Mezcla de silicatos

Para el caso de las partículas de aerosol emitidas durante la fabricación de piso de cerámica, se recogieron muestras suficientes de polvo en cada etapa del proceso y se identificaron las fases minerales. El análisis de difracción de rayos-X reveló el contenido en los sitios muestreados, el cual fue una mezcla de minerales de las clases tectosilicatos, filosilicatos e inosilicatos. En estudios previos han sido reportados minerales similares (i.e., cuarzo, illita, montmorillonita, zeolita y calcita) en los alrededores de las fábricas de procesamiento cerámico (Gómez et al., 2004, 2005; Jordán et al., 2006; Sanfeliu & Jordán, 2009), como una mezcla de aerosoles proveniente de fuentes naturales y de la actividad humana, i.e., silicatos y hollín en la quema de combustibles fósiles; en contraste, en el presente estudio se

reporta la caracterización directa de las fuentes fijas de emisión, publicando los minerales identificados como una contribución humana.

Además, el análisis de la composición elemental adquirida por EDS en partículas individuales mostró las clases de silicatos mezclados con óxidos metálicos. El resultado coincide con lo reportado por Roig-Navarro et al., (1997) para el ambiente de trabajo en fábricas durante el procesamiento cerámico, donde reportan Cr, Co, Ni y Zn. Adicionalmente, en el presente trabajo reportamos Fe, Co, Mn, Mo y Ti, los cuales diferenciaron las etapas de procesos al observarse incremento de la concentración en los hornos y la recuperación de sólidos, y decrementos de concentración o la no-existencia en el molino de molienda de arcilla.

Las diferencias fueron puntualizadas mostrando inequívocamente dos asociaciones: (1) el polvo de aerosol mineral de la materia prima (i.e., la mezcla de tectosilicatos, filosilicatos e inosilicatos proveniente de los depósitos de la región) con el molino de molienda de arcilla y silicatos y óxidos de metales de transición (p.ej., MnO, CoO, NiO, MoO, Fe2O3) con la arcilla refractaria (i.e., la chamota) proveniente de los procesos de calentamiento. La diferenciación fue novedosa, i.e., anteriormente no habían sido reportadas las características de las emisiones en los procesos mecánicos (trituración) y de calentamiento de la industria cerámica.

En lo referente a los óxidos de metales de transición en la fabricación de piso de cerámica: La respuesta está documentada en el uso de pigmentos (Roig-Navarro et al., 1997) que se conocen como iones cromóforos, i.e., Mn3+, Co2+, Ni2+, Mo2+, Fe3+ y Cr3+, los cuales son incorporados durante el acristalamiento a elevada temperatura por la sustitución de iones similares (p.ej., Mg2+ y Ca2+) en la estructura cristalina (Cherepanina, Pyrkov, Vizir, Soldatova, & Denisov, 1979; Kharashvili, 1985; Goremykin, Frolova, Krasovitzkii, & Panov, 2001; Dondi, Cruciani, Guarini, Matteucci, & Raimondo, 2006; Costa et al., 2008)

Para la relación entre la composición química y la forma, las micrografías fueron adquiridas de partículas individuales en cada sitio, las cuales fueron procesadas mediante técnicas de imagen digital, calculándose las mediciones de forma (i.e., tamaños, áreas, medidas de tasa de aspecto y redondez). Los valores obtenidos estaban en línea con valores de mediciones de forma (p.ej., dimensión fractal y redondez) reportados para minerales en sistemas tribológicos, p.ej., cuarzo, sílice y granate (Hamblin & Stachowiak, 1995; Suhendra & Stachowiak, 2006; Srivastava, Jain, & Srivastava, 2009) y emisiones de polvo de aerosol minerales en alrededores de fábricas de procesamiento cerámico (Gómez et al., 2001; Jordán et al., 2002; Gómez et al., 2004; Sanfeliu & Jordán, 2009).

En el presente estudio se describen 28 parámetros de forma en una muestra total de más de 1,000 partículas individuales menores a 1.0 µm, diferenciándose significativamente de los estudios análogos que caracterizaron partículas totales suspendidas (TSP) colectadas en los

alrededores, que usaron un número reducido de medidas de forma y principalmente descripciones cualitativas. En un estudio se describe sólo las formas irregular y esférica (Gómez et al., 2004). Otro estudio, la relación entre la forma y la composición química ha sido ordenada en tres grupos de partículas: (1) vinculadas a las fases minerales con apariencia irregular; (2) asociadas con procesos de alta temperatura que modifican la estructura cristalina (p.ej., partículas de aspecto redondo con un tamaño inferior a 10 µm generándose en hornos), además, y (3) las masas aglomeradas (Gómez et al., 2001) que no se observaron en este estudio.

En esta investigación, los dos primeros grupos se identificaron en relación con las etapas de proceso. (1) las partículas más ásperas y más grandes (menores de 1.1 µm) asociados a fases minerales y procesamiento mecánico (p.ej., molino de molienda de arcilla), (2) las partículas más redondeadas y más pequeñas se relacionan con procesos de alta temperatura (p.ej., chamota refractaria, y hornos), las cuales son un indicador del acristalamiento o esmaltado en la fabricación de piso de cerámica (Gómez et al., 2004; Jordán et al., 2006; Sanfeliu & Jordán, 2009), y (3) las partículas con características intermedias vinculadas a la mezcla de materiales, i.e., la recuperación de sólidos.

La información se complementa sugiriendo el uso de tres características de forma que se determinaron mediante la reducción de variables: (a) el tamaño o área para separar grueso de fino (i.e., desde la molienda en el molino de arcilla de otro proceso); (b) Medidas de redondez para separar partículas de los procesos que involucran alta temperatura o desgaste mecánico (i.e., desde arcilla refractaria y hornos con apariencia de compacto hasta alargado, o de rugoso hasta suavizado, respectivamente; y además, (c) perímetro dimensión fractal para detectar entre tipo de rugosidad.

Por lo tanto, la trazabilidad de la emisión en esta fábrica fue la adición y mezcla de pigmentos con silicatos típicos de los depósitos minerales en el estado de Chihuahua. La presencia de determinados óxidos de metales de transición podría proceder como un trazador de las actividades humanas en la caracterización de mezcla de polvo de aerosol mineral de fuentes naturales y antropogénicas.