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Red de Revistas Científicas de América Latina y el Caribe, España y Portugal
Rev. Int. Contam. Ambient. 22 (1) 5-19, 2006
INFLUENCIA DE EMISIONES INDUSTRIALES EN EL POLVO ATMOSFÉRICO
DE LA CIUDAD DE SAN LUIS POTOSÍ, MÉXICO
Antonio ARAGÓN-PIÑA
1
, Arturo A. CAMPOS-RAMOS
1
, Roberto LEYVA-RAMOS
2
,
Martha HERNÁNDEZ-ORTA
2
, Nicolás MIRANDA-ORTIZ
1
y Antoni LUSZCZEWSKI-KUDRA
2
1
Instituto de Metalurgia, Universidad Autónoma de San Luis Potosí, Av. Sierra Leona 550, Col. Lomas 2ª Secc.
San Luis Potosí 78210 S.L.P. Correo electrónico: aragon@uaslp.mx
2
Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Autónoma de San Luis Potosí
(Recibido noviembre 2005, aceptado febrero 2006)
Palabras clave: partículas atmosféricas, emisiones antrópicas, elementos pesados, microscopía electrónica
RESUMEN
La ciudad de San Luis Potosí, México, se ha desarrollado alrededor de una gran acti-
vidad industrial minero-metalúrgica con más de un siglo de operaciones que han
incrementado los niveles de contaminación por partículas con elementos pesados lo
que ha provocado problemas de salud en la población, atribuidos exclusivamente a las
refinerías de cobre y zinc de la ciudad. Sin embargo, el alto desarrollo industrial ha
dado lugar al establecimiento de otras empresas importantes situadas en una zona
industrial cuya ubicación está diametralmente opuesta a la zona minero-metalúrgica,
que también ha contribuido considerablemente en la generación de partículas conta-
minantes. La medición de los niveles de contaminación por partículas suspendidas
totales y elementos pesados, ha proporcionado información global cuantitativa, sin
embargo, estos estudios no aportan información específica de las características in-
dividuales de las partículas antrópicas y por tanto, no es posible asociar a tipos espe-
cíficos de fuentes contaminantes. La contribución de este trabajo es revelar las ca-
racterísticas morfológicas y de composición química de las partículas atmosféricas,
a través de técnicas de microscopia electrónica, lo que ha permitido asociarlas a
tipos específicos de emisiones industriales. Con el objeto de comparar y confirmar
la procedencia de las partículas atmosféricas antrópicas también se realizaron análi-
sis de algunas emisiones industriales por las mismas técnicas.
Key words: airborne particles, anthropogenic emissions, heavy metals, electron microscopy
ABSTRACT
The city of San Luis Potosí, México, has grown in an area of intense metallurgic
activity with more than a century of operations. This metallurgic activity has an im-
pact on the pollution levels for heavy metals particles resulting in health problems in
the population, that have been attributed exclusively to the copper and zinc refineries
of the city. However, the high industrial development has given place to other impor-
tant industries located in an area opposed to the location of the metallurgic zone.
This industrial area has also considerably contributed to the generation of polluting
particles. The measurements of pollution levels of total suspended particles and heavy
A. Aragón-Piña
et al.
6
elements has provided quantitative global information, nevertheless, these studies do
not generate specific information on the morphology and chemical composition of
the anthropogenic particles, and therefore, it is not possible to associate them to
specific types of polluting sources. The aim of this work is to reveal the morphologi-
cal characteristics and chemical composition of the anthropogenic airborne particles,
through electron microscopy techniques, which allow the association with specific
industrial emissions. To compare and confirm the origin of the anthropogenic air-
borne particles, the characterization of some industrial emissions with the same
methodology, has also been carried out.
INTRODUCCIÓN
La ciudad de San Luis Potosí se localiza a
22°09’10’’ latitud Norte y a 100°58’38’’ longitud
Oeste, en la parte central de México (
Fig. 1
). El cli-
ma es de tipo templado seco, su altitud es de 1877
m.s.n.m., predominan las rocas clásticas de origen
aluvial, con una vegetación predominante de mato-
rral crasicaule-espinoso. La topografía de la ciudad
es bastante plana y forma parte de un gran valle
(Medellín
et al
. 1988).
La ciudad posee una larga tradición en la activi-
dad metalúrgica. Desde el inicio del siglo XX, se ins-
taló al noroeste de la ciudad una refinería de cobre
que llegó a ser la más importante a nivel nacional.
Desde entonces, en esta refinería se han procesado
mineral y concentrados sulfurosos procedentes de
todo el país. En l982 se instaló una refinería de zinc
que es actualmente una de las de mayor producción
nacional y una de las más importantes en América
Latina. Desde entonces, la ciudad de San Luis Poto-
sí ha crecido alrededor de una intensa actividad mi-
nero-metalúrgica. Dentro de este ramo, tan sólo en el
estado de San Luis Potosí existen 25 empresas que a
nivel nacional, colocan a la entidad en el primer pro-
ductor de fluorita, en la producción de zinc ocupa el
segundo, el tercer lugar en la concentración y fundi-
ción del cobre, octavo lugar en la producción de plo-
mo, noveno en plata y décimo en oro (INEGI 1999).
Lo anterior conlleva a importantes actividades indus-
triales en la ciudad principalmente en empresas de la
transformación de minerales metálicos no ferrosos.
La ciudad capital también cuenta con dos áreas
específicas para el establecimiento de las industrias,
situadas ambas al sureste, y es lo que constituye la
Zona Industrial. La primera sección se inauguró en
octubre de 1963 y cuenta con una extensión aproxi-
mada de 10,860,000 m
2
; y en septiembre de 1981,
se anexó una segunda sección de 12,831,146 m
2
de
superficie. Es de suponerse que por la gran extensión
y magnitud de numerosas industrias de esta zona,
exista influencia en la contaminación atmosférica de
la ciudad. En la Zona Industrial de la ciudad actual-
mente operan mas de 253 empresas de las cuales
sobresalen 35 fundidoras, 50 empresas en la indus-
tria básica del hierro, acero y metales no ferrosos, 34
empresas en la producción de auto partes, y 91 em-
presas dedicadas a la industria química (químicos
básicos, hule, plásticos y productos farmacéuticos)
(SEDECO, 2004).
En años recientes se ha incrementado el estudio y
caracterización del polvo suspendido en el aire de ciu-
dades con intensa actividad industrial donde los conte-
nidos generalmente sobrepasan las normas ambienta-
les en vigor (Rojas
et al
. 1990, Aldape
et al
. 1996,
Miranda
et al
. 1994, Raga
et al
. 2001). Aunque exis-
ten muchos esfuerzos por cuantificar el tipo de conta-
minantes, poco se ha hecho por identificar las caracte-
Cd. de
México
Cd.
de San
Luis Potosí
U.S.A.
Zona Minero-
Metalúrgica
N
Ciudad de
San Luis Potosi
2 Km
escala
T
D
B
X
P
Rosa de vientos
Cd. de
México
Cd.
de San
Luis Potosí
U.S.A.
Cd. de
México
Cd.
de San
Luis Potosí
U.S.A.
Zona Minero-
Metalúrgica
N
Ciudad de
San Luis Potosi
2 Km
escala
T
T
D
D
B
B
X
X
P
P
Zona
Industrial
Rosa de vientos
Fig. 1.
Localización de las estaciones de muestreo y rosa de los
vientos
INFLUENCIA DE EMISIONES INDUSTRIALES EN POLVO ATMOSFÉRICO
7
rísticas individuales de las partículas que componen el
polvo atmosférico, y que en numerosas ocasiones po-
drían proporcionar información de la naturaleza de las
partículas (Ro
et al
. 2002, Krueger
et al
. 2003, Paoleti
et al
. 2003, Shi
et al.
2003). Actualmente, en la ciudad
de San Luis Potosí es donde se han hecho los estudios
más completos de caracterización de partículas atmos-
féricas con metales pesados (Luszczewski
et al
. 1996,
Aragón
et al
. 2000, 2002).
Entre los años de 1988 y 2002 se realizaron estu-
dios de la calidad del aire en diferentes zonas de esta
ciudad (Luszczewski
et al
. 1988, Medellín
et al
. 1988,
Aragón 1999, Aragón
et al
. 2000, 2002). Estos estu-
dios revelaron la presencia de un alto nivel de partí-
culas suspendidas en el aire. Los niveles medios del
total de partículas suspendidas (PST) y los niveles
medios para plomo, cobre, zinc, arsénico y cadmio,
excedieron los límites recomendados por la Organi-
zación Mundial de la Salud (OMS). Estudios a nivel
de salud pública en la ciudad, han revelado un eleva-
do índice de enfermedades respiratorias, dermatoló-
gicas y de hipertensión arterial, que podrían estar aso-
ciadas a la presencia de partículas con metales pesa-
dos suspendidas en el aire (Batres
et al
. 1993, Díaz-
Barriga 1999). El impacto toxicológico para los casos
de plomo, arsénico, cadmio, mercurio y otros ele-
mentos pesados es bien conocido (Corey 1982).
En San Luis Potosí los estudios de microscopía
electrónica han revelado características muy peculia-
res de las partículas atmosféricas, que desde el punto
de vista morfológico y de composición química, en
numerosas ocasiones es posible distinguir entre par-
tículas de origen natural y antrópico. Las partículas
encontradas de mayor interés contienen elementos
como plomo, cobre, arsénico, zinc y cadmio (Aragón
et al
. 2000), mismas que han sido asociadas a emi-
siones procedentes de la zona minero-metalúrgica
(Aragón
et al
. 2002).
La mayoría de los estudios de la contaminación
atmosférica llevado a cabo en la ciudad, se han enfo-
cado hacia los entornos de la zona minero-metalúrgi-
ca que ha sido la principal fuente de contaminación
de la ciudad, en donde el tipo de partículas atmosfé-
ricas contaminantes presentan relación directa con
las emisiones de la refinería de cobre, sin embargo,
hasta ahora no ha sido determinado el impacto de las
emisiones de partículas a la atmósfera, de la relativa-
mente reciente zona industrial de la ciudad, en donde
predominan las industrias del ramo del acero y metal
mecánico. La identificación de los diferentes tipos de
partículas emitidas por la Zona Industrial, es esencial
para poder asociar a las actividades industriales reali-
zadas y establecer el impacto ambiental.
MATERIALES Y MÉTODOS
Para determinar las características individuales de
las partículas antrópicas y naturales, se colectaron
partículas PST, de las cuales se consideraron exclu-
sivamente las partículas con tamaños iguales o infe-
riores a 10 micrómetros. Las partículas fueron colec-
tadas en la ciudad de San Luis Potosí de mayo de
2003 a abril de 2004. Para la ubicación de las esta-
ciones de muestreo se consideraron cuatro puntos
identificados como B, D, X y P situados estratégica-
mente en zonas habitadas alrededor de la Zona In-
dustrial (
Fig. 1
). Se consideró la influencia de las
condiciones meteorológicas para lo cual se tomaron
en cuenta los datos de los últimos 10 años en donde
las condiciones han sido similares año con año, con-
diciones que se repitieron durante el periodo de mues-
treo. Además, se consideró otro punto de muestreo
situado en la zona boscosa principal de la ciudad,
conocido como el Parque Tangamanga I, intermedio
entre la Zona Industrial y la zona minero-metalúrgica
e identificado como T en la
figura 1
.
Los polvos atmosféricos fueron recolectados en
filtros de fibra de vidrio mediante muestreadores tipo
Alto-Volumen. Estos filtros cuentan con un pH lige-
ramente mayor a 7.5 y una eficiencia de colección de
99% de partículas de >0.3 micrómetros de diámetro.
El tiempo de recolección para cada muestra fue de
24 h continuas y con una capacidad de 1.3 m
3
/min
de aire. Los filtros fueron estabilizados antes y des-
pués del muestreo a 23 ±2 ºC y 40 ±5 % de hume-
dad relativa durante 24 h, para determinar por dife-
rencia el peso de las partículas suspendidas totales
(PST) y considerando el volumen del aire filtrado.
Conocer la concentración durante el periodo de estu-
dio, además de los niveles de PST, también se deter-
minaron las concentraciones de Pb, As, Cd, Ni, Fe,
Mn y Cu por espectrometría absorción atómica
(EAA), con un equipo marca Varian modelo AA-220.
El análisis implicó una previa disolución ácida de la
muestra con mezcla del ácido nítrico (85%) y
perclórico (15%).
Para determinar posibles asociaciones entre ele-
mentos, se realizó un análisis estadístico por compo-
nentes principales (ACP), a partir de los datos de
concentraciones de elementos obtenidos por EAA
(Karue y col., 1992; Aragón y col., 2000), para lo
cual se usó el software XlstatPro y el procedimiento
de rotación Varimax para el análisis de factores.
Se empleó la técnica de difracción de rayos X
(DRX) para caracterizar las fases mayoritarias con-
tenidas en los polvos atmosféricos recolectados, para
lo cual se reunieron cantidades suficientes juntando
A. Aragón-Piña
et al.
8
pequeñas porciones de muestras representativas, co-
rrespondientes a dos de los sitios de muestreo: el sitio
más cercano a la Zona Industrial (P), y el punto mas
alejado que corresponde al Parque Tangamanga I (T).
Se empleó un difractómetro de polvos marca Rigaku
modelo D MAX-2200.
Para la microscopía electrónica de barrido (SEM),
se tomó una porción del filtro y las partículas fueron
arrastradas usando etanol mediante un lavado muy
suave para no desprender las fibras del filtro, y pos-
teriormente secar las partículas en una estufa a 30°C
durante 2 horas. Posteriormente las partículas fue-
ron montadas sobre soportes con película de grafito
y adherente para luego aplicar una capa de carbón
conductor para su análisis por microscopía electróni-
ca de barrido (SEM).
La morfología, tamaño y composición química de
las partículas fue determinada por SEM con un siste-
ma acoplado de microanálisis de energía dispersa
(EDS). El equipo utilizado fue un microscopio elec-
trónico de barrido marca Philips modelo XL-30, equi-
pado con detectores de imagen de electrones secun-
darios y retrodispersados, y para el microanálisis, se
empleó un EDS con detector de Si(Li) de 30 mm
2
marca EDAX modelo DX4. Los espectros de ener-
gía dispersa de rayos X fueron obtenidos a 20 KV
del SEM con un tiempo de adquisición de 60 s y una
rapidez de conteo entre 1000 y 2000 cps.
Se analizaron con especial énfasis aquellas partí-
culas con características antrópicas como las que con-
tienen elementos pesados, carbón, y todas aquellas
distintas correspondientes a los minerales comunes
de la corteza terrestre. Cabe señalar que el sustrato
de grafito del portamuestras y el recubrimiento, no
interfieren en el análisis de partículas con carbón y
tampoco ocultan los detalles morfológicos.
Mediante estas técnicas, con base a la composi-
ción química, cada tipo de partículas fue asociado, a
un determinado compuesto químico o fase mineral.
Para esto, también se relacionó la especial morfolo-
gía que presentan las especies minerales comunes
como son su textura, clivajes y cristalización.
Se analizaron 1555 partículas con características
antrópicas y con presencia de metales pesados. Estas
partículas formaron parte de 65 muestras recolecta-
das a lo largo de un año, las cuales se observaron
mediante imágenes de electrones retrodispersados y
secundarios para identificar principalmente las partí-
culas con elementos pesados y características
antrópicas. La composición química de cada partícu-
la se obtuvo mediante microanálisis por EDS.
Se capturaron también emisiones de chimeneas y
de procesos industriales por deposición directa de las
emisiones, sobre portamuestras preparados para ser
analizados por las mismas técnicas.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Partículas suspendidas totales y concentración de
metales pesados
La influencia de los vientos y el clima semidesérti-
co de la ciudad favorecen la resuspensión de partícu-
las en el aire, y en la Zona Industrial la resuspensión se
ve también favorecida por el altos tránsito vehicular
que presenta, lo cual explica los elevados niveles de
PST obtenidos, con una media aritmética anual de
483
µ
g/m
3
, considerando las cuatro estaciones de mues-
treo durante el periodo de estudio. Como se observa,
estos niveles son muy elevados si se compara contra
el límite máximo permitido que es de 90
µ
g/m
3
, pro-
puesto por la OMS ó de 75
µ
g/m
3
de acuerdo a la
Norma Oficial Mexicana NOM-024-SSA-1993.
La estación del Parque Tangamanga (T) reportó
una media aritmética anual de PST de 164 μg/m
3
,
que resulta también elevada a pesar de que es la esta-
ción más alejada de las actividades industriales. En el
cuadro I
se indican los niveles de obtenidos en cada
estación de monitoreo.
También se obtuvieron los niveles de algunos ele-
mentos pesados por absorción atómica, como Fe, Pb,
Mn, Ni, Cu, Cd y As para todas las estaciones de
muestreo (
Cuadro II
). En general, para la Zona In-
dustrial,
los niveles de metales pesados resultaron
mayores con respecto a los niveles que se presentan
en el Parque Tangamanga, sin embargo, en esta esta-
ción se encontró un elevado nivel de arsénico debido
a una importante contribución de la zona minero
Zona Industrial
Parque
Límite permisible
Tangamanga
(OMS)
B
D
X
P
Promedio
T
694.4
308.5
679.8
249.4
483.0
164.4
90
CUADRO I
. CONCENTRACIÓN MEDIA ANUAL DE PST
(
µ
g/m
3
)
INFLUENCIA DE EMISIONES INDUSTRIALES EN POLVO ATMOSFÉRICO
9
metalúrgica (Aragón
et al
. 2002) y lo mismo sucede
con los niveles de cobre y plomo. Según se muestra
en el
cuadro II
, los niveles de metales pesados resul-
tan muy elevados con respecto a los límites permisi-
bles recomendados por la OMS, por ejemplo, en el
caso del Cu en el área de la Zona Industrial, su con-
centración se eleva hasta 3.31μg/m
3
mientras que la
concentración permisible es de 0.6 μg/m
3
; y resulta
notable la concentración del As en el Parque
Tangamanga, que se eleva hasta 0.30 μg/m
3
mientras
que su límite permisible es de 0.01 μg/m
3
.
Análisis estadístico por componentes principales
Para el ACP se procesaron 1694 datos de análisis
químicos por EAA correspondientes a siete elemen-
tos analizados en 242 muestras de polvo atmosféri-
co. En la matriz de correlación obtenida y de acuer-
do con los valores más significativos, se aprecia una
mayor relación entre pares de elementos como Pb-
Mn (0.803), Mn-Ni (0.804) y otras de menor magni-
tud entre el Cd-As (0.545), Fe-Mn (0.540) y Pb-Ni
(0.629) (
Cuadro III
), lo que implica una posible re-
lación con procesos de fundición.
Para realizar el análisis por factores se consideró
que el porcentaje o porción de la varianza acumulada
fuera mayor a 75% de acuerdo al criterio de selec-
ción de número de factores, por lo cual se considera-
ron los tres primeros factores sucesivos para el análi-
sis factorial (
Cuadro IV
).
Una vez determinado el número de factores, se
construyeron dos gráficas ortogonales correspon-
dientes al análisis de factores con rotación. La in-
terpretación gráfica de los planos factoriales se mues-
tra en la
figura 2
, en donde las variables de Cd y As
estadísticamente corresponden a variables asocia-
das, y similarmente ocurre para las variables de Pb,
Mn y Ni. Para el caso del Fe resulta ser una varia-
ble estadísticamente poco independiente, y podría
considerarse mayormente como variable libre o tam-
bién tener posibles asociaciones con las variables
anteriores, en cambio, la variable correspondiente a
Cu resulta independiente al no presentar asociacio-
nes.
Las altas concentraciones de As y Pb en el aire
son originadas principalmente por la fundición de co-
bre y el proceso de tostado de arsénico en la zona
minero-metalúrgica; además, en la Zona Industrial,
por procesos de fundición de calcinas ricas en plo-
mo, así como el reciclado de baterías, de empresas
del perfil de enseres para el hogar (fabricación de
estatores), y de circuitos eléctricos. Las altas con-
centraciones de Cd se deben principalmente a la pre-
sencia de partículas de As-Cd emitidas por procesos
de fundición de calcinas ricas en plomo en la Zona
Industrial, en donde el cadmio constituye asociacio-
nes directas con plomo y arsénico, lo cual se corro-
bora con los resultados obtenidos por el análisis esta-
dístico ACP, en donde se encontró la asociación de
las variables de As-Cd.
Análisis global por difracción de rayos X
Mediante DRX se encontró que para el punto P,
las fases más importantes por orden de abundancia
corresponden a fluorita (CaF
2
), calcita (CaCO
3
), cuar-
zo (SiO
2
), microclina (KAlSi
3
O
8
) y yeso (CaSO
4
·
2H
2
O) (ver
Fig. 3a
). Para el punto T, las fases de-
tectadas corresponden a cuarzo (SiO
2
), calcita (CaCO
3
),
yeso (CaSO
4
·
2H
2
O), fluorita (CaF
2
), microclina
(KAlSi
3
O
8
) y albita (NaAlSi
3
O
8
) (
Fig. 5b
). De estos
resultados cabe destacar la presencia de fluorita como
una de las fases principales en la estación P y que
también se detecta en la estación del Parque
Estación
Fe
Pb
Mn
Ni
Cu
Cd
As
B
9.34
0.42
0.45
0.09
3.31
0.13
0.38
D
4.97
0.24
0.18
0.06
1.13
0.09
0.25
X
8.18
0.20
0.26
0.09
1.31
0.08
0.28
P
4.66
0.17
0.14
0.08
1.03
0.03
0.12
Promedio Zona Industrial
6.79
0.26
0.26
0.08
1.70
0.09
0.26
T
1.51
0.23
0.05
0.04
1.30
0.04
0.30
Límite permisible (OMS)
32.0
0.20
1.00
0.025
0.60
0.01
0.01
CUADRO II.
CONCENTRACIÓN MEDIA ANUAL DE ELEMENTOS PESADOS (
µ
g/m
3
)
Fe
Pb
Mn
Ni
Cu
Cd
As
Fe
1
Pb
0.157
1
Mn
0.540
0.803
1
Ni
0.499
0.629
0.804
1
Cu
0.058
0.097
0.180
0.109
1
Cd
0.413
0.285
0.245
0.253
-0.030
1
As
0.284
0.363
0.232
0.219
-0.015
0.545
1
CUADRO III.
MATRIZ DE CORRELACIÓN
A. Aragón-Piña
et al.
10
Antes de rotación
Después de rotación
Magnitud
% varianza
% acumulada
% varianza
Valor 1
3.174
45.3
45.3
37.1
Valor 2
1.301
18.6
64.0
25.6
Valor 3
0.928
13.3
77.2
14.5
Valor 4
0.846
12.1
89.3
0.0
CUADRO IV.
VALORES ABSOLUTOS Y PORCENTAJE DE DISTRIBUCIÓN
DE VARIANZA
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
-1
-0.5
0
0.5
1
As
Cd
Cu
Ni
Mn
Pb
Fe
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
-1
-0.5
0
0.5
1
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
-1
-0.5
0
0.5
1
Fe
Pb
Mn
Ni
Cu
Cd
As
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
-1
-0.5
0
0.5
1
Factor 1 (37 %)
Factor 2 (26 %)
Factor 2 (26 %)
Factor 3 (14 %)
Fig. 2.
Planos factoriales 1-2 y 2-3 con rotación que representan a las variables del análisis de factores de 1694 datos de análisis
químicos por absorción atómica
Cz
Cz
Cz
Cz
Cc
Cc
Cc
Cc
F
F
F
F
Cz
Y
Y
F
F
M
a
Cz
Cz
Cz
Cz
Cc
Cc
Cc
Cc
F
F
F
F
Cz
Y
Y
F
F
M
a
Cz,
Cz
Cc
M
F
A
M
A
Cz
Cc
Cc
Cc
F
F
Cz
F
Cz
Cz
0
b
Cz,
Cz
Cc
M
F
A
M
A
Cz
Cc
Cc
Cc
F
F
Cz
F
Cz
Cz
0
b
4000
20
30
40
50
60
70
80
90
2-Theta
10
20
30
40
50
60
70
80
90
2-Theta
Intensidad (cps)
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
10
4000
Intensidad (cps)
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
a
b
Fig. 3.
Patrones de difracción de rayos X de los polvos atmosféricos de (a) de la estación P del entorno de la Zona Industrial, (b) de la
estación Parque Tangamanga. Fluorita (F), cuarzo (Cz), calcita (Cc), microclima (M), yeso (Y), albita (A)
INFLUENCIA DE EMISIONES INDUSTRIALES EN POLVO ATMOSFÉRICO
11
Tangamanga. Es indudable la influencia que tiene la
Zona Industrial en cuanto a la presencia de partículas
de fluorita en el aire de la ciudad, pues efectivamente
en esta zona se realizan actividades de transporte,
molienda y almacenamiento al aire libre de este mine-
ral, lo cual explica la elevada concentración de fluorita
en el aire.
Caracterización de partículas atmosféricas antrópi-
cas por SEM
a) Zona Industrial de la ciudad de San Luis Potosí
En los cuatro puntos de muestreo situados alrede-
dor de la Zona Industrial (estaciones B, D, X y P), las
partículas de tipo antrópico fueron clasificadas en gru-
pos acuerdo a su composición química y morfología.
Se encontraron varios tipos de partículas con un metal
pesado dominante, lo que permitió su clasificación en
partículas ricas en hierro, cobre, plomo, arsénico, zinc,
níquel, estaño, aluminio, molibdeno y bismuto. Ade-
más hubo abundancia anormalmente alta de partículas
de fluorita, lo cual concuerda con el estudio de DRX,
y conlleva a clasificar estas partículas como antrópicas.
La abundancia de partículas de fluorita tiene su expli-
cación, ya que el mineral de fluorita es transportado
hacia la Zona Industrial en donde se tritura y almacena
al aire libre. También se encontraron abundantes par-
tículas de residuos de la quema de combustóleo cons-
tituidas por carbón y azufre con trazas de vanadio y
níquel, y que poseen una morfología esférica y porosa
por la salida de gases resultantes durante la combus-
tión (Aragón
et al
. 2000), además, se encontró otro
tipo de partículas esferoidales constituidas por fosfatos
de calcio.
La clasificación de estos grupos de partículas an-
trópicas se muestran en el
cuadro V
, en donde se
indica su proporción relativa y tipo de morfología, y
corresponden a 1555 partículas con características
antrópicas y/o con elementos pesados. En la
figura 4
se presentan algunas fotomicrografías de las partículas
antrópicas más representativas.
b) Zona boscosa Parque Tangamanga
En esta zona se encontró la abundancia de partícu-
las atmosféricas de origen biológico, como fragmentos
de plantas e insectos, y principalmente polen (
Fig. 5
).
Sin embargo, en esta zona también se encontró la pre-
sencia de partículas antrópicas del tipo que se detecta-
ron en la Zona Industrial, y corresponden principal-
mente a partículas de fluorita, residuos de la quema
de combustóleo, y partículas esféricas de ferritas
(
Fig. 6
). Además, se encontraron otros tipos de par-
tículas antrópicas, que de acuerdo a su morfología y
composición química, corresponden a partículas de
cobre metálico, sulfatos de plomo y trióxido de arséni-
co (
Fig. 6)
y de acuerdo con estudios realizados ante-
riormente (Aragón
et al
. 2000, 2002), las característi-
cas de las partículas indican que su procedencia es la
zona minero-metalúrgica, ubicada al NW de la ciudad.
La abundancia de partículas antrópicas en esta zona
boscosa relativamente alejada de la Zona Industrial, se
explica por los vientos dominantes durante la mayor
parte del año, provenientes del E y ENE, que trans-
portan las partículas antrópicas hacia el Parque
Tangamanga. Por otra parte, y aunque en menor pro-
porción, también existe la influencia de vientos proce-
dentes del WSW y del N, principalmente durante el
periodo invernal, lo cual explica la presencia de conta-
minación procedente de la zona minero-metalúrgica.
Caracterización por SEM de partículas emitidas
por fuentes industriales
Las partículas atmosféricas de tipo antrópico más
abundantes fueron comparadas directamente con las
emitidas por algunas fuentes contaminantes de la Zona
Industrial. Se realizaron muestreos directos en chi-
meneas y en procesos industriales. El propósito de
estos muestreos fue identificar a las fuentes indus-
triales que originan los tipos característicos de partí-
culas antrópicas. Para este estudio se comprendieron
emisiones de industrias del acero, automotriz, llante-
ra, farmacéutica, enseres para el hogar, metal-mecá-
nica, pailería y fundición de aluminio y bronce; asi-
mismo, se realizaron muestreos en chimeneas de in-
dustrias en donde utilizan combustóleo o aceite como
combustibles. Adicionalmente, se estudió una mues-
tra del proceso de tostado de arsénico de la refinería
de cobre de la zona minero-metalúrgica ubicada al
noroeste de la ciudad.
En la
figura 7
se muestran algunas imágenes de
algunos de los tipos de partículas más abundantes, en
donde (a), (b), (c), (d) y (e) pertenecen a empresas de
la Zona Industrial, (a) corresponde a óxido de hierro
(ferrita) de una pailería, en (b) las pequeñas partículas
esféricas son óxidos de hierro-zinc y corresponden a
industrias del acero. En (c) se muestra una partícula
de residuo de la quema de combustóleo, constituida
por carbón-azufre con trazas de vanadio y níquel, de
una fundidora de bronce que utiliza este combustible y
que es muy usado dentro de la Zona Industrial. En (d)
la partícula esférica de fosfato de calcio corresponde
al tipo de partículas que se desprenden de industrias
que emplean como combustible aceite automotriz usa-
do, en este caso las fundidoras de bronce y alumi-
nio; y finalmente, (e) pertenece a una partícula de
aluminio proveniente de una industria de neumáti-
cos. Las partículas de (f) son de emisiones de la
A. Aragón-Piña
et al.
12
Grupo
Abundancia
Subgrupos
Morfología de
%
elemento
relativa
partícula
Partículas
dominante
(%)*
*
Ricas en Hierro
21.41
Ferritas
Esférica
8.31
Óxido de Fe
Irregular
6.48
Óxidos de Fe-Zn
Irregular
1.47
Óxidos de Fe-Mn
Irregular
1.47
Óxidos de Fe-Cu
Irregular
0.81
Aleaciones Fe-Cr
Irregular
1.18
Fe metálico
Irregular
0.88
Óxidos de Fe-Ti
Irregular
0.44
Aleaciones Fe-Ni
Irregular
0.37
Carbón-Azufre
20.75%
Carbón-azufre con trazas
Esférica y porosa
20.75
de V y Ni
Ricas en Calcio
17.29%
**Fluorita
Forma mineral común
15.97
Sulfatos de calcio
Cristales aciculares y tabulares
0.88
Fosfatos de calcio
Esférica
0.44
Ricas en Cobre
16.92%
Cu metálico
Esférico
10.89
Óxidos de Cu
Irregular
3.09
Sulfatos de Cu
Irregular
0.88
Sulfuros de Cu
Irregular
0.66
Aleaciones Cu-Zn
Irregular
0.37
Aleaciones Cu-Ag
Irregular
0.22
Óxidos de Cu-As
Irregular
0.07
**Calcopirita (CuFeS
2
)
Forma mineral común
-
**Cobre nativo
Forma mineral común
0.74
Ricas en Plomo
9.35%
Óxidos de Pb
Irregular
2.65
Sulfatos de Pb-Zn
Irregular
2.65
Sulfatos de Pb
Agregados globulares
1.18
Arseniatos de Pb
Agregados globulares
0.96
Cloruros de Pb
Irregular
0.88
Sulfatos de Pb-Cu
Irregular
0.74
Aleaciones Pb-Sn
Agregados redondeados
0.29
Ricas en Arsénico
5.74%
Trióxido de Arsénico
Cristales octaédricos
5.74
Ricas en Zinc
3.10%
Sulfatatos de Zn
Irregular
1.77
Óxidos de Zn-Fe
Irregular
0.74
Óxidos de Zn-As
Irregular
0.07
**Esfalerita ((Zn,Fe)S)
Forma mineral común
0.52
Ricas en Níquel
2.06%
Ni metálico
Irregular
1.40
Aleaciones Ni-V
Esférica
0.22
Aleaciones Ni-Zn
Irregular
0.22
Aleaciones Ni-Fe
Irregular
0.22
Ricas en Estaño
1.90%
Óxidos de Estaño
Irregular
1.47
Aleación Sn-Pb
Agregados redondeados
0.22
Cloruros de Sn
Irregular
0.07
Aleación Sn-Zn
Irregular
0.07
Sulfuros de Sn
Irregular
0.07
Ricas en Aluminio
0.88%
Óxidos de Aluminio
Irregular, laminar
0.52
Óxidos de Al-Si
Esférica
0.22
Aleación Al-Cu
Irregular
0.07
Fluoruro de Al
Redondeada
0.07
Ricas en Bario y
0.37%
**Barita (BaSO
4
)
Forma mineral común
0.15
Estroncio
**Celestita (SrSO
4
)
Forma mineral común
0.15
**Whiterita (BaCO
3
)
Forma mineral común
0.07
Ricas en Bismuto
0.15%
**Bi metálico
Laminar
0.15
Ricas en Molibdeno
0.07%
**Molibdenita (MoS
2
)
Laminar
0.07
CUADRO V.
CLASIFICACION DE PARTICULAS ATMOSFÉRICAS ANTRÓPICAS ENCONTRADAS EN
EL ENTORNO DE LA ZONA INDUSTRIAL
* En número de partículas
** Se consideran antrópicas por su anormal abundancia relativa en el aire
INFLUENCIA DE EMISIONES INDUSTRIALES EN POLVO ATMOSFÉRICO
13
a
b
c
Fig. 4.
Fotomicrografías y microanálisis EDS de partículas atmópicas antropogénicas de la Zona Industrial de la ciudad de San Luis
Potosí: (a) ferrita, (b) partícula de carbón-azufre con trazas de vanadio y níquel, (c) partícula de fluorita
A. Aragón-Piña
et al.
14
d
e
f
Fig. 4.
(Continuación) Fotomicrografías y microanálisis EDS de partículas atmópicas antropogénicas de la Zona Industrial de la ciudad
de San Luis Potosí: (d) cobre metálico, (e) partícula sulfatos de plomo, (f) partícula de trióxido de arsénico y antimonio
INFLUENCIA DE EMISIONES INDUSTRIALES EN POLVO ATMOSFÉRICO
15
g
h
i
Fig. 4.
(Continuación) Fotomicrografías y microanálisis EDS de partículas atmópicas antropogénicas de la Zona Industrial de la ciudad
de San Luis Potosí: (g) partícula de níquel, (h) partícula esférica de fosfato de calcio, (i) partícula de aluminio
A. Aragón-Piña
et al.
16
refinería de cobre de la zona minero-metalúrgica,
aquí la partícula octaédrica es trióxido de arsénico y
las partículas globulares de menor tamaño correspon-
den a sulfatos de plomo.
Se observa una gran similitud entre las partículas
obtenidas de fuentes industriales con las partículas
atmosféricas de tipo antrópico, lo cual permite
asociarlas de manera directa con algunos tipos de
fuentes contaminantes industriales, la similitud com-
prende tanto aspectos morfológicos como de com-
posición química de las partículas.
Las altas concentraciones de cobre se deben a la
presencia de partículas de cobre metálico, que es
emitido por procesos de fundición de bronce ubica-
dos en la Zona Industrial.
CONCLUSIONES
La ciudad de San Luis Potosí se ha destacado
tradicionalmente por la intensa actividad minero-me-
talúrgica la cual ha tenido impacto en la contamina-
ción del aire por partículas, sin embargo, en este
trabajo se demuestra que la relativamente reciente
Zona Industrial ubicada al oriente de la ciudad, ha
contribuido de manera importante a incrementar la
contaminación por partículas en el aire de la ciudad.
Las técnicas de SEM con microanálisis acoplado
EDS, resultan ser una herramienta muy valiosa para
la identificación del tipo de partículas atmosféricas
contaminantes. La identificación de los tipos de mor-
fología y composición química aporta valiosa infor-
mación para establecer si es de origen natural o
antrópico en un gran número de casos.
El tipo de partículas atmosféricas antrópicas di-
fiere dependiendo del tipo de industrias establecidas
en determinadas zonas dentro de la ciudad, lo cual
permitió asociar a ciertos tipos de fuentes emisoras
contaminantes de la ciudad de San Luis Potosí.
Es muy importante el conocer las características
individuales de las partículas contaminantes que emi-
te un tipo determinado de industria, para que de esta
manera, se pueda establecer plenamente la proce-
dencia o por lo menos el tipo de fuente, que origina
cierto tipo de partículas contaminantes del aire.
Uno de los tipos de partículas atmosféricas que
destacan por su abundancia corresponde a fluorita y
sobre todo en los alrededores de la reciente Zona
Industrial. Su presencia se debe a que dentro esta
zona es transportado, triturado y molido este mineral
el cual está expuesto al medio ambiente y es disper-
sado por los vientos.
Las direcciones de los vientos dominantes de la
ciudad varían durante el transcurso del año, de los
cuales destacan los que provienen del E y ENW que
dispersan la contaminación de la Zona Industrial ha-
cia la zona urbana de la ciudad, y en menor grado se
da la influencia de vientos provenientes del WSW y
del N que transportan las partículas antrópicas de la
zona minero-metalúrgica hacia la zona urbana de la
ciudad. Lo anterior explica el hecho de que la princi-
pal zona boscosa, ubicada entre las dos zonas indus-
triales, se encuentre la presencia de partículas
antrópicas provenientes de ambas.
Los niveles obtenidos de PST y metales pesados
presentes en el aire de la ciudad de San Luis Potosí,
resultaron muy elevados y concuerdan con los tipos
de partículas que se detectaron por microscopía
Fig. 5.
Fotomicrografías de partículas atmosféricas de granos de polen recolectados en la estación Parque Tangamanga, en el que
domina el material biológico y natural de la corteza terrestre
INFLUENCIA DE EMISIONES INDUSTRIALES EN POLVO ATMOSFÉRICO
17
Cu
Si, Al, O, K
Cu
Si, Al, O, K
Cu
Si, Al, O, K
a
c
e
b
d
f
Fig. 6.
Fotomicrografías de partículas atmosféricas antrópicas recolectadas en la estación Parque Tangamanga: (a) partícula de fluorita,
(b) partícula de carbón-azufre, (c) partícula de ferrita, (d) partícula esférica de cobre, (e) partícula de sulfatos de plomo, (f)
partícula de trióxido de arsénico
A. Aragón-Piña
et al.
18
a
c
e
b
d
f
Fig. 7.
Fotomicrografías de partículas emitidas a la atmósfera por fuentes industriales (a), (b) industrias del acero,
(c) partícula de
residuos de la quema de combustóleo de carbón-azufre y con trazas de vanadio y níquel, (d) partícula de fosfato de calcio emitida
de la quema de aceite automotriz usado que se emplea como combustible, (e) partícula de aluminio emitida por industria llantera,
(f) partícula de trióxido de arsénico y globulares de menor tamaño de sulfatos de plomo, emitidas por la refinería de cobre
INFLUENCIA DE EMISIONES INDUSTRIALES EN POLVO ATMOSFÉRICO
19
electrónica, los cuales están directamente relaciona-
dos con las principales de actividades industriales
desarrolladas en la ciudad.
El conocimiento generado mediante este tipo de
estudios podría aplicarse como una herramienta de
control y prevención muy selectiva en beneficio de la
calidad del aire en ciudades donde se desarrolla una
intensa actividad industrial, aunque es de esperarse que
la asociación directa a fuentes emisoras industriales se
complique enormemente en megaciudades con inten-
sa actividad industrial y elevados volúmenes de emi-
sión del tránsito vehicular y de focos domésticos.
AGRADECIMIENTOS
Se agradece el apoyo otorgado por el Consejo
Nacional de Ciencia y Tecnología de México
(CONACYT) a través de los proyectos SIGHO
2002020606 y SEMARNAT 2004-C01-48, así como
la beca CONACYT No. 177848.
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