ARGILLA

ARGILLA (IV, p. 265)

Esigenze tecniche ed economiche delle industrie e dell'ingegneria hanno portato nell'ultimo ventennio un positivo sviluppo nel campo delle conoscenze delle argille. Le argille, intese nel significato più generale, sono prodotti naturali inorganici "sciolti", a grana molto fine, a base di minerali siallitici e di granuli di altri materiali aventi, questi ultimi, dimensioni predominanti non superiori a pochi micron.

Si intende qui per prodotto sciolto un complesso di granuli o elementi non legati fra di loro e che, comunque, si slegano quando sono in presenza, più o meno prolungata, di eccesso d'acqua. Per minerale siallitico si intende un "idrofillosilicato" con "base" prevalente l'Al e costituito, per esempio, da caolinite, montmorillonite, beidellite, nontronite, sericite (o illite), ecc. Quantitativamente il siallitico può essere anche molto subordinato; anzi in diversi impieghi occorre "smagrire", come si dice, l'argilla, aggiungendo materiale diverso (non siallitico, "inerte", "scheletro", ecc.) in grani minuti o minutissimi. Poiché sono essi che inducono molti dei caratteri specifici "argillosi", questi minerali siallitici sono detti anche minerali argillosi.

Con riferimento alla sola granulometria, il concetto di argilla, così inteso, coincide con quello espresso dal termine di pelite che è in contrapposto a quelli di psammite (sabbia) e di psefite (ghiaia, pietrisco, ciottolame ecc.), quando però il pelitico (con i corrispondenti psammitico e psefitico) si intenda esteso a qualsiasi prodotto sciolto e non alle sole rocce sedimentarie di trasporto e deposito.

In realtà le argille (del linguaggio comune e delle diverse terminologie tecniche) sono caratterizzate contemporaneamente da una granulometria predominante molto minuta e dalla presenza di sialliti.

Dal punto di vista minero e petrogenetico le argille, intese nel senso più generale, rientrano sia fra i prodotti della dinamica esterna della litosfera (rocce e prodotti esogeni), sia fra quelli dovuti direttamente o indirettamente a fenomeni di natura magmatica: speciale interesse assumono le argille (talora pregiate) derivanti da azioni esalativo-vulcaniche su rocce preesistenti (sia ignee, sia sedimentarie o metamorfiche); azioni che rientrano nei processi di argificazione (detti anche di caolinizzazione), spesso con conservazione della struttura della roccia originaria; tali processi, però, possono verificarsi anche nell'ambito esclusivamente esogeno e dar luogo egualmente ad argille pregiate.

Le argille per antonomasia sono quelle sedimentarie marine; anche le argille di deposito fluviale o lacustre (e le moreniche) si dicono argille, ma se ne specifica l'ambiente di sedimentazione.

Alle argille dovute a processi di trasformazione in situ di rocce preesistenti, si dà spesso il nome di terre; specialmente quelle di tinte chiare fino al bianco sono dette caolino, terre caolinari, ecc. Alla distinzione, basata prevalentemente sull'aspetto esteriore del prodotto, di rado corrispondono le differenze di proprietà e di attitudine agli impieghi che una volta si immaginavano.

La particolare struttura reticolare dei minerali siallitici importa la forma: esterna speciale dei loro "granuli" che è quella di lamine flessibili (e per alcuni minerali anche più o meno elastiche), dotate di pronunziatissima tendenza a sfaldarsi secondo una giacitura (001 della cristallografia) ed a suddividersi perciò in scaglie sempre più sottili. La sottigliezza di queste lamine e la relativa stabilità chimica delle loro superfici periferiche parallele a (001) spiegano come nelle rocce sciolte si riscontri, di regola, un aumento della percentuale di minerale argilloso col diminuire della grana; nelle rocce sciolte di trasporto e deposito "meccanico" la probabilità che il costituente chimico-mineralogico sia un minerale siallitico diventa altissima, quando la grana scende al disotto del micron (millesimo di millimetro), salvo a cedere il posto poi a vere sospensioni colloidali amorfe e addirittura a soluzioni quando le dimensioni delle singole particelle scendono fino all'ordine del milionesimo di millimetro (millimicron).

Nei prodotti privi o quasi di un costituente siallitico le proprietà grazie alle quali essi sono accomunati alle argille, non si manifestano, se la grana predominante è superiore a pochi micron e talora anche al solo micron. Invece nelle argille costituite esclusivamente da uno o più minerali siallitici la dimensione massima delle sinigole scaglie può essere anche alquanto superiore ad uno o due micron, senza che la gran parte dei caratteri particolari dell'argilla venga a mancare. D'altronde, immerse in acqua idonea ed agitate, esse possono suddividersi spontaneamente in scagliette più esili.

Natura dei costituenti siallitici e loro contenuto determinano le proprietà speciali delle singole argille. Queste formano perciò una serie continua di miscugli i cui termini estremi (argille semplici) sono rappresentati dalle argille prive o quasi di un costituente siallitico, da una parte, e, dall'altra, dalle argille pure o quasi, cioè, dalle argille nelle quali mancano o sono molto subordinati i granuli non siallitici o inerti. Le argille prive di siallite si possono definire anche incoerenti perché tali diventano quando sono essiccate a 105 ÷ 110°; quelle contenenti discrete quantità di minerale siallitico, poiché conservano la consistenza anche dopo l'essiccamento, vengono dette coerenti.

Alcune delle proprietà si manifestano, o per lo meno sono molto accentuate, quando l'acqua possiede caratteri favorevoli: p_H, natura e concentrazione delle sostanze disciolte e temperatura sono, infatti, regolatori del comportamento di varie argille. In presenza di altri liquidi le argillle possono perdere (o quasi) molte delle loro proprietà particolari: nel tetracloruro di carbonio, per esempio, e in molti liquidi organici a grosse molecole non polari le argille si comportano come se fossero granulose, non rivelando più plasticità, dispersibilità, ecc. Non sempre è lecito, perciò, considerare un'argilla, qualunque essa sia, per sé stante; deve essere considerato, invece, nell'insieme, il complesso argilla-acqua.

Le argille possono contenere uno soltanto, due o più minerali siallitici; variano in corrispondenza le proprietà tecniche e tecnologiche del relativo prodotto (vedi tab. 1). Le argille comuni (le più diffuse) contengono sia sialliti che granuli inerti, partecipando delle proprietà dei due termini estremi; in esse, anzi, i due tipi di costituenti si completano sotto molti aspetti tecnici e tecnologici.

Nell'argilla costituita esclusivamente (o quasi) da uno o più minerali siallitici (tipo terre ed argille pregiate, caolini, terre caolinari, bentoniti, ecc.), la grana predominante iniziale è di pochi micron (μ); a causa della forma e della capacità di adsorbire acqua (rigonfiando) le scaglie possono restare in sospensione per tempi molto lunghi. Le scaglie sono deformabili (flessibili, rigonfiabili), suddivisibili (secondo 001) anche per semplice contatto con acqua idonea; con dati caratteri dell'acqua le lamelle possono anche riattaccarsi lungo le superfici (001) piane o incurvate; la saldatura, di regola effimera, può dar luogo a consistenza anche sensibile; le altre proprietà variano col tipo di minerale siallitico; dal punto di vista chimico sono degli idrofillosilicati di Al (e, subordinatamente, di Fe, Mg, K, Ca, Na, ecc.). Sulla superficie periferica (diversa da quella della sfaldatura) l'attività di superficie è dell'ordine di grandezza di quella dei granuli non siallitici. La superficie parallela a (001) è relativamente meno attiva, non si limita alle due sole periferiche della scaglia ma si estende anche agli spazî interlamellari reticolari che sono in numero di 500 ÷ 2000 per ogni μ di spessore della lamina.

L'acqua riempie gli interstizî eventualmente ancora esistenti fra scaglia e scaglia (aq₁) e particolarmente quelli laterali alle singole scaglie (aq₂); molta acqua può però penetrare negli spazî interlamellari reticolari (talora senza che si sia intanto distrutta la compagine della singola scaglia); questo terzo tipo di acqua (aq₃) è più difficile ad espellere; per alcuni sialliti tale acqua viene espulsa soltanto riscaldando a temperature superiori anche ai 200 ÷ 300°. L'aq₁ ha una funzione eguale a quella che riempie gli interstizî fra i grani non siallitici.

Rispetto alla permeabilità, la disposizione delle scaglie siallitiche, il legame dipolare dell'H₂O (intrusa fra le scaglie e nei giunti interreticolari) col solido siallitico ed il rigonfiamento conseguente rendono impermeabili le argille siallitiche in vario grado secondo la natura del siallitico ed il tipo di acqua; sotto questo aspetto esse rappresentano il limite cui tendono le argille del tipo non siallitico. Rispetto alla compressibilità delle argille siallitiche lo stato in cui si trova l'H₂O intercalata fra le scaglie singole e nell'interno dei pacchetti reticolari ne rende estremamente difficile e lenta la espulsione; sotto un carico costante la compressione di un'argilla siallitica si prolunga perciò per tempi lunghissimi: già la singola scaglia si comporta, per suo conto, come compressibile.

Nelle argille senza (o quasi senza) minerali siallitici, a base di soli granuli inerti, costituenti rocce sciolte a grana pelitica o argilla solo dal punto di vista granulometrico e più precisamente le argille incoerenti, i singoli grani hanno dimensione massima di 1 o 2 μ; nella levigazione la formula di Stockes è tanto più rispondente quanto più il granulo è rotondeggiante e la massa del granulo è compatta.

I grani hanno una forma qualsiasi: rotondeggiante, ellissoidica, irregolare, prismatica (tozza, allungata, aciculare), cubica, tabulare, lamellare; con superficie: lucida, liscia, scabra, vacuolare, ecc.; sono rigidi (suddivisibili o frantumabili in genere soltanto per azioni meccaniche), incompressibili e tendono, in genere, a passare in soluzione col diminuire fortemente della grana al disotto del μ. I granuli inerti possono essere sia frammenti di singoli cristalli, sia schegge e granuli di rocce criptocristalline o anche amorfe; non sono rari i resti inorganici (frustoli, gusci, capsule, spicule, scheletri, ecc.) di organismi animali o vegetali; in varie marne (rocce calcareo-argillose), la parte calcarea, per esempio, è costituita da microscopici gusci di globigerine. I frammenti di cristalli e di roccia sono in genere di trasporto e deposito; nel caso di prodotti di argillificazione di rocce nella loro sede, sono resti inalterati o anche prodotti di neoformazione, connessi allo stesso processo argillificante.

La composizione chimica può essere qualunque, prevalgono però le argille silicee e quelle silicatiche più o meno miste.

Per ciò che si riferisce ad attività di superficie e valori delle superfici specifiche attive, interviene qui la sola superficie periferica tanto più sviluppata quanto più il contorno è scabro ed il materiale costitutivo poroso, vacuolare, spugnoso. Come ordine di grandezza la superficie attiva del singolo grano è qualche millesimo di quella massima (teorica) di una scaglia di egual volume di minerale siallitico.

L'acqua riempie gli interstizî fra i granuli; nei grani scabri si spinge nell'interno delle scabrosità e dei vacuoli. Ad eliminare tutta quest'acqua bastano praticamente 110°. Per via meccanica si può espellere l'acqua in eccesso, rispetto a quella riempiente gli interstizî restanti dopo raggiunta la disposizione (e configurazione) di massimo addensamento. In queste condizioni l'acqua, con la sua tensione superficiale negli interstizî capillari, agisce da "legante" dei grani adiacenti. Alla perdita totale dell'acqua a 110° corrisponde in genere la perdita di consistenza del miscuglio di granuli.

Con forme isometriche arrotondate, il grado di impermeabilità cresce col diminuire della grana; al limite la circolazione dell'acqua per verificarsi deve, fra l'altro, vincere l'adesione (capillare).

Piccole quantità di sialliti (grazie alla deformabilità delle scaglie e quindi, alla possibilità di chiudere i vuoti e di rigonfiare) favoriscono la impermeabilizzazione. In queste argille prive di sialliti o argille soltanto granulometricamente intese, raggiunto l'addensamento e configurazione di minimo volume totale specifico con relativa espulsione dell'acqua in eccesso, ogni ulteriore deformazione non può verificarsi senza rottura del singolo grano o deformazione dello stesso; per realizzare quest'ultimo caso occorrono pressioni di regola elevatissime: intanto l'acqua (incompressibile) partecipa alla resistenza.

Dalle proprietà delle argille traggono profitto le varie industrie. Nei lavori di ingegneria civile e mineraria le argille in genere presentano problemi speciali a causa della loro elevata sensibilità rispetto all'acqua e, di conseguenza, della loro impermeabilità e compressibilità e per le spinte ed i dissesti cui danno luogo, sia per il rigonfiamento derivante spesso dall'assorbimento di acqua (estremamente elevato in alcune argille), sia per le contrazioni d'essiccamento. Nella tabella sono indicate alcune corrispondenze fra la composizione chimico-mineralogica delle argille, le principali proprietà tecnologiche e tecniche ed i relativi impieghi.

Bibl.: W. F. Brandley, R. E. Grim, R. A. Rowland, Note varie, in Report of investigations dello State Geological Survey dell'Illinois, 1940-46; W. Correns e M. Mehmel, Über den optischen und röntgenographischen Nachweis von Kaolinit, Halloysit und Montmorillonit, in Zeitschrift f. Kristall., XCIV, 1936; C.W. Correns, Die Tone, in Geol. Rundschau, XXIX, 1938; J. De Lapparent, Formules structurales et classification des argiles, in Zeitschrift f. Krist., XCVIII, 1938; K. Endell, U. Hoffmann e D. Wilm, Über die Natur der keramischen Tone, in Berichte d. deutschen keramischen Gesellschaft, XIV, 1933; W. von Engelhardt, Über silikatische Tonminerale, in Fortschritte d. Min., Krystall. u. Petrogr., XXI, 1937; St. B. Hendricks e M. E. Jefferson, Structures of Kaolin and Talk-Pyrophillite hydrates and their bearing on water sorption of the clays, in Americ. Mineralogist, XXIII, 1938; E. Mägdefrau e U. Hoffmann, Glimmerartige Mineralien als Tonsubstanzen, in Zeit. f. Kristall, XCVIII, 1937; G. Nagelschmidt, Röntgenographische Untersuchung an Tonen, in Zeit. f. Kristall., LXXXVII, 1934; F. Penta, Precisazoni sul significato del termine di argilla. Schema di classifica minerogenetica delle argille, in Boll. soc. geol. it., LXII, 1943; P. Principi, Sul significato del termine "argilla" e del complesso argilloso nei terreni agrari, in Nuovi ann. d'agric., 1939; C. S. Ross e P. F. Kerr, The Kaolin Minerals, in U. S. Geol. Surv. Prof. Paper 165-E (1931); K. A. Redlich, K. Terzaghi, R. Kampe, Ingenieurgeologie, Berlino 1929; P. Urbain, introduction à l'étude pétrographique et géochimique des roches argileuses, Parigi 1937.