye
notablemente el contenido en amoniaco en los purines, también puede utilizarse
directamente en el pozo de los purines. Tienen una gran capacidad de absorción de
amoníaco y del H2S que provocan malos olores, y ayudan en el proceso de digestión
anaeróbica de los purines. El producto resultante es un fertilizante natural de
liberación lenta.
El nivel óptimo de zeolita para minimizar la emisión de malos olores es
independiente del nivel de humedad y del contenido en nitrógeno de los residuos a
tratar, aunque estudios han demostrado que niveles entre 2 y 4 gramos de
zeolita/litro de residuo resultan en la reducción del tiempo de digestión anaeróbica
más eficaz.
El producto recomendado es el de granulometría <0.9mm. Las zeolitas naturales
también se utilizan en planta de tratamiento de residuos para prevenir las
emisiones de malos olores en la atmósfera.
Aparte de lo anteriormente descrito, existen otras las aplicaciones ganaderas de
las zeolitas como:
Absorción gases de desecho: Esta propiedad permite emplear las zeolitas como
desodorantes en cochiqueras, granjas avícolas, vaquerías, cebaderos y otros
locales donde predominan malos olores. En experimentos al respecto se ha
encontrado que purifica el aire al absorber grandes cantidades de amoníaco
gaseoso.
Absorción iones de metales pesados: Esta propiedad, junto con la anterior,
convierte a las zeolitas en un gran agente purificador de las aguas empleadas en la
actividad ganadera, pues puede liberarlas de desecho de gases e iones metálicos
que contengan.
Permite una mejor conversión de la biomasa en un biogás. Esto se deriva de las
tres propiedades anteriores. Al mezclarse con las excreciones empleadas para la
obtención del biogás, disminuye su contenido de agua, al mismo tiempo que absorbe
los gases sulfhídricos y mercaptanos.
• Acuicultura
La aplicación de las zeolitas a la acuicultura se basa fundamentalmente en
Aprovechar sus propiedades para producir sistemas de tratamiento de agua para
eliminar amonio, metales pesados y otros elementos químicos y nocivos.

41
En la producción piscícola los beneficios obtenidos en los animales de granja se
pueden extrapolar a los animales acuáticos para mejorar su producción y los
productos que de ellos se derivan para alcanza un mayor rendimiento de la
explotación y obtener mayores beneficios económicos. Al igual que en los animales
de granja, las zeolitas se pueden usar como medio para el tratamiento de la
contaminación biológica submarina que genera un descenso de la producción y a una
pérdida de las ganancias.
Las zeolitas y sus características más usadas en esta aplicación se muestran en el
siguiente cuadro:
Nombre Características
NZ Zeolita natural purificada
AZ NZ en forma sódica
ZZ NZ en forma de zinc
Mg-NZ NZ magnésica
Cu-NZ ZN cúprica
CA-NZ NZ cálcica
H-NZ-450 NZ descationizada a 450º
Modelos de tratamiento de aguas en piscifactorías

42
En la siguiente tabla puede verse la evolución de la especie acuática Nannocloropsis
Gaditana en cultivos en los que se aplicaron diferentes tratamientos basados en
zeolitas.
AZ, BZ y CZ corresponden con zeolitas naturales y las curvas de ZESTEC son
zeolitas artificiales diseñadas para este tipo de cultivos acuícolas. Como puede
verse el ZESTEC 56 (56% de zeolita artificial) fue el que más desarrollo produjo,
demostrando que la aplicación de las zeolitas artificiales diseñadas para fines
específicos, en este caso una especie acuática, pueden llegar a producir más
rendimiento que las naturales.
En las siguientes tablas se muestra un experimento hecho con piensos que incluían
distintas cantidad de zeolitas en su composición.
Composición de dietas experimentales para el Camarón Blanco
Componentes I II Patrón
Harina de pescado 30 30 30
Harina de Soya 23 23 23
Trigo entero molido 15 15 15
Premezcla de vitaminas y minerales 5 5 5
Levadura de Torula 5 5 5
Harina de trigo 5 5 5
Bentonita 2 2 2
Miel 3 3 3
Aceite de hígado de bacalao 2 2 2
Zeolita natural 3 10 0
Talco 7 0 0
Análisis calculado de proteína final
bruta
35.24 35.25 37.31

43
Resultados de la aplicación de zeolitas a la dieta del Camarón blanco
Parámetros I II Patrón
Peso inicial promedio 2.36 2.36 2.36
Peso final promedio 3.31 3.13 3.30
Número inicial de camarones 60 60 60
Número final de camarones 42 47 32
Supervivencia (%) 70 78% 53
Como puede verse, en esta especie el añadir cantidades de zeolitas a los piensos
hace que los camarones tengan un índice de crecimiento menor, lo que baja su valor
en el mercado por unidad, pero por el contrario la supervivencia de los camarones
aumenta, lo que se traduce como un aumento de la salud y la calidad de los mismos,
y no solo eso, al ser mayor la producción mayor será el benecificio.
7.3 Riego y drenaje
Gracias al efecto de las zeolitas hay una mayor economía del agua de riego, debido
a que retiene una determinada cantidad y después la va suministrando poco a poco.
Facilita el drenaje de los campos, debido a que produce en el suelo una mayor
porosidad.
Contribuye a mejorar la calidad del agua de riego, reteniendo los elementos
dañinos (Sodio – metales pesados – algunos gérmenes patógenos), que pueden
perjudicar a las plantas y a la salud de las personas
Pueden absorber sin que se produzcan cambios en su estructura hasta el 30% de
su peso en agua, lo que reviste vital importancia en regiones agrícolas de escaso
abastecimiento de agua. Ello permite el espaciamiento de la frecuencia de riego,
disminuye el estrés hídrico de las plántulas cuando son plantadas en campo,
absorción de la humedad residual de recristalización producida en el proceso de
obtención de los fertilizantes minerales, disminuyendo la compactación de los
mismos.
7.4 Mecanización agrícola
La presencia de zeolitas en los suelos facilita las labores de mecanización, debido a
que el suelo está más suelto y menos compactado por la presencia de la zeolita. Al
ser menos compactado el suelo por el uso de la zeolita, se facilita mucho el uso de
la tracción animal y su correspondiente efecto económico y ecológico. También
facilita la aplicación mecanizada de fertilizantes, al disminuir su grado de
humedad. Incrementa la economía de las labores de cultivos debido a que se
realizan en un menor tiempo y menor gasto de combustible.

44
8. Conclusiones.
En este trabajo se ha intentado destacar, y poner en evidencia, el amplio abanico
de posibilidades de las zeolitas naturales y artificiales como mineral industrial
aplicado a la industria agrícola.
Como ha quedado demostrado, la zeolita es un material natural equiparado en
precio con otros productos de similares propiedades, pero el uso de este material
aporta mayores rendimientos a la producción vegetal, animal, y piscícola cuando es
usado como aditivo en piensos y fertilizantes o, protegiendo de plagas y
enfermedades a las cosechas y a los animales.
También se ha visto como es un material que puede ser usado con fines
energéticos, tanto de producción de energía en forma de biogás, o de ahorro
energético debido a que se gasta menos combustible a la hora de trabajar la tierra
con maquinaria. Así mismo ha presentado su eficacia en temas medioambientales al
ser capaz de adsorber sustancias nocivas para la producción agrícola o generadas
en el transcurso de la misma.
La adición de zeolita en el suelo reduce significativamente la cantidad de agua y el
coste en fertilizantes mediante la retención de nutrientes en la zona de las raíces.
Las zeolitas forman un depósito permanente de agua, asegurando un efecto de
humedad prolongada hasta en épocas de sequedad, lo cual es interesante para
países áridos o regiones con problemas de abastecimiento.
En el futuro, con el aumento de la población mundial, la importancia de las zeolitas
a la industria en general, y en la agrícola en particular, aumentará en la medida en
que se necesiten mayores rendimientos de las instalaciones agrarias para poder
suplir la demanda de productos sin dañar el medio ambiente.
Las zeolitas cumplen todos estos requerimientos de “desarrollo sostenible” y
además son económicamente rentables de usar, por lo que no cabe duda de que
serán un recurso geológico que tendrá mucha importancia en el transcurso de este
siglo.

45
9. Direcciones web consultadas.
www.usgs.gov/
http://es.wikipedia.org/wiki/Zeolita
http://www.icp.csic.es/cyted/Monografias/Monografias1998/B1-225.pdf
http://www.ija.csic.es/gt/geoamb/paginas/zeolites_cast.htm
http://www.uclm.es/users/higueras/MGA/Tema09/Tema_09_OtrosMin_1.htm
http://www.ija.csic.es/gt/geoamb/paginas/sintesi_zeolites_cast.htm
http://www.infojardin.net/glosario/xantofila/zeolita-zeolitas.htm
http://www.zeolitanatural.com/html/docs/ZEOLITAS%20COMO%20MEDIO%20FILTRA
NTE.pdf
http://www.tesisenred.net/TDX-0429102-082155/index_cs.html
http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/55/htm/zeolita.htm
http://www.invenia.es/oepm:p9800269
http://www.invenia.es/oepm:e99949724
http://dialnet.unirioja.es/servlet/articulo?codigo=824721
http://www.zeolitanatural.com
http://www.tesisenxarxa.net/TESIS_UPC/AVAILABLE/TDX-0218103-
190025//08CAPITULO4.pdf
http://www.ott.csic.es/rdcsic/rdcsicesp/rdqu35esp.htm
http://www.cetem.gov.br/publicacao/CTs/CT2004-167-00.pdf
http://www.soil-fertility.com/zeolite/espagnol/zeoponico.shtml
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http://hidroponia.itgo.com/
http://www.ranchochinobampo.com.mx/Documentos/Presenta_Zeolitas.pdf
http://zeolitas.gl.fcen.uba.ar/abajo.htm
http://lt.wikipedia.org/wiki/Ceolitas

46
http://www2.sernageomin.cl/pto_varas/Biblioteca/Articulos.pdf/MENDOZA%20ET%20AL
.pdf
www.economia.gob.mx/pics/p/p867/new-se-ansa.ppt
www.zonaquimicas.com/web/htdocs/modules/tinyd0/index.php?id=2
www.zeolitanatural.com/html/docs/Eficiencia%20de%20la%20zeolita%20como%20aditivo
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www.zeolitanatural.com/html/catalan/agricihort.htm
www.lenntech.com/espanol/zeolitas-aplicaciones.htm
www.zeonat.com/zeonat_006.htm
www.quiminet.com.mx/pr8/ZEOLITAS.htm
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www.ua.es/grupo/lma/web%20cyted/publicaciones/cyted%20librotallerV/II.1%20Teresa%
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www.rte.espol.edu.ec/archivos/Revista_2005/84.pdf
www.tesisenxarxa.net/TESIS_UPC/AVAILABLE/TDX-0218103-
www.tdx.cesca.es/TESIS_UPC/AVAILABLE/TDX-0429102-082155//04CAPITULO2.pdf
www.tesisenxarxa.net/TESIS_UPC/AVAILABLE/TDX-0218103-
www.zeolitanatural.com/html/docs/Pollos.pdf
geologia.ujaen.es/sem2007/separatas/macla7_48.pdf
ri.conicyt.cl/575/fo-article-11466.pdf
www.icp.csic.es/cyted/Monografias/Monografias2001/B1-213.pdf

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