Revista Tendencias en Docencia e Investigación en Química Año 9 2023 Número 9 https://revistatediq.azc.uam.mx ISSN 2448-6663 Identificación de minerales fibrosos en residuos sólidos de una cantera en Mineral del Monte, Hidalgo Cruz Sánchez Misael1*, Girón García María Patricia2, Ángeles García Sonia2, Baños López Esperanza1, Esquivel Macías Carlos1 1Universidad Auto noma del Estado de Hidalgo, A rea Acade mica de Ciencias de la Tierra y Materiales, Instituto de Ciencias Ba sicas e Ingenierí a. Carretera Pachuca-Tulancingo Km 4.5, Col. Carboneras, Mineral de la Reforma, Hidalgo. C.P. 42184. Me xico. 2Universidad Nacional Auto noma de Me xico, Departamento de Dina mica Terrestre Superficial, LANGEM, Instituto de Geología. Circuito de la Investigación Científica S/N, Coyoacán, Ciudad de México. C.P. 04510. México. *Autor para correspondencia: mcruz@uaeh.edu.mx ORCID* : 0000-0001-8574-5690 Recibido: RESUMEN 21/mayo/2023 En el presente trabajo de investigación se ha realizado el análisis mineralógico de una serie de muestras correspondientes a residuos sólidos procedentes de una cantera Aceptado: en el Estado de Hidalgo. Las muestras de naturaleza riolítica presentan cuarzo, 26/septiembre/2023 feldespatos alcalinos y plagioclasas como minerales primarios, así como vidrio volcánico y vidrio volcánico alterado. Los principales minerales autigénicos identificados son illita con hábito de listones y fibras, mordenita con hábito de agujas o fibras y erionita con hábito de fibras prismáticas. Illita se ha desarrollado a partir de la disolución de feldespatos alcalinos, mordenita y erionita a partir de la disolución Palabras clave: del vidrio volcanoclástico, siendo estos minerales secundarios de naturaleza Illita, diagenética. Destaca la presencia de fibras prismáticas de erionita que por su mordenita, naturaleza friable constituyen un riesgo a la salud. erionita Keywords: ABSTRACT Illite, In the present research work, the mineralogical analysis of a series of samples mordenite, corresponding to solid waste from a quarry in the State of Hidalgo has been carried erionite out. The samples of rhyolitic nature present quartz, alkaline feldspars, and plagioclase as primary minerals, as well as volcanic glass and altered volcanic glass. The main authigenic minerals identified are illite with a lath and fiber habit, mordenite with a needle or fiber habit, and erionite with a prismatic fiber habit. Illite has developed from the dissolution of alkali feldspars, mordenite and erionite from the dissolution of volcanoclastic glass, these secondary minerals being diagenetic in nature. The presence of erionite prismatic fibers stands out, which due to their friable nature constitute a health risk. ISSN 2448-6663 384 Revista TEDIQ Revista Tendencias en Docencia e Investigación en Química Año 9 2023 Número 9 https://revistatediq.azc.uam.mx ISSN 2448-6663 Introducción Cabe resaltar que la erionita ha sido considerada de mayor toxicidad carcinogénica respecto de los asbestos, Las operaciones de minería constituyen una actividad particularmente por el aumento de casos de mesotelioma que durante muchos años se han mantenido bajo la pleural en la región de Capadocia, Turquía (Baris y atención social, política y ambientalista, debido a que Grandjean, 2006) y en la región de Kandovan en Irán originan diversos tipos de impacto ambiental, tales como (Ilgren et al., 2015), así como en otros países, incluyendo la destrucción del paisaje, degradación visual del México (Carbone et al., 2011; Van Gosen et al., 2013; ambiente, perturbación de los cursos de agua, Ortega-Guerrero y Carrasco-Núñez, 2014; Giordani, destrucción de las tierras de cultivo y forestales, daño a 2016; Oczypoc et al., 2016; Berry et al., 2022). De hecho, los sitios de recreación, contaminación por ruido, esta zeolita ha sido clasificada como carcinogénica producción de polvo y sedimentos, erosión, subsidencia, (grupo 1) para los seres humanos y animales tráfico pesado, vibración por explosiones, etc. (Sengupta, (International Agency for Research on Cancer, 2012), 1993). donde el hierro juega un rol importante en su toxicidad ya sea como Fe3+ a nivel de impurezas en la superficie de Otro aspecto negativo lo representa la afectación a la las fibras (Gualtieri et al., 2016) o como Fe2+ formando salud bajo la explotación, procesamiento y embalaje de parte de su estructura (Pacella et al., 2018). los minerales, constituyendo un riesgo laboral (Segarra, 1985; International Agency for Research on Cancer, Al respecto, se han identificado diversos factores que 2012). Al respecto, ha merecido especial atención la influyen en la toxicidad de los minerales fibrosos, entre exposición a minerales con hábito fibroso como los ellos, los de carácter físico (dimensiones de las fibras, asbestos o amiantos, debido a que se han asociado al relación diámetro-longitud, dureza, densidad y área desarrollo de mesotelioma pleural maligno (Abú-Shams superficial), los de naturaleza química (composición y Pascal, 2005; Aguilar-Madrid et al., 2009; Escobar et al., química, hidrofobicidad, velocidad de disolución y 2012; Echegoyen-Carmona y Rivera-Rosales, 2013; contenido de hierro) y los inherentes a la fisiología de los Gopar-Nieto et al., 2016; Norma Oficial Mexicana NOM- órganos receptores (generalmente los pulmones). Sin 125 SSA1, 2016). embargo, se debe considerar que la problemática en torno al desarrollo de mesotelioma pleural y otros tipos Entre los asbestos se encuentran minerales del grupo de de cáncer relacionados con estos minerales es las serpentinas como el crisotilo Mg3Si2O5(OH)4, que sumamente compleja (Gualtieri, 2018; Gualtieri, 2023). presenta un hábito masivo fibroso o fibras flexibles curveadas, el cual se origina por la alteración hidrotermal La actual definición de fibras respirables, con una de rocas ultra básicas, siendo esta variedad la más morfología alargada, relación longitud-diámetro 3:1 y empleada en la industria. Otras variedades de asbestos lo diámetro aproximado de 3.5 m (como límite constituyen minerales del grupo de los anfíboles, por respirable), no solo incluiría a minerales como los ejemplo: antofilita (Mg,Fe2+)7Si8O22(OH)2, actinolita, asbestos y algunas variedades de zeolitas, sino también a tremolita Ca2(Mg,Fe2+)5Si8O22(OH,F)2, amosita materiales no asbestiformes que se incluyen en la (Mg,Fe2+,Mn)7Si8O22(OH)2 y crocidolita categoría de Partículas Materiales Elongadas (EMP por Na2(Mg,Fe2+)3Fe23+Si8O22(OH)2, que se caracterizan por sus siglas en inglés), por ejemplo: fibras de vidrio, fibras presentar un hábito masivo de fibras rectas o agujas y de carbono y fibras poliméricas orgánicas (Goodman et que ocurren en rocas ígneas intrusivas y metamórficas, al., 2023). En este sentido, la exposición a los agentes principalmente (Deer et al., 2013). promotores del mesotelioma pleural maligno se traduce Existen otros minerales que también desarrollan hábito en un problema a considerar en el futuro inmediato, fibroso y que corresponden al grupo de las zeolitas, entre sobre todo porque el periodo de latencia de las fibras en las cuales se distinguen natrolita, mesolita, escolecita, el cuerpo humano es de 20 a 40 años. gonnardita, roggianita, mazzita, erionita, mordenita y El objetivo del presente trabajo de investigación fue ferrierita (Gottardi y Galli, 1985), siendo las más identificar minerales con hábito fibroso en residuos reconocidas erionita K2(Na,Ca0.5)8[Al10Si26O72]30H2O y sólidos de una cantera en el municipio de Mineral del mordenita (Na2,Ca,K2)4[Al8Si40O96]28H2O por Monte en el Estado de Hidalgo, para establecer un encontrarse, de manera común, en rocas sedimentarias antecedente que conduzca a la prevención de las posibles (Mumpton y Orsmby, 1976). afectaciones a la salud generadas por la exposición a estas fibras inorgánicas. ISSN 2448-6663 385 Revista TEDIQ Revista Tendencias en Docencia e Investigación en Química Año 9 2023 Número 9 https://revistatediq.azc.uam.mx ISSN 2448-6663 Descripción del área de estudio Clima y vegetación Localización En la región prevalece el clima frío, se nubla con facilidad y llueve con frecuencia. La precipitación pluvial anual es Los residuos sólidos utilizados en el presente trabajo de de 951 mm con una temperatura media anual de 12.1 °C, investigación provienen de una cantera ubicada en el registrándose hasta 42 heladas al año. La vegetación Cerro El Picacho, cerca del poblado de Santa Rosalía, dominante en la región corresponde a coníferas como el Municipio de Mineral del Monte, Hidalgo, entre las avellano, el encino, el ocote, el oyamel, el ciprés y el pino coordenadas geográficas 20° 07´ 05” latitud norte - (Gobierno del Estado de Hidalgo, 2016). De acuerdo con 98°38´ 30” longitud oeste y 20° 06´ 43” latitud norte - 98° la clasificación climática de Köppen (1936) modificada 38´ 17” longitud oeste, a una altura aproximada de 2930 por García (1989) en la Sierra de Pachuca y en Mineral msnm (figura 1). del Monte prevalece un clima templado subhúmedo tipo La cantera se encuentra en operación desde hace más de Cb(w2) ´´ i´. 60 años produciendo rocas dimensionales (cimientos, losetas, láminas para fachadas, etc.) para la industria de la construcción (figura 2), caracterizándose por una explotación del tipo “artesanal”, siendo una importante fuente de ingreso para los pobladores de las zonas aledañas. Actualmente el área bajo explotación es de 11 hectáreas aproximadamente. Figura 2. Aspecto del tipo de roca bajo explotación en la cantera. Geología La cantera bajo estudio se encuentra en una pequeña región dentro de la Faja Volcánica Transmexicana, constituyendo parte de la Sierra de Pachuca y en Figura 1. Ubicación del área de estudio, indicando las unidades particular del Grupo Pachuca, el cual descansa sobre el litológicas superficiales (Geyne et al., 1963; Yta et al., 1999) y la fanglomerado El Morro con aparente concordancia y zona de muestreo. aflora en un área considerable al este, norte y noreste de la ciudad de Pachuca. Su afloramiento más extenso es hacia Pachuca – Mineral del Monte (figura 1). ISSN 2448-6663 386 Revista TEDIQ Revista Tendencias en Docencia e Investigación en Química Año 9 2023 Número 9 https://revistatediq.azc.uam.mx ISSN 2448-6663 Esta formación corresponde a un paquete de rocas Clasificación textural volcánicas de composición andesítica, basáltica y riolitas (Yta et al., 1999). Comprende una secuencia de lava Previo al análisis de textura, las muestras se secaron a masiva formada por una serie de corrientes intercaladas 60°C durante 12 h o hasta lograr una masa constante en con tobas y brechas de derrame. Las corrientes son de una estufa de secado marca Riossa. Posteriormente, color gris con tinte morado o rojizo oscuro y de mediante tamizado, se separaron los fragmentos de roca, estructura laminar, siendo abundantes los fenocristales grava y arena gruesa (mayores a 2 mm) para determinar de plagioclasa, feldespatos alcalinos, anfíboles, piroxenos la textura de las partículas inferiores a 2 mm mediante el y cuarzo. Además, se observan horizontes poco método de Bouyoucos (Licón-Trillo et al., 2001) y la consolidados y cuerpos andesíticos-latíticos en forma de clasificación de Shephard (1954). diques (figura 2). Este paquete volcánico es del tipo Sierra Madre Occidental, con una edad aproximada de 38 Caracterización química a 27 millones de años (Geyne et al., 1963). La composición química total de las muestras se estableció mediante fluorescencia de rayos X en un Metodología espectrómetro marca Rigaku, modelo ZSX Primus II, Descripción de las muestras equipado con una lámpara de Rh como fuente primaria de rayos X y ventana de Be. El análisis cuantitativo de los Para el presente trabajo de investigación, se recolectaron elementos se determinó mediante curvas de calibración 10 muestras de residuos sólidos en la periferia de la estándar usando como muestras de control referencias cantera ubicada en el cerro El Picacho, los residuos son geoquímicas internacionales. generados por la fragmentación mecánica de las rocas (figuras 3 y 4). Las muestras fueron colocadas en bolsas Para el análisis de los elementos mayores se prepararon de polietileno y etiquetadas para su transporte y análisis perlas de vidrio mediante la fusión de 0.8 g de muestra y en el laboratorio. 7.2 g de fundente (Li2B4O7 y LiBO2 en relación 1:1) en crisoles de aleación Pt-Au (95-5) y LiBr (250 g/L) como antiadherente, evaluando las pérdidas por calcinación a 950 °C. Para cuantificar los elementos traza se aplicó el método de prensado en cera. Clasificación geoquímica e intemperismo La clasificación geoquímica de los residuos sólidos se llevó a cabo mediante la relación entre el %(Na2O+K2O) y el %SiO2 empleando el diagrama de TAS (Total Alkali- Silica) (Le Bas y Streckeisen, 1991) y la relación entre el %K y %SiO2 (Ewart, 1982). El grado de alteración de los residuos se estimó mediante tres índices: el índice de alteración química CIA (Nesbitt Figura 3. Acumulación de residuos sólidos en los límites de la y Young, 1982), el índice de alteración de plagioclasas cantera. PIA (Fedo et al., 1995) y el índice de intemperismo CIW (Harnois y Moore, 1988), definidos a través de las siguientes ecuaciones, considerando las concentraciones molares de cada óxido: CIA=Al2O3/(Al2O3+CaO+Na2O+K2O)]x100 (1) PIA=[(Al2O3-K2O)/(Al2O3+CaO+Na2O-K2O)]x100 (2) CIW=[Al2O3/(Al2O3+CaO+Na2O)]x100 (3) Figura 4. Apariencia de los residuos sólidos recolectados. ISSN 2448-6663 387 Revista TEDIQ Revista Tendencias en Docencia e Investigación en Química Año 9 2023 Número 9 https://revistatediq.azc.uam.mx ISSN 2448-6663 Mineralogía Microscopía electrónica de barrido y microanálisis Norma CIPW La micromorfología y la composición química puntual de cristales seleccionados se determinó en un microscopio La abundancia relativa de los minerales primarios que electrónico de barrido marca JEOL modelo 6300, constituyen las muestras se determinó a través de la acoplado a un equipo de microanálisis por energía Norma CIPW (Hollocher, 2004; Gill, 2010), empleando dispersiva de rayos X operado a 15 kV y 25 mA. Las las concentraciones de los óxidos mayores y Zr, muestras se depositaron en un portamuestras metálico establecidos mediante el análisis de fluorescencia de empleando cinta de grafito como adhesivo y recubiertas rayos X. con grafito para su observación y análisis. Microscopía óptica Resultados y discusión La identificación de minerales pirogénicos y vidrio se llevó a cabo en muestras preparadas en láminas Análisis de la textura de los residuos sólidos delgadas, realizando amplificaciones de 40X, empleando Los residuos sólidos recolectados en la cantera un microscopio óptico marca Olympus, modelo BHSP presentaron una granulometría heterogénea que incluye equipado con polarizadores de luz. gravas y arenas gruesas con un porcentaje comprendido entre 36 a 40% en peso, con un valor promedio de 37% Difracción de rayos X (polvos) en peso. Las partículas con dimensiones inferiores a 2 Las principales fases cristalinas presentes en las mm correspondieron a un porcentaje comprendido entre muestras se identificaron mediante difracción de rayos X el 60 a 64% de los residuos con un promedio de 63% en (método de polvos), empleando un difractómetro marca peso. De acuerdo con la clasificación textural de las Siemens, modelo D5000, equipado con un goniómetro partículas inferiores a 2 mm (figura 5), estas se vertical Bragg-Brentano y detector de centelleo, así como clasificaron como arenas (80% de las muestras) y arenas un monocromador secundario de grafito en la entrada limosas (20% de las muestras). En este caso particular, del detector y un tubo de rayos X con ánodo de Cu tipo los residuos sólidos se pueden clasificar como arenas- FK60-04x12. gravosas (incluyendo el contenido de gravas). Los patrones de difracción se registraron a temperatura ambiente en el intervalo de 4°≤2≤80°, empleando radiación Cu Kα 1.5406 Å, tamaño de paso de 0.020° y una velocidad angular de 15 rpm. Las condiciones de operación del tubo de rayos X fueron de 30 kV y 20 mA. La identificación de las fases cristalinas se realizó empleando el método Hanawalt y el programa MATCH! versión 1.11j, comparando los datos experimentales con la base de datos JCPDS (Joint Committee on Powder Diffraction Standards). Para facilitar la identificación de las fases cristalinas autigénicas o secundarias fue necesario preparar muestras orientadas mediante la técnica de la pipeta, utilizando dispersiones de las muestras pulverizadas en proporción 1g:25 mL en agua y en etilenglicol, respectivamente. En este caso, las muestras se describen Figura 5. Clasificación textural de los residuos sólidos como orientada (cuando se dispersó en agua), glicolada inferiores a 2 mm (Shephard, 1954). (cuando se dispersó en etilenglicol y posteriormente se orientó) y calcinada (tratada a una temperatura de 300°C Caracterización química y orientada). La composición química de los residuos sólidos establecida mediante fluorescencia de rayos X se indica en la tabla 1. ISSN 2448-6663 388 Revista TEDIQ Revista Tendencias en Docencia e Investigación en Química Año 9 2023 Número 9 https://revistatediq.azc.uam.mx ISSN 2448-6663 Destaca el elevado contenido de SiO2 con un valor Clasificación geoquímica e intemperismo promedio de 74.706%, Al2O3 con un promedio de 13.353% y K2O con un promedio de 3.382%, siendo estos La clasificación geoquímica de los residuos sólidos en componentes los de mayor concentración. En los función del %(Na2O+K2O) y %SiO2 en el diagrama de TAS elementos traza, los metales alcalinotérreos como Ba (figura 6), permitió definir su naturaleza riolítica, en (promedio de 749.20 mg/Kg) y Sr (promedio de 77.30 tanto que su clasificación en términos del %K2O y %SiO2 mg/kg), así como el metal alcalino Rb (promedio 94.90 (figura 7) varía desde riolita (dentro de la serie mg/Kg) se encuentran en mayor concentración junto con calcoalcalina) hasta riolita con alto contenido de potasio el elemento Zr. Algunos metales de transición como V, Cr, (serie calcoalcalina con alto contenido de potasio). Co, Cu, Ni, Zn, Nb y Pb presentan valores promedio inferiores a 30 mg/kg. 15 Fonolita Traquita Tabla 1. Composición química de los residuos sólidos: valores Tefri- 12 fonolita mínimos (Min), máximos (Max), promedio (Prom) y desviación estándar (Desv). PPC* pérdidas por calcinación. Traquidacita Fono 9 Óxidos Foidita tefrita Min Max Prom Desv Traqui- Riolita mayores Traqui- andesita Tefrita andesita (%peso) Basanita 6 basaltica SiO2 73.513 76.000 74.706 0.902 Dacita TiO2 0.090 0.213 0.133 0.048 3 Andesita Andesita Picro Basaltica Basalto Basalto Al2O3 12.522 14.630 13.353 0.699 0 Fe2O3 0.987 1.961 1.455 0.376 36 40 44 48 52 56 60 64 68 72 76 MnO 0.012 0.120 0.048 0.031 % SiO 2 MgO 0.205 0.680 0.334 0.130 Figura 6. Clasificación de las muestras en función de CaO 0.450 2.123 1.112 0.598 %(Na2O+K2O) y %SiO2 en el diagrama de TAS (Le Bas y Streckeisen, 1991). Na2O 0.620 2.688 1.839 0.673 K2O 2.514 3.980 3.382 0.483 5 P2O5 0.010 0.028 0.020 0.007 Riolita PPC* 3.160 5.760 4.005 0.828 4 Banakita K alto Dacita SERIE ALCALINA K alto Elementos Shoshonita SERIE CALCO ALCALINA K ALTO traza 3 (mg/Kg) Andesita K alto Riolita Absarokita Andesita Rb 61 117 94.90 19.145 basáltica 2 K alto Dacita Sr 21 106 77.30 31.269 Andesita Basalto SERIE CALCO ALCALINA Ba 620 1024 749.20 110.023 K alto Andesita basáltica 1 Y 14 31 22.40 4.903 Dacita Riolita Basalto K bajo K bajo Andesita Andesita Zr 44 114 71.00 21.535 basáltica K bajo Basalto K bajo SERIE K BAJO K bajo 0 Nb 8 14 11.00 1.943 45 50 55 60 65 70 75 V 10 14 10.60 1.349 % SiO 2 Cr 10 58 21.00 16.397 Figura 7. Clasificación de las muestras de acuerdo con el %K2O Co 4 4 4.00 0 y %SiO2 (Ewart, 1982). Ni 7 9 7.70 0.675 Los valores de los índices de intemperismo evaluados Cu 3 52 11.15 17.348 para la serie de muestras analizadas se indican en la tabla Zn 6 43 26.90 13.658 2. El índice de alteración química (CIA), que se relaciona con la disolución de los minerales primarios varía desde Th 7 81 23.20 25.707 53.6 a 72.4%, indicando que los residuos sólidos Pb 2 103 26.30 34.403 presentan un intemperismo químico bajo a intermedio. ISSN 2448-6663 389 Revista TEDIQ % K O 2 % (Na O+K O) 2 2 Revista Tendencias en Docencia e Investigación en Química Año 9 2023 Número 9 https://revistatediq.azc.uam.mx ISSN 2448-6663 El índice de alteración de plagioclasas (PIA), que estima el grado de transformación de los minerales más reactivos bajo condiciones ambientales, se encuentra entre 55 y 85.9% clasificándose con un PIA de moderado a intermedio. En tanto que el índice de intemperismo (CIW), que considera la transformación colectiva de las muestras, presentó valores desde 62.1 hasta 88.8%, siendo clasificado como moderado a intermedio. De manera general, las muestras se encuentran alteradas por intemperismo en un grado intermedio. Tabla 2. Índices de alteración de los residuos sólidos (%) CIA, PIA y CIW, valores mínimos (Min), máximos (Max), promedio (Prom) y desviación estándar (Desv). Índice Mín Max Prom Desv CIA 53.6 72.4 60.83 5.42 PIA 55.0 85.9 66.79 9.32 CIW 62.1 88.8 73.00 8.35 Mineralogía Norma CIPW Figura 8. Imágenes del microscopio petrográfico (40X): (a) y (c) textura vitroclástica (luz directa); (b) y (d) cristalitos y La composición mineralógica de las muestras definida globulitos de cuarzo (Q, GQ) dispersos en la matriz vítrea no mediante la norma CIPW para los minerales primarios alterada (V), zonas de vidrio alterado a minerales autigénicos refleja una abundancia de cuarzo (promedio 49.007%), (AV) y posibles zonas de plagioclasas alteradas a minerales plagioclasas como albita (promedio 16.144%) y anortita autigénicos (AP) (luz polarizada). (promedio 5.631%), así como feldespatos alcalinos como ortoclasa (21.043%), siendo corindón, hiperstena, La abundancia relativa de minerales como cuarzo, ilmenita, magnetita, apatita y zircón minerales que se feldespatos alcalinos y plagioclasas, observada en el encuentran en concentraciones inferiores al 5% en peso microscopio óptico, es congruente con las estimaciones (tabla 3). realizadas mediante la norma CIPW. Es importante mencionar que la presencia de vidrio no alterado y vidrio Microscopia óptica alterado a minerales secundarios no ha sido cuantificada de manera precisa, estimándose entre 10 y 20% de La observación de las muestras en el microscopio óptico, abundancia relativa. permitió apreciar una textura vitroclástica (luz directa y amplificaciones de 40X), además fue posible identificar Difracción de rayos X (polvos) algunos minerales piroclásticos (luz polarizada) que se encuentran en mayor proporción relativa, tales como: El patrón de difracción de rayos X característico de los cristales anhedrales y subhedrales de cuarzo, residuos sólidos se aprecia en la figura 9, siendo las feldespatos alcalinos subhedrales y cristales anhedrales principales fases cristalinas identificadas minerales de plagioclasa, mientras que, en menores primarios como cuarzo SiO2 (JCPDF 78-1252), albita concentraciones, se han identificado fragmentos de NaAlSi3O8 (JCPDF 9-0466) y sanidina KAlSi3O8 (JCPDF hematita, zircón y apatita. Destacando que todos los 80-2109), además ha sido posible observar débiles minerales están asociados a una matriz vítrea que en reflexiones asociadas a minerales secundarios como illita algunas zonas presenta una alteración significativa 2M1 (perteneciente al grupo de las arcillas y en particular (figura 8). a las micas) K0.7Al2.1(Si,Al)4O10(OH)2 (JCPDF 24-0495) y mordenita (una zeolita fibrosa) (Na2,Ca,K2)Al2Si10O247H2O (JCPDF 29-1257). ISSN 2448-6663 390 Revista TEDIQ Revista Tendencias en Docencia e Investigación en Química Año 9 2023 Número 9 https://revistatediq.azc.uam.mx ISSN 2448-6663 Tabla 3. Minerales normativos CIPW (%Peso): En este caso, aunque ha sido posible separar algunos concentraciones mínimas (Min), máximas (Max), promedio minerales primarios, aún prevalecen débiles reflexiones (Prom) y desviación estándar (Desv). Q cuarzo (SiO2), Ab albita de feldespatos alcalinos como anortoclasa, que se (NaAlSi3O8), An anortita (CaAl2Si2O8), Or ortoclasa (KAlSi3O8), traslapan con algunas de las reflexiones de illita. Cor corindón (Al2O3), Hyp hiperstena ((Fe, Mg)2Si2O6), Ilm ilmenita (FeTiO3), Mag magnetita (Fe3O4), Ap apatita 2000 I (Ca5(PO4)3OH) y Zir zircón (ZrSiO4). Mineral Min Max Prom Desv 1500 Q 44. 51 58. 36 49.0 07 4.3 28 Ab 5.48 23.41 16.144 5.8 82 An 2.17 10.91 5.631 3.132 1000 F, M I Or 15.81 24.38 21.043 2.825 Cor 1.72 9.39 4.796 2.218 M M 500 M, F Hyp 1.74 3.45 2.782 0.549 M M I, F M I Ilm 0.18 0.42 0.262 0.097 0 Mag 0.18 0.36 0.263 0.068 10 20 30 40 50 60 70 80 Ap 0.02 0.07 0.052 0.018 2  Zir 0.01 0.02 0.014 0.005 Figura 10. Patrón de difracción de rayos X para la fracción dispersa en agua y orientada, se indican las principales fases cristalinas identificadas: illita 2M1 (I), mordenita (M) y Q,I anortoclasa desordenada (F). 1000 El patrón de difracción de rayos X característico para la muestra saturada con etilenglicol y posteriormente 800 orientada se aprecia en la figura 11, destacan las principales reflexiones asociadas a illita 2M1 600 (K,H3O)Al2Si3AlO10(OH)2 (JCPDF 26-0911) y mordenita (Na2, Ca, K2) Al2Si10O24 7H2O (JCPDF 29-1257). Debido al 400 tratamiento se presentó un reordenamiento de los Q minerales autigénicos, facilitando su identificación. P,F, I, M M F 200 M I, M P,F P, F Q 800 M M F I Q P Q Q Q Q I F P P I I Q I P I 0 10 20 30 40 50 60 70 80 600 2 M Figura 9. Patrón de difracción de rayos X característico de los residuos sólidos y fases cristalinas identificadas: cuarzo (Q), I 400 albita (P), sanidina (F), illita 2M1 (I) y mordenita (M). M I, M I, M Para definir de manera objetiva la presencia de M I minerales autigénicos como illita y mordenita, se 200 analizaron muestras dispersadas en agua (para separar M M I por sedimentación los minerales más densos como cuarzo, feldespatos alcalinos y plagioclasas) y 0 posteriormente orientadas. El patrón de difracción de 10 20 30 40 50 60 70 80 rayos X característico se aprecia en la figura 10, siendo 2 Illita 2M1 (K,H3O)Al2Si3AlO10(OH)2 (JCPDF 26-0911), mordenita (Na2, Ca, K2)Al2Si10O247H Figura 11. Patrón de difracción de rayos X para la muestra 2O (JCPDF 29-1257) dispersa en etilenglicol y orientada. Se indican las principales y anortoclasa desordenada (Na,K)AlSi3O8 (JCPDF 9- reflexiones asociadas a illita 2M1 (I) y mordenita (M). 0478) las principales fases cristalinas identificadas. ISSN 2448-6663 391 Revista TEDIQ Intensidad (C/s) Intensidad (C/s) Intensidad (C/s) Revista Tendencias en Docencia e Investigación en Química Año 9 2023 Número 9 https://revistatediq.azc.uam.mx ISSN 2448-6663 Después del tratamiento a 300 °C y posterior orientación de la muestra representativa, se ha corroborado la presencia de illita 2M1 y mordenita (figura 12), así como débiles reflexiones asociadas a un feldespato alcalino como sanidina (K0.831Na0.169)AlSi3O8 (JCPDF 86-0683). Cabe mencionar que, debido al tratamiento térmico, algunas reflexiones de illita disminuyeron de intensidad, particularmente la reflexión en 10 Å (002), respecto de la muestra orientada en agua. 1200 1000 I 800 Figura 13. Micrografía de un feldespato alcalino subhedral en proceso de illitización. I M, F 600 400 M I F 200 M I F M I 0 10 20 30 40 50 60 70 80 2 Figura 12. Patrón de difracción de rayos X para la muestra tratada térmicamente a 300 °C, se observan las reflexiones asociadas a illita 2M1 (I), mordenita (M) y sanidina (F). Microscopía electrónica de barrido y microanálisis La observación de los residuos sólidos en el microscopio Figura 14. Detalle del proceso de transformación de un electrónico de barrido ha permitido identificar el origen feldespato por disolución e incipiente cristalización de illita. de illita como parte del proceso de transformación por intemperismo de los feldespatos alcalinos (figura 13), desarrollando un hábito de listones agrupados (figuras 14 y 15) o tubos radiales con puntas agudas a manera de agujas (figura 16). Las dimensiones de los cristales de illita son variables, encontrándose en el intervalo comprendido entre 1 a 10 m de longitud y 0.3 a 0.5 m de diámetro. Por lo general se encuentran depositados sobre los feldespatos, sin que exista evidencia de su coexistencia con otras arcillas precursoras o algún otro mineral primario. Este análisis es consistente con los patrones de difracción de rayos X de las figuras 10 y 12, donde las fases cristalinas de illita y feldespatos se encuentran íntimamente ligadas, dificultando su separación y purificación. Figura 15. Listones de illita depositados sobre un fragmento de feldespato anhedral. ISSN 2448-6663 392 Revista TEDIQ Intensidad (C/s) Revista Tendencias en Docencia e Investigación en Química Año 9 2023 Número 9 https://revistatediq.azc.uam.mx ISSN 2448-6663 El politipo de illita 2M1 de naturaleza detrítica es común en sedimentos y en ocasiones se combina con los politipos 1M y 1Md de carácter diagenético (Aldega y Eberl, 2005), siendo en los tres casos de estructura dioctahédrica. El desarrollo inicial de cristales de illita sobre los feldespatos alterados o parcialmente disueltos conduce al politipo 1Md que posteriormente crece y se desarrolla en forma de listones o fibras, dependiendo de la naturaleza de las soluciones circundantes, en particular de la actividad y sobresaturación con el ion potasio (Peltz et al., 2022). Tabla 4. Composición química de celda unitaria para cristales seleccionados de illita. Los cálculos de la celda unitaria se basan en 11 átomos de oxígeno, considerando una celda anhidra. Figura 16. Detalle de listones y agujas de illita coexistiendo con Todo el hierro se consideró como Fe2+ y junto con Mg y Ti se material amorfo. asignó a sitios octaédricos. Al se asignó a sitios tetraédricos (AlIV) donde Si+A l= 4, el excedente de Al se asignó a sitios El análisis químico puntual de diferentes cristales octaédricos (AlVI). asociados a las morfologías de feldespatos alcalinos permitió definir el intervalo de composición química Óxidos 1 2 3 4 5 para sus elementos a través de la siguiente expresión: (%Peso) Na0.045-0.595K0.12-0.497Ca0.025-0.50Al0.739-0.986Si3.129-3.358O8 SiO2 59.09 61.27 64.48 66.01 58.06 siendo la composición química, en la mayoría de los TiO2 0.13 -- -- 0.17 0.21 casos, una solución sólida, considerando en los extremos a anortoclasa Na K Ca Al Si O y sanidina Al2O3 27.21 27.24 21.11 21.37 26.82 0.595 0.29 0.099 0.839 3.177 8 Na0.193K0.497Ca0.12Al0.986Si3.204O8. La representación de la FeO 2.80 2.20 2.43 2.57 2.53 composición química de los diferentes cristales de MgO 1.94 1.02 4.06 3.26 2.23 feldespatos analizados se aprecia en la figura 17, donde CaO 0.81 1.05 0.97 1.08 1.36 se manifiesta un predominio de feldespatos alcalinos Na2O 0.77 2.77 1.03 0.28 1.58 sobre las plagioclasas. K2O 7.25 4.45 5.92 5.26 7.21 La composición química de los cristales de illita (con Total 100 100 100 100 100 morfología de listones) analizados se indica en la tabla 4. En este caso la composición química se encuentra entre Celda los intervalos definidos por la expresión: K0.34- Unitaria 0.57Na0.03-0.33Ca0.05-0.09(Al1.46-1.68Fe0.11-0.15Ti0.006-0.01 Mg0.09- Si 3.65 3.73 3.94 3.99 3.61 0.37) (Si3.61-3.99Al0.01-0.39)O10(OH)2, con una composición Al (IV) 0.35 0.27 0.06 0.01 0.39 química representativa: K0.57Na0.19Ca0.09 (Al1.58Fe0.13Ti Mg ) [Si Suma (T) 4.00 4.00 4.00 4.00 4.00 0.01 0.2 3.61Al0.39]O10(OH)2, donde se representa la composición de los tetraedros Al (VI) 1.63 1.68 1.46 1.51 1.58 estructurales entre corchetes y la de los octaedros entre Fe 0.15 0.11 0.13 0.13 0.13 paréntesis, con K, Na y Ca como iones interlaminares. Ti 0.006 -- -- 0.008 0.01 La fórmula química experimental de illita difiere de la Mg 0.18 0.09 0.37 0.29 0.20 fase cristalina illita 2M1 asociada a través del análisis de Suma 1.966 1.88 1.96 1.938 1.92 difracción de rayos X (figuras 9 a 12). De hecho, illita (O) corresponde a un grupo mineral con diferentes politipos, Ca 0.05 0.07 0.06 0.07 0.09 los cuales varían en composición química y en el orden Na 0.09 0.33 0.12 0.03 0.19 estructural, incluso en los casos extremos de la evolución K 0.57 0.34 0.41 0.41 0.57 cristalina, la forma más estable es la de prismas Na+K+Ca 0.71 0.74 0.59 0.51 0.85 hexagonales, siendo las fibras o listones una fase metaestable asociada al politipo 1M dioctahedral (Bauer et al., 2000). ISSN 2448-6663 393 Revista TEDIQ Revista Tendencias en Docencia e Investigación en Química Año 9 2023 Número 9 https://revistatediq.azc.uam.mx ISSN 2448-6663 Figura 19. Fibras de mordenita desarrolladas a partir de vidrio parcialmente disuelto (VA) coexistiendo con fragmentos de gel Figura 17. Representación de la composición química de los o material amorfo (AM). feldespatos alcalinos y plagioclasas en el diagrama ternario de compatibilidad de soluciones sólidas en términos del %anortita (%An), %albita (%Ab) y %ortoclasa (%Or) (Gill, 2010; Marshall, 1996). En las muestras analizadas, el desarrollo de mordenita con hábito de agujas radiales (figura 18) o fibras (figuras 19 y 20) generalmente se lleva a cabo sobre fragmentos de vidrio alterado o parcialmente disuelto, coexistiendo con material amorfo o gel. Las dimensiones de las agujas varían desde 1 a 20 m de longitud y de 0.5 a 1 m de diámetro en la sección más aguda, presentándose siempre agrupadas o en estructuras con tendencia globular. En el caso de las fibras, que son similares a cabellos, sus dimensiones varían desde 10 hasta más de 100 m de longitud y de 0.1 hasta 1 m de diámetro. Las Figura 20. Agujas radiales y fibras de mordenita coexistiendo características morfológicas de mordenita son con fragmentos de material amorfo (AM). congruentes con las reportadas en otros lugares de México (Mumpton, 1973; De Pablo-Galán, 1986; De Pablo De acuerdo con los resultados del análisis químico et al., 1996). puntual de fragmentos de vidrio y de vidrio alterado a mordenita, se calcularon las fórmulas químicas representativas considerándolos como vidrio de sílice (De Pablo et al., 2014), observándose una mayor concentración de Al en los fragmentos vítreos no alterados o ligeramente alterados por disolución (Si0.66Al0.36)Fe0.031Mg0.016Na0.056K0.085O2 en relación con el vidrio alterado a mordenita (Si0.8Al0.19)Fe0.027Mn0.002Ca0.004Na0.084K0.027O2. De esta manera, se puede establecer que la ocurrencia de mordenita tiene su origen en la disolución del vidrio volcanoclástico, donde los fluidos generados actúan como precursores para su cristalización, siendo por tanto su origen diagenético. La composición de mordenita, determinada mediante el Figura 18. Agujas radiales de mordenita desarrolladas a partir análisis químico puntual, se puede representar entre los de fragmentos vítreos parcialmente disueltos. intervalos definidos por la expresión: ISSN 2448-6663 394 Revista TEDIQ Revista Tendencias en Docencia e Investigación en Química Año 9 2023 Número 9 https://revistatediq.azc.uam.mx ISSN 2448-6663 Na2.82-7.76K0.27-3.89 Ca0.16-2.21Fe0.17-0.78Al7.93-8.19Si39.27-39.98O96, La Erionita se distingue por un hábito de fibras con siendo la variedad sódica la que prevalece, con la tendencia prismática, que inicialmente se aprecia en composición Na7.76K0.27Ca0.16Fe0.17Al8.07Si39.74O96 en el conjuntos de agregados masivos, pero que, dada su caso extremo y la variedad más potásica friabilidad. Na2.82K3.89Ca0.77Al7.93Si39.98O96 (tabla 5). Algunas fibras tienden a separarse para constituir fibras Tabla 5. Composición química de celda unitaria para fibras de prismáticas individuales (figuras 22 y 23). Las mordenita seleccionadas. Celdas unitarias ajustadas a 96 dimensiones de las fibras varían desde 1 hasta 20 m de átomos de oxígeno en condiciones anhidras (%E, error de longitud y de 0.1 a 0.3 m de diámetro, balance). aproximadamente. Las características de los cristales Óxidos 1 2 3 4 5 individuales de erionita, fibras con tendencia prismática, (%Peso) son similares a las reportadas por Harper et al. (2017). SiO2 76.98 77.66 76.66 76.11 75.94 Al2O3 12.95 13.37 13.53 13.40 13.23 Fe2O3 ----- 0.44 1.03 1.70 2.02 CaO 1.39 0.29 4.02 2.88 2.23 Na2O 2.80 7.82 3.66 3.94 4.49 K2O 5.88 0.42 1.10 1.97 2.09 Total 100 100 100 100 100 Celda Unitaria Si 39.98 39.74 39.36 39.28 39.27 Al 7.93 8.07 8.19 8.15 8.06 Fe ---- 0.17 0.39 0.66 0.78 Figura 21. Fragmento de vidrio (V) parcialmente disuelto a Na 2.82 7.76 3.64 3.94 4.50 partir del cual se desarrollan fibras de mordenita (M) y fibras K 3.89 0.27 0.72 1.30 1.38 prismáticas de erionita (E). En el centro de la imagen se aprecia Ca 0.77 0.16 2.21 1.59 1.23 un fragmento de sanidina parcialmente alterado (F). O 96 96 96 96 96 %E -3.87 -1.31 -2.27 4.63 5.99 Si/Al 5.04 4.92 4.80 4.82 4.87 Si/(Al+Fe) ---- 4.82 4.58 4.45 4.44 Además de los minerales autigénicos como illita y mordenita presentes en las muestras de residuos sólidos, se ha identificado erionita coexistiendo con mordenita (figura 21). Debido a la similitud del hábito entre illita, mordenita y erionita, resulta difícil definir su abundancia relativa mediante microscopía electrónica. Es importante mencionar que erionita no se ha identificado en los análisis de difracción de rayos X previos, dado que algunas de sus principales reflexiones se traslapan con el resto de los minerales o bien porque Figura 22. Detalle de un conjunto de fibras prismáticas de se encuentra en bajas concentraciones. erionita coexistiendo con material amorfo. ISSN 2448-6663 395 Revista TEDIQ Revista Tendencias en Docencia e Investigación en Química Año 9 2023 Número 9 https://revistatediq.azc.uam.mx ISSN 2448-6663 Agradecimientos Los autores desean expresar su agradecimiento a la IGA A. Ávila Ortiz por la elaboración del mapa y al IGA P. Salinas Téllez por su apoyo en la recolección de las muestras. Referencias Abú-Shams K., Pascal I. (2005). Características, propiedades, patogenia y fuentes de exposición del asbesto. In Anales del Sistema Sanitario de Navarra (Vol. 28, pp. 7-11). Gobierno de Navarra. Departamento de Salud. Aldega L., Eberl D. D. (2005). Detrital illite crystals Figura 23. Conjunto de fibras prismáticas de erionita, se identified from crystallite thickness measurements in aprecia la friabilidad de estas, generando fibras individuales. siliciclastic sediments. Am. Mineral., 90(10), 1587-1596. De acuerdo con el análisis puntual de fibras de erionita, Aguilar-Madrid G., Robles-Pérez E., Juárez-Pérez C. A., se ha definido la fórmula química representativa de la Alvarado-Cabrero I., Rico-Méndez F. G., Javier K. G. celda unitaria como: Na3.108K0.427Fe0.49Al6.917Si29.683O72 en (2009). Case–control study of pleural mesothelioma in su forma anhidra. La variedad de erionita corresponde a workers with social security in Mexico. American journal la forma sódica, que al igual que la composición química of industrial medicine, 53(3), 241-251. de mordenita, presenta hierro ya sea como impureza o en la estructura de su celda unitaria. De manera similar al Baris Y.I., Grandjean P. (2006). Prospective study of caso de mordenita, erionita se desarrolla a partir de los mesothelioma mortality in Turkish villages with fragmentos de vidrio parcialmente disuelto, exposure to fibrous zeolite. J. Natl. Cancer. Inst., 98(6), cristalizando a partir de las soluciones, con ello, su origen 414-417. es también diagenético. Bauer A., Velde B., Gaupp R. (2000). Experimental Conclusiones constraints on illite crystal morphology. Clay Minerals, 35(3), 587-597. El análisis mineralógico de una serie de muestras de Berry T. A., Belluso E., Vigliaturo R., Gieré R., Emmett E. residuos sólidos procedentes de una cantera en el Estado A., Testa J. R., Steinhorn G., Wallis S. L. (2022). Asbestos de Hidalgo ha permitido identificar minerales and other hazardous fibrous minerals: potential autigénicos con hábitos fibrosos: illita, mordenita y exposure pathways and associated health risks. Int. J. erionita. Illita es una mica con hábito de listones y agujas Environ. Res. Public Health, 19, 1-17. desarrollada a partir de la alteración de los feldespatos alcalinos, en tanto que mordenita y erionita son dos Carbone M., Baris Y. I., Bertino P., Brass B., Comertpay S., zeolitas con hábitos de agujas o fibras que se desarrollan Dogan A.U., Gaudino G., Jube S., Kanodia S., Partridge C.R., a partir de la disolución del vidrio volcánico. Pass H.I., Rivera Z.S., Steele I., Tuncer M., Way M., Yang H., Miller A. (2011). Erionite exposure in North Dakota and Desde la perspectiva de riesgos a la salud por exposición Turkish villages with mesothelioma. Proc. Natl. Acad. y en particular por inhalación de fibras respirables, es de Sci., 108(33), 13618-13623. especial atención considerar a los cristales de erionita, que a diferencia de illita y mordenita, tienden a separarse De Pablo L., Doval M., La Iglesia A., Soriano J. (2014). CaK- formando fibras individuales. clinoptilolite, KNa-chabazite, KNa-heulandite, KNa- erionite and Na-phillipsite from tuffaceous rocks, Debido a la dificultad para estimar la abundancia relativa Province of the Mesa Central, México. Rev. Mex. de Cienc. de los minerales autigénicos, así como su distribución en Geol., 31(1), 116-126. los residuos sólidos colectados, se considera establecer las estrategias analíticas para atender estas limitaciones De Pablo-Galán L. (1986). Geochemical trends in the en el futuro inmediato y con ello, mejorar el trabajo alteration of Miocene vitric tuffs to economic zeolite realizado. deposits, Oaxaca, Mexico. Appl. Geochemistry, 1(2), 273- 285. ISSN 2448-6663 396 Revista TEDIQ Revista Tendencias en Docencia e Investigación en Química Año 9 2023 Número 9 https://revistatediq.azc.uam.mx ISSN 2448-6663 De Pablo-Galán L., Chávez-García M.L., Cruz-Sánchez M. Gopar-Nieto R., Cabello-López A., Juárez-Pérez C.A., Haro- (1996). Sedimentary zeolites in the Sierra Madre del Sur García L.C., Jiménez-Ramírez C., Aguilar-Madrid G. and Sierra Madre Occidental, México. Rev. Mex. de Cienc. (2016). 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