IVEncuentro de Investigacin del rea Acadmica de Ciencias de la
Tierra y Materiales
MEMORIAS
EDITORES: ANA MARA BOLARN MIR FELIX SNCHEZ DE JESS LETICIA E.
HERNNDEZ CRUZ FELIPE LEGORRETA GARCA
ISBN:
MEMORIAS DEL IV ENCUENTRO DEL REA ACADMICA DE CIENCIAS DE LA
TIERRAPRLOGO
Es bien sabido que la riqueza material de un pas, depende de la
produccin de bienes y servicios, mediante el empleo coordinado de
los recursos humanos y materiales. La ciencia y la tecnologa
contribuyen al uso ms eficiente de los recursos.
El nmero de materiales disponibles se calcula estn entre 40, 000
y 80, 000. En su historia, la Humanidad fue dividida en pocas que
daban cuenta del principal material que se usaba (la edad de
piedra, bronce, etc.). Hoy no estamos en la era de un solo
material, es la poca de una inmensa gama de materiales. Nunca ha
existido una poca en la cual la evolucin de los materiales fuese
tan rpida, el rango de sus propiedades ms variado y por
consiguiente, la necesidad de realizar investigacin sobre los
mismos. Sin perder de vista el cuidado que le debemos dar al medio
ambiente.
Para nuestro pas, el poder ir superando el subdesarrollo en el
que se halla inmerso, pasa necesariamente por el impulso a la
investigacin cientfica tanto bsica, como aplicada. Lamentablemente
los recursos destinados para este fin, la informacin sobre los
desarrollos tecnolgicos y los avances cientficos son dramticamente
escasos, de ah que surja la necesidad de generar espacios de
divulgacin, donde se den a conocer los avances del quehacer
cientfico y tecnolgico de los profesores investigadores y alumnos
que da a da contribuyen de una u otra forma, con sus trabajos, al
desarrollo de la sociedad. Razn por la cual se ha organizado el IV
Encuentro del rea Acadmica de Ciencias de la Tierra y Materiales,
recopilando en estas memorias los trabajos presentados.
Agradecemos a los participantes su contribucin, as como a la
Universidad Autnoma del Estado de Hidalgo, a travs de la Divisin de
Investigacin y Posgrado, el respaldo otorgado.
LOS EDITORES
MEMORIAS DEL IV ENCUENTRO DE INVESTIGACIN DEL REA ACADMICA DE
CIENCIAS DE LA TIERRA Y MATERIALES - 2011NDICE
ARTCULOS IN EXTENSO
1. ANLISIS CATALTICO DE ALEACIONES METLICAS PARAPEMFC (PROTON
EXCHANGE MEMBRANE FUEL CELLS)........................ 1 I
2. APLICACIN DE LAS SERIES DE FOURIER EN EL MODELADO DE
ESTRUCTURAS GEOLGICAS REPLEGADAS.
............................................. 9
3. CARACTERIZACIN DE DEPOSITACIN HMEDA EN EL PARQUE NACIONAL EL
CHICO, HIDALGO: IMPLICACIONES DELA CONTAMINACIN ATMOSFRICA.
....................................................... 10
4. CARACTERIZACIN QUMICA Y MINERALGICA DE UN DEPSITO DE JALES EN
EL DISTRITO MINERO PACHUCA-REALDEL MONTE, ESTADO DE HIDALGO.
.......................................................... 22
5. CARACTERIZACIN Y ESTABILIDAD TRMICA DE CAOLN PROCEDENTE DE LA
REGIN DE TENANGO DE DORIA,
HIDALGO............................................................................................................
32
6. COMPORTAMIENTO CRTICO DE LA VISCOSIDAD EFECTIVA EN FLUIDOS
MAGNETO-REOLGICOS BAJO PERTURBACIONES PERIDICAS.
.....................................................................................................
40
7. EFECTO DEL CROMO EN LA VENTANA DE PROCESAMIENTOPARA EL
AUSTEMPERIZADO DE UN HIERRO NODULAR. ..................... 50
8. EFECTO DEL TAMAO DE PARTCULA Y TRATAMIENTOSTRMICOS EN LA
OBTENCIN DE COMPUESTOS DE NiO Y Mn3O4. .... 65
9. ESTUDIO DE LA PREPARACIN MECNICA DE ARCILLAS CAOLINTICAS.
.................................................................................................
71
10. ESTUDIO DEL USO DE LQUIDOS INICOS EN EL PROCESO DE EXTRACCIN
LQUIDO LQUIDO DE
Zn(II)............................................. 80
11. ESTUDIO Y CARACTERIZACIN DE DEPSITOS DE METALES NOBLES SOBRE
SUPERFICIES OXIDADAS SIMILARES A LAS DEL REACTOR DE LA CENTRAL DE
LAGUNA VERDE (CNLV) U1 DELTIPO BWR.
..........................................................................................................
91
MEMORIAS DEL IV ENCUENTRO DE INVESTIGACIN DEL REA ACADMICA DE
CIENCIAS DE LA TIERRA Y MATERIALES - 201112. FABRICACIN DE
MINI-TUBOS DE NiO-YSZ POR EL MTODO DE VACIADO DE SUSPENSIN.
.........................................................................
100
13. INTERCAMBIO INICO DE Cr3+, Fe3+, Ni2+, Zn2+, Cd2+ y Pb2+ EN
UNA TOBA INGNIMBRTICA ALTERADA A ZEOLITAS PROVENIENTEDEL MUNICIPIO
DE RAYN, SONORA, MXICO. ................................... 106
14. LA CONSULTORA PARA LAS INDUSTRIAS MINERAS Y METALRGICAS DE
MXICO.
....................................................................
117II15. LOS MINERALES ESTRATEGICOS DEL SIGLO XXI.
............................... 128
16. MECANOSNTESIS DE GRANATES Fe-Y (YIG) PARA SU APLICACIN EN
FRECUENCIAS DE MICROONDAS............................... 139
17. MODIFICACIN DE LA SOLUBILIDAD DEL SISTEMA Co-Cr POR ALEADO
MECNICO.
....................................................................................
145
18. MODIFICACIN DE LA SUPERFICIE DE DOS TIPOS DE ARCILLASDE
CAOLN POR MEDIO DE UN SURFACTANTE CATINICO.............. 153
19. RESOLUCIN ESTRUCTURAL MEDIANTE COMBINACIN DE MODELIZACIN
MOLECULAR Y DIFRACCIN DE RAYOS X A NGULO RASANTE.
......................................................................................
160
20. SNTESIS DE DENDRIMEROS CON AGENTES QUELANTES EN LA PERIFERIA
CON POTENCIAL APLICACIN EN LA REMOCIN DE METALES
PESADOS.......................................................................................
169
21. SNTESIS DE DENDRIMEROS FUNCIONALIZADOS CON AGENTES
QUELANTES, PARA SU USO EN LA REMOCIN DE METALES PESADOS PRESENTES
EN AGUA RESIDUAL. ..........................................
180
22. SNTESIS Y CINTICA DE MOLIENDA DE LA SOLUCIN SLIDA
Mg0.99(CO3/4 MO1/4)0.01.
.....................................................................................
193
23. USO DE TCNICAS ELECTROQUMICAS PARA LA REMOCIN DE XIDOS DE
HIERRO PRESENTES EN ARCILLAS DE CAOLN. ............. 194
MEMORIAS DEL IV ENCUENTRO DE INVESTIGACIN DEL REA ACADMICA DE
CIENCIAS DE LA TIERRA Y MATERIALES - 2011REGRESAR NDICE
ANLISIS CATALTICO DE ALEACIONES MECNICAS PARA PEMFC
(PROTON EXCHANGE MEMBRANE FUEL CELLS)
Oscar D. Mndez-Pulido1, Flix Snchez de Jess1, Ana M.
Bolarn-Miro1, Rosa de G.Gonzlez-Huerta2, Claudia A.
Corts-Escobedo3.
1 rea Acadmica de Ciencias de la Tierra y Materiales,
Universidad Autnoma del Estado de Hidalgo, CU, Carr.
Pachuca-Tulancingo Km. 4.5, Mineral de la Reforma, CP
42184,Hidalgo, Mexico. 12 ESIQIE-IPN, Departamento de Ingeniera
Qumica - Laboratorio de Electroqumica yCorrosin. Edif. Z-5 3er
piso, UPALM, Mxico D.F. 07738, Mxico.3 Centro de Investigacin e
Innovacin Tecnolgica del IPN, Cda. Cecati s/n, Col. Sta.Catarina,
CP 02250, Azcapotzalco, D.F., Mexico
El platino es el material ms empleado como catalizador para
celdas de combustible de membrana polimrica, CCMP, (PEMFC por sus
siglas en ingles) por sus excelentes propiedades catalticas, sin
embargo es caro y en el proceso se envenena con CO provocando la
disminucin en su rendimiento y finalmente su inutilidad. Una celda
de combustible es un sistema electroqumico el cual transforma
energa qumica en elctrica, empleando como combustible el hidrogeno.
En este trabajo se plantea sintetizar y caracterizar, mezclas , con
la finalidad de usarlos como catalizadores en caso de obtener
resultados favorables. Para ello se mezclaron polvos elementales de
Ni y W y se sometieron a molienda de alta energa, la evolucin de la
formacin de fases y su estructura cristalina se determino mediante
DRX, Mediante Microscopia Electrnica de Barrido, MEB, se observo la
morfologa y tamaos de partcula presentes en los polvos molidos,
adicionalmente mediante ensayos electroqumicos se evalu el carcter
cataltico. Los resultados mostraron que estas mezclas no
presentaron un carcter cataltico favorable para las CCMP, sin
embargo se encontr que en celdas de hidruros metlicos las mezclas
presentan buen desempeo.
MEMORIAS DEL IV ENCUENTRO DE INVESTIGACIN DEL REA ACADMICA DE
CIENCIAS DE LA TIERRA Y MATERIALES - 2011INTRODUCCIN
Las celdas de combustible tipo PEM son dispositivos
electroqumicos que permiten generar energa elctrica a partir de una
reaccin qumica, siendo el reactivo ms utilizado para su
funcionamiento el hidrgeno, que al reaccionar con el oxgeno del
ambiente dentro de la celda, generar agua y energa elctrica.[1]
Varios investigadores y empresas estn desarrollando celdas de
combustible que funcionarn utilizando combustibles fsiles en vez de
hidrgeno electrolizado puro. Esta tcnica tiene la ventaja de que
estos combustibles siguen siendo baratos y disponibles en todas
partes. A los precios actuales, es ms econmico producir el hidrgeno
utilizandolos combustibles fsiles que hacerlo por medio de la
electrlisis. Sin embargo, los 2combustibles fsiles no sern baratos
ni abundantes en el futuro. [5]
Este tipo de celdas estn formadas por diferentes elementos como
son: placas bipolares, capa difusora de gases, membrana
electroltica y la capa catalizadora, tal como se muestra en la
Figura 1. Se sabe que la capa catalizadora catdica consiste en un
material conductor donde se encuentra soportado un catalizador,
este material de soporte es el carbn o negro de humo, y como
catalizador: el platino o alguna aleacin que presenteeste material
[1]y[2], pero su elevado costo y escasez justifican la bsqueda de
algn otro material que pueda hacer su funcin, ya sea mejor o de la
misma forma. Los catalizadoresbimetlicos fabricados con platino y
metales como molibdeno y tungsteno estn en una situacin de
desarrollo, aunque se ha reportado que presentan una buena
actividad.
Figura 1. Esquema de una celda de combustible de intercambio
protnico.[5]
Una de las formas de obtener catalizadores con elevada actividad
cataltica es utilizando materiales de partida que ya han sido
empleados por su alta actividad catalticas en otras aplicaciones de
oxidacin-reduccin , es por lo anterior que se seleccion el nquel,
mezclado con metales de transicin, lo que puede perfectamente
realizarse por procesos qumicos,[3] esta caracterstica est asociada
a ese poder electro-cataltico en los metalesde transicin, ya que el
subnivel electrnico "d" se encuentra parcialmente lleno, lo que
facilita la interaccin del electrn con la molcula de agua (+). Con
el aumento del carcter "d" de la banda, habr ms electrones
apareados y por consiguiente va a ser necesaria una mayor energa
para arrancar el electrn del metal.
MEMORIAS DEL IV ENCUENTRO DE INVESTIGACIN DEL REA ACADMICA DE
CIENCIAS DE LA TIERRA Y MATERIALES - 2011Sobre la base de los
anteriormente expuesto, el objetivo de este trabajo es seleccionar
una serie de aleaciones metlicas con x desde 0 hasta 1,
sintetizadas mediante aleado mecnico y determinar su capacidad
cataltica como reductor de oxgeno mediante pruebas
electroqumicas.
DESARROLLO EXPERIMENTAL.
Se realiz el estudio de cinco composiciones, (Ni77W23, Ni64W36,
Ni40W60, Ni20W80 yNi7W93), que fueron seleccionadas a partir del
diagrama de fases NixWy con la idea detomar todas las areas del
diagrama de fases (diferentes distribuciones de estructuras
3cristalinas). Mezclas de polvos elementales de Ni (Sigma-Aldrich
99.9%) y W (Sigma- Aldrich 99.9%) en proporciones en peso adecuadas
se molieron en un molino de alta energa , con un total de 7g de
muestra usando 6 bolas de acero endurecido con un dimetro de
12.7mm, todo dentro de un vial de acero. Se presentan en la tabla I
las cantidades de muestra empleadas para cada ensayo. La molienda
se llev a cabo a temperatura ambiente, llevndose a cabo el
experimento por tiempos de 90 min y repososde 30min, con base a
resultados obtenidos de otros autores [4] y experimentos
preliminares, se estableci un tiempo de 5 hrs de molienda. Los
polvos obtenidos secaracterizaron desde el punto de vista de
estructura cristalina, morfologa ycomportamiento electroqumico, a
continuacin se detallan las condiciones experimentales.
Difraccin de rayos x
La tcnica de difraccin de rayos-X fue empleada para poder seguir
las transformaciones de fase durante el proceso y conocer la
estructura cristalina del material molido. Se us un difractmetro
Inel modelo Equinox 2000 donde 2 estuvo en un rango de 30 a 90 con
un paso variable y con radiacin K de Cu cuya longitud de onda es de
1.5406 .
Microscopia electrnica de barrido.
Para poder observar la morfologa de las moliendas se emple un
microscopio electrnico de barrido, MEB, JEOL JSM-6300, trabajando a
30kV, preparndose mediante tcnicas metalogrficas convencionales,
recubrindose con una capa metlica de oro mediante evaporacin para
su mejor observacin y anlisis.
Mediciones electroqumicas.
Las mediciones electroqumicas corresponden a ensayos de
voltamperometra cclica que se llevaron a cabo con un
Potenciostato/Galvanostato 263A (EG&G PAR), cuya respuesta se
analiz en una PC con un software EGG Princeton Aplied Research,
Software PowerSuite. Como electrolito se utiliz una solucin 0.5 M
H2SO4 (Merck, p.a.), preparada con agua destilada. La solucin
electroltica fue desoxigenada con argn durante 20 min para la
activacin del electrodo de trabajo s-1. Se utilizo la tcnica
devoltamperometra cclica (VC), una celda de vidrio de tres
electrodos, un electrodo de referencia de Hg/Hg2SO4 (V=0.680 ENH),
una malla de platino como electrodo auxiliar y el electrodo de
trabajo con rea de 0.19cm2. El electrodo de trabajo se prepar
MEMORIAS DEL IV ENCUENTRO DE INVESTIGACIN DEL REA ACADMICA DE
CIENCIAS DE LA TIERRA Y MATERIALES - 2011depositando una pelcula
delgada de 8 l de una suspensin compuesta de 1mg de catalizador
Ni77W23, 60 L de alcohol etlico y 6 L de Nafion lquido. Para
obtener una suspensin homognea se mantuvo la tinta preparada en
ultrasonido por 20 min.
MaterialCantidadNi (% en peso)W (% en
peso)Ni1000NiW17723NiW26436NiW34060NiW42080NiW5793W0100Tabla 1. En
la tabla se muestra las cantidades porcentuales de todas las
muestras y los polvos de partida con los que se trabajo.
4
RESULTADOS Y DISCUSIN
Difraccin de rayos X
Las Figuras 2 y 3 muestran los difractrogramas de las mezclas
NixW1-x sin molienda y a5h respectivamente, para cada una de las
composiciones estudiadas (Tabla I).
Tal cmo se puede observar en la Figura 2 donde se muestran los
diagramas de difraccin de las mezclas sin molienda mostrando como
los materiales solo se sobreponen uno del otro cambiando sus
intensidades con respecto a las cantidades de cada uno de los
polvos.
En la Figura 3 el difractograma de la muestra Ni77W23 (1)
permite concluir que no present ninguna solucin solida o algn
inter-metlico, se trata nicamente de una mezcla de los polvos
elementales. Considerando que la aleacin Ni64W36 (2) presentar una
solucin slida donde los tomos de tungsteno se introdujeron en la
estructura de nquel. A menos contenido de nquel, el pico de
alrededor de 45 grados de 2 de la izquierda es tambin evidente como
disminuye. Por otro lado, un desplazamiento hacia la derecha
(disminucin de la distancia entre los planos) del pico principal
del tungsteno es claro. Estos resultados son la indicacin de la
insercin de tomos de nquel en la estructura de tungsteno. Para las
mezclas ricas en W, los picos de nquel casi desaparecen y hay un
ligero desplazamiento hacia la derecha para el principal pico de
tungsteno.
MEMORIAS DEL IV ENCUENTRO DE INVESTIGACIN DEL REA ACADMICA DE
CIENCIAS DE LA TIERRA Y MATERIALES - 2011
W blancoNiAntes de moliendaW 50W 40W 30W 20W 10Intensidad (u.a.)
5
20 30 40 50 60 70 80
2 theta (grados)
Figura 2. Difractogramas de los mezclas de partida NixW1-x
Intensidad (u.a.)para: NiW1, NiW2, NiW3, NiW4, NiW5, Ni and
W.
W Nidespus de molienda
W 5 5
W 4 5
W 3 5
W 2 5W 1 5
20 30 40 50 60 70 80
2 theta (grados)
Figura 3. Difractogramas de los polvos de partida NixW1-x (cero
horas) para: NiW1, NiW2, NiW3, NiW4, NiW5, Ni and W.
MEMORIAS DEL IV ENCUENTRO DE INVESTIGACIN DEL REA ACADMICA DE
CIENCIAS DE LA TIERRA Y MATERIALES - 2011En resumen se puede
concluir de este apartado que la difraccin de RX confirm que slo se
produce una formacin parcial de soluciones slidas para las mezclas
de Ni/W lo cual se observa como un incorporacin parciales de los
tomos de nquel en la estructura cristalina del tungsteno.
Microscopia electrnica de barrido (MEB).
La Figura 4 muestra las micrografas que se obtuvieron por
microscopia electrnico de barrido para las diferentes mezclas de
Ni/W molidas a 5 h. Se puede observar como el tamao de partcula
disminuye cuando se va incrementando el contenido de tungsteno,
de50 m a 8 m para NiW1 y NiW5, respectivamente. Para todas las
mezclas se puede 6observar una buena homogeneizacin del tamao de
partcula.
Figura 4. Micrografas obtenidas mediante microscopia electrnica
de barrido de los polvos NixW1-x despus de 5 h de molienda para las
diferentes composiciones: (a) NiW1, (b) NiW2, (c) NiW3, (d) NiW4
and (e) NiW5.
Voltamperometra cclica.
Para determinar la estabilidad y actividad cataltica del
material en la reaccin de reduccin de oxigeno se realizaron 5
barridos cclicos a una velocidad de 50 mV seg-1, en una ventana de
potencial de 0 V a 1.28 V/NHE. La Figura 5 muestra una voltametria
cclica, y se determin que este material no es estable en el medio
de reaccin ya que todas las respuestas se sobreponen y no existen
cambios significativos.
0.06
0.04
0.02
7
j / mA cm-20
-0.02
-0.04
Ni W
MEMORIAS DEL IV ENCUENTRO DE INVESTIGACIN DEL REA ACADMICA DE
CIENCIAS DE LA TIERRA Y MATERIALES - 201177 23
-0.06-0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
E (ENH) / V
Figura 5. Voltametra cclica de la muestra Ni77W23
CONCLUSIONES.
La actividad cataltica de las moliendas NixW1-x que se
obtuvieron por aleado mecnico se evaluaron en la evolucin del
oxgeno por lo que fue en medio cido, teniendo as problemas con la
retencin del nquel. Los resultados del MEB nos muestran que el
tamao de partcula vara en funcin de la cantidad del tungsteno, pero
se obtiene buena homogeneidad en la distribucin de tamaos. En las
muestras con poca cantidad de tungsteno no se percibe que se forme
una solucin solida o algn intermetlico. En las muestras no se
present ningn caso que tuviera buena actividad cataltica para ser
utilizada como catalizador catdico.
REFERENCIAS
[1] PEM Fuel Cells Theory and Practice editado por Frano Barbir.
ELSEVIER Academic Press, 427 pginas. ISBN-13: 978-0-12-079142-3,
ISBN-10: 0-12-078142-5, publicado en 2005.
[2] Proton Exchange Membrane Fuel Cells Materials Properties and
Performance editado por David P. Wilkinson, Jiujun Zhang, Rob Hui,
Jeffrey Fergus, Xianguo Li. CRC Press
MEMORIAS DEL IV ENCUENTRO DE INVESTIGACIN DEL REA ACADMICA DE
CIENCIAS DE LA TIERRA Y MATERIALES - 2011Taylor & Francis
Group, 435 pginas. ISBN: 987-1-4398-0664-7 (Hardback), publicado en
2010.
[3] Introduccin a la electrocatlisis editado por Alejandro J.
Arvia, Mara CristinaGiordano, Secretara General de las Organizacin
de los Estados Americanos, 140 pginas, publicado en 1983.
[4] L. Durivault, O. Brylev, D. Reyter, M. Sarrazin, D. Blanger,
L. Rou. CuNi materials prepared by mechanical milling: Their
properties and electrocatalytic activitytowards nitrate reduction
in alkaline medium 432 (2006) 323-332. 8
[5] Richard Engel, Hidrgeno y celdas combustibles,
http://www.cubasolar.cu/biblioteca/energia/Energia16/HTML/articulo05.htm
AGRADECIMIENTOS
Este trabajo fue desarrollado con apoyo del proyecto
CONACyT-Fondo deCiencia Bsica, proyecto clave No. 130413.
MEMORIAS DEL IV ENCUENTRO DE INVESTIGACIN DEL REA ACADMICA DE
CIENCIAS DE LA TIERRA Y MATERIALES - 2011REGRESAR NDICE
APLICACIN DE LAS SERIES DE FOURIER EN EL MODELADO DE ESTRUCTURAS
GEOLGICAS REPLEGADAS
Jos Escamilla Casas
rea Acadmica de Ciencias de la Tierra y Materiales, Universidad
Autnoma del Estado de Hidalgo, Carretera Pachuca Tulancingo, Km 4.5
s/n, Mineral de la Reforma, Hgo.,C.P. 42184.9Los pliegues
replegados son estructuras geolgicas cuya gnesis involucra al menos
dos episodios de flexin. Estas estructuras presentan patrones de
interferencia de morfologa complicada y generalmente difcil de
resolver. En el presente trabajo, se estudian y modelan los
patrones de interferencia generados por dos etapas de plegamiento.
En Geologa Estructural, existen dos clasificaciones universalmente
aceptadas para patrones de interferencia en pliegues, la de Ramsay
y la de Thiesen y Means; ambas se basan en la relacin de los ngulos
entre los ejes de simetra de ambas generaciones de plegamiento.
Siguiendo dichas clasificaciones y asumiendo que las armnicas de
los pliegues de primer orden son curvas sinusoidales, ideamos un
mtodo de representacin en el cual se generan hexaedros ensamblables
en cuerpos tridimensionales cuyas caras representan secciones de
estas estructuras replegadas.En este trabajo, generamos los
patrones aplicando series de Fourier para representar un ciclo
sinusoidal para cada generacin de plegamiento. Siguiendo nuestro
mtodo, el rumbo y echado del plano axial de cada generacin de
pliegues establece los ngulos entre los ejes de simetra de las dos
generaciones. Las proyecciones en las seis caras del hexaedro se
forman siguiendo los principios de la notacin de Miller.
Finalmente, codificamos un script en Matlab para generar los
hexaedros.Los dos objetivos que se persiguen en este estudio son,
uno acadmico: facilitar al estudiante la comprensin de los patrones
de interferencia en pliegues a travs de medios visuales y
creativos. Y dos, de aplicacin prctica: describir y replicar la
geometra resultante de dos generaciones de pliegues superpuestas
tal como ocurre en la naturaleza. En este trabajo, presentamos un
ejemplo de aplicacin del mtodo que consiste en caracterizar el
patrn de interferencia que hemos identificado en la regin de La
Popa, Nuevo Len.
MEMORIAS DEL IV ENCUENTRO DE INVESTIGACIN DEL REA ACADMICA DE
CIENCIAS DE LA TIERRA Y MATERIALES - 2011REGRESAR NDICE
CARACTERIZACIN DE DEPOSITACIN HMEDA EN EL PARQUE NACIONAL EL
CHICO, HIDALGO: IMPLICACIONES DE LA CONTAMINACIN ATMOSFRICA
Xochitl Patio Hernndez1, Julia Griselda Cern Bretn2, Enrique
Cruz Chvez3
1 Licenciatura en Ingeniera en Geologa Ambiental, AACTyM, ICBI,
UAEH. 102 Laboratorio de Ciencias Ambientales, Cuerpo Acadmico de
Ingeniera Qumica, UNACAR.3 Laboratorio de Geologa Ambiental,
AACTyM, ICBI, UAEH.
Los contaminantes atmosfricos derivados de emisiones naturales y
antropognicas, reaccionan y se incorporan a gotas de lluvia
resultado de procesos fisicoqumicos durante la precipitacin
causando el fenmeno de lluvia cida; los estudios existentes en
Mxico en este tema son insuficientes debido a su corta duracin y/o
localizacin regional. El estado de Hidalgo aunque no es considerado
como uno de los principales estados que registre elevada
contaminacin del aire, es importante iniciar con el registro de
dicho fenmeno. En el presente trabajo se caracterizo la depositacin
hmeda en el periodo comprendido entre meses de septiembre-diciembre
de 2009, dentro del Parque Nacional El Chico, Hidalgo (la
chamusquina) con coordenadas 2011'9.60'' N, 9842' 59.90'' W a3009
msnm. La coleccin de muestras se llevo a cabo con un colector
automtico modelo Airmetrics Aerochmen 301. A un total de 29
muestras colectadas fueron determinadas sus propiedades como: pH,
TC, CE y Vol. Asimismo se determinaron las concentraciones de
SO4-2, NO3-, Cl-, Na+, K+, Mg+2, Ca+2, NH4+. Los aniones fueron
determinados por Cromatografa de Lquidos de Alta Resolucin,
cationes por espectrofotometra de absorcin atmica con aspiracin
directa y NH4 por Colorimetra con deteccin UV.Los valores de pH
oscilaron de 2.80-6.26, con valor de 4.59 considerndose ligeramente
cida con respecto de 5.6 como el pH natural del agua de lluvia. La
abundancia de aniones obtenida fue en proporcin: SO4-2 >NO3-
> Cl- , para los cationes fue Na+>Mg+2>Ca+2 >K+ y NH4+.
Infiriendo la fuente de contaminacin como local.
MEMORIAS DEL IV ENCUENTRO DE INVESTIGACIN DEL REA ACADMICA DE
CIENCIAS DE LA TIERRA Y MATERIALES - 2011INTRODUCCIN
Los contaminantes forman parte de un ciclo en la atmsfera que
inicia con su emisin y termina con su remocin de la atmsfera y su
depositacin sobre la superficie terrestre. Las consecuencias de la
contaminacin no solo se traducen en efectos directos al ser humano,
sino tambin, en la generacin de fenmenos que afectan el medio
ambiente, tal es el caso de la lluvia cida. La lluvia es uno de los
meteoros atmosfricos de mayorrelevancia para el planeta, la cual,
al no escapar de los efectos de la contaminacin es de 11suma
importancia conocer los efectos que sta causa en ella y en los
seres vivos.
La depositacin hmeda involucra los constituyentes qumicos
presentes en solucin en la precipitacin. La qumica de la
precipitacin refleja la cantidad de contaminantes y de la forma en
la cual fueron removidos de la atmsfera en un sitio dado. Cuando la
precipitacin de la lluvia cida se produce, puede provocar
importantes deterioros en el ambiente, construcciones y monumentos
histricos.
La composicin qumica del agua de lluvia ha recibido considerable
atencin, particularmente en reas con altos niveles de contaminacin
atmosfrica, sin embargo su estudio representa una tarea necesaria
dentro de la las actividades de evaluacin de calidad del aire.
METODOLOGA rea de estudioEl Parque Nacional El Chico
geogrficamente se ubica entre las coordenadas extremas de los 20
1010 a 201325 latitud Norte y los 984150 a 984602 de longitud
Oeste, cuya extensin territorial es de 27390263 ha., poltica y
administrativamente el Parque Nacional pertenece a la entidad
federativa de Hidalgo, ubicndose al norte de la Ciudad de Pachuca,
capital del estado.
El rea donde se sito el colector se encuentra ubicado a
2011'9.6'' N y 9842'59.9'' W, con una altitud de 3009 msnm, en la
subzona La Chamusquina (figura 1).
MEMORIAS DEL IV ENCUENTRO DE INVESTIGACIN DEL REA ACADMICA DE
CIENCIAS DE LA TIERRA Y MATERIALES - 201112
Figura 1. rea de estudio.
Muestreo
La colecta de muestras se llevo a cabo durante el periodo
septiembre -diciembre 2009. La frecuencia de muestreo fue cada
tercer da. Despus de la coleccin, las muestras de precipitacin
fueron trasladadas al laboratorio de Geologa Ambiental del rea
Acadmica de Ciencias de la Tierra de la Universidad Autnoma del
Estado de Hidalgo, donde se determin el volumen colectado. De cada
muestra se tomaron dos alcuotas. La primera utilizada para la
determinacin del pH y la conductividad y la segunda refrigerada
para posterior anlisis al laboratorio de Qumica Ambiental de la
Universidad Autnoma del Carmen.
Materiales y mtodos
Para la coleccin de muestras se utiliz un colector automtico
modelo Airmetrics Aerochmen 301 (ACM). El colector ACM opera
elctricamente y colecta automticamente muestras de precipitacin
para su posterior acondicionamiento para anlisis qumico.
Para la limpieza de botellas de extraccin de muestras de
depositacin hmeda se usaron botellas de boca ancha de polietileno
de alta densidad (HDPE) de 500 ml de capacidad, se enjuagaron cada
botella con su tapa por lo menos tres veces con aguadesionizada, se
dejaron secar y posteriormente se taparon las botellas y se
guardaron en bolsas de aluminio.
A las muestras colectadas se registro la lectura de pH,
temperatura y conductividad elctrica usando un potencimetro Hanna
multiparametros modelo HI 98129.
Los anlisis hechos a las muestras fueron realizadas en el
Laboratorio de Ciencias Ambientales de la Universidad Autnoma del
Carmen. El pH se determino utilizando el mtodo EPA 150.1, y la
conductividad especfica mediante el mtodo EPA 120.1. Los- -
-2niveles de NO3 , Cl ; SO4
, fueron analizados por Cromatografa de Lquidos de Alta 13
MEMORIAS DEL IV ENCUENTRO DE INVESTIGACIN DEL REA ACADMICA DE
CIENCIAS DE LA TIERRA Y MATERIALES - 2011Resolucin (HPLC) mediante
el mtodo EPA 300.
Para la concentracin de cationes como Na+ (mtodo 7770 EPA), K+
(mtodo 7610EPA), Ca+2(mtodo 7140 EPA), y Mg+2 (mtodo 7450 EPA), se
utiliz un espectrofotmetro Thermo Scientific iCE 3300.
El NH4+ fue determinado por colorimetra con deteccin UV,
siguiendo el mtodo del fenato.
RESULTADOS Y DISCUSIN
El procedimiento utilizado para la ponderacin de resultados
propuesto por Fornaro y Gutz, 2006, para el clculo de la
concentracin promedio ponderada en volumen (CPPV) permite
homogenizar los eventos de lluvia de baja precipitacin con elevadas
concentraciones inicas con los eventos de alta precipitacin y
concentraciones diluidas; equivale a mezclar todas las lluvias en
un mismo recipiente y luego medir la concentracin inica, la cual
sera equivalente a la CPPV expresada en Eq/ L:
Ec. 1
Donde Cn es la concentracin del in en cada evento de lluvia (Eq/
L), Pn los mm de precipitacin de cada evento y Pperodo es la
sumatoria de los mm correspondientes al periodo de muestreo
(Formaro y Gutz, 2006, Mphepya et al. 2004).
La tasa de depositacin hmeda (TDH, mg/m2 x perodo) representa el
flujo inico de masa hacia el ecosistema mediante la depositacin por
lluvia. La TDH depende directamente de dos factores: la
concentracin inica en la lluvia y la cantidad de lluviaque
precipita. Para el clculo de TDH se utiliz la siguiente
ecuacin:
Ec. 2
Donde PE es el peso equivalente del in del cual se calcula la
TDH (Mphepya et al.2004).Las TDH permiten conocer la cantidad de
mg/m2 x ao que se depositan de cada especie en el ecosistema del
rea estudiada.
Los iones que poseen mayor TDH son
SO4-2>NO3->Cl->Na2+>NH4+>Ca2+>Mg+2>K+, los
cuales influyen mayoritariamente a la qumica de las precipitaciones
registradas (Tabla 1).
Tabla 1. Resultados.
Valor Mximo Valor Mnimo
CPPV (Eq / L)
TDH 14(mg/m2*ao)
MEMORIAS DEL IV ENCUENTRO DE INVESTIGACIN DEL REA ACADMICA DE
CIENCIAS DE LA TIERRA Y MATERIALES - 2011pH 6.266 2.804 4.594 -K+
26.647 3.907 4.941 23321.838Na+ 363.231 0.070 111.443
310206.850Ca2+ 173.757 1.537 27.419 66368.131Mg2+ 288.534 0.435
34.410 49973.746NH4 208.810 3.048 58.828 128152.373Cl 836.119 2.884
74.078 318263.320NO3 919.391 6.691 98.429 738559.530SO4 503.830
0.336 133.153 773504.254
Variacin del pH
El pH presento valores comprendidos entre 2.80 y 6.26, con un
valor promedio ponderado por volumen de 4.59. Por lo que se
considera ligeramente cida, segn Lance (1984) a partir de un pH
menor de 4.8 ya causa daos a los seres vivos y en superficie
terrestre puede ir degradando los suelos agrcolas, los bosques,
ros, lagunas y construcciones realizadas por el hombre. La figura 2
muestra el pH registrado en las muestras colectadas teniendo para
la ltima muestra MC56 en diciembre, pero con un valor de 6.2 para
la anterior del periodo del 10-12 de noviembre MC38 siendo el valor
ms alto registrado. La figura 3 muestra un histograma de
frecuencias de pH para las muestras de precipitacin colectadas,
registrando el 42% de las muestras un pH de 4.
La acidez promedio del Parque Nacional el Chico fue de 4.59
similares con los registrados por Saavedra at al. 2003, en el
Desierto de los Leones (pHNH4+>Mg+2>Ca+2>K+.
El Na present un valor mnimo de 0.070 y un mximo de 363.231 Eq/L
en la muestra MC31 en el mes de octubre y un CPPV de 11.443 Eq/L,
este valor fue mayor a las reportadas para el Estado de Mxico
(Garca et al., 2006) y en Puerto Morelos (Cern et al., 2002), pero
inferior a las encontradas por Ramrez et al. (2010) para
Monterrey.
Mientras que el NH4 presento un valor mnimo de 3.048 y un valor
mximo de 208.810Eq/L en septiembre MC06 y un CPPV de 58.828 Eq/L.
El valor obtenido de CPPV es comparable con los obtenidos por
Snchez et al. (2009) para Maracaibo, Venezuela y por Garca (2006)
en el Estado de Mxico.
Para el Mg se registr un mnimo de 0.435 y mximo de 228.534 Eq/L
en el mes de diciembre con la muestra MC56 y obtuvo un valor CPPV
de 34.410 Eq/L. Los valores son comparables con los registrados en
Puerto Morelos, Mxico y para el Golfo de Mxico (Bravo et al. 2000;
Parungo et al. 1990).
Los registros encontrados para el Ca fueron variados para los
cuatro meses de muestreo. Teniendo un valor mnimo de 1.537 y como
mximo de 173.757 Eq/L en la muestra MC02 en el mes de agosto.
La concentracin de potasio se mantuvo con valores bajos durante
el periodo de muestreo principalmente en los primeros dos meses
(septiembre-octubre).
Anlisis meteorolgico
La distribucin de los contaminantes en la atmsfera requiere del
conocimiento de la frecuencia y distribucin de la direccin y de la
velocidad del viento. El viento que prevalece en un rango de tiempo
puede ser representado por medio de una rosa de los vientos, la
cual indica el porcentaje de tiempo en el que el viento sopla de
diferentes direcciones (Ahrens, 1998).
MEMORIAS DEL IV ENCUENTRO DE INVESTIGACIN DEL REA ACADMICA DE
CIENCIAS DE LA TIERRA Y MATERIALES - 2011Se analizo la direccin y
la velocidad del viento predominante durante los eventos de lluvia
presentados en los meses de muestreo para esto se instalo a unos
metros del colector ACM 301 una estacin meteorolgica METONE,
obteniendo datos de direccin y velocidad del viento generado por la
estacin, se cre una base de datos y posteriormente se import el
archivo a WRPLOT View y se corri para generar las rosasde los
vientos para analizar el comportamiento de las corrientes de
aire.
Para los 3 meses de monitoreo se registro una direccin del
viento hacia el NW con velocidades que van entre 0.5-5.7 m/s. En el
mes de diciembre se presento un incrementoen la velocidad en
comparacin con los meses anteriores. 17
De acuerdo con los resultados obtenidos se puvariacin en la
direccin como la velocidad del significativamente para el periodo
de muestreo y quea)Figura 4. a) Rosa de los vientos del mes de
octubre noviembre.viento, ya que no se modificaron la direccin
predominante es NW.b). b) Rosa de los vientos del mes deede
concluir que no existe mucha
MEMORIAS DEL IV ENCUENTRO DE INVESTIGACIN DEL REA ACADMICA DE
CIENCIAS DE LA TIERRA Y MATERIALES - 2011Figura 5 Rosa de los
vientos del mes de diciembre.resento velocidades entre 0.5 a 2.1
m/s, que de acuer idera aire ligero a brisa ligera, seguidos por
brisa modera
18
La mayora p do con la escalaBeaufort se cons da de 5 m/s.
Figura 6. Frecuencia de distribucin de los vientos.
Modelo de trayectoria.
El modelo Hbrido Lagrangiano de Trayectoria Integrada de
Partcula nica (Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated
Trajectory-HISPLIT) para modelar el transporte de masa de aire es
un servicio del Laboratorio de Recursos Atmosfricos (Air Resources
Laboratory-ARL) de la Administracin Nacional Ocenica y Atmosfrica
(National Atmospheric and Oceanic Administration-NOAA) de Estados
Unidos. Este modelo es til para interpretar un evento que afecta la
calidad del aire.A partir del anlisis de las trayectorias hacia
atrs calculadas con el modelo Hysplit de la NOAA (figura 7), se
pudo observar que los vientos dominantes durante el periodo
deestudio fueron del NE.
19
190
Hidalgo
Ubicacin del ColectorAirmetrics Aerochmen 301
200
167 Km
11000
10000
9900 9800
9700
MEMORIAS DEL IV ENCUENTRO DE INVESTIGACIN DEL REA ACADMICA DE
CIENCIAS DE LA TIERRA Y MATERIALES - 2011Figura 7. Trayectoria del
viento para El Parque Nacional El Chico, Hidalgo durante el periodo
de estudio.
CONCLUSIONES
Los valores de pH no eran de esperarse debido a que en el
periodo de estudio fue durante la poca de lluvia, y dado que la
estacin de monitoreo se encuentra dentro del Parque Nacional El
Chico, zona con poca influencia antropognica los valores evidencian
un proceso de contaminacin atmosfrica inicial.
La presencia de lluvia cida actu como lavado y propicio que la
concentracin de contaminantes disminuyera durante el periodo del
presente estudio.
La abundancia inica obtenida fue: SO4- > Na+ >NO3- >Cl-
> NH4+ > Mg2+> Ca2+ >K+. Se puede observar que el in
sulfato fue el ms abundante, los niveles encontrados son incluso ms
altos que los niveles de nitrato lo cual evidencia una fuente de
contaminacin local debido a la quema de maderables en la zona.
De acuerdo al anlisis de direccin de los vientos parte de los
contaminantes que contribuyen a la acidez preceden del Noreste,
direccin en la que se encuentra el
MEMORIAS DEL IV ENCUENTRO DE INVESTIGACIN DEL REA ACADMICA DE
CIENCIAS DE LA TIERRA Y MATERIALES - 2011municipio de Omitln de
Jurez, Hidalgo donde se pudiera inferir que los residuos mineros
que se encuentran depositados en esta zona por efecto de la erosin
elica son transportados a distancias considerables pudiendo
contribuir a la contaminacin atmosfrica del parque. Para lo cual se
requiere la realizacin de estudios sobre ladispersin de partculas
en esta zona.
BIBLIOGRAFA
Ahrens, C. D., 1998. Essentials of meteorology: an invitation to
the atmosphere. 2 ed. 20Wadsworth Publishing Company. United
States.
Arthur, M. A., and Fahey, T., 1993. Throughfall chemistry in an
Engelmann spruce- subalpine fir forest in north central Colorado.
Can. J. Forest Res. 23: 728-742.
Bravo, H., Soto, R., Snchez, P., Alarcn, A., and Kahl, J., 2006.
Effect of acid rain on building material of the El Tajn,
archeological zone in Veracruz, Mxico. Env. Poll. 144:655-660.
Cern, B., R. M., Padilla, H., Belmont, R., Torres, M., Garca,
R., and Baz. A., 2002. Rainwater chemical composition at the end of
the mid-summer drought in Caribbean shore of the Yucatan Peninsula.
Atmospheric Enviroment.36: 2367-2374.
Fornaro A., and Gutz I. G. R., 2006. Wet deposition and related
atmospheric chemistry in the Sao Paulo metropolis, Brazil. Part 3:
Trends in precipitation chemistry during 1983-2003. Atmos. Environ.
40: 5893-5901.
Garca de Miranda, E., 1986. Apuntes de Climatologa: Mxico, UNAM,
156 pp.
Garca, R. M C., Padilla, H., Belmont, H., Azpra, E., Arcega C.,
and Bez, A., 2006. Measurement of chemical elements in rain from
Rancho Viejo, a rural wooded area in the State of Mxico, Mxico.
Atmos. Environ. 40: 6088-6100.
Lance, S., 1984. Botanical aspects of acidic precipitation. The
botanical Review, 50 (4) U.S.A.
Likens, G. E., Bormann, H.F., Pierce, S.R., Eaton, S. J., and
Johnson, M.N., 1997. Biogeochemistry of a Forested Ecosystem.
Springe-Verlag. New York. USA. 146 pp.
Mphepya J. N., Piennar J.J., Galy-Lacaux C., Held G. and Turner
C.R., 2004. Precipitation chemistry in semiarid areas of Southern
Africa: a case study of a rural and an industrial site. J. Atmos.
Chem. 47, 1-24 pp.
MEMORIAS DEL IV ENCUENTRO DE INVESTIGACIN DEL REA ACADMICA DE
CIENCIAS DE LA TIERRA Y MATERIALES - 2011Parungo, F., Nagamoto, C.,
Hoyt, S., and Bravo, H., 1990. The investigation of air quality and
acid rain over the Gulf of Mexico. Atmsopheric Enviroment 24 (1):
109-123.
Prez, S., Cetina, A., Aldrete, A., Fenn, A., and Landois, L.,
2006. Qumica de la precipitacin en dos bosques de la cuenca de la
Ciudad de Mxico. Agrociencia 40 (02)Mxico: 239-248.
Ramrez L. E., Guardiola R.M., Vsuez G., and Balderas R. I.,
2010. Chemical composition of rainwater in northeastern Mxico,
Atmsfera 23 (3): 213-224.
Saavedra R. L., Alvarado R. D., Vargas H. J., y Hernndez T. T.,
2003. Anlisis de la 21precipitacin pluvial en bosques de Abies
religiosa (HBK.) Schtdl. et cham., en el sur de la Ciudad de Mxico,
Agrociencia, enero-febrero, 37, 01, Texcoco, Mxico: 57-64.
Snchez, L., Morales, J., Velsquez, H., Portillo, D., Cano, Y.,
Montilla, B., Iriarte, N. y Mesa J., 2009. Composicin inica y
niveles de acidez de las lluvias en Maracaibo, Venezuela, entre
1989 y 2001. Contaminacin Ambiental 25 (3): 169-179.
Shepard, J. P., Mitchel, J. M., Scott, J. T., Zhang, M. J., and
Raynal, J. J., 1989. Measurements of wet and dry deposition in a
northern hardwood forest. Water, Air and Soil Pollution 48:
225-238.
MEMORIAS DEL IV ENCUENTRO DE INVESTIGACIN DEL REA ACADMICA DE
CIENCIAS DE LA TIERRA Y MATERIALES - 2011REGRESAR NDICE
CARACTERIZACIN QUMICA Y MINERALGICA DE UN DEPSITO DE JALES EN EL
DISTRITO MINERO PACHUCA-REAL DEL MONTE, ESTADO DE HIDALGO
1Diana Elizabeth ngeles-Chvez, 2Liliana Lizrraga-Mendiola,
1Alberto Blanco-Pin1 rea Acadmica de Ciencias de la Tierra y
Materiales, Universidad Autnoma delEstado de Hidalgo.2 rea Acadmica
de Ingeniera, Universidad Autnoma del Estado de Hidalgo.Contacto:
[email protected], [email protected] 22
El objetivo de este estudio consisti en identificar las
variaciones qumicas y mineralgicas en muestras tomadas en dos
perfiles de un depsito de jales. Se extrajeron muestras en cada
capa considerando lo siguiente: Color, espesor, textura y peso
hmedo. Posteriormente, las muestras se secaron en horno durante 24
horas y se obtuvo el peso seco de la muestra; despus se calcul su
contenido de humedad. Se determinaron el pH, conductividad elctrica
y potencial redox, de acuerdo con metodologas establecidas por
normas ambientales mexicanas. Posteriormente, las muestras fueron
sumergidas en agua destilada para determinar, mediante su
lixiviacin, la concentracin de parmetros que son caractersticos de
drenaje cido de mina (DAM): Pb, Cu, Zn, Mn, Al, As, Fe, Cd ySO42.
Adems, se realizaron anlisis mineralgicos mediante difraccin de
rayos X. Losresultados obtenidos fueron: a) El color del jal fue
gris, caf y, en algunas capas, rojizo. b) La textura de los
perfiles vari entre arcillas y arenas de grano fino. c) El rango en
el contenido de humedad vari entre 101%115%, encontrndose los ms
altos porcentajes hasta una profundidad de 2.51 m y los ms bajos
hasta los 4 m. d) El pH oscil entre 6.83 y 8.18, teniendo un
comportamiento muy heterogneo. e) En cuanto a las concentraciones
inicas, no se encontraron valores que superaran los lmites mximos
permisibles, por lo que fue necesario comparar dichas
concentraciones con la composicin mineralgica del jal para
determinar su posible procedencia. f) Se encontr que los minerales
predominantes fueron: Cuarzo, ortoclasa, caolinita y calcita. De lo
anterior, se deduce que no existen elementos suficientes para
producir este tipo de contaminacin, a pesar de que en estudios
previos los jales del distrito minero Pachuca-Real del Monte fueron
caracterizados como potencialmente generadores de acidez.
MEMORIAS DEL IV ENCUENTRO DE INVESTIGACIN DEL REA ACADMICA DE
CIENCIAS DE LA TIERRA Y MATERIALES - 20113. RESULTADOS Y
DISCUSIN
Color y textura: El color de los jales en los dos perfiles vari
entre negro, color beige y caf, con algunas inclusiones de
coloracin anaranjado-rojizo (indicadores de oxidacin). La textura
fue variable, entre arenas finas, limos y arcillas. De acuerdo con
la literatura, los estratos de textura gruesa pierden humedad
fcilmente y por lo general no se oxidan, en tanto que los estratos
de textura fina favorecen la oxidacin debido a su mayor capacidad
de retencin de humedad (Ramos-Arroyo y Siebe-Grabach, 2006). En el
caso de los jales estudiados, la granulometra es lo suficientemente
fina como para retener ciertos niveles de humedad, tal como se
discute a continuacin (Tabla 1a y b).23
Tabla 1a Descripcin de las principales propiedades fsicas del
jal en el perfil A
CapaEspesor(cm)Profundidad(cm)Descripcin fsica
1A1100 - 110Material suelto con coloraciones que van de caf
oscuro aanaranjado, presencia de intemperismo y races de
plantas. Representa la cima del perfil.
2A5115Presenta una coloracin negra, debido posiblemente a
lapresencia de materia orgnica.
3A24139Limoso, presenta intercalaciones en coloraciones de
cafoscuro a gris.
4A1140Arenoso de color gris claro.
5A16156Hacia la base y cima es limoso de color caf oscuro y enel
centro es arenoso de color gris.
6A1157Arenoso de color gris oscuro.
7A3160Limoso de color caf oscuro a claro.
8A4164Arenoso de color gris claro.
9A25189Intercalaciones de arena y limo de color caf oscuro.
10A5194Arenoso de color gris claro.
11A20214Limoso de color caf claro a oscuro.
12A4218Arenoso de color gris oscuro con manchas de oxidacin.
13A3.5221.5Arenoso de color gris claro a oscuro.
24
13A'4222Esta muestra proviene de la misma capa que la
muestra22A, presenta la misma textura y coloracin, as comooxidacin
de color rojiza a anaranjada.14A12233.5Limoso de color caf claro a
oscuro.15A2235.5Arenoso de color gris claro a
oscuro.16A15250.5Limoso de color caf claro a
oscuro.17A7257.5Arenoso de textura muy fina de color gris claro,
muycompacto.18A17274.5Limoso de color caf claro, muy
compacto.19A13287.5Intercalaciones de arena y limo de color gris
claro a cafclaro.20A18 305.5 Limoso de color caf claro con pequeas
intercalaciones de arena.
21A 9 314.5 Limoso de color caf claro, muy compacto.
22A16 330.5 Arenoso de color gris claro, al centro hay una capa
de limo (1.5 cm) color caf claro.
23A37 367.5 Limoso de color caf claro con alternancia de pequeas
capas de arena (3-4 cm) de color gris claro.
24A19 386.5 Alternancia de arena y limo de color gris oscuro a
caf claro, cada subcapa es de 3 a 4 cm.
25A 33.5 420
Arenoso con alternancia de limo y arena muy fina de color caf
claro a gris claro con lentes de xido de 1 a 2cm.
26A 4 424 Arenoso de color gris claro, ligeramente compacto.
27A7 431 Limoso de color caf oscuro con ndulos negros, muy
compacto, hmedo.
28A 5.5 436.5 Arenoso de color gris claro, material muy
suelto.
29A 19.5 456
Limoso de color caf oscuro con una capa de arena de grano medio
de color gris oscuro con pequeas manchasnegras.
MEMORIAS DEL IV ENCUENTRO DE INVESTIGACIN DEL REA ACADMICA DE
CIENCIAS DE LA TIERRA Y MATERIALES - 201130A22.5 478.5 En la cima
hay una capa de arena de grano medio de color gris claro con una
lmina de ndulos. El centro eslimoso de color caf claro con lentes
de xido y en la base hay una capa de arena fina a media con lentes
dexido.
31A 32 510.5
Arcilloso con alternancia de color beige a caf muy claro. Los
ltimos 9.1 cm de la base son una alternancia de arcilla de arcilla
color beige con material oscuro. Tienepequeos lentes de
oxidacin.
32A 10 520.5 Limoso de color caf oscuro, muy compacto.2533A11
531.5 Arena fina de color gris claro en la cima y base, y en el
centro la arena es de color oscuro.
MEMORIAS DEL IV ENCUENTRO DE INVESTIGACIN DEL REA ACADMICA DE
CIENCIAS DE LA TIERRA Y MATERIALES - 201134ANo determinado
No determinado
Limoso de color caf oscuro con presencia de oxidacin color
marrn, tiene una capa de arena gris oscuro de 1.5 cm. Representa la
capa base del perfil.Tabla 1b Descripcin de las principales
propiedades fsicas del jal en el perfil B
Escarpe Capa Descripcin de propiedades fsicas
Arcilla con capas delgadas de arena fina de color gris muy
1 1B
claro, se presenta una fractura horizontal rellena de arena fina
de color gris claro. En la cima se presenta la vegetacin.2 2B
Arcilla de color caf oscuro a claro, hmedo, muy compacto excepto en
la cima donde el material es blando.Capas muy delgadas de arcilla
con intercalacin de colores3B de caf claro y oscuro, las subcapas
presentan 263 escurrimiento superficial.4B Arcilloso con
intercalaciones de coloracin de caf oscuro a claro, presencia de
superficies rojas, secas y rugosas.Tiene la apariencia de un
conglomerado arcilloso de color5B caf oscuro, hacia la cima tiene
costras rojizas con orillas blancas.4 6B Arcilloso de color caf
claro. Un extremo se acua horizontalmente.Intercalacin de arcilla
con arena de grano muy fino de7B color caf oscuro a beige,
ligeramente compacto, presencia de pequeas superficies rojizas.En
la base hay intercalacin de arcilla con arena fina; al8B centro, de
arcilla de color rojizo y en la cima intercalacin de arcilla con
arena fina.5 9B Arenoso de grano fino con oxidacin de coloracin
amarilla a rojizo claro.Hacia la base hay arcilla de color caf
claro y hacia la10B
cima arena fina de color gris claro, presencia de manchas
negras, muy compacto.
MEMORIAS DEL IV ENCUENTRO DE INVESTIGACIN DEL REA ACADMICA DE
CIENCIAS DE LA TIERRA Y MATERIALES - 2011
Contenido de humedad: En la Tabla 2 se enlistan los porcentajes
del contenido de humedad de los Perfiles A y B, respectivamente. En
la Tabla 2 (Perfil A), la muestra que presenta un menor contenido
de agua es la 9A con un valor de 101.31% y la que contiene el valor
ms alto de humedad es la muestra 19A con 115.03%, mientras que para
el Perfil B, las muestras 8B y 9B tienen el menor contenido de
humedad, con valores de 101% y las muestras 2B, 4B y 7B presentan
valores similares de 108% para cada una. Cuando hay un bajo o nulo
contenido de humedad, aumenta la velocidad de difusin del O2
atmosfrico y el contacto de agua de lluvia hacia el depsito, lo que
favorece la oxidacin del jal y lixiviacin de iones. Por otra parte,
cuando se presenta un alto contenido de humedad la difusin del
oxgeno se dificulta y, por lo tanto, es ms difcil la formacin de
DAM (Lizrraga-Mendiola et al., 2008). De lo anterior se observa que
en el depsito Dos Carlos existen porcentajes de humedad que podran
favorecer el proceso de oxidacin de sulfuros, siempre y cuando
exista la presencia de aquellos sulfuros que son potencialmente
generadores de acidez.
MEMORIAS DEL IV ENCUENTRO DE INVESTIGACIN DEL REA ACADMICA DE
CIENCIAS DE LA TIERRA Y MATERIALES - 2011
MuestraWw(gr)Ws (gr)W%MuestraWw(gr)Ws
(gr)W%1A215.17188.77113.9923A56755410104.902A221.99213.27104.0924A67936045112.373A227.93204.46111.4825A71827011102.444A207.72195.31106.3526A79657221110.305A223.46212.88104.9727A44644314103.486A218.38203.33107.4028A53804835111.277A228.58223.31102.3629A26682554104.468A203.4192.13105.8730A63975848109.399A205.31202.65101.3131A18091740103.9710A207.72197.96104.9332A64555860110.1511A218.23211.01103.4233A50444746106.2812A208.55196.76105.9934A70576383110.5613A218.36212.98102.531B165.17157.45104.9014A219.1211.77103.462B157.15144.69108.6115A206.33196.86104.813B157.6146.97107.2316A207.87202.48102.664B161.38148.36108.7817A218.81211.5103.465B163.24156.25104.4718A222.86215.61103.366B166.23157.65105.4419A80466995115.037B159.88147.76108.2020A53305168103.138B161.16158.33101.7921A82457365111.959B163.26160.15101.9422A66296344104.4910B159.21156.08102.01Tabla
2 Contenidos de humedad (W%) de los perfiles A y B
27
Composicin qumica: La caracterizacin qumica en el depsito Dos
Carlos se elabor de acuerdo con los criterios establecidos en la
NOM-141-SEMARNAT-2003 (2004). Los resultados derivados de los
anlisis qumicos para el Perfil A se resumen en la Tabla 3a y los
resultado s del Perfil B se resumen en la Tabla 3b. Se compararon
las concentraciones registradas en este estudio con los lmites
mximos permisibles (LMP) que establecen las principales Normas
Oficiales Mexicanas (NOM) tales como la NOM-127-SSA1-1994 (1994) y
la NOM-052-SEMARNAT-2005 (2006); de stos, se determin que ningn
parmetro sobrepas los LMP.
MEMORIAS DEL IV ENCUENTRO DEL REA ACADMICA DE CIENCIAS DE LA
TIERRA Y MATERIALES 2011
MuestraAmonioCloroLibreCloroTotalCromo
VICobreNitratoNitritoOdisueltoFosfatoFsforoSliceZinc1A8.6940000.115.3160.1811.0002.20ND2A4.7730.060.080.0130.1361.3290.0111.00.46502.2003A2.99700.070.001508.860.18711.00.7950.52.2004A8.69400.020.0030.0665.3160.0211.00.20.32.201.695A8.6940.050.0600.0363.1011.5711.05.0802.200.286A8.69400.020.002506.6450.04511.00.7602.2007A8.69400.040.01250.11100.047.81.58502.200.628A8.694000.0040.00052.658011.00.5650.22.20ND9A8.6940.0200.00302.658011.00.2502.75010A8.6940.050.050.0030.0801.3290.30411.00.1202.20011A8.6940.0600.0010.0500.30411.00.35502.20012A8.694000000.67311.00.48502.200.3213A8.69400.0600.1530011.01.590.12.20013A'8.6940.070.010.004500011.00.660.12.200.7014A8.6940.04000.090011.01.830.22.20015A8.6940000.182.215011.00.93502.201.3616A8.6940000.3730.8860.7611.00.98502.201.9317A8.69400.1000.14.8731.21611.02.2802.200.0918A8.1840.02000.0100.30411.01.202.20019A8.69400.0300.0351.3290.45611.02.1702.200.6920A8.6940.030.07009.3030.60811.01.970.22.20ND21A8.69400.1100.12.2150.30411.02.9450.42.20ND22A7.7880.010.0600.015.7590.01511.00.7950.22.20023A8.69400.0800.057.9740.49411.01.7602.200.0224A8.69400.12001.3290.0111.02.180.12.20025A8.69400.0300.0158.4170.30411.03.290.92.20ND26A8.6940.02000.0511.0750.33411.01.930.92.20027A8.6940.030.090.00750.043.1010.31411.03.550.72.20ND28A8.69400.140.00507.5310.00511.03.211.12.20029A8.6940.040.090.001012.8470.78511.03.9752.22.20030A8.6940.010.1200.057.9740.0411.04.8253.02.20ND31A8.6940.010.120010.1890.31411.02.8251.12.20032A7.94000.1600.0310.6320.06511.01.690.12.20ND33A8.6940.020.090.01403.9870.0111.03.320.92.20ND34A8.6940.020.080.00550.100.76511.03.6951.42.200.13Tabla
3a Composicin qumica de las distintas capas de jal tomadas en el
perfil A (en mg/L). ND = No detectado
27
MEMORIAS DEL IV ENCUENTRO DEL REA ACADMICA DE CIENCIAS DE LA
TIERRA Y MATERIALES 2011
MuestraAmonioCloroLibreCloroTotalCromoVICobreNitratoNitritoOdisuelto
FosfatoFsforoSliceZinc1B4.468800.090.00750.024146.191.4111.01.941.11.5402B8.694400.2700.681146.190.64611.01.550.52.201.963B3.5446400.1000.043146.190.83511.01.1801.6504B8.353920.010.040017.720.0211.01.1850.32.1305B8.694400.110.00250.01400.00511.03.0250.22.2006B8.694400.0100.0545.3160.511.01.960.21.8207B8.694400.070.0020.15618.606011.01.350.12.2008B8.69440.040.0400.000530.124011.00.741.32.2009B7.4905600.0800.0357.9740.4911.01.3050.71.32010B8.694400.1800.0826.2020.5111.03.5751.31.460Tabla
3b. Composicin qumica de las distintas capas de jal tomadas en el
perfil B (en mg/L)
28
MEMORIAS DEL IV ENCUENTRO DE INVESTIGACIN DEL REA ACADMICA DE
CIENCIAS DE LA TIERRA Y MATERIALES - 2011La variacin que existe
entre las concentraciones de un mismo parmetro en las muestras de
jal, an cuando no superan los LMP, se debe posiblemente a que las
muestras fueron co lectadas de dos perfiles ubicados en extremos
opuestos del depsito, a que la textura de las capas fue distinta
(arenas finas, limos y arcillas), la humedad as como a la
profundidad a la que se encuentra cadacapa en los perfiles.
Valores de pH, CE y ORP: Segn el anlisis de dispersin de los
resultados obtenidos durante 12 das, el rango de valores del pH
vara de 6.83 a 8.18 y el de la CE de 152 a 3544 S, para losperfiles
A y B. Los valores de ORP oscilan dentro del rango de 182 a 270 mV
para el perf il A, 29mientras que para el perfil B los valores van
de 182 a 217 mV. De acuerdo con los valores deORP, ambos perfiles
quedan dentro del rango de suelos considerados como reductores a
moderadamente reductores (McLean y Bledsoe, 1992). Sin embargo,
Moreno-Tovar (2006) reporta para un par de muestras de Dos Carlos
valores de ORP superiores a 600 mV. Cabe destacar que sus valores
son resultado del anlisis de lixiviados provenientes de celdas
humedad, razn por la cual difiere de los resultados de este
trabajo.
Composicin mineralgica: Los resultados de DRX indicaron que los
minerales predominantes fueron: Cuarzo, ortoclasa, caolinita y
calcita (en porcentajes aproximados de 20%), sin concentracin
aparentemente importante de sulfuros. Sin embargo, de acuerdo con
la caracterizacin realizada en la presente investigacin, as como en
estudios previos (Moreno - Tovar, 2006; Hernndez-vila, 2009), los
iones analizados se pueden asociar con los siguientes minerales:
Cuarzo y algunas de sus variedades estn presentes en todo el
yacimiento como amatista y palo y se asocian al slice (Si); el zinc
(Zn), plomo (Pb) y hierro (Fe) se asocian a la esfalerita, galena y
pirita, respectivamente, los cuales tambin estn presentes en todo
el yacimiento, aunque como secundarios; el manganeso (Mn) se asocia
a minerales como la rodonita y bustamita; argentita, acantita,
pirargirita y proustita se asocian a la plata (Ag); finalmente, el
arsnico (As) tambin puede estar asociado a la proustita. Todos los
minerales anteriormente mencionados se encuentran en el yacimiento
que da origen a los residuos mineros (jales), como minerales
primarios o secundarios (mena y ganga). Minerales como la hematita
y magnetita pueden asociarse a elementos de Fe y oxgeno (O). Aunque
estos ltimos no estn presentes en el yacimiento, pueden ser
producto de alteracin hidrotermal, segn las condiciones que
presenta el depsito de jal al estar expuesto directamente a
condiciones atmosfricas.
4. CONCLUSIONES
La composicin fsica de los lixiviados de estos jales indic que
la oxidacin de sus minerales suele ser muy lenta, tal como lo
demostraron los altos valores de pH (relativamente neutros a
bsicos), as como los de ORP (ambiente reductor). Con respecto a la
composicin qumica, los parmetros analizados en este estudio, as
como en estudios previos, no superaron las concentraciones de los
LMP establecidos para distintos fines (cauces naturales, consumo
humano, elementos potencialmente txicos), por lo tanto, no se
detect la presencia de elementos que
MEMORIAS DEL IV ENCUENTRO DE INVESTIGACIN DEL REA ACADMICA DE
CIENCIAS DE LA TIERRA Y MATERIALES - 2011representen un peligro a
la salud o al ambiente. Con relacin a su composicin mineralgica,
ninguno de los minerales presentes puede considerarse como
generador de DAM. A pesar de que los jales estn expuestos a los
principales factores generadores de acidez (oxgeno presente en el
aire y agua de lluvia), su composicin fsica, qumica y mineralgica,
aunadas a los contenidos de humedad y la textura, ayudaron a
corroborar que estos factores no son suficientes paraconvertirlos
en una fuente potencial de contaminacin a corto plazo.
5. REFERENCIAS30Comisin del Fomento Minero (CFM). 1959. Planta
de Tratamiento de Jales Unidad Santa JuliaPachuca, Hidalgo. Boletn
Nm. 6. Mxico, D.F.
Geyne, A.R., Fries, C. Jr., Segerstrom, K., Black, R. F. y
Wilson, I. F. 1963. Geology and mineral deposits of the Pachuca
Real del Monte District, State of Hidalgo, Mexico. Consejo de
Recursos No Renovables. Publicacin 5E. Mxico, D.F.
Hernndez-vila, J. 2009. Cintica de molienda y recuperacin de Ag
mediante procesos convencionales y no convencionales de las
escombreras de la industria minero metalrgica del estado de
Hidalgo. Tesis de Doctorado. 230 p. Universidad Autnoma del Estado
de Hidalgo.
Lizrraga-Mendiola L., Durn-Domnguez M.C., Gonzlez-Sandoval M.R.
2008. Environmental assessment of an active tailings pile in the
State of Mexico (Central Mexico). Research Journal of Environmental
Sciences, 2(3): 197-208. ISSN 1819-3412.
Martn, R.F., Armienta, M.A., Gutirrez, M.E. y Villaseor, G.
2008. Factores geolgi cos y climticos que determinan la
peligrosidad y el impacto ambiental de jales mineros. Revista
Internacional de Contaminacin Ambiental, 24(2): 43-54. ISSN (versin
impresa) 0188-4999.
Martn, R.F. y Gutirrez, R.M. 2010. Estudio comparativo de la
peligrosidad de jales en dos zonas mineras localizadas en el sur y
centro de Mxico. Boletn de la Sociedad Geolgica Mexicana, 62(1):
43-53.
McLean, J.E y Bledsoe, B.E. 1992. Behavior of metals in soils.
Ground Water Issue. EPA ReportNo. EPA/540/S-92/018. Pp 1-25.
Moreno-Tovar, R. 2006. Evaluacin geoqumico ambiental de residuos
(jales) de mineralizaciones polimetlicas del Estado de Hidalgo,
Mxico. Tesis de Doctorado. Universidad Autnoma de San Luis Potos,
Facultad de Ingeniera.
NOM-127-SSA1-1994. 1994. Norma Oficial Mexicana, Salud
ambiental, agua para uso y consumo humano-lmites permisibles de
calidad y tratamientos a que debe someterse el agua para su
potabilizacin. Secretara de Salud, 6 p. Mxico D.F.
NOM-141-SEMARNAT-2003. 2004. Norma Oficial Mexicana, Que
establece el procedimientopara caracterizar los jales, as como
especificaciones y criterios para la caracterizacin y
MEMORIAS DEL IV ENCUENTRO DE INVESTIGACIN DEL REA ACADMICA DE
CIENCIAS DE LA TIERRA Y MATERIALES - 2011preparacin del sitio,
proyecto, construccin y operacin y postoperacin de presas de jales.
Secretara de Medio Ambiente y Recursos Naturales. 59 p. Mxico,
D.F.
NOM-052-SEMARNAT-2005. 2005. Norma Oficial Mexicana, Que
establece lascaractersticas, el procedimiento de identificacin,
clasificacin y los listados de los residuos peligrosos. Secretara
de Medio Ambiente y Recursos Naturales. 32 p. Mxico D.F.
Ramos-Arroyo, Y.R., Prol-Ledezma, R.M. y Siebe-Grabach, C. 2004.
Caractersticas geolgicas y mineralgicas e historia de extraccin del
Distrito de Guanajuato, Mxico. Posibles escenarios geoqumicos para
los residuos mineros. Revista Mexicana de Ciencias Geolgicas,
21(2): 268-284. 31
Ramos-Arroyo, Y.R. y Siebe-Grabach, C.D. 2006. Estrategia para
identificar jales con potencial de riesgo ambiental en un distrito
minero: Estudio de caso en el Distrito de Guanajuato, Mxico.
Revista Mexicana de Ciencias Geolgicas, 23(1): 54-74.
Saavedra, S.E. y Snchez, S.M.T. 2008. Minera y espacio en el
Distrito Minero Pachuca Real del Monte en el siglo XIX.
Investigaciones Geogrficas, Boletn del Instituto de Geografa, UNAM,
65: 82-101. ISSN 0188-4611.
Soto, O.N. 1982. La minera: El distrito minero, Pachuca Real del
Monte a travs de la historia. Pachuca de Soto, Mxico: Gobierno del
Estado de Hidalgo, Coordinacin de Turismo, Cultura y Recreacin.
Mxico, D.F.
AGRADECIMIENTOS
Se agradece al Dr. Marius Ramrez Cardona, del rea Acadmica de
Ciencias de la Tierra y Materiales (UAEH) por su valioso apoyo en
el anlisis e interpretacin de los resultados mineralgicos.
MEMORIAS DEL IV ENCUENTRO DE INVESTIGACIN DEL REA ACADMICA DE
CIENCIAS DE LA TIERRA Y MATERIALES - 2011REGRESAR NDICE
CARACTERIZACIN Y ESTABILIDAD TRMICA DE CAOLN PROCEDENTE DE LA
REGIN DE TENANGO DE DORIA, HIDALGO
Lozada-Ascencio E. M., Legorreta-Garca, F.
rea Acadmica de Ciencias de la Tierra y Materiales, Universidad
Autnoma del Estadode Hidalgo, Carretera Pachuca Tulancingo, Km 4.5
s/n, Mineral de la Reforma, Hgo., 32C.P. 42184.
Diez muestras de caoln procedente de la regin de Tenango de
Doria fueron calcinadas en un intervalo de temperatura de 100 a
1000C, con el objetivo de analizar las transformaciones
estructurales de este mineral por medio de difraccin de rayos X
(DRX), anlisis termogravimtrico (ATG) y espectrometra de infrarrojo
(IR). La difraccin de rayos X mostr alteraciones importantes en la
cristalinidad del caoln entre200 y 500C y un cambio total de la
estructura a partir de 600C, lo cual se corrobor con el anlisis
termogravimtrico del mismo. A partir de estos resultados se
determin que, en el intervalo estudiado, el caoln pasa por dos
transiciones estructurales importantes: alrededor de 440C sufre una
deshidroxilacin de su estructura y se forma metacaoln, y a partir
de 980C aproximadamente, se forma la fase mulita, la cual es
altamente termoestable.
MEMORIAS DEL IV ENCUENTRO DE INVESTIGACIN DEL REA ACADMICA DE
CIENCIAS DE LA TIERRA Y MATERIALES - 2011INTRODUCCIN
La sntesis de nanotubos de carbono (NTC) y nanopartculas de
grafito se ha convertido en uno de los campos ms atractivos en la
produccin de nuevos materiales de carbono debido a la morfologa y
propiedades que estos presentan [1]. Dentro de los mtodos ms
comunes para su produccin se encuentra la deposicin de vapor qumico
cataltico (de las siglas en ingls, CCVD), el cual requiere de un
soporte en el que se habr de depositar un catalizador metlico [2].
No obstante, la interaccin entre el soporte y el catalizador juega
un papel importante en la dispersin del catalizador y, por ende, en
suconfiguracin y carcter qumico, lo que, a su vez, va a direccionar
la forma y 33propiedades de los nanomateriales que se formen.Varios
soportes han sido probados tales como MgO, Al2O3, SiO2, ZrO2,
zeolita, etc. [3-6], obtenindose diferentes formas de NTC y
nanopartculas. Un estudio realizado a750C, en el que se emple caoln
como soporte, y cobalto como catalizador, se obtuvieron nanoesferas
de carbono con dimetros de 500 a 1500 nm, lo cual se atribuy a la
sinterizacin del cobalto en la matriz del caoln, que aument el
tamao de las partculas del catalizador donde crecieron las
nanoesferas [2]. Lo anterior sugiere que es indispensable
considerar tanto la naturaleza del soporte como su comportamiento a
temperaturas altas en la interaccin soporte-catalizador.
El caoln es un aluminosilicato hidratado producto de la
descomposicin de rocas feldespticas, cuyo componente principal es
la caolinita (Al2O32SiO22H2O) [7]. Durante el tratamiento trmico,
la caolinita pierde los grupos OH de su estructura y se transforma
en metacaolinita (450-600C) y, posteriormente, en mulita (1000C)
con lo que sus propiedades pueden variar notablemente. Por ejemplo,
la metacaolinita muestra una actividad pozolnica importante usada
en cementos y concretos [8-9], mientras que a mulita ofrece una
alta estabilidad trmica, por lo que suele emplearse en el
reforzamiento de materiales refractarios que operan a temperaturas
altas y por periodos largos de tiempo [10-12].
As, a partir de esta informacin en este trabajo se describe el
estudio trmico de caoln procedente de la regin de Tenango de Doria,
Hidalgo, en un rango de 100 a 1000C, el cual se realiz con ayuda de
difraccin de rayos X y espectrometra de infrarrojo con la finalidad
de analizar los cambios estructurales durante la calcinacin de
dicho mineral, los cuales puedan afectar la dispersin del
catalizador metlico en la sntesis de NTC por medio del mtodo
CCVD.
MEMORIAS DEL IV ENCUENTRO DE INVESTIGACIN DEL REA ACADMICA DE
CIENCIAS DE LA TIERRA Y MATERIALES - 2011PROCEDIMIENTO
EXPERIMENTAL
MaterialesSe estudi caoln beige (CB) de la empresa Molinos y
Moliendas de Pachuca, el cual es extrado del municipio de Agua
Blanca de Iturbide, en la regin de Tenango de Doria, Hidalgo. As
mismo, se us caoln blanco (CD) como comparacin, el cual es tratado
porun proceso de asentamiento-dispersin.
Tratamiento Trmico3 gr. de caoln beige se depositaron en un
crisol de almina, la cual se dispuso en un 34horno horizontal marca
Thermolyne modelo 21100. Las muestras se calentaron en un rango de
100 a 1000C con una rampa de 10/min y se dejaron enfriar hasta
temperatura ambiente.
Difraccin de Rayos XLa difraccin de rayos X fue realizada con el
difractmetro de rayos X Inel, modelo EQUINOX 2000 con fuente de
radiacin Cu K. Las muestras se pulverizaron en un mortero de gata y
se dispusieron en los portamuestras.
Anlisis qumico por plasma acoplado (ICP)Las muestras se
digestaron con HF y H3BO3, con adicin de temperatura.
Posteriormente, se analizaron con un espectrmetro de plasma por
acoplamiento inductivo, marca Perkin Elmer, modelo Optima
3000XL.
Espectroscopa de Infrarrojo (IR)Se analizaron tres muestras a
200, 600 y 1000C con ayuda de un espectrofotmetro deInfrarrojo
marca Perkin Elmer Sytem 2000, con transformada de Fourier.
RESULTADOS Y DISCUSIN
Las figuras 1a y 1b muestran los difractogramas de las muestras
de caoln beige calcinadas a diferentes temperaturas, en un rango de
100 a 1000 C. La muestra inicial secada a 100C presenta un alto
contenido de caolinita y, en menor proporcin, cuarzo, as como
algunas impurezas representadas por xidos de hierro y titanio, las
cuales se determinaron mediante un anlisis qumico que se describe
en la tabla 1, el cual denota un porcentaje significativo tanto de
hierro como de titanio, los cuales son responsables de la coloracin
beige de este mineral.
MEMORIAS DEL IV ENCUENTRO DE INVESTIGACIN DEL REA ACADMICA DE
CIENCIAS DE LA TIERRA Y MATERIALES - 2011 35
a)
b)
Figura 1. Difractogramas de las muestras de caoln beige (CB) en
los intervalos de a)100 a 500C y b) 600 a 1000C.
MEMORIAS DEL IV ENCUENTRO DE INVESTIGACIN DEL REA ACADMICA DE
CIENCIAS DE LA TIERRA Y MATERIALES - 2011Tabla 1. Composicin qumica
de caoln beige (CB) y caoln blanco tratado por
asentamiento-dispersin (CD).
Muestra % en peso
Fe2O3TiO2Al2O3SiO2
CB2.532.4248.1839.46
CD1.252.3935.6352.30
36
En los difractogramas correspondientes al intervalo de 100 a
500C, los picos se ensanchan y disminuyen su intensidad, lo que
sugiere una disminucin de la cristalinidad de la caolinita, que se
hace ms notorio al cambiar de la muestra en 400C a la de 500C. Esto
se atribuye a un proceso de deshidroxilacin de la caolinita que
comienza alrededor de 440C, lo cual se observa en el termograma de
la figura 2.
Figura 2. Anlisis termogravimtrico de los caolines beige (CB) y
blanco (CD).
A partir de 600C se observa la desaparicin de los picos
asociados con la caolinita y la aparicin de nuevos picos atribuidos
a la formacin de cuarzo y probablemente la transicin de caolinita a
metacaolinita, la cual es debida al proceso de deshidroxilacin que
termina hasta los 700C aproximadamente. En el termograma de la
muestra CD se observa un pico exotrmico alrededor de 720C, asociado
con la transicin estructural delSiO2 de la fase de cuarzo a
tridimita. Finalmente, despus en las muestras a 900 y 1000C se
observan nuevos picos en 23, 28 y 68 asociados con la formacin de
la fase mulita, la cual se puede corroborar por el proceso
exotrmico observado en el anlisis termogravimtrico a partir de
980C. En la tabla 2 se describen las reacciones ocurridas durante
las transiciones estructurales de la caolinita.
Tabla 2. Reacciones qumicas ocurridas en las transiciones de la
caolinita a diferentes temperaturas.
T (C)
Reaccin Transformacin 37440-680
2SiO2.Al2O3.2H2O 2SiO2.Al2O3 + 2H2O
Caolinita Metacaolinita720
-SiO2 -SiO2 -cuarzo - tridimita1000
2(2SiO2.Al2O3) 3SiO2.2Al2O3 + SiO22(3SiO2.2Al2O3)
2(2SiO2.3Al2O3) + 5SiO2
Metacaolinita Mulita
MEMORIAS DEL IV ENCUENTRO DE INVESTIGACIN DEL REA ACADMICA DE
CIENCIAS DE LA TIERRA Y MATERIALES - 2011
Por otro lado, los espectros de infrarrojo muestran un cambio
importante de la caolinita a200C, figura 3a, despus de calcinarse a
600C, figura 3b, como se observ mediante difraccin de rayos X. Esta
ltima an sufre alteraciones, las cuales se denotan por la banda
alrededor de 1099cm-1, asociada al modo de vibracin del enlace
Si-O, lo que corrobora la transicin de la fase metacaolinita a
mulita.
A 200C, se observan dos bandas a 760 y 796 cm-1 atribuidas a
vibraciones traslacionales de los grupos OH. La banda en 914 cm-1
se debe al doblamiento del enlace O-H. La banda intensa alrededor
de 1035 cm-1 est asociada con las vibraciones en el plano de los
grupos Si-O-Si, mientras que la banda en 1116 cm-1 se debe al
estiramiento del enlace Si- O. La banda alrededor de 3476 cm-1es
caracterstica de los grupos OH. Finalmente, alrededor de 3692
cm-1se observa una banda intensa asociada con los enlaces
Al-Oterminales [13-14].
MEMORIAS DEL IV ENCUENTRO DE INVESTIGACIN DEL REA ACADMICA DE
CIENCIAS DE LA TIERRA Y MATERIALES - 2011
38
a) b)
c)Figura 2. Espectros infrarrojo de las muestras de caoln beige
a 200, 600 y 1100C..
En los espectros a 600 y 1100C, se observa un ensanchamiento de
las bandas alrededor de 754, 797 y 3450 cm-1asociadas con la
presencia de grupos OH, lo que denota una alteracin significativa
de la superficie de la caolinita. Mientras que la banda alrededor
de1090 y 1100 cm-1, atribuida con el estiramiento del enlace Si-O
sugiere la formacin deuna mayor cantidad de cuarzo al ocurrir la
transicin de metacaolinita a mulita, como se haba analizado
anteriormente.
MEMORIAS DEL IV ENCUENTRO DE INVESTIGACIN DEL REA ACADMICA DE
CIENCIAS DE LA TIERRA Y MATERIALES - 2011CONCLUSIONES
Los resultados obtenidos mediante difraccin de rayos X de las
muestras de caoln calcinadas nos sugieren una influencia importante
de la temperatura en la estructura del mineral, el cual experimenta
dos transiciones importantes: de caoln a metacaoln a partir de 440C
y de matacaoln a mulita a partir de 980C, aproximadamente. Lo
anterior sugiere que si se desea emplear caoln como soporte en la
produccin de NTC, sera adecuado considerar un tratamiento trmico
previo de este mineral para formar la fasemulita, la cual es
altamente termoestable. 39
REFERENCIAS
1.. Zong-Xiang, X., Jing-Dong, L., Dai-Wei, L. (2005) Matter.
Sci. Eng. B, 123, 102-106.2. Vander Wal, R.L., Ticich, T.M.,
Curtis, V.E. (2001) Carbon, 39, 22772289.3. He, N, Kuang, Y., Dai,
Q., Miao, Y., Zhang, A., Wang, X. (1999) Mater. Sci. Eng. C 89,
151157.4. Sui, Y., Cui, B., Guardian, R., Acosta, D., Martnez, L.,
Perez, R. (2002) Carbon 40,10111016.5. Chen, P., Zhang, H. B., Lin,
G. D., Hong, Q., Tsai, K. R. (1997) Carbon 35, 14951501.6. Hernadi,
K., Fonseca, A., Nagy, J.B., Bernaerts, D., Lucas, A. (1997) Carbon
34,12491257.7. Bergaya, E., Theng, B. K. G., Lagaly, G. (2008)
Handbooy of Clay Science, Developments in Clay Science, 1,
Elsevier. pp. 3-508. Cordier, A., Flahaut, E., Viazzi, C., Laurent,
Ch., Peigney, A., (2005) J. Mater. Chem.,15, 4041-4050.9. Ambroise,
J., Maximilien, S., Pera, J. (1994) Adv. Cem. Bas. Mat., 1,
161-165.10. Pitak, N. V. (1997) Refractories and Industrial
Ceramics, 38, 7-8.11. Tulyaganov, D. U., Olhero, S. M. H., M. J.
Ribeiro, M. J., Ferreira, J. M. F., Labrincha, J. A. (2003) J.
Mater. Syn. Proces., 10, 6, 311-318.12. Pogrebenkova, V. V.,
Vakalova, T. V., Gorbatenko, V. V., Grekhova, M. V.
(2010)Refractories and Industrial Ceramics, 51, 3, 197-201.13.
Cheng, H., Yang, J., Frost, L., Liu, Q., Zhang, Z. (2011) J. Therm.
Anal. Calor., 103,507-513.
14. Chacon, Z., Laverde, D., Pedraza, J. (2008) Dyna,154,
73-78.
MEMORIAS DEL IV ENCUENTRO DE INVESTIGACIN DEL REA ACADMICA DE
CIENCIAS DE LA TIERRA Y MATERIALES - 2011REGRESAR NDICE
COMPORTAMIENTO CRTICO DE LA VISCOSIDAD EFECTIVA EN FLUIDOS
MAGNETO-REOLGICOS BAJO PERTURBACIONES PERIDICAS
Donado Prez Fernando
1 Universidad Autnoma del Estado de Hidalgo AAFM- Carr.
Pachuca-Tulancingo Km. 404.5, Pachuca Hidalgo, 42184, Mxico.
Un fluido magneto-reolgico es un material compuesto a base de
partculas magnticas y un lquido de baja susceptibilidad magntica.
Este material se caracteriza porque sus propiedades mecnicas pueden
ser moduladas reversiblemente por medio de la aplicacin de un campo
magntico esttico. En este trabajo estudiamos el comportamiento de
la viscosidad efectiva de un fluido magneto-reolgico base de
magnetita mineral y aceite tipo Dexron cuando adems de un campo
esttico introducimos un campo magntico transversal de baja
amplitud, al que consideramos como perturbacin. Encontramos que el
material sufre cambios en sus propiedades fsicas que dependen
sensiblemente de las caractersticas de los campos especialmente del
campo perturbativo. En particular la dependencia de la viscosidad
efectiva como funcin de la frecuencia de la perturbacin presenta un
comportamiento crtico. Proponemos un nmero de Mason, razn entre las
fuerzas magntica y viscosa, apropiado para este sistema y mostramos
que el comportamiento crtico de la viscosidad efectiva est
determinado por este nmero. Los resultados mostrados pueden
contribuir a la implementacin de nuevos dispositivos mecnicos
basados en las propiedades de los fluidos magneto-reolgicos.
MEMORIAS DEL IV ENCUENTRO DE INVESTIGACIN DEL REA ACADMICA DE
CIENCIAS DE LA TIERRA Y MATERIALES - 2011INTRODUCCIN
Un fluido magneto-reolgico es un material compuesto a base de
partculas magnetizables y un lquido de baja susceptibilidad
magntica. Este material compuesto se caracteriza porque sus
propiedades mecnicas pueden ser moduladas reversiblemente pormedio
de la aplicacin de un campo magntico externo [1,2,3].
En un fluido MR diluido en presencia de un campo magntico
esttico se forman cadenas de partculas orientadas en direccin del
campo magntico; estas son las responsables delos cambios en las
propiedades fsicas del material compuesto. Cuando simultneamente
41se introduce la muestra a un campo esttico y a un campo senoidal
de baja amplitud,transversal al campo esttico, tambin se forman
cadenas de partculas, que en este caso describen oscilaciones
angulares alrededor de la direccin del campo esttico [1,4]. Durante
este movimiento las cadenas barren el espacio a su alrededor; los
extremos de las diferentes cadenas consiguen acercase ms entre s, y
frecuentemente logran unirse para formar cadenas ms grandes y ms
gruesas que cuando no hay perturbacin. El efecto neto de la
perturbacin sobre el tamao de las cadenas es como si la
concentracin efectiva de la dispersin fuera mayor, aunque por
supuesto, disminuye el nmero de cadenas. El mayor tamao de las
cadenas est asociado a mayores cambios en el comportamiento
reolgico del sistema. As el estudio de la agregacin de las
partculas debido al campo efectivo, que es un campo oscilatorio,
puede sentar las bases para mejorar el desempeo de un fluido MR en
aplicaciones tecnolgicas.
Al oscilar, las cadenas experimentan fuerzas de friccin,
mientras mayor sea la amplitud de la oscilacin, a una frecuencia
dada, las fuerzas de friccin son ms intensas y pueden incluso
romper las cadenas. Sin embargo, si la amplitud se mantiene baja,
las cadenas se mantienen estables. La relacin entre la fuerza
viscosa comparada con la magntica depende principalmente de la
rapidez angular, la viscosidad del lquido donde estn dispersas las
partculas y la magnetizacin de las partculas. Para determinadas
condiciones dominan las fuerzas viscosas y para otras las
magnticas, por lo que es de suponer la existencia de un umbral
donde las fuerzas son equiparables y que ah se presente un
comportamiento crtico. En este trabajo mostramos que el sistema
tiene un comportamiento crtico como funcin de la frecuencia y lo
analizamos en trminos del nmero de Mason. Proponemos una funcin del
nmero de Mason cuyo comportamiento es similar al encontrado para la
viscosidad efectiva.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Preparamos dispersiones de magnetita mineral en aceite tipo
Dexron. Las partculas son de 65 micras de dimetro en promedio con
una dispersin estndar de 15 micras. La viscosidad del lquido
soporte es de 70 cP. La concentracin de las partculas se mide en
trminos de la fraccin de volumen ocupado por las partculas en el
volumen total.
MEMORIAS DEL IV ENCUENTRO DE INVESTIGACIN DEL REA ACADMICA DE
CIENCIAS DE LA TIERRA Y MATERIALES - 2011El campo magntico esttico
se genera por medio de un par de bobinas en la configuracin de
Helmholtz; de forma similar se genera transversalmente el campo
senoidal. Ambos pares de bobinas estn unidos rgidamente. Este
conjunto de bobinas seusa tanto para microscopia ptica como para
realizar experimentos de reologa.
Las observaciones pticas se realizan por medio de un microscopio
ptico MEIJI el cual tiene adaptado una cmara digital Diagnostic
Instruments. El conjunto de bobinas se coloca de tal forma que
ambos campos estn sobre el plano horizontal.
La viscosidad se midi por medio de un viscosmetro LV III Ultra
de Brookfield. Las 42bobinas se colocan de tal forma que el campo
esttico est sobre la vertical y el camposenoidal sobre el plano
horizontal. En la Fig. 1 se observa el conjunto de bobinas que se
usaron en los experimentos descritos en el presente trabajo, tambin
se observa parte del viscosmetro.
Figura 1: Bobinas de Helmholtz que producen el campo esttico y
el campo senoidal. La geometra cono-plato del viscosmetro se
encuentra localizada en el centro del conjunto de bobinas.
Para realizar los experimentos de agregacin primero se dispersan
las partculas de la muestra mecnicamente. Enseguida se aplican los
campos simultneamente durante 200 s y luego se apagan los campos.
Se procede entonces a tomar fotografas de los agregados. Dado que
el campo visual del microscopio abarca solo un cuarto del rea total
de la muestra, se toman cuatro fotografas adyacentes que luego se
unen, esto es con el fin de promediar la longitud de varias cadenas
en las mismas condiciones.
Figura 2: En (a) se muestran las cadenas que se obtienen luego
de aplicar un campo esttico de 80 G. En (b) se muestran las cadenas
cuando adems del campo esttico est presente un campo senoidal cuyo
valor cuadrtico medio es el 15 % del campo esttico.
MEMORIAS DEL IV ENCUENTRO DE INVESTIGACIN DEL REA ACADMICA DE
CIENCIAS DE LA TIERRA Y MATERIALES - 2011Las fotos se analizan por
medio del software Sigma Scan Pro 5 para determinar la longitud
promedio de las cadenas.
Usando los resultados de viscosidad como funcin del tiempo se
obtienen los valores de la viscosidad reducida, siendo sta la razn
entre la diferencia de la viscosidad medida en presencia del campo
y la correspondiente sin campo, y la viscosidad en ausencia del
campo magntico. Para un tiempo dado se extrae el valor de la
viscosidad reducida y se compara con la obtenida para otras
frecuencias. Se repite el experimento para otros valores del campo
esttico y nuevamente se realiza un barrido en
frecuencia.43RESULTADOS
En la Fig. 2 (a) observamos las cadenas formadas por las
partculas cuando el sistema se expone a un campo magntico esttico.
En la Fig. 2 (b) se observa la clase de cade nas cuando se aplican
simultneamente los campos magnticos, ntese la clara diferencia en
la longitud de los agregados. Esta notable diferencia en la
longitud promedio de los agregados debera reflejarse en la
viscosidad del sistema.
En la Fig. 3, derecha, observamos el comportamiento de la
viscosidad reducida como funcin de la frecuencia. El campo esttico
es de 80 G y el campo senoidal tiene una amplitud mxima de 17 G
cuya raz cuadrtica media corresponde al 15 % del campo esttico. El
comportamiento de la viscosidad reducida presenta un mximo
alrededor de una frecuencia de 3.1 Hz. Por debajo de esa frecuencia
la viscosidad crece y por encima la viscosidad disminuye.
Figura 3: Izquierda, centro y derecha, corresponden a la
viscosidad reducida como funcin de la frecuencia para 3 valores del
campo esttico, 60, 70 y 80 G, respectivamente.
Si cambiamos la intensidad del campo esttico, ahora en 70 G
obtenemos la Fig. 3, centro. Observamos un comportamiento similar
al correspondiente al campo de 80 G; sin
MEMORIAS DEL IV ENCUENTRO DE INVESTIGACIN DEL REA ACADMICA DE
CIENCIAS DE LA TIERRA Y MATERIALES - 2011embargo, el mximo de la
longitud promedio de las cadenas se alcanza a una frecuencia menor.
La Fig. 3, izquierda, en la cual el campo es aun ms bajo, 60 G,
confirma la tendencia: a menor campo esttico, menor es la
frecuencia en la que la longitud promediode cadenas alcanza el
mximo.
Se observan en las curvas fluctuaciones cerca de los puntos
mximos, estas fluctuaciones no se deben a las incertidumbres
asociadas al viscosmetro, ya que estas son muy pequeas y no se
muestran en la grafica. El origen de las fluctuaciones proviene de
fenmenos deslizamiento y rompimiento de cadenas, ambos fenmenos
inherentes a unsistema bajo esfuerzo cortante, que cerca del punto
crtico son ms evidentes dado que 44 est ocurriendo una transicin de
un rgimen dominado por las fuerzas magnticas a otro dominado por
las fuerzas viscosas. Por tal motivo la descripcin fsica del
comportamiento cerca del punto crtico resulta muy complicada; sin
embargo, el comportamiento global no deja lugar a dudas de la
existencia de un mximo global y queeste mximo global depende de la
intensidad del campo esttico.
DISCUSIN TERICA
La existencia de comportamientos crticos en sistemas de
partculas magnticas dispersas en fluidos se ha observado en
experimentos. Por ejemplo, cuando se obtiene una curva de esfuerzo
cortante contra la rapidez de corte, conocida como reograma, se
observa que para una frecuencia caracterstica ocurre un cambio
repentino en la pendiente del reograma; ste est asociado a una
transicin estructural de una fase anloga a la fase nematica de los
cristales lquidos a una fase isotrpica. En dispersiones expuestas a
campos rotantes se ha observado la formacin de cadenas que giran
siguiendo al campo. La longitud promedio de las cadenas presenta
una importante disminucin cuando el campo gira ms rpido que una
frecuencia caracterstica. Ahora hemos de observar que tanto en el
primer como en el segundo ejemplo, el comportamiento crtico sucede
cuando las fuerzas viscosas tienen efectos mayores que las
magnticas. Un parmetro que mide la importancia relativa entre estas
fuerzas es el llamado nmero de Mason. Este est definido para un par
de partculas que estn unidas debido al efecto de un campo externo y
que se mueve respecto al lquido. Se ha observado que el
comportamiento para un sistema de partculas que est formado por
cadenas est gobernado claramente por este nmero aun cuando est
definido para un par de partculas.
En sistemas con campo rotante el nmero de Mason, est definido
por
= ,
donde es la frecuencia del campo rotante es la viscosidad del
lquido soporte, es la permeabilidad magntica y M es la
magnetizacin.
MEMORIAS DEL IV ENCUENTRO DE INVESTIGACIN DEL REA ACADMICA DE
CIENCIAS DE LA TIERRA Y MATERIALES - 2011Nosotros hemos estudiado
un sistema donde el campo magntico es un campo angularmente
oscilante. En este sistema tambin se forman cadenas de partculas
que siguen la direccin del campo, en nuestro caso las cadenas
oscilan angularmente y describen durante su movimiento una forma de
X. En prome
