Revista UAEH

2009

Revista de avances en la investigación científica de metalurgia extractiva, materiales y geología del CIMMMySH A.C.

Colegio de ingenieros mineros, metalúrgicos de materiales y

similares del Estado de Hidalgo. A.C

"Lo que todo humano debe conocer, lo que todo mexicano debe saber, lo que todo Ingeniero debe dominar"

ISSN 1870-7297 Revista de avances en la investigación científica de metalurgia extractiva, materiales y geología del CIMMMySH A.C., 2009, número 1, volumen 1

Pachuca de Soto Hidalgo, México

[2009]

[Enero-junio 2009]

www.cimmmysh.com.mx

http://www.cimmmysh.com.mx/

PREFACIO

El texto aquí presentado, es el primero de una serie de trabajos que tiene como finalidad

ofrecer una visión amplia y diversa sobre los estadios que imperan en la actualidad en el

amplio espectro de la metalurgia extractiva, los materiales, y las ciencias de la tierra; a

través de enfoques críticos, rigurosos, informados, y científicos.

Los diferentes temas han sido desarrollados partiendo de los fundamentos de las

ciencias aludidas; se exponen cuatro temas de geología.

El primero, consiste del estudio de las rocas más antiguas del estado de Hidalgo, por

medio de la petrología metamórfica, y se consignan por vez primera condiciones de

temperatura y presión no conocidas en esta área, además, de reclasificar algunos

afloramientos. El segundo, consiste de un trabajo sobre micro estructuras en arena de

cuarzo que muestra el tipo de ambiente deposicional, y arroja interesantes datos, como el

caso de los vestigios de una glaciación ocurrida en ese lugar. El tercero, trata sobre un

trabajo de exploración geológica para ubicar un posible yacimiento de manganeso, por

medio de un modelo geológico novedoso sobre las transgresiones neojurásicas, además,

se define a una megaestructura como rift, el cuarto, trata aspectos de contaminación de

acuíferos por arsénico en el área de Zimapán, un problema de salud pública de graves

repercusiones que afecta a más de 250 millones de personas en el mundo.

También, se abordan tres temas de fuerte actualidad de metalurgia extractiva, el primero,

consiste de una caracterización de lodos residuales y su posible uso alterno, el segundo,

trata sobre un interesante estudio cinético sobre flotación Iónica de Cu y la repercusión

en la recuperación por el uso de deflectores, el tercero, es un modelo físico, utilizado para

abatir la turbulencia, por medio de una cortina de gas, en la colada de un acero en un

distribuidor de colada continua.

En lo referente a materiales, se presentan dos trabajos, uno trata sobre la

electroremediación de suelos en Zimapán, Hidalgo, México, para inertizarlos y retirar los

metales pesados, y el último es también un trabajo muy interesante y de vanguardia sobre

la síntesis de una nueva clase de dendrímeros ramificados de primera y segunda

generación con sistemas -conjugados ferrocenílicos y resorcinarenos como moléculas

centrales.

El CIMMMySH A.C. agradece la confianza y gentileza de los colaboradores de este

número primigenio con el fin de que tenga repercusión en favor del avance de las ciencias

aludidas, también, hacemos una extensiva invitación a todos los interesados para

continuar con este trabajo de forma ininterrumpida.

Los Editores

Revista de avances en la investigación científica de

metalurgia extractiva, materiales y geología del

CIMMMySH A.C.

Editada por

E. Cerecedo S.

F. Patiño C.

E. Salinas R

I. Rivera L.

Colegio de ingenieros mineros, metalúrgicos de materiales y similares del

Estado de Hidalgo. A.C

2009

ii

Colegio de Ingenieros mineros, metalúrgicos de materiales y similares del

Estado de Hidalgo A.C

Revista de avances en la investigación científica de metalurgia extractiva, materiales y geología del

CIMMMySH A.C.

México D.F. Instituto nacional de derechos de autor, dirección de reservas de derechos centro nacional del

ISSN, con fundamento en los artículos 53, fracción IV de la ley federal de derechos de Autor y 86,88,89

fracción III, 97 de su reglamento, el Instituto Nacional del Derecho de Autor le asigna el número que a

continuación se indica:

Nombre Colegio de Ingenieros mineros, metalúrgicos de materiales y similares del Estado de

Hidalgo A.C

Calle Apolo No. 102

Colonia El Chacón

Código postal 42093

Entidad federativa Mineral de la reforma, Hidalgo

Numero ISSN 1870-7297

ISSN 1870-7297

© Todos los derechos reservados al Colegio de Ingenieros mineros, metalúrgicos de materiales y similares del Estado de Hidalgo

A.C (CIMMMySH A.C)

Objetivos del Colegio de Ingenieros mineros, metalúrgicos de materiales y similares del Estado de Hidalgo,

(CIMMMySH A.C). Fomentar la ciencia y la enseñanza en los aspectos relativos a las disciplinas que cultiva el

CIMMMySH A.C, estimulando la acción de quienes destacan en dicha disciplina en el Estado de Hidalgo y en el ámbito

nacional e internacional, para fomentar el progreso social de la colectividad, mediante la investigación científica.

Los objetivos específicos del CIMMMySH A.C son: Realizar investigación, estudios científicos y de impacto social.

Con base en los estudios aludidos con anterioridad, proponer las sugerencias pertinentes y propiciar la incorporación de

nuevas concepciones, principios y técnicas que se desarrollen.

Realizar, a petición de las autoridades de las instituciones autónomas, públicas y privadas o por iniciativa propia,

investigación científica y técnica relativas a las especialidades del Colegio. Realizar e intervenir en reuniones, seminarios

y congresos en que se efectúen análisis y discusión de temas académicos. Estimular la afiliación de académicos de otros

estados de la República, para extender su acción a todo el país. Promover y en su caso, editar la publicación de trabajos

de investigación de sus académicos, cuya importancia amerite su difusión. Establecer y fortalecer las relaciones con

instituciones académicas, universidades y centros de educación superior, tanto en el país como en el extranjero, que

conlleven al logro de objetivos comunes. Crear comunicación e intercambio, con organismos nacionales y extranjeros

que tengan finalidades similares. Actividades: El Colegio, no es sólo un organismo creado para reconocer los méritos

de sus miembros; es primordialmente un centro de reflexión, activo, dinámico, independiente y autónomo; un foro de

discusión honesta sin restricciones; un cuerpo gremial de alta responsabilidad que analizará, deliberará, criticará y

debatirá y propondrá; un Colegio de excelencia consciente de su responsabilidad en la búsqueda constante de soluciones

a los problemas de la sociedad hidalguense y mexicana. Para el logro de los objetivos planteados, las distintas

Divisiones de Especialidad realizarán mesas redondas y conferencias sobre temas de interés nacional, con sus

académicos y otros miembros de la comunidad científica. El CIMMMySH A.C realizará también en forma periódica

congresos nacionales e internacionales con la participación de connotadas personalidades de distintas partes del mundo.

iii

Revista de avances en la investigación científica de metalurgia extractiva,

materiales y geología del CIMMMySH A.C. La revista de avances en la investigación científica de metalurgia extractiva, materiales y geología del

CIMMMySH A.C. Es una revista semestral, arbitrada de circulación internacional, dedicada a todos los

aspectos relativos a la metalurgia extractiva, materiales y ciencias de la tierra (particularmente la geología).

En tanto el Consejo de árbitros lo forman:

Metalurgia extractiva

Francisco Patiño Cardona, Eleazar Salinas Rodríguez, Isauro Rivera Landero, Martín Reyes Pérez, Juan

Hernández Ávila, Francisco Javier Tavera Miranda, Ramiro Escudero García

Materiales

Ana Maria Herrera González, Isabel Reyes Valderrama, Edgar Cardoso Legorreta. Miguel Pérez Labra.

Geología

Màrius Ramírez Cardona, Eduardo Cerecedo Sáenz, Abelardo Cantú Chapa, Julián Núñez Benítez, Kinardo

Flores Castro

Instrucciones para los Autores: La revista de investigación científica de metalurgia extractiva, materiales y geología del CIMMMySH

A.C.. Es una publicación semestral, que tiene como objetivo principal difundir artículos de investigación, revisiones críticas de fuerte

actualidad científica y tecnológica, además, publicaciones de interés general sobre: metalurgia extractiva, materiales, minería, y ciencias

de la tierra (Geología), con el fin de lograr mayor comunicación e integración entre los profesionales, los profesores y los estudiantes de

estas ciencias. Se publicarán en esta revista preferentemente contribuciones referentes como las siguientes: 1) Contribuciones de

investigación científica, sobre todas las áreas que cultiva el CIMMMySH A.C en su más amplio contexto, y estudios teóricos y/o

experimentales concluidos. 2) Metodología teórica y experimental. Son contribuciones referentes a la mejora de procedimientos teóricos,

computacionales o prácticos que pueden incluir técnicas, montaje y diseño de equipo e instrumentos que hayan sido desarrollados por el

autor. 3) Informes técnicos generados por estudios específicos que apliquen técnicas y procedimientos reconocidos para tal fin. 4)

Artículos originales de divulgación de las ciencias, sobre temas de la minería, metalurgia y ciencias de la tierra en México y en el mundo.

Las contribuciones sometidas a la revista de investigación del CIMMMySH serán enviadas a evaluadores quienes recomendarán a los

editores sobre la aceptación del escrito; éstas son sometidas bajo la premisa de que no han sido publicadas o enviadas a otra revista, y los

autores aceptan la completa responsabilidad de la exactitud, contenido y selección de los datos presentados. Serán publicables

contribuciones en español e inglés.

Los nombres de los evaluadores no se dan a conocer y sus comentarios se envían a los autores. Los editores, evaluadores y autores llevan

a cabo sus funciones conforme a los lineamientos éticos aceptados en los procedimientos de integración de las publicaciones científicas.

Preparación de los trabajo. Los autores podrán enviar sus contribuciones en forma electrónica en un archivo de Word a

[email protected] y anexando una carta de presentación. Los autores recibirán un acuse a lo más después de cuatro días

hábiles, de lo contrario podrán contactar directamente a los editores. Las fotos, esquemas, dibujos, fórmulas y gráficas deberán ser

capturados en al menos 600 dpi de resolución. Es recomendable que el autor envíe el material gráfico en el tamaño apropiado para su

reproducción final, considerando que aparecerá en una o dos columnas en la versión final impresa. La página 1 del artículo contendrá el

título del trabajo, los nombres y primeros apellidos de los autores, indicando con un asterisco a quien se dirigirá la correspondencia, las

instituciones de adscripción, indicando con un número en supraíndice las diferentes instituciones, y el teléfono, fax y la dirección

electrónica del autor a quien se dirigirá la correspondencia. La página 2 contendrá el resumen 80 palabras (en inglés y en español) de la

contribución y de cuatro a seis palabras clave (en inglés y en español). La organización sugerida, en caso de tratarse de un trabajo de

investigación, es: Resumen, Abstract, Introducción, Procedimiento Experimental, Resultados y Discusión, Agradecimientos y

Referencias bibliográficas. Las referencias bibliográficas se harán con números entre paréntesis rectangulares, se recomienda no incluir

bibliografía de difícil acceso, tales como reportes técnicos, memorias de eventos, tesis y resultados aún no publicados. Las figuras,

Ilustraciones, tablas, esquemas y gráficas deberán numerarse y presentarse con la leyenda correspondiente. Los autores cuyos artículos

sean aceptados recibirán electrónicamente la versión PDF de su contribución para su revisión, la cual deberá regresarse a la brevedad

posible para su impresión. En caso de errores, pueden publicarse la fe de erratas correspondiente a petición escrita del autor a los editores.

El Colegio de Ingenieros Mineros, Metalúrgicos, de Materiales y Similares del Estado de Hidalgo A.C es una asociación sin fines de

lucro para promover el desarrollo de las ciencias que cultiva el Colegio

mailto:[email protected]

iv

Revista de avances en la investigación científica de metalurgia extractiva, materiales y

geología del CIMMMySH A.C.

CONTENIDO

PREFACIO i

Geología

Petrografía y evolución de las rocas del

Precámbrico en el Noreste del Estado de

Hidalgo (Gneis Huiznopala)

Milton Mendoza Espinosa, Màrius Ramírez

Cardona, E. Cerecedo S., Adriana Cruz

Martínez, José Antonio Zamorano Téllez, José

Alfredo Meneses Lugo

1-26

Microtexturas en granos de cuarzo de la

playa de Cazones, Golfo de México:

implicaciones en el ambiente deposicional

Norma Liliana Cruz Ortiz, Adriana Cruz

Martínez, D. Sengupta, Granados Ramírez

Pamela, Reyes Campero Luis Miguel, Milton

Mendoza Espinosa, John S. Armstrong-Altrin

26-39

La Formación Chipoco y su relación

estratigráfica con el yacimiento

manganesífero de Chichapala, Veracruz,

Este de México

E. Cerecedo S, E. Salinas R., A. Cantú, F.

Patiño C., M. Ramírez C., M. Reyes P., Juan

H. Ávila

40-52

Contaminación por arsénico en aguas

subterráneas en la región de Zimapán,

Estado de Hidalgo, México

Julián Núñez Benítez 53-60

Metalurgia extractiva

Caracterización físico–química y

mineralogía de lodos residuales de la

industria del lavado de la mezclilla LRILM

y su posible aplicación.

J. Hernández A., E. Salinas R., M. Reyes P., I.

Rivera l., E. Cerecedo S., F. Patiño C., M.

Pérez L.

61-66

Cinética de flotación iónica de cobre II en

un banco de cinco celdas con dispersores:

Efecto de la inserción de deflectores en la

recuperación

Martín Reyes P., Francisco J. Tavera M.,

Ramiro Escudero G, F. Patiño C, Miguel Pérez

L., E. Salinas-Rodríguez

67-79

Modelación física del flujo de acero en un

distribuidor de colada continua equipado

con un inhibidor de turbulencia y una

cortina de gas

Miguel Pérez Labra, M. Díaz-Cruz, M. Reyes-

Pérez. E. Salinas-Rodríguez., F. Patiño-

Cardona, J. Hernández A.

80-85

Materiales

Estudios de electroremediación de suelos

contaminados por metales pesados del

Distrito minero de Zimapán

Laura García-Hernández, Marissa Vargas-

Ramírez, Víctor Reyes-Cruz

86-90

Síntesis de dendrímeros ramificados con

sistemas -conjugados ferrocenílicos y

resorcinarenos como moléculas centrales

María Isabel Reyes Valderrama, Rosa Ángeles

Vázquez García, José Luis Maldonado,

Gabriel Ramos Ortiz, Marcos Martínez

García.

91-95

1

Rev. INV. CIENT. CIMMMySH 2009, 1(1), páginas 1-25

©2009, Colegio de ingenieros mineros, metalúrgicos de materiales y similares de Hidalgo A.C.

ISSN 1870-7297

Petrografía y evolución de las rocas del Precámbrico (Gneis Huiznopala)

en el noreste del Estado de Hidalgo, México

Articulo recibido el 30 de enero de 2009 y aprobado el 5 de mayo de 2009

Milton Mendoza Espinosa [1], Màrius Ramírez Cardona [1], E. Cerecedo Sáenz. [1], Adriana Cruz Martínez [1], José Antonio

Zamorano Téllez [1], José Alfredo Meneses Lugo [1]. [1]Centro de Investigaciones en Ciencias de la Tierra y Materiales (CICTyM) del Instituto de Ciencias Básicas e Ingeniería (ICBI) de la

Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo (UAEH). Carretera Pachuca-Tulancingo km 4.5, C.P. 42184, Mineral de la Reforma,

Hidalgo, México. [email protected]

RESUMEN

Este trabajo se enfoca en el estudio petrológico del Gneis Huiznopala, formado durante la Orogenia

Grenvilliana (1000 Ma), siendo la roca más antigua en el Estado de Hidalgo. Mediante secciones delgadas fue

observada la variabilidad de fácies en un litotipo así como la retrogradación generada a partir de procesos

posteriores. El litotipo de mayor interés para este estudio es el de tipo gabro-anortosítico con algunos

dominios gabroicos, noríticos y anortosíticos. En trabajos previos se reporta la facies granulita como única

que caracteriza al gneis; sin embargo, fue posible distinguir facies de condiciones P-T mayores y menores,

mientras que el enriquecimiento de minerales ferromagnesianos es atribuido a la intrusión de diques

gabroicos. A partir de relaciones litológicas, estructurales y mineralógicas, el gneis se asocia a los siguiente

eventos: primera etapa compresiva durante la formación de Rodinia, se observa en la facies granulita y en

texturas migmatíticas; primera etapa extensiva asociada a la apertura del Golfo de México durante el Triásico-

Jurásico, relacionado al fracturamiento de la roca y la acumulación de sedimentos; segunda etapa compresiva

en la Orogenia Laramide, con la formación de cabalgaduras en el miembro gabro-anortosítico ; por último un

segundo episodio extensional generando grabens durante el Cenozoico. Los afloramientos de gneis de mayor

énfasis se localizan en el Arroyo Chipoco, donde la roca se presenta altamente fracturada con partes oxidadas

cercanas a la intrusión de diques que retrogradaron el metamorfismo hasta facies esquisto verde evidenciado

con las muestras que se presentan.

Palabras Clave: Petrologia, Gneiss Huiznopala, Facies metamórficas

ABSTRACT

This paper focused on the petrological study of the Gneiss Huiznopala, formed during the Grenvillian

Orogeny (1000 Ma); the gneiss is the oldest rock in the Hidalgo State. Both the variability of facies in one

litotype and the retrogradation generated from the latter process were observed via thin section microscopy.

The central litotype studied in this work is gabro-anortositic with some gabbroic, noritic and anortositic

domains. In previous works, granulites were reported as the unique facies characterizing the Gneiss

Huiznopala, here we have distinguished other facies with upper and lower P-T conditions. The enrichment of

Fe-Mg minerals is caused by the intrusions of gabroic dikes. From lithological, structural and mineralogical

relationships, the gneiss has been associated with the next events: first compressive stage, during the

formation of Rodinia, is observed from the granulitic facies and migmatitic texture ; first extensional stage,

associated to the opening of the Gulf of México and the accumulation of sediments, during the Triassic-

Jurassic, related with the fracture of the rock ; second compressive stage in the Laramide Orogeny associated

to the the formation of thrusts in the gabroic-anortositic member; at last, a second extensional stage generated

grabens during the Cenozoic. The main studied outcrops of gneiss were localized entirely in Chipoco River,




ISSN 1870-7297

“Petrografía y evolución de las rocas del Precámbrico (Gneis Huiznopala) en el noreste del Estado de Hidalgo, México”

2

where the rock appear fractured with some oxidized parts closed to the intrusion dikes that retrograded the

metamorphism down to green schist facies, clearly evidenced by some samples presented here.

Key Words: Petrology, Huiznopala Gneiss, Metamorphic Facies

INTRODUCCIÓN

Relacionado con la fragmentación del supercontinente Rodinia se da la dispersión de partes del orógeno

grenvillliano en diversas zonas del mundo (700 Ma.) [1]

.

Uno de los fragmentos es el microcontinente Oaxaquia [2]

, el cual acrecionó a Laurentia durante el Paleozoico

superior y, según estudios recientes, se infiere que su extensión abarca 2000 Km desde América Central hasta

la parte sur de la sutura de Ouachita [3]

.

En México, las exposiciones de este microcontinente proterozoico se evidencian con cuatro complejos

metamórficos de facies granulita. De Sur a Norte son: Complejo Guichicovi en La Mixtequita, Complejo

Oaxaca en Oaxaca, Gneis Huiznopala en Molango (siendo éste el de nuestro interés) y el Gneiss Novillo

cercano a Ciudad Victoria.

El Gneis Huiznopala aflora en la parte N-NE del estado de Hidalgo, en una extensión aproximada de 26 km2

y es considerado la roca más antigua de la región (950-1000 Ma).

Los primeros afloramientos fueron descubiertos en la comunidad de Huiznopala al NW de Molango, siendo

éste el de mayor extensión en la zona según lo establecido en 1997 por Ortega-Gutiérrez [3]

.

El complejo de Huiznopala puede dividirse en cuatro tipos diferentes de gneises:

l- Paragneis expuesto en el cauce del Río Agua Salada (localidad tipo) y sus afluentes, descrito como un

gneiss psamítico con alto contenido en granate coexistiendo con feldespato alcalino.

2- Gneis charnokítico, mostrándose en el socavón Coyoles perteneciente a la Compañía Minera Autlán en el

Río Pilapa.

3- Gneis granítico, aflorando en tres sitios al borde del Anticlinorio de Huayacocotla y,

4-Cuerpo gabro-anortosítico (?) al Norte del tajo Tetzintla [4]

.

Ubicación y vías de acceso

Los afloramientos del Gneis Huiznopala, se localizan al Norte-Noreste del Estado de Hidalgo, ubicado en la

parte central de México, en los municipios de Molango, Tlanchinol y Tepehuacán de Guerrero; aflorando

dentro de las localidades de Huiznopala, Chapula, San Cristóbal y Chipoco. Para acceder a estos

afloramientos se pueda hacer por la Carretera Federal 105, que va de la Ciudad de Pachuca hacia Huejutla, y

desde el Km 109 hasta el 115 se tienen las desviaciones hacia las comunidades antes mencionadas.



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3

Figura 1. Localización y accesos a los afloramientos del Gneis Huiznopala.

METODOLOGIA

Para la realización de este estudio se efectuaron dos excursiones de campo, para el reconocimiento de los

afloramientos del Gneis Huiznopala, realizando el trabajo más profundamente en la localidad que aflora ente

los poblados de Ixtlapala y Chipoco; tomando los datos correspondientes en cada exposición; se colectaron 25

muestras con sus respectivas secciones delgadas no cubiertas (de las cuales se presenta el análisis e

interpretación), además, para su análisis puntual, que posteriormente se elaborará, por otros métodos

litogeoquímicos, estas láminas fueron observadas por medio del microscopio de luz trasmitida Olympus

BX41 y por este análisis se han obtenido los resultados presentados.

Marco Geológico Regional

A continuación se realiza la descripción litoestratigráfica de las formaciones que afloran en el distrito en el

área de estudio, de las más antiguas a las más recientes:

Precámbrico

Gneis Huiznopala

(Meso-Neoproterozoico) Gneis Huiznopala (pTCM)

Definido por Fries [5]

como Gneis Huiznopala expuesto en el núcleo del Anticlinorio de Huayacocotla. Se

describe como gneises bandeados de facies granulita [6]

mientras que Ochoa-Camarillo [7]

lo define una

exposición como un ortogneis (granítico y gabroico) y un paragneis (calcáreo, pelítico y psamítico) . Lawlor



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4

et al. [8]

, consigna la presencia de metanortositas y gneises gabroicos al NW de la comunidad Chipoco . El

Gneis Huiznopala se correlaciona con el Gneis Novillo, de la región de Ciudad Victoria, Tamaulipas [9]

y

ambos se consideran parte del basamento del bloque Oaxaquia [2]

. El protolito se considera formado a partir

de un arco magmático de edad ca. 1200-1150 Ma., mientras que la deformación dúctil que le da la fácies

granulita se presenta ca. 1000-950 Ma. [9]

.

Dentro de la región, el Gneis Huiznopala aflora en cinco localidades: comunidad Huiznopala sobre el Río

Claro, estableciéndose como localidad tipo, visto en campo una exposición de gneis bandeado totalmente

alterado, con un elevado contenido en micas, es cortado por intrusivos cuarzosos que han mineralizado en

forma de skarn; cercano a la comunidad de Otongo (Col. Guadalupe), en el Río Pilapa está la parte

charnokítica que consta de gneis bandeados con partes silicificadas; entre las comunidades de Chipoco e

Ixtlapala, se ubica al NE de la localidades anteriores en el Arroyo Chipoco, consta de anortositas y gabros

leucocráticos con bandas de piroxenos y granate en menor cantidad, en algunas partes es cortado por

intrusiones básicas además de tener partes migmatizadas; al sur de Tlanchinol se ubica el afloramiento de la

comunidad de San Cristobal Ajacayac donde fue visto como gneis granítico con granate en algunas bandas de

minerales melanocráticas, es donde mejor fue observado el bandeado y es una de las zonas más difíciles de

acceder; por último, se tiene un área que puede observarse cercana a la comunidad de Chapula estudiada por

Rosales-Lagarde [10]

sobre el Rio Tlacolula.

Como se estableció, esta unidad es el basamento de la zona y está en contacto con diversas Formaciones

litológias, que van desde el Paleozoico con la Formación Tuzancoac [10]

, en Chapula; Jurásico Inferior en

Ixtlapala, San Cristóbal y Huiznopala (Fm. Huayacocotla); Jurásico Medio en los bordes norte del litotipo

Charnokítico y sur del cuerpo Gabroico (Fm. Cahusas, Tepexic y Chipoco); además de la discordancia mayor

presente en el contacto con las rocas volcánica del Cenozoico (Fm. Tlanchinol y Atotonilco) (Ver Anexo 1).

Paleozoico

Formación Tuzancoa

(Pérmico Inferior, Wolfcampaniano-Leonardiano) Fm. Tuzancoa (PI)

Rosales-Lagarde [11]

, la define cercana a la comunidad de Tuzancoa en el Noreste de Hidalgo como

interestratificaciones submarinas de flujos de lava andesítico-basáltico con turbiditas siliciclásticas, turbiditas

volcanoclásticas, flujos y escombros calcáreos y lentes conglomeráticos. Esta unidad contiene abundantes

fósiles del Pérmico, dándole una edad Wolfcampaniano-Leonardiano y un ambiente relacionando con

subducción. Son afloramientos que habían sido comúnmente asignados a la Formación Guacamaya,

anteriormente considerada como un ensamble de flysch orogénico asociado a la colisión de Norte y

Suramérica durante la formación de Pangea[9]

. El contacto y único afloramiento observado en campo es el

que se encuentra en la vía hacia Totonicapa, suprayaciendo a la exposición granítica del Gneiss Huiznopala

siendo el menor discontinuidad registrada entre las rocas grenvillianas y las unidades que se encuentran en

contacto con éstas (Ver Anexo 1).

Mesozoico

Formación Huayacocotla

Jurásico Inferior

(Sinemuriano-Pliensbaquiano) Fm. Huayacocotla (JiLuAr)



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5

Imlay [12]

establece su localidad tipo a lo largo del Río Vinasco, al sur de Huayacocotla, Veracruz. de igual

forma, propone que la Formación Huayacocotla está constituida por lutita oscura con intercalaciones de

arenisca, conglomerado y escasos lentes de caliza con un contenido fósil de plantas hacia la cima [13]

. Ochoa-

Camarillo et al. [14]

distinguen tres miembros dentro de esta Formación: (1) formado por conglomerado,

arenisca, limolita, lutita con exoclastos que contienen fósiles retrabajados de fusulínidos y crinoides, (2)

constituido por conglomerado, arenisca, limonita y lutita, con amonites, y la parte superior (3) está

conformado por arenisca, limolita, lutita y conglomerado y se caracteriza por la presencia de plantas

continentales. Esta Formación es importante, desde el punto de vista tectónico porque se considera una

formación pre o sin rift [15]

. La Formación Huayacocotla se encuentra siempre discordante, está

suprayaciendo al Gneis Huiznopala en la mayoría de sus afloramientos, a excepción de los de San Cristóbal y

Tuzancoa; se presenta su miembro basal en las exposiciones del paragneis y del gneis gabro-anortosítico

mientras que, relacionado al cuerpo charnokítico se presenta el miembro superior con fósiles de plantas

continentales. Suprayaciendo a esta unidad generalmente se presentan la unidades calcáreas del Jurásico

medio, en contacto discordante con la Formación Tamaulipas indiferenciada, por medio de la falla Tlatzintla;

también infrayace a las basaltos de la Formación Tlanchinol sobre gran parte de la Carretera Federal 105

desde Ixtlahuaco hasta Tlanchinol (Ver Anexo 1).

Formación Cahuasas

Jurásico Medio-Superior

(Bajociano-Calloviano) Fm. Cahuasas (JmCzLu)

Esta Formación descrita por Carrillo Bravo [16]

en la ranchería Cahuasas al NW del estado de Hidalgo, consta

de una secuencia de arenisca, conglomerado y limonita de color rojo que aflora en gran porción central de la

Sierra Madre Oriental y al S de la región petrolera de Pánuco – Ébano: la constituye una potente secuencia de

capas rojas hasta de 2000 metros de espesor y se infiere una edad Jurásico medio, Caloviano. En el Distrito

manganesífero de Molango, la tasa de sedimentación de esta formación es muy rápida en periodos geológicos

relativamente cortos (25 millones de años), también, permitió establecer los criterios para un ambiente

tectónico de rift [17]

.

La Formación Cahuasas sobreyace discordantemente a la Formación Huayacocotla y su contacto superior es

concordante con la Formación Tepéxic, marcando el inicio de las rocas carbonatadas [15]

. Se le asigna una

edad Jurásico Medio basándose en su posición estratigráfica [15] [16]

. Los afloramientos característicos de la

localidad, se presentan en cabalgadura en los flancos Norte y Sur del cuerpo gabro-anortosítico (Ver Anexo

1).

Formación Tepexic

(Bathoniano – Oxfordiano) Fm. Tepexic (JmCzLu)

Descrita por Erben [18]

, cercana a la planta hidroeléctrica de Tepéxic, perteneciente a la presa de Necaxa en el

norte del Estado de Puebla, como una secuencia de caliza de color gris a gris oscuro, caliza del mismo color

de grano grueso y con bastantes granos de cuarzo, así como de calcarenita de color gris hasta gris oscuro. Esta

Formación se considera por Rosales Lagarde [10]

de edad Caloviana, consta principalmente de caliza arenosa,

marga y limolita, caracterizándose por su abundancia de fósiles (?), principalmente del género Gryphaea

[7].

Su base está representada por un conglomerado de cuarzo con matriz calcárea. Sus características litológicas

indican un ambiente de depósito continental con una fuente de suministro constituida principalmente de rocas



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6

ígneas, con períodos de actividad volcánica, erosión y transporte contemporáneos, como un reflejo de la

inestabilidad tectónica. La Formación Tepéxic sobreyace concordantemente a la Formación Cahuasas y, de

igual forma, a la Formación Huayacocotla, mientras que el contacto superior es concordante con las

Formaciones Santiago, Tamán y Chipoco del Jurásico Superior (Ver Anexo 1).

Formación Santiago

(Caloviano-Oxfordiano) Fm. Lutita Santiago (JmCzLu)

Propuesta originalmente como "Lutita Santiago" por Reyes [19]

en 1964, con localidad tipo en el Arroyo

Santiago que desemboca en el Río Moctezuma, dentro el poblado Tamán, San Luís Potosí; el mismo la

consideró como miembro arcilloso de la Formación Tamán. Fue definida formalmente por Cantú-Chapa,

quien demostró con base en amonitas, su edad y sentó las bases para establecer el mecanismo de las

transgresiones neojurásicas y la formación del golfo de México. Esta formación esta constituida de: lutita de

color gris oscuro con intercalaciones de caliza arcillosa en capas hasta de 40 cm de espesor, que se

intemperizan a café pardo o rojizo, presentan clivaje diagonal a los planos de estratificación [20]

. En el área de

Chipoco, la Formación Santiago comprende micritas limo–arcillosas hasta peletoides, con materia carbonosa

y pirita; con poco contenido faunal, comprende foraminíferos, bentónicos equinodermos, microbraquiópodos,

algas laminares y ostrácodos; también se tienen lutitas calcáreas con abundante limo, fragmentos de gran

tamaño [21]

. La Formación Santiago sobreyace concordantemente a la Formación Tepéxic, y subyace

transicional y concordantemente a la Formación Chipoco en las secciones de superficie Chipoco–Otongo, en

el área situada entre los afloramientos de Gneis gabroico y charnokitico (Ver Anexo 1).

Formación Chipoco

(Oxfordiano-Tithoniano) Fm. Chipoco (JmCzLu)

Definida por Hermoso y Martínez [22]

al oeste del rancho Chipoco, Hidalgo, en la inmediación del Tajo

Tetzintla de la Compañía Minera Autlán como una mezcla de diversas litologías: se constituye por

grainstones y mudstones de color gris oscuro que alternan con lutita calcárea. En algunas capas clásticas se

observa sedimentación graduada y estratificación lenticular; la Formación Chipoco constituye un conjunto de

rocas sedimentarias, dispuestas en una alternancia de caliza cristalina (grainstone), y lutita calcárea de color

gris oscuro que en el subsuelo han sido denominadas Tamán Mixto, y las cuales representan la zona de

transición entre depósitos de cuenca y de plataforma, los que rodean a los altos paleogeográficos del Jurásico

Superior. Esta formación es conocida porque contiene el miembro manganesífero que es explotado por la

compañía minera Autlán y sus afloramientos pueden ser observados en algunos tramos sobre la desviación de

Tlanchinol, Chinconcoac, hasta Tetlapaya, donde se encuentra en contacto discordante con la Formación

Cahuasas por medio de una cabalgadura [21]

(Ver Anexo 1).

Formación Pimienta

(Tithoniano-Berriasiano) Fm. Pimienta (JmCzLu)

Heim [23]

la define en el Rancho Pimienta situado aproximadamente a 300 metros al Oeste de la carretera

México – Laredo (Km 337 – 338), en San Luis Potosí como: series de caliza densa en capas finas de color

negro y blanco, con intercalaciones de pedernal negro; Aguilera

[24] describe esta misma secuencia para la

región de Tampico. Hermoso y Martínez [22]

describen para la parte superior de la unidad como caliza



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arcillosa de color pardo oscuro, con intercalaciones de lutita y nódulos de pedernal negro; y para la parte

inferior: caliza negra arcillosa de estratificación delgada, que alternan con capas de lutita de color negro, así

como con capas de bentonita y pedernal negro. El ambiente de depósito de la Formación Pimienta es de

carácter transgresivo, varía de plataforma externa a cuenca, con muy baja energía. En la mayoría de sus

exposiciones, ésta descansa concordantemente sobre la Formación Chipoco o discordantemente sobre el

basamento [15]

. Debido a su incompetencia litológica se encuentra muy plegada. Sobre ésta, transicionalmente,

se encuentra la Formación Tamaulipas Inferior. Algunos afloramientos de fácil acceso se encuentran en el

trayecto mencionado anteriormente para la formación Chipoco, y en la Carretera Federal 105 en el tramo

entre Zacualtipán y Molango (Ver Anexo 1).

Formación Tamaulipas

Cretácico

(Berriasiano-Cenomaniano) Tamaulipas indiferenciado (KCzLu)

El Cretácico Inferior consta de secuencias de caliza aporcelanada gris con nódulos de pedernal (Formación

Tamaulipas Inferior y Tamaulipas Superior) separadas por un horizonte más arcilloso (Formación Otates). Sin

embargo en el área de estudio el horizonte correspondiente a la Formación Otates no se observa, por lo que es

considerada como Formación Tamaulipas Indiferenciado; descansa concordantemente sobre la Formación

Pimienta y se encuentra bajo la Formación Agua Nueva. El depósito de esta unidad se efectuó en un ambiente

de plataforma externa, de profundidad relativa con baja energía y moderado aporte de material terrígeno. En

la zona de estudio sólo se observó esta unidad en el flanco este del afloramento de gneis granítico, cercano a

Totoniacapa, donde se encuentra suprayaciendo a la secuencias calcáreas del Jurásico Superior e infrayacente

a la Formación Agua Nueva [21]

(Ver Anexo 1).

Formación Agua Nueva

(Cenomaniano–Turoniano) Fm. Agua Nueva (KsCzLu)

La Formación Agua Nueva fue descrita por Stephenson [25]

en Cañón de la Borrega, al Oeste de la Sierra de

Tamaulipas, cerca del rancho Agua Nueva; se establece como caliza con pedernal, interdigitada con lutita

carbonosa negra. La Formación Agua Nueva está conformada por calizas arcillosas, color gris, gris verdoso y

crema, con nódulos y bandas de pedernal negro, con intercalaciones de lutitas gris verdoso y café amarillento;

relacionado al ambiente de depósito se tiene que se formó en zonas que fluctuaban entre plataforma externa y

cuenca intraplatafórmica. La presencia de horizontes bentoníticos indican vulcanismo contemporáneo del lado

del Pacífico, correspondiente al arco magmático, reflejo de la subducción de la Placa de Farallón bajo la de

Norteamérica [15]

. Dentro del área de estudio se presenta superpuesta a la Formación Tamaulipas en contacto

concordante (Ver Anexo 1).

Cenozico

Formación Tlanchinol

(Mioceno) Fm. Tlanchinol (TmBA)

Es conocida como Serie Tlanchinol, establecida por Robin et al. [26]

para describir los derrames volcánicos que

afloran en la región del pueblo de Tlanchinol, describe a esta formación como una secuencia de derrames

basálticos que descansan subhorizontalmente sobre sedimentos marinos plegados y erosionados.



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Sobre la carretera Federal 105 en la desviación a Tepehuacán de Guerrero, está constituida por basaltos de

color gris oscuro, observándose vesículas con aspecto vítreo, intercalado con una serie de depósitos

extrusivos. En su base se ha evidenciado una serie de brechas de aspecto tobáceo riolítico, sus componentes

son principalmente basaltos y algunas riolitas; la forma de las partículas son subangulosas y angulosas, unidos

por una matriz tobácea[21]

. Le sobreyace un horizonte de toba fina semicompacta color rojizo. También, puede

ser observable en trayecto de Ixtlahuaco a Huiznopala, a la altura de la comunidad de Acatepec, donde se

dispone como secuencias de diferentes derrames basálticos con formas prismáticas, y material tobáceo entre

ellas evidenciando pirometamorfísmo entre cada colada (Ver Anexo 1).

Formación Atotonilco El Grande

(Plioceno) Fm. Atotonilco El Grande (TplBT)

Geyne et al. [27]

proponen como localidad tipo el poblado de Atotonilco El Grande, estado de Hidalgo,

estableciendo que está compuesta principalmente por capas de textura variable desde fangosita (?) hasta

conglomerado. En el área, la litología consiste principalmente de una secuencia de vulcanismo bimodal de

rocas volcánicas como basaltos, intercalados con tobas de composición riolítica, dacítica y andesítica; los

basaltos presentan megascópicamente una estructura compacta masiva, mientras que las tobas riolíticas son

de color crema que intemperizan a color rojizo y blanquecino por caolinización , con textura fanerítica de

aspecto vítreo, constituida por fenocristales de plagioclasas, cuarzo, ferromagnesianos alterados y óxidos de

hierro [26]

. En la zona estudiada se observa al contacto con el Gneiss Huiznopala en el afloramiento de

paragneis cercano a la comunidad de Huiznopala (Ver Anexo 1).

Cuaternario

Aluvión (Q)

Se trata de sedimentos formados por actividad fluvial, acumulándose en los ríos y arroyos y en ocasiones han

podido formar suelos aptos para establecer cultivos. La mayor parte son depósitos conglomeráticos mono y

oligomícticos, que forman abanicos aluviales no consolidados, su matriz areno-arcillosa comúnmente saturada

evoluciona a suelos muy fértiles. Son observable en algunas partes del Rio Claro y Arroyo Chipoco [21]

(Ver

Anexo 1).



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Petrografía y petrogénesis

MPA (20° 55' 20" N, 98° 44' 53" W)

Afloramiento expuesto por medio de una falla inversa (cabalgamiento) que pone en contacto al gneis

precámbrico con las rocas volcánicas del terciario de la Fm. Atotonilco El Grande (SGM, 2002). Entre los

afloramientos expuestos en las vías de acceso al pueblo de Huiznopala que han sido cartografiados y

publicados previamente por el Servicio Geológico Mexicano en el 2002, éste es el único que ciertamente se

conforma por rocas originadas a partir de la orogenia Greenvilliana[15]

.

Mineralógicamente, se constituye por feldespato alterado a sericita, cuarzo subredondeado con estriamiento

que evidencia la presencia de esfuerzos tectónicos, granate espesartina con textura esquelética, además de

especies de piropo; plagioclasas, entre las cuales se observan oligoclasa, andesina y bitownita; silicatos de

aluminio, sobre todo cordierita alterándose a pinnita, sillimanita y distena; biotita que conserva algunas

formas relícticas de cristales previos y, por último, minerales metálicos en abundancia que no fueron

reconocidos por esta técnica de microscopio de luz transmitida.

Por lo anterior, se deduce que es: Gneis cuarzo-feldespático con granate, cordierita, andalucita y distena, cuya

facies metamórfica es granulita de baja presión (granulita-anfibolita) formada a partir de una arenisca.

Figura 2. (Luz transmitida). Foto 40x con nícoles cruzados en la que se muestra la pinitización de

aluminisilicatos (cordierita y distena), además, de su relación con feldespatos seritizados y cuarzos

subredondeados.



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MPEG (20° 55' 20" N, 98° 44' 53." W)

Cercano al afloramiento de la muestra MPA, se evidenció un intrusivo cuarcítico, fluyendo a partir de un

fallamiento normal, lo que favoreció el flujo y acarreo de materiales infrayacientes. Presenta aureolas de

metamorfismo características de estructuras de skarn acompañadas de mineralización en los bordes de la

intrusión.

En sección delgada se corrobora la textura granoblástica, cuyos componentes primarios son; el cuarzo, el cual

presenta un alto fracturamiento y formas irregulares verificando que se trata de un cuerpo intrusivo; de igual

forma, se distingue un alto contenido de calcita recristalizada. También, es posible distinguir granate

euhédrico (de tipo piropo y grosularia), biotita, minerales metálicos y, en menores proporciones,

clinopiroxenos (augita). Según la relación existente entre el granate y los piroxenos con minerales metálicos,

se infiere que no sólo es un dique de cuarzo, como se intuyó inicialmente, sino que se trata de la parte externa

(exoskarn) de una zona de metamorfismo de contacto, en la que también se puede reconocer mineralización

en la parte inferior del afloramiento.

Con lo observado se deduce que MPEG es un mármol de granate y clinopiroxeno de facies anfibolita,

teniendo como protolito las rocas calcáreas afectadas por la intrusión de una pegmatita cuarzosa.

Figura 3. (Luz transmitida). Foto 40x en nícoles cruzados donde se evidencia la presencia de granate y

piroxeno, así como el abundante crecimiento de calcita y pequeños cristales de cuarzo altamente fracturado.



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MBRE (20° 55' 16" N, 98° 44' 16" W)

La muestra MBRE fue colectada en un afloramiento de las exposiciones reportadas anteriormente como

gneis de protolito sedimentario (paragneis) [15]

; sin embargo, esta muestra forma parte de una brecha tectónica

que contiene clastos tanto de rocas calcáreas del jurásico como de rocas que presentan esquistosidad de edad

desconocida, los cuales se encuentran embebidos en una matriz calcárea. La importancia de esta muestra

radica en el hecho que vincula eventos geológicos de muchas edades en un mismo agrupamiento petrológico.

Se aprecia casi en su totalidad una matriz micrítica de calcita que ha sido recristalizada a aragonito. Se

observan minerales que han sido oxidados y posteriormente hidrolizados (Fe-Mn). Por otra parte, dentro de la

misma muestra es posible apreciar el contacto de un clasto con esquistosidad formada por bandas de calcita y

aragonito, que se intercalan con láminas de cuarzo y feldespato de menor abundancia. Tanto la matriz como el

fragmento son cortados por intrusiones de pequeñas vetas de calcedonia.

Con el análisis establecido se considera a MBRE como una brecha tectónica formada a partir de esfuerzos

compresivos durante el cretácico superior, que ha sido afectada por los procesos antes mencionados.

Figura 4. (Luz transmitida). Foto 40x con nícoles cruzados donde se evidencia la hidrolización de minerales

metálicos, con el hidróxido que se encuentra en la parte superior izquierda, así como un cristal de cuarzo muy

fracturado, ambos embebidos en matriz micrítica.



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MBRECLAST (20° 55' 00" N, 98° 43' 23" W)

Dentro de los clastos de la brecha en estudio se encuentran, además de los clastos de rocas jurásicas,

fragmentos de roca con texturas metamórficas (con esquistosidad), éstos han sido cubiertos por la matriz y

conservados; MBRECLAST es uno de los fragmentos de clasto que ha sido bien preservado.

Se evidencia esquistosidad previamente vista en la descripción macroscópica, se observa material muy fino de

cuarzo y arcillas y, sobre todo, calcita. Hay fragmentos de feldespato sanidina de mayor tamaño muy poco

alterados, éstos presentan alineación mineral generada por esfuerzos de compresión diferenciándose dos

partes de acuerdo a la alteración. Esta muestra se considera un clasto de esquisto calcáreo de cuarzo y

feldespato, que a sido argilitizado y oxidado por factores anteriores a la formación de la brecha, descartando

que se trate de una muestra de lo que hasta ahora se conoce como Gneis Huiznopala.

Consecuentemente, se parte de las siguientes ideas alternativas que dan explicación a la formación de la

brecha: 1) Su formación es posterior la del Gneis Huiznopala originándose a partir de las rocas calcáreas del

jurásico, durante la Orogenia Laramide; 2) Por otra parte, los clastos con esquistosidad se originaron en

condiciones de presión y temperatura inferiores al Gneis de Huiznopala (ver, por ejemplo, descripción de

muestra MPA arriba).

400.00 µm

FkQz

OxOx

Ox

Fk

Cc

Cc

Figura 5. (Luz transmitida). Foto 40x con nícoles cruzados de la muestra esquistosa con abundante calcita y

pequeños cristales de cuarzo y feldespato con patrones de deformación; además de pequeños óxidos metálicos

subredondeados.



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GM2 (20° 59' 11" N, 98° 43' 18" W)

GM2 es una muestra máfica que presenta bandeados gnéisicos, las bandas son de color blanco y verde

obscuro en muestra fresca, mientras que se aprecian color café y negro como colores de alteración. En

ejemplar de mano se pueden reconocer dos grupos de minerales, los pertenecientes al leucosoma y al

melanosoma.

Por la descripción macroscópica se ha interpretado que es una roca que fue formada a condiciones de presión

y temperatura muy elevadas; sin embargo, ha sido retrogradada a facies de menor grado (esquisto verde). En

la sección delgada se aprecian minerales de colores verdes e incoloros que evidencian una etapa de

cloritización. Hay plagioclasas cálcicas que son alteradas a calcita y feldespatos que son seritizados, siendo la

formación de calcita la de mayor abundancia. Se observa cuarzo y biotita dispuesta con zonación en algunas

partes de la sección y, en otras, se observa una textura fibrosa siempre muy alterada con transición a clorita,

siendo el único mineral con relieve alto. También es posible ver minerales metálicos de menor abundancia. Se

tienen escasos piroxenos que han sido la base para la formación de biotita y clorita y constituye el

melanosoma.

Con la presencia y abundancia de los filosilicatos se evidencia una zona de alteración hidrotermal, que se

encuentra alejada de la fuente (teletermal). Las alteraciones se pueden agrupar de la siguiente manera.

Minerales félsicos: feldespato potásico a muscovita, plagioclasa a calcita y minerales máficos: piroxeno a

calcita y biotita, y de biotita a clorita.

Mediante lo descrito, GM2 es un gneis granulítico cercano a la etapa de migmatización, cuya facies

metamórfica es granulita y es formada a partir de una roca ígnea básica.

Figura 6. (Luz transmitida). Foto 40x con nícoles cruzados donde se observan cristales de plagioclasa y

feldespato seritizados, acompañados por ortopiroxenos alterándose a biotita y clorita, por lo que se establece

la facies esquisto verde.



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GM3 (20° 59' 12" N, 98° 43' 12" W)

Las muestra GM3 en ejemplar de mano no presenta bandeados característicos de los gneises, se observa un

alto fracturamiento dando lugar al relleno por minerales carbonatados. Se observa un elevado contenido en

feldespatos dando pauta para la formación de muscovita, aluminosilicatos con bordes de alteración de color

amarillo, plagioclasas, piroxenos redondeados, granate y óxidos metálicos. Microscópicamente se distingue

por su alto contenido de calcita, formado sobre todo por la alteración de plagioclasa y granate. La plagioclasa

va de andesina a bitownita siendo ésta la de mayor abundancia, los granos de feldespato experimentan

exsolusión y recristalización de granos anteriores, el granate es de tipo grosular con microtextura esquelética

cuyas fracturas son rellenadas por calcita y clorita. Es posible distinguir tipos de aluminosilicatos, (distena y

cordierita), alterándose a pinnita; así como biotita muy fibrosa de color amarillento y alto pleocroísmo que se

pseudomorfiza a un mineral de color de interferencia de primer orden (serpentina).

Se deduce un protolito formado esencialmente por plagioclasa, feldespato potásico, ortopiroxenos y cuarzo

(secundario). Posteriormente, por metamorfismo regional aparecerían la distena y el talco y después, por

metasomatismo e hidrotermalismo, se origina la cordierita, la clorita y los reemplazamientos por calcita. En

este último episodio, el granate es alterado a biotita y óxidos e hidróxidos de Fe.

Por lo observado, la muestra es un gneis de facies Granulita retrogradado en dos episodios diferentes a facies

Esquisto verde, formado a partir de un protolito charnokítico gabro-norítico.

Figura 7. (Luz transmitida). Foto 40x, al centro se muestra una biotita formada a partir de la alteración de

granate con textura esquelética, acompañados por calcita aluminosilicatos y óxidos.

GM4 (20° 59' 12" N, 98° 43' 19" W)



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GM4 es una roca en la que es posible visualizar bandeados gnéisicos como característica textural. Se observan

lineamientos milimétricos y centimétricos de minerales cloritizados; es predominante la parte leucocrática

conformada casi en su totalidad por plagioclasas y feldespatos; mientras que los bandeados melanocráticos

presentan abundantes piroxenos y anfíboles que son alterados a óxidos y filosilicatos, sobre todo biotita. Con

lo observado en el ejemplar de mano se deduce que ha habido una diferenciación composicional, donde GM4

y probablemente GM3, pertenecen al leucosoma de los afloramientos en estudio. Microscópicamente se

distingue un mayor contenido de plagioclasas sódicas que, junto con los feldespatos potásicos, son seritizados,

pero también hay plagioclasas ricas en calcio alterándose a calcita. Se distingue un alto contenido en

ortopiroxenos que puede indicar la alta temperatura a la que ha sido formada la roca, así como clinopiroxeno

sustituido por clorita; entre esta clase de piroxenos es posible distinguir diópsido, augita con variaciones en

cuanto al contenido de hierro intercreciéndose en ortopiroxenos y en ocasiones pasa a tremolita-actinolita en

cantidades proporcionales al cuarzo.

Esta roca es un gneis norítico-anortosítico de facies anfibolita-granulita, cuyo protolito ha sido una roca ígnea

intermedia a básica, donde también se identifican los dos episodios de retrogradación y/o alteración asociados

a la anterior muestra GM3.

Figura 8. (Luz transmitida). Foto 40x con nícoles cruzados de grandes cristales de feldespatos, junto con un

clinopiroxeno poco fracturado, la plagioclasa que se encuentra al centro presenta registros de seritización así

como los feldespatos potásicos que están en la parte superior y derecha.



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GM5 (20° 59' 39" N, 98° 43' 43" W)

Se caracteriza por bandeados centimétricos más gruesos que en GM4 con un mayor contenido en

melanosoma. Se observan un alto contenido en plagiocasas, además de piroxenos, anfíboles y granate en

bandeados de color verde.

En esta sección delgada se observa textura nematoblástica y en muy pocas partes granoblástica; pueden

apreciarse plagioclasas, tanto sódicas como cálcicas siendo las primeras las más alteradas que, junto con los

feldespatos potásicos, ortoclasa y microclina experimentan seritización. Es posible distinguir bandas de

minerales ferromagnesianos constituidos por aegerina-augita (acmita), augita, antofilita y diópsido. También

es posible distinguir cordierita en muy baja concentración.

Con la formación de antofilita y minerales afines se establece que es: gneis gabroico, que se encuentra entre

las facies anfibolita-granulita-piroxenita, formado a partir de un gabro o una norita.

Figura 9. (Luz transmitida). Foto 40x con nícoles cruzados que muestra la textura nematoblástica por la

presencia de piroxenos; se evidencia la alteración de éstos a biotita y a óxidos, éstos son acompañados por

plagioclasa y feldespato potásico en la parte superior y derecha.

GM8 (20° 59' 33" N, 98° 43' 38" W)

La muestra GM8 fue tomada de un intrusivo máfico que se encuentra cortando al gneis Huiznopala, en un

tramo del Arroyo Chipoco. Es una roca ígnea afanítica que se caracteriza por su alta densidad; con el

microscopio se aprecia una textura granular, tiene un elevado contenido de piroxenos, tanto ortorómbios

como monoclínicos, entre los que se destacan, por su abundancia, el diópsido, la augita, aegerina-augita;



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también hay apatito, feldespatos y plagioclasas; estos dos últimos con formas esqueléticas donde minerales

metálicos han rellenado la fracturas de éstos. Sin embargo, la característica que quizá sea la de mayor

importancia sea el elevado contenido de feldespatoides que son alterados a cancrinita, por eso esta roca había

sido considerada como la variedad máfica de una ijolita (Melteigita).

Sin embargo, por la proporción entre feldespatoides y los demás minerales ha sido considerado como un

intrusivo gabróico muy enriquecido en feldespatoides, pudiendo correlacionarse con la provincia alcalina de

México.

Figura 10. (Luz transmitida).Foto 40x con nícoles cruzados se distingue la formación de cancrinita a partir de

feldespatoides, creciendo como pequeñas exsoluciones; los feldespatoides se acompañan de aegerina-augita

que se encuentra oxidándose.



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GM9A (20° 59' 31" N, 98° 43' 37" W)

GM9A es una muestra muy similar a GM3, ya que no se observan bandas y el alto fracturamiento ha

permitido el relleno de vetas de calcita. En la roca también se observa abundante calcita como alteración de

minerales previos, plagioclasas muy alteradas, escasa serpentina, así como pequeños cristales de granate;

además, se observa un recubrimiento muy superficial de óxidos de hierro.

Se puede observar muy altas concentraciones de material calcáreo en una muestra granoblástica-

nematoblastica. La parte feldespática se observa ligeramente alterada a muscovita y calcita; se observan

granates muy dispersos alterándose en su mayoría a óxidos que tienen formas esqueléticas por la

fragmentación del mineral preexistente. En ocasiones, el granate se altera a biotita, asociada a la serpentina

formada a partir de la alteración de olivinos; y también es posible distinguir casiterita anhédrica y subhédrica.

Por lo anterior, GM9A se considera un gneis norítico formado a partir de una norita como protolito.

Figura 11. (Luz transmitida). Foto 40x con nícoles cruzados de abundante crecimiento de calcita remplazando

parcialmente a un cristal de granate con textura esquelética, además de grandes cristales de feldespatos

potásicos seritizados.



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GM10 (20° 59' 28" N, 98° 43' 36" W)

Se caracteriza por la presencia de bandeados centrimétricos de material melanocrático, además de moteados

de la misma composición. Mineralógicamente, está constituida por plagioclasas, siendo el más abundante de

sus componentes, no se observan alteradas, pero presentan estrías con una dirección asociada al alineamiento

de feldespatos que constituyen el leucosoma; mientras que las bandas melanocráticas están compuestas por

piroxenos cloritizados, que se han alterado nuevamente formando óxidos e hidróxidos. Con esta muestra se

corroboran las fluctuaciones composicionales. No presenta mucha alteración, y la de mayor abundancia es la

carbonato-cálcica. El feldespato potásico se distingue y caracteriza de las secciones anteriores por su gran

tamaño y por su escasa alteración a minerales arcillosos, con presencia de algunas marcas de exolusión

micropertítica, cortadas por venas de calcita. Se presentan clinopiroxenos de los siguientes tipos: aegerina,

diópsido y augita; la mayoría están muy alterados y reemplazados por calcita, sólo algunos granos no son

reemplazados por el carbonato.

Corresponde a una muestra de gneis gabroico de facies anfibolita-piroxenita con los minerales de alteración

calcita y serpentina. El protolito es un gabro con olivino.

Figura 12. (Luz transmitida). Foto 40x con nícoles cruzados donde se observa pertita, micropertita y

plagioclasas seritizadas, estos minerales están acompañados por un óxido formado a partir de clinopiroxenos.



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20

GM14 (20° 59' 15" N, 98° 43' 20" W)

Esta roca fue extraída del contacto del gneis con una cabalgadura de la Formación Cahuasas, GM14 es una

muestra de color blanco y gris con fracturas rellenas por un material oscuro que, intemperizado, aparece beige

y café (diseminados de calcita). Es una muestra constituida principalmente por feldespato y plagioclasa con

algunos cristales de olivino alterado a serpentina.

En esta muestra, de textura granoblástica, que se encuentra muy alterada y fracturada se observa un alto

contenido de feldespatos potásicos y plagioclasas, anhédricos y muy pocos subhédricos, presentando

seritización y formación de calcita, respectivamente. Se distinguen algunos olivinos subhédricos y euhédricos,

muy fracturados y de alto relieve, que se relacionan con plagioclasas; asociados a la presencia de estos

olivinos se encuentra serpentina que, de igual forma, se asocia con feldespato. Se observan clinopiroxenos,

sobre todo diópsido anhédrico muy deformado, siendo la base para la formación de granate (grosularia) y se

le asocia con biotita y óxidos metálicos. Esta muestra se caracteriza por la presencia de olivino bien

cristalizado, además de la asociación de piroxeno-granate y feldespato-granate.

La muestra GM14 es un gneis gabroico, facies granulita que ha sido deformado por el cabalgamiento de rocas

del Jurásico, así como por la retrogradación a causa de enriquecimiento supergénico.

Figura13. (Luz transmitida). Foto 40x con nícoles cruzados de cristal de olivino poco serpentinizado, asociado

a calcita, feldespato potásico seritizado y óxidos metálicos.



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DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES

La descripción petrográfica de las secciones delgadas evidencian una variabilidad composicional en el litotipo

reconocido previamente como gabro-anortosítico y que está expuesto entre las localidades de Chipoco e

Ixtlapala. En este trabajo también se observaron gneises gabroicos, noríticos y anortosíticos. Relacionado con

el mismo cuerpo se reconoce la misma facies metamórfica antes propuesta por Lawlor en 1999 (granulita) [8]

distinguiéndose, además, facies de condiciones P-T mayores (cercanas a la migmatización) y menores

(anfibolita y piroxenita).

El enriquecimiento de minerales ferromagnesianos es atribuido a la intrusión de diques gabroicos,

observándose en las muestras que son cercanas a GM8. Por otra parte, se descarta la existencia de dos

afloramientos en el trayecto entre las comunidades de Acatepec y Huiznopala, registrados en la Carta

Geológica F14-D51 (Molango); estableciendo que forman parte de una brecha tectónica que contiene clastos

de esquistos calcáreos, pudiendo confundirse con clastos del mismo Gneis Huiznopala y que no ha sido

registrada hasta ahora, por lo que se recomienda la cartografía de esa importante y extensa estructura.

Finalmente, el gneis registra los eventos siguientes:

1- La colisión entre bloques continentales formando el continente Rodinia, visto en la formación de la

facies granulita y las texturas migmatíticas, esto evidenciado con el análisis anteriormente expuesto

para la muestra GM2.

2- La apertura del Golfo de México, relacionándolo con el fracturamiento de la roca y ejemplificado en

cada uno de los afloramientos de los ejemplares analizados tanto para muestra de mano como en

sección delgada.

3- La Orogenia Laramide con el reconocimiento de cabalgaduras tanto en el cuerpo Gabro-Anortosítico

como aquélla cercana a la comunidad de Huiznopala; petrográficamente, se demuestra con las

muestras relacionadas con la brecha (MBRE y MBRECLAST) que no ha sido cartografiada hasta el

momento.

4- Posteriormente se da la extensión durante el Cenozoico que da pauta para el establecimiento de

drenajes (Arroyo Chipoco, e.g.) y el fracturamiento de la roca. La exposición del gneis durante este

periodo induce la formación de óxidos, los cuales están presentes en cada una de las muestras de

estudio. A partir de este escenario, se produce la intrusión de diques que generalmente han

retrogradado el metamorfismo, ubicándolo hasta facies esquisto verde. Este último proceso se puede

observar con las muestras MPA y GM8.

AGRADECIMIENTOS

Los autores agradecen al CONACYT, por el apoyo brindado a través del proyecto número 102054

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS



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Anexo 1

A) PERFIL LITOLÓGICO (Modificado de Carta Geológica F14-D51 SGM-2000 [21]

)

B) MAPA GEOLÓGICO DEL ÁREA DE ESTUDIO



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Microtexturas en granos de cuarzo de la playa de Cazones, Golfo de México:

Implicaciones en el ambiente deposicional

Recibido el 4 de febrero de 2009 y aprobado el 25 de mayo de 2009

Cruz Ortiz Norma Liliana1, * Cruz Martínez Adriana 1, D. Sengupta2, Granados Ramírez Pamela1, Mendoza Espinosa

Milton 1, Reyes Campero Luis Miguel1, John S. Armstrong-Altrin3,*

1Centro de Investigaciones en Ciencias de la Tierra, Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo, Ciudad Universitaria, Carretera

Pachuca-Tulancingo km. 4.5, Pachuca, Hidalgo, 42184, México 2Department of Geology and Geophysics, IIT Kharagpur -721302, West Bengal, India 3Instituto de Ciencias del Mar y Limnología, Geología Marina y Ambiental, Universidad Nacional Autónoma de México, Circuito

Exterior s/n, 04510, México D.F., México

*[email protected], 771 71 72 000 ext. 2271

RESUMEN

En este estudio, se reporta los diferentes tipos de microtexturas identificadas en granos de arena de la

playa de Cazones, Golfo de México y las implicaciones sobre el ambiente de depósito. Treinta muestras

colectadas a lo largo de la playa de Cazones fueron estudiadas para conocer su microtextura. Veinte

microtexturas han sido identificadas y han sido divididas en varios grupos de acuerdo a su origen. Doce

microtexturas son de origen mecánico, y sólo una de origen glaciar, tres microtexturas de origen

mecánico y/o químico y cuatro restantes de origen químico. Entre cuatro microtexturas de origen

químico, dos representan características de origen por disolución, mientras que otras dos reflejan

características de origen de precipitación. Las microestructuras identificadas indican claramente una

influencia fluvial (mezclándose el agua del río Tecolutla, cerca del área de estudio), marina y eólica

(presencia de arenas de dunas a lo largo de la costa del área de estudio) origen de las arenas de playa de

Cazones.

PALABRAS CLAVE: Golfo de México, microtextura, granos de cuarzo, ambiente deposicional.

ABSTRACT

In this study, we report the different types of microtextures identified on sand grains of Cazones beach,

Gulf of Mexico and its implications on depositional environments. Thirty samples collected along the

Cazones beach were studied for microtexure. Twenty microtextures have been identified and are divided

into various groups according to their origin. Twelve microtextures are of mechanical origin, only one

microtexture of glacial origin, three microtextures of mechanical and/or chemical origin and four

microtextures of chemical origin. Among four microtextures of chemical origin two features are of

dissolutional origin, whereas other two features are of precipitational origin. The microtextures identified

are clearly indicating the influence of fluvial (mixing of water from River Tecolutla, near to our study

area), marine and aeolian (dominance of dune sands along the study area coasts) origin of the Cazones

beach sands.

KEY WORDS: Golfo de Mexico, microtextures, quartz grains, depositional environment.



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“Microtexturas en granos de cuarzo de la playa de Cazones, Golfo de México: implicaciones en el ambiente deposicional”

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INTRODUCCIÓN

El origen y la procedencia de las arenas de cuarzo han sido estudiados según sus características

estructurales de los granos y los procesos de transporte sufridos por los mismos. La variedad de factores,

tales como estabilidad mecánica y química de los granos de arena, el área de la fuente, agentes de

transporte y climáticos, hace tales estudios de interés, no solamente para los sedimentologistas sino

también para los geólogos en general. El estudio de microtexturas en los granos de cuarzo (>200 µm)

usando las técnicas de microscopía electrónica de barrido (MEB) se ha convertido en un método

importante para interpretar ambientes y mecanismos sedimentarios de transporte [1-10]

. Las microtexturas

en granos de cuarzo proporcionan la evidencia de los procesos mecánicos y químicos que actúan en los

granos durante el transporte y después de la depositación [1, 4, 8, 11-16]

. Las microtexturas típicas para

distinguir el origen mecánico y químico y sus implicaciones ambientales también fueron discutidas por

muchos autores [17-22]

. Algunos estudios se han realizado sobre las arenas de dunas costeras tropicales

para determinar el tipo de transporte, composición y depositación de los granos de cuarzo durante su

ciclo sedimentario [22,23]

.

Es fácil interpretar el ambiente deposicional de las arenas usando diversas microtexturas puesto que cada

microtextura tiene un origen diferente. Por ejemplo, las fracturas concoidales, las superficies lisas, las

formas mecánicas en V, y las estrías lineales o curvas están asociadas a la abrasión mecánica en

ambientes marinos y eólicos de energía de alta/media/baja, mientras que las cavidades de disolución, el

grabado y los depósitos de sílice son característicos de una influencia química sobre la morfología del

cuarzo en áreas tropicales o saturadas en sílice como las zonas intermareales [24-26]

. Así, el estudio

microtextural en granos de cuarzo puede ayudar a identificar la procedencia, procesos del transporte y los

cambios diagenéticos de los sedimentos. Las microtexturas de origen mecánico son formadas por

impactos frecuentes y abrasiones en los granos de cuarzo durante el transporte por los diferentes

ambientes dinámicos. Asimismo, el origen químico refiere a las microtexturas formadas por los varios

tipos de grabado y sobrecrecimiento. Los granos de cuarzo de ambiente eólico se muestran bien

redondeados y con efecto dull, con bajo relieve y exhiben varias "placas invertidas" en sus superficies [26]

, mientras que los granos de cuarzo de ambiente marino generalmente están redondeados parcialmente,

frecuentemente pulidos con los bordes lisos [26-28]

. De acuerdo con los varios tipos de microtexturas

observadas en los granos de cuarzo, es posible identificar los ambientes deposicionales particulares tales

como eólico, marino y glacial. En este artículo, reportamos los diferentes tipos de microtexturas

identificadas en granos de arena del área de estudio de Cazones y de sus implicaciones en ambientes

deposicionales.

GEOLOGÍA DEL ÁREA DE ESTUDIO

En la zona afloran dos tipos de materiales geológicos que son del Terciario (Oligoceno, Mioceno y

Plioceno) y del Cuaternario (Pleistoceno y Reciente - Fig. 1.2).

En el Oligoceno (To) las rocas están formadas por una secuencia de lutitas y areniscas de las

Formaciones Mesón, Alazán, Coatzintla, Palma Real, Horcones, La Laja y Conglomerado Nanchital.

Estas rocas fueron depositadas en un ambiente marino de aguas marginales o poco profundas, mientras

que las lutitas en ocasiones son arenosas, de colores gris claro a gris oscuro; las areniscas son de grano

medio y en algunos sitios son arcillosas. La secuencia también tiene intercalaciones de margas de color



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gris, calizas coralinas y conglomerados. Sobreyace discordantemente sobre las rocas del Paleoceno y

concordantemente a los sedimentos del Eoceno y afloran extensamente sobre las porciones norte y centro

del estado de Veracruz [29]

.

El Mioceno (Tm) se presenta ampliamente cubriendo las porciones noreste, centro y sureste de la misma

y está representado por sedimentos arcillo-arenosos de las Formaciones Tuxpan, Escolín, Cedral, Paraje

Solo, Filisola, Concepción Inferior y Superior, Encanto y Depósito. En las localidades de Huitepec,

Tenixtepec, Papantla, Cazones, Tuxpan y oeste de Tamiahua aflora la Formación Tuxpan, que fueron

depositadas en aguas marinas someras y corresponden con lutitas de color azul en partes arenosas y

arenisca de grano medio a fino, ocasionalmente calcárea, de color crema, y que descansan en

discordancia sobre los depósitos del Oligoceno [29]

.

El Plioceno (Ige) es representado por rocas ígneas extrusivas, de las cuales la actividad volcánica

comenzó a finales del Terciario y continuó hasta el Cuaternario [30]

. Inicialmente el vulcanismo fue de

composición andesítica, también se presentan las de composición intermedia y en mucho menor cantidad,

las ácidas.

El Pleistoceno Reciente (Qal) se representa por depósitos de arena, gravas, limos y arcillas que se

encuentran sin consolidar. Son el producto de la desintegración por intemperismo de las rocas

preexistentes, que fueron y siguen siendo erosionadas y cuyos residuos son transportados y depositados

en las porciones topográficamente bajas. En la porción central de la entidad estos depósitos forman una

planicie que cubre una gran extensión. También son abundantes en los márgenes y lechos de los ríos y

arroyos, así como en la proximidad de la línea de costa [29]

.

MARCO TECTÓNICO

Los principales elementos tectónicos que controlaron el depósito y deformación de las rocas

sedimentarias mesozoicas y terciarias del noreste y sureste del estado de Veracruz, lo constituyen el

Anticlinorio de Huayacocotla, Macizo de Teziutlán, Plataforma de Córdoba, el Macizo Volcánico de los

Tuxtlas y la Cuenca Salina del Istmo, así como la Cuenca Tampico-Tuxpan con la Antefosa de

Chicontepec y la Cuenca de Veracruz [29]

.

Cuenca de Tampico – Tuxpan.- Está localizada en la parte norte del estado de Veracruz, extendiéndose

en el extremo sur del estado de Tamaulipas y las porciones más orientales de los estados de San Luis

Potosí, Hidalgo y norte de Puebla. La cuenca tiene la forma de un arco semielíptico, abierto hacia el

Golfo de México, y está delimitada por el arco de Tamaulipas y el homoclinal regional de San José de las

Rusias, al oeste con la Sierra Madre Oriental, y al sur, con el Bloque Tectónico de Teziutlán. El carácter

de cuenca de esta región obedece al hundimiento del área ocupada por el archipiélago de Tamaulipas,

provocado en gran parte por los esfuerzos que plegaron y fallaron la Sierra Madre Oriental a principios

del Terciario [29]

.



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29

METODOLOGÍA

Cerca de treinta muestras fueron colectadas a lo largo de la playa de Cazones, y fueron estudiadas para

microtextura. Aproximadamente 20g de cada muestra fueron tratados con ácido hidroclórico diluido para

eliminar el carbonato de calcio, y lavados con agua destilada. Posteriormente, los materiales residuales

obtenidos reaccionaron con H2O2 para remover la materia orgánica.

Algunos granos de cuarzo muestran capas de hierro y éstas fueron removidas hirviendo las muestras en

una solución de cloruro de estaño. Posteriormente, las muestras de arena fueron lavadas varias veces con

agua destilada. Las arenas tratadas fueron tamizadas para separar las fracciones de diferentes tamaños de

grano. Los granos de cuarzo de tamaño entre 200 y 400 µm fueron seleccionados, como generalmente se

llevan la mayoría de características pre y post deposicionales [3]

.

Los granos de cuarzo fueron separados a mano bajo el binocular del microscopio, montados en el

Microscopio Electrónico de Barrido (MEB) y se recubrieron con oro, examinándose con JEOL - JSM -

Microscopio Electrónico de Barrido de 5800 (MEB). El EDS se hace con el sistema del redux de Oxford

ISIS 300. Las fotos del MEB fueron tomadas en el laboratorio del Departamento de Geología y

Geofísica, Instituto de Tecnología de la India, Karagpur, India.

Veinte granos del cuarzo fueron seleccionados de cada muestra para el actual estudio, lo cual es

considerado como suficiente para representar la variabilidad presente en una sola muestra y también

interpretar los ambientes deposicionales [17-31]

. La interpretación de las texturas de la superficie del grano

de cuarzo de varios ambientes fue discutida por Higgs [32]

, Bull et al. [33]

, y Mahaney et al [8]

.

TIPOS DE MICROTEXTURAS IDENTIFICADAS

Las microtexturas en granos de cuarzo se consideran como indicadores de los procesos mecánicos y

químicos que prevalecen en varios ambientes energéticos. En el presente estudio, veinte tipos de

microtexturas (figuras 2.1 - 2.24) fueron identificadas y se resumen en la tabla 2.1.

Microtextura Distribución Origen

Grano Muy Angular

Grano Angular Grano Sub-Redondeado

Cavidades Medias ( Medium Pits)

Cavidades Pequeñas ( Small Pits) Fracturas Concoidales

Pasos Arqueados

Superficies Lisas Bordes Curvos (Curved Edges)

Patrones en Forma de V Estrías (Grooves)

Característica en Forma de Crescent

(Crescent shaped feature)

Abundante

Abundante Común

Disperso

Disperso Común

Disperso

Disperso Común

Disperso Disperso

Disperso

Mecánico

Marca tipo Chatter (Chatter –wavy mark) Disperso

Glaciar

Fractura

Alto Relieve Partículas Adheridas

Presente

Disperso Disperso

Mecánico/Químico

Cavidades Grabadas (Etch Pits)

Fisuras de Solución (Solution crevasses)

Glóbulos de Sílice (Silica globules) Flores de Sílice (Silica Flowers)

Disperso

Común

Presente Presente

Químico

Tabla 2.1 Microtexturas identificadas en los granos de cuarzo de la Playa de Tecolutla.

Abundante (>75%); Común (50-75%); Presente (25-50%); Disperso (5-25%)



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Estas microtexturas fueron divididas en varios grupos de acuerdo a su origen. Doce microtexturas son de

origen mecánico, solamente una es de origen glacial, tres son de origen mecánico y/o químico y cuatro de

origen químico. Entre las cuatro microtexturas de origen químico, dos tienen la característica de ser de

disolución, mientras que las otras dos son por precipitación.

El significado de cada microtextura se discute abajo detalladamente: Los granos de cuarzo de la playa de

Cazones muestran diversos tamaños de las cavidades (figs. 2.1-2.4). Estas cavidades irregulares se

dividen generalmente en tres tipos: pequeño, medio y grande, y éstas tienen una distribución ambiental

extensa [31]

. Las cavidades pequeñas y medianas son más comunes que las más grandes. Las

características concoidales son las más comunes y frecuentemente observadas en los granos de cuarzo.

Estas características se clasifican como pequeñas, medias y grande basándose en el tamaño de la fractura.

La mayoría de los granos de cuarzo de las arenas de Cazones exhiben contornos angulares a sub-

angulares (fig. 2.5-2.8). Los contornos redondeados y sub-redondeados de los granos de cuarzo están

relacionados a la modificación del grano en ambientes eólicos [34]

o bajo la energía de la playa [35]

. Sin

embargo, los patrones de forma de V están mucho menos presentes en los granos estudiados del cuarzo.

Las fracturas concoidales (fig. 2.9-2.13) son comunes y se asocian a los pasos arqueados (fig. 2.13). El

desarrollo de estrías también está presente en el grano de cuarzo (fig. 2.14). La presencia de las marcas

de tipo chatter (ondulada) indica generalmente el origen glacial (fig. 2.15). Las marcas de tipo chatter

son comúnmente de 1-5 cm (1/2 - 2 pulgadas) pero tanto pueden ser sub-microscópicas, o como 50 cm de

longitud. Ocurren principalmente en rocas duras, frágiles tales como granito y son formadas debajo de un

glaciar por la presión y el impacto de los cantos rodados movidos hacia adelante a lo largo de la

superficie irregular de rodamiento o deslizamiento. Las fractura placas/planos (figuras 2.16-2.17)

también son identificadas en los granos de cuarzo de Cazones. Partículas adheridas (fig. 2.19) están

también presentes en dichos granos. Los granos de cuarzo de la playa de Cazones muestran varios tipos

de relieve, es decir, bajo, medio y alto (fig. 2.20). La mayoría de los granos muestran de medio a alto su

relieve, mientras que algunos granos exhiben un relieve bajo. El relieve de estos granos se ha

identificado principalmente basado en el grado de alteración de la superficie del grano por uno o varios

tipos de microtexturas.

Las arenas de cuarzo expuestas, orientaron las cavidades del grabado (figuras 2.1-2.4). Estas cavidades

resultan de la acción química (disolución) en los granos de cuarzo, que quizás se formaron en el ambiente

marino, particularmente del ambiente submareal [32]

. Esta característica más o menos se asemeja al

triángulo en contorno [17]

. Además, los granos de cuarzo exhiben dos tipos de características químicas (de

precipitación), es decir, fisuras de la solución, glóbulos de sílice. Las fisuras de la solución son

probablemente formadas debido a la disolución química y precipitación del agua marina (fig. 2.21-2.22).

Los glóbulos de sílice (fig. 2.23) están mostrando un aspecto liso como si la sobreimpresión de sílice ya

hubiera ocurrido. Esta característica generalmente se forma en granos que tienen contacto con soluciones,

que están sobresaturadas de sílice. El crecimiento de los glóbulos de sílice puede dar lugar a la flor de la

sílice (fig. 2.24). Estas flores se forman en grupos, en las partes protegidas de las superficies del grano,

donde los poros tienen fluidos estancados sobresaturados en sílice [24]

. El incremento en el número de los

glóbulos de sílice conducirá a la formación del pellicle de sílice [24]

. Este pellicle puede crecer en cierta

parte o la superficie entera del grano dependiendo de la disponibilidad de los fluidos, los cuales están

sobresaturados con respecto a la sílice. Los granos de cuarzo de Cazones muestran un menor

sobrecrecimiento cristalino (fig. 2.22), las cuales exhiben pequeñas caras cristalinas. La diferencia entre

el desarrollo del pellicle de sílice y el sobrecrecimiento cristalino es como sigue. El pellicle de sílice

resulta principalmente de la rápida precipitación de sílice amorfo, mientras que el desarrollo del

sobrecrecimiento cristalino requiere más tiempo de estancia de la solución de sílice. El sobrecrecimiento

cristalino se encuentra en algunos granos de cuarzo, que exhiben caras cristalinas más pequeñas. Estos

sobrecrecimientos son mucho más pequeños de tamaño que los sobrecrecimientos, que se desarrollan en

un ambiente diagenético sub-superficial. Generalmente, el sobrecrecimiento del cuarzo se forma durante

la diagénesis exponiendo caras cristalinas bien desarrolladas.



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31

PROCEDENCIA Y AMBIENTE DEPOSICIONAL

Los granos de cuarzo de la playa de Cazones muestran varios tipos de microtexturas. Las fracturas

concoidales son comunes en los granos de cuarzo del área del estudio y se asocian a los pasos arqueados,

indicando que muchos granos de cuarzo fueron derivados de las rocas cristalinas de la fuente [36, 37]

. El

dominio de granos angulares a sub-angulares y la presencia de pasos arqueados demuestran que los

granos de cuarzo del área del estudio estuvieron sujetos a un corto periodo de transporte.

Las microtexturas como las de forma en V, las estrías rectas y las estrías curvadas con variaciones en el

tamaño y forma son también comunes en muchos granos. Las microtexturas en forma de V, son

comúnmente vistas en granos de cuarzo de ambientes marinos, fluviales (alta energía) y deltaicos (hacia

el mar). En general, las formas en V son características de ambiente litoral [38, 39]

.

Las formas en V resultan de ambos procesos tanto mecánicos como químicos. Los patrones en forma de

V resultaron de procesos mecánicos ya que muestran patrones orientados al azar y están caracterizados

por un lado irregular y desigual en la porción central de la depresión. Por otra parte, los patrones

orientados en forma de V son posiblemente el resultado del grabado químico, el cual tiene relativas

superficies con planos internos con bordes regulares externos [17, 22, 40]

.

El patrón en forma de V es causado por la acción cuando un grano choca a otro. Se piensa que cada

patrón en V que tiene una orientación similar pudo haber sido causado por una colisión entre dos granos.

Así, un juego de formas en V pudo haber sido el resultado de la proyección de un grano contra otro grano

con movimiento linear, mientras que la segunda colisión puede causar otro juego de formas en V con

diferente orientación [22]

.

En el presente estudio, la mayoría de las muestras estudiadas revelan sus diversas orientaciones en las

formas V, que son características del origen mecánico. Los patrones de forma en V de origen mecánico

se encuentran generalmente en un ambiente subacuático teniendo condiciones de alta energía. Aparte de

esto, las formas en V se asocian generalmente a estrías lineales y curvas, los cuales apoyan el origen

mecánico. La forma en V con estrías lineales y curvas son probablemente el resultado de la colisión entre

diversos granos de cuarzo (bordes agudos) en un medio subacuático, probablemente por la acción de las

olas. Puesto que las formas en V son de origen mecánico, la distribución de éstas está principalmente

relacionada con condiciones de la energía en los ambientes marinos. Por lo tanto, la abundante presencia

de formas en V de los granos de cuarzo sugiere que estas características fueran desarrolladas en el

ambiente de la playa en condiciones de alta energía (acción de las olas). Aparte de esto, los granos de

cuarzo de la playa Cazones también muestran cavidades con grabados orientados, que es también una

característica de ambiente marino de sub-marea.

El dominio de fracturas concoidales indica directamente el ambiente de playa de energía alta-baja. La

presencia de superficies lisas en el grano (fig. 2.19) con fractura concoidal indica probablemente dos

etapas de procesos deposicionales, 1) las fracturas concoidales posiblemente formadas en un ambiente de

playa (acción de las olas); 2) la superficie lisa puedo haber sido formada por la acción eólica.

Similarmente, la presencia de estrías indica (fig. 2.14) la energía fluvial. Los granos angulares y sub-

angulares indican fuertemente la cercanía a la fuente. Las características del impacto tales como

fracturas concoidales, pasos arqueados, formas en V indican un transporte subacuático. La estriación o

las grietas pulidas en los bordes también indican un retrabajo de los granos por medio del transporte

subacuático. Las marcas (onduladas) de tipo chatter (fig. 2.15) son comunes en el ambiente glacial,

todavía se requiere de más estudios para confirmar esta interpretación. Sin embargo, estas dos

características demuestran las marcas de una abrasión dominantemente acuática. Las características

crescent son formadas (fig. 2.16) específicamente por el transporte eólico. Porque éstas son siempre



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32

pulidas y a veces son apenas visibles, indican un estado temprano de la evolución del grano en un

dominio continental. También las formas crescent se ligan al transporte eólico de alta energía.

La presencia de glóbulos de sílice indica una evolución sedimentaria fluvial y están presentes

especialmente en las depresiones de la superficie del grano e indican un dominio intermareal. Por lo

tanto, las microtexturas identificadas en este estudio indican claramente la influencia fluvial (el

mezclarse del agua del río Cazones, cerca del área de estudio), marina y eólica (indicando la presencia de

dunas de arena a lo largo de la costa del área de estudio) de las arenas de la playa de Cazones.

Figuras

Fig. 2.1 Granos de cuarzo sub-redondeados

mostrando cavidades grandes y medianas

Fig. 2.3 Granos de cuarzo sub-redondeados

mostrando un desarrollo de cavidades

a lo largo de los planos cristalográficos

Fig. 2.2 Granos de cuarzo mostrando bordes

curvos y cavidades

Fig. 2.4 Granos de cuarzo sub-redondeados con

cavidades de medianas a pequeñas



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33

Fig. 2.5 Mezcla de población angular (más

dominante) y granos de cuarzo sub-redondeados

Fig. 2.6 Granos de cuarzo sub-hedrales y

sub-redondeados

Fig. 2.7 Granos de cuarzo angulares y

sub-redondeados

Fig. 2.8 Granos de cuarzo muy angulares y

sub-angulares



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34

Fig. 2.9 Vista de cerca de la foto anterior,

mostrando fractura concoidal de tamaño medio

Fig. 2.10 Grano mostrando una fractura

concoidal de gran tamaño (cavidad lenticular)

Fig. 2.11 Granos de Cuarzo angulares y

sub-angulares mostrando

fracturas concoidales

Fig. 2.12 Granos de Cuarzo muy angulares

mostrando fracturas concoidales



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35

Fig. 2.15 Grano con marcas de tipo

en la superficie

chatter

(ondulada)

Fig. 2.16 Granos de Cuarzo sub-hedrales mostrando

la fragmentación en la superficie del cristal

y la forma crescent

Fig. 2.13 Fracturas concoidales con pasos

arqueados

Fig. 2.14 Granos de cuarzo mostrando el

desarrollo de estrías en la superficie



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36

Fig. 2.17 Granos mostrando diferentes tipos

de fragmentación

Fig. 2.18 Grano de cuarzo sub-hedral

mostrando cavidades grabadas

Fig. 2.19 Granos de Cuarzo fragmentados

con superficies lisas mostrando

partículas adheridas

Fig. 2.20 Grano de Cuarzo sub-redondeado

mostrando un alto relieve y patrones

en forma de V pequeños y grandes



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37

AGRADECIMIENTOS

JSA desea expresar sus gracias por la ayuda financiera proporcionada con el proyecto institucional (no.

616) del Instituto de Ciencias del Mar y Limnologia, UNAM.


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Fig. 2.22 Grano de Cuarzo con fisuras de

solución y mostrando sobrecrecimiento cristalino

Fig. 2.23 Grano triangular mostrando

glóbulos de sílice

Fig. 2.21 Grano de cuarzo sub-hedral frag-

mentado mostrando fisuras de solución en la superficie

Fig. 2.24 Flor de Sílice en la superficie del

grano de cuarzo



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40



ISSN 1870-7297

La Formación Chipoco y su relación estratigráfica con el posible yacimiento

manganesífero de Chichapala, Veracruz, Este de México.

Articulo recibido el 2 de febrero de 2009 y aprobado el 22 de mayo de 2009

E. Cerecedo Sáenz [1], E. Salinas R. [1], A. Cantú C. [2], F. Patiño C. [1], M. Ramírez C. [1], J. Hernández A[1]. M. Reyes P. [1]

[1]Centro de Investigaciones en Ciencias de la Tierra y Materiales (CICTyM) del Instituto de Ciencias Básicas e Ingeniería (ICBI) de la

Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo (UAEH). Carretera Pachuca-Tulancingo km 4.5, C.P. 42184, Mineral de la Reforma,

Hidalgo, México. [2] Instituto Politécnico Nacional [email protected] E. Cerecedo

RESUMEN

Se infiere que los efectos de la transgresión neojurásica (Formación Chipoco) ocurrida en la región de

Chichapala, Veracruz, en el este de México, origino un yacimiento manganesífero.

- Observaciones de campo geológico-regionales,

- comparaciones de secuencias estratigráficas con yacimientos de manganeso en la región vecina de Molango,

Hidalgo, y

- relaciones estructurales de esos yacimientos, localizados en anticlinales, muestran que los elementos

manganesíferos ocurren particularmente en secuencias estratigráficas de la Formación Chipoco del Jurásico

Superior.

Palabras clave: transgresión neojurásica, yacimientos de manganeso, Formación Chipoco

ABSTRACT

It is inferred that the effects of neo - jurassic transgression (Chipoco formation) occurred in the region of

Chichapala, Veracruz State in the east of México, lead the origin to a manganese ore body.

- Observation of field, geological – regional.

- Comparisons of stratigraphic sequences with manganese ore bodies in the neighbor region of

Molango, Hidalgo State, and.

- Structural relationships of these ore bodies, located in anticlines, show that manganesiphers elements

occurs particularly in stratigraphic sequences of the Chipoco Formation from upper Jurassic.

Key words: neo-Jurassic transgression, manganese ore body, Chipoco Formation

INTRODUCCIÓN

El distrito manganesífero de Molango ubicado en el estado de Hidalgo en el este de la república mexicana, es

el yacimiento más grande de Manganeso conocido de América del Norte y el cuarto a nivel mundial [1].

Enclavado dentro de este distrito, se ubica la zona de Chichapala, que contiene vestigios estratigráficos y

estructurales que permiten inferir una etapa de trasgresión neojurásica [2]

, que se relaciona con la

mineralización de manganeso.

Estructuralmente se observan evidencias de un rift triásico-jurásico en esta zona [3]

. La mineralización de

carbonato de Mn en este distrito consta de una secuencia delgada del Jurásico Superior de ambiente

sedimentario marino que constituye la base de la Formación Chipoco de edad Kimmeridgiano [2].

El

enriquecimiento de Mn ocurre en la base de la Formación Chipoco, en una secuencia estratigráfica de 50 mts

y una longitud que sobrepasa los 50 Km. También, se tienen yacimientos de óxido de manganeso de origen

supergénico en la porción meridional de Molango.

Los yacimientos de carbonato de manganeso de esta región se ubican en la porción basal de uno a diez mts en

la Formación Chipoco, que consiste de rodocrosita finamente diseminada y materia orgánica dispersa en la

matriz, magnetita y hematita y sólo cantidades traza de pirita. Los estudios de láminas delgadas sugieren un

depósito de ambiente marino de circulación restringida. Los contenidos de Mn son altos hacia la base de la




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“La Formación Chipoco y su relación estratigráfica con el posible yacimiento manganesífero de Chichapala, Veracruz, Este de México”.

41

Formación Chipoco, en tanto, en el contacto con la Formación Santiago que infrayace a la Formación

Chipoco, y a la Formación Pimienta que la suprayace desaparecen los contenidos de Mn.

Los estudios químicos y mineralógicos indican que la mineralogía predominante es de rodocrosita en la zona

del depósito, una mezcla de carbonatos (manganocalcita, kutnohorita +/- rodocrosita) a manganocalcita.

Varios estudios geológicos [4]

y de procesos geoquímicos realizados en esta zona han arrojado dos resultados

principales:

- la formación de carbonato de manganeso por diagénesis preliminar y

- la reducción de óxidos de manganeso por medio de la oxidación de materia orgánica y sulfuro de

hierro.

Los óxidos de manganeso fueron concentrados en las márgenes de un medio anóxico según los vestigios

estratigráficos de la cuenca, esto proporcionó un agente oxidante importante de materia orgánica en el

paquete de sedimentos. Los efectos de la materia orgánica en las reacciones de oxidación incluyeron la

producción de iones Mn+2

, precipitación de carbonato de manganeso, oxidación de monosulfuro de hierro

el cual fue el precursor de la pirita, además, la formación de otros óxidos de hierro.

Se infiere que otro origen del Mn se deba a sedimentos fluviales asociada a actividad hidrotermal

relacionado con el rift [5]

que originó el Golfo de México [7,9-11].

Las reservas de manganeso medidas en el

distrito exceden los tres millones de toneladas de Mn [1]

, las reservas demostradas del distrito exceden los

200 millones de toneladas de Mn, la cartografía geológica permite identificar yacimientos de 15 billones

de toneladas de Mn de un grado de 10% (National Meterials Advisory Board, 1981).

Localización y Acceso

Partiendo de la Ciudad de Pachuca, por la carretera federal No. 105 con dirección a Huejutla, en el entronque

que conduce a Carpinteros se sigue la terracería que conduce a Huayacocotla, Ver, con dirección Este,

llegando hasta el cruce de caminos de Miguel Lerdo, se continúa avanzando 1.5 Km hacia la bifurcación del

camino, tomando el camino hacia el Este (Derecha) para avanzar cerca de 7.5 km, hasta llegar al poblado de

Chichapala, tal como lo muestra la Figura 1.

Figura 1. Plano topográfico que indica la ubicación de Chichapala, Veracruz.

Geología Regional

La columna geológica del area fuera de este estudio (Figura 2) consta de un basamento de edad Grenviliana

(900 – 1,100 M.A), del Gneis Huiznopala, el cual consiste en ortogneis (granítico y gabróico) y paragneis

(calcáreo, pelítico y psamítico) los afloramientos del gneis cubren una superficie de más de 22 km2 y son

remanentes de pilares tectónicos jurásicos.

A Huayacocotla

A Chichapala



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42

Rocas de posible edad paleozoico están ausentes en esta área; sin embargo hay evidencias de una secuencia de

arenisca y lutita (Formación Otlamalacatla) y una secuencia volcanosedimentaria (Formación Tuzancoa), que

podrían ser de esa edad.

El Jurásico inferior (Formación Huayacocotla) consta de tres miembros, el inferior formado por

conglomerado, arenisca y lutita. El miembro intermedio contiene conglomerado, arenisca y lutita. El miembro

superior, consta de arenisca, lutita y en menor proporción, conglomerado

El Jurásico medio está representado por:

- capas rojas (Formación Cahuasas) con un espesor de 0 a 300 mts en la localidad tipo alcanza cerca

de los 2000 mts de espesor y,

- por caliza arenosa, marga y lutita de ambiente marino somero (Formación Tepéxic) con espesores de

40 a 350 mts, ambas formaciones, están en discordancia angular sobre las rocas de edad Jurásico

inferior.

El Jurásico superior está formado por lutita, y caliza negra con lutita (Formación Santiago [2]

y Formación

Chipoco [13]

, respectivamente); estas formaciones yacen concordantemente sobre el Jurásico medio. El espesor

de la Formación Santiago es de 40 a 160 mts y el de la Formación Chipoco de 40 a 240 mts.

El Jurásico superior-Cretácico está constituido por caliza negra con pedernal (Formación Pimienta) y

descansa concordantemente sobre la Formación Chipoco, el espesor promedio de la Formación Pimienta es de

280 mts.

El Cretácico inferior consta de secuencias de caliza aporcelanada gris con estilolitos paralelos a la

estratificación (Formación Tamaulipas) el espesor promedio es de 300 mts.

El Cretácico superior (Formación Agua Nueva, San Felipe y Méndez) consta de varios tipos de unidades;

rocas calcáreas y siliciclásticas cuya granulometría aumenta en ascendente, el espesor de estas rocas van de 80

a 350 mts. La cubierta sedimentaria tiene un espesor promedio en conjunto de 4000 mts. La cubierta

mesozoica está truncada por una superficie de erosión sobre la que se depositaron conglomerados terciarios

(Grupo el Morro) seguida por una serie de derrames de lava alcalina, basáltica (Formación Tlanchinol) y

finalmente, una secuencia bimodal de basaltos y riolitas de la Formación Atotonilco el Grande.

Figura 2. Plano geológico que muestra las rocas que afloran en el núcleo del Anticlinorio de Huayacocotla. Región de

Chichapala.

Estratigrafía de Chichapala

Las rocas que afloran en el área de Chichapala abarcan desde el Jurásico inferior al Terciario, las cuales son,

de la base a la cima, como sigue:



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Jurásico inferior, Formación Huayacocotla: Se encuentra hacia la parte meridional de Chichapala donde

afloran aproximadamente 300 mts en la localidad tipo descrita por Erben [7]

e incluye los tres miembros de la

definición dada en la parte de la Geología Regional.

Jurásico medio en la región de Chichapala no aflora. (En el lecho del río se observan clastos de 2 metros de

diámetro que corresponden a la formación Tepéxic, además, de fragmentos de capas rojas de la formación

Cahuasas).

Jurásico superior está representado por dos formaciones siendo la más antigua la Formación Santiago que

consta de lutitas y aflora en las partes más bajas cerca del área de la Mirra. La Formación está escasamente

distribuida en el graben (que aquí se denomina graben Chichapala) en donde se lograron identificar tres

litologías de cuatro de la Formación Chipoco, debido, a que no aflora el basamento de esta formación y ahí

solo afloran tres unidades en el núcleo del graben en forma de escamas tectónicas, a saber:

- la litología más reciente consta de: Una secuencia de lutita de 30 mts de espesor que aflora a 150

mts de la población de Chichapala,

- a esta secuencia lútítica infrayace un paquete rítmico de lutitas y caliza, tercero,

- bajo ellos infrayace a este paquete una unidad de arenisca de aspecto en algunos intervalos

arkosítico.

En el límite Jurásico superior – Cretácico inferior yace una secuencia de espesor potente de más de 300

mts. Consistente en calizas intercalas con pedernal (Formación Pimienta), la cual se caracteriza por la

incompetencia mecánica de las rocas que la forman y desarrollar pliegues tipo Chevrón.

Terciario: se tiene una secuencia de rocas ígneas bimodales de la Formación Atotonilco el Grande que en

sitios localizados ha sufrido gran alteración hidrotermal.

Tectónica

En el área del rift Molango [5]

se observan tres eventos tectónicos principales, en tanto, en el ámbito local en el

área de Chichapala solo se observan dos que se describen como sigue:

- 1. evento compresivo, las rocas sedimentarias jurasicas cretácicas fueron plegadas durante el

Cretácico superior al Eoceno superior (Orogenia Laramide), y formaron un conjunto complejo de

pliegues y cabalgaduras el (Anticlinorio de Huayacocotla), en esta zona es posible observar la

reactivación como fallas inversas de las fallas normales jurasicas, que permiten inferir en las

cercanías un horst jurásico, (alto del basamento); esta inversión podría deberse a un acortamiento

relativo local máximo. Las evidencias son inferidas al oriente del alto del basamento, donde la

cobertura sedimentaria esta intensamente plegada; en tanto que la cobertura sedimentaria del alto del

basamento esta menos plegada. El posible yacimiento manganesífero de Chichapala se encuentra

exactamente en la zona de mayor complejidad estructural.

- 2. evento de extensión posplíocenico, evidenciado por fallas normales de rumbo NW-SE.

(Agréguese a eso algunos fragmentos de rocas ígneas bimodales de la Formación Atotonilco el

Grande, las cuales delimitan EL Graben Chichapala que aquí denominamos por primera vez. Esta

estructura tiene una longitud de cerca de 10 Km y un salto de más de 120 m. la dirección de los

pliegues presentan un rumbo NNW-SSE.

En los posibles yacimientos de manganeso de esta área de Chichapala, las guías de mineralización son

solo litológicas; es decir, se localizan cerca de la secuencia transgresiva y estructurales de la sección A-

A’.

La Formación Chipoco [13]

es ahí dividida en 4 unidades litológicas, que son de la base a la cima las

siguientes: manganesífera, arenosa, limolítica y rítmica. Las muestras obtenidas de la misma, para su

estudio, yacían en la parte superior de la Unidad manganesífera, con excepción de aquellos que se

localizan en la denominada “Cueva del Encanto” muy cerca del contacto de la Formación Pimienta. Por



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analogía con los yacimientos vecinos de manganeso puede inferirse que en la base de la Formación

Chipoco se obtendrá la mayor ley de manganeso.

Lamina D. Sección estructural A-A a través del Rift de Huayacocotla.

Mineralización neojurásica manganesífera de Chichapala, Ver. Al este del estado de Hidalgo

Con base en reconocimiento de campo preliminar se seleccionaron las zonas para realizar el muestreo

sistemático, y así obtener de cada punto específico un canal, con quince kilogramos de material, con un total

de 14 puntos de muestreo, en zonas diferentes que representan el 80 % del posible yacimiento. Además, se

tomaron muestras de control para inferir otras zonas con potencial económico.

Estos puntos se ubicaron en la porción central de la Formación Chipoco, 60 metros sobre la zona que se

infiere contenga la mayor mineralización (Unidad arenosa). Ahí se realizó la medición de los afloramientos y

de los datos necesarios para la construcción de secciones estructurales.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Las muestras colectadas fueron preparadas, cuarteadas y seleccionadas para ser analizadas mediante técnicas

de Difracción de Rayos – X (DRX), Microscopía Electrónica de Barrido (MEB y EDS), Fluorescencia de

rayos X (FRX), Espectrometría de Plasma de Inducción Acoplada (ICP) y Análisis Químico vía Húmeda.

Figura 3. Localización de las canaletas y lugares de muestreo en Chichapala

“SIÓN” “CEFAS¨



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Todas las muestras seleccionadas corresponden a la unidad arenosa, (con valores pobres de manganeso) que

se encuentra por analogía con otros afloramientos del distrito manganesífero de Molango, de cerca de 60

metros de la caliza manganesífera rica en manganeso. Estas muestras fueron preparadas mediante técnicas

utilizadas para el reconocimiento de los minerales según la siguiente secuencia:

Trituración en quebradora de quijadas Marca Allis Mineral Systems Modelo Marcy Jaw Crusher, 7 x 4”

Trituración mediante quebradora de rodillos Quinn Serie Q-168 con abertura de ¾” de alimentación.

Molienda en pulverizador de disco BICO Type UA, modelo MFG.BV hasta lograr un 70% de tamaños en

malla –200. El proceso de separación de tamaños se realizó en RO-TAP TYLER Modelo RX-29 Serie 8000.

Así mismo, se eligieron muestras representativas mediante el cuarteo para su posterior análisis según técnicas

de Difracción de Rayos X (DRX), Microscopía Electrónica de Barrido (MEB) con Espectrometría por

Dispersión de Energías (EDS).

En el afloramiento de la cima de la Formación Chipoco, ubicado en N 20º-30.280” y 98º-23.022”

denominado “Cueva del Encanto” con altitud de 927 m, se observo la siguiente litología, de la más reciente

a la más antigua: Unidad rítmica, unidad de limolítica, unidad arenosa, la unidad con mineralización de la

Formación Chipoco no aflora.

El afloramiento de la Formación Chipoco esta afallado, por lo anterior, lo ubica en contacto tectónico lateral

con la Formación Pimienta, en el lugar denominado “La Cueva”, Ahí se observa una erosión hídrica, que fue

modelando una oquedad de gran proporción, debido al alto contenido en carbonatos, los esfuerzos

concentrados, originados por el contacto tectónico entre Chipoco y Pimienta, quedan evidenciados por las

brechas de contacto, las cuñas y fracturas laterales, que se ubican en el eje de un anticlinal.

El pequeño afloramiento tiene una orientación de S70ºE, buza N55ºE con un rumbo de S50º W, muestra en la

parte superior del afloramiento, cerca de 70 cm de lutita, 50 cm de caliza. Cerca de la base del afloramiento

se observan en pequeña proporción alteraciones de lo que en ejemplar de mano son óxidos de manganeso,

materia orgánica y carbón, como lo evidenció el análisis por ICP, DRX, en la muestra de la figura 8,9.10)

lámina B .

Lámina B. Columna litológica de la “Cueva del Encanto”. muestra la secuencia de la base de la Formación

Pimienta de edad kinmerdigiano.

Lamina B, en el afloramiento “La cueva” se observan rocas que contiene alteración en pequeña proporción de

óxidos de manganeso con espesor de 50 cm, se infiere que pertenece el afloramiento a la porción superior de

la Formación Chipoco, cerca de la porción basal de la Formación Pimienta, se infiere que a una profundidad



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de cerca de 60-80 m yace mineral de carbonato de manganeso por analogía de los yacimientos de Molango

Hidalgo.

Figura 5. Cima de la formación Chipoco que muestra alteraciones en ejemplar de mano que contienen en

pequeña proporción óxidos de manganeso

La Figura 5, muestra la cima de la zona con alteraciones de algunos óxidos de manganeso como se aprecian

en esa figura, en forma estratiforme con algunas partículas granulares cuyo análisis de DRX denoto la

presencia de manganeso.

Además, se infiere que a este horizonte infrayacen carbonatos de manganeso en capas que podrían tener un

espesor de 8 a 12 metros, como ha sido observado en el distrito de Molango a 30 Km. al norte.

La figura 6, muestra la carta magnética F14D62 elaborada por El Servicio Geológico Mexicano, en ella se

aprecia la intensidad que va de 20 a 80 nanoteslas en una longitud de 3.5 km en el área de Chichapala, lo cual

permite inferir la orientación de una antigua cuenca de posible origen marino con dirección NW-SE.

Figura 6. Carta magnética F14D62 Zacualtipán, Hidalgo (Servicio Geológico Mexicano), obsérvese la

estructura en forma de franja disectada de dirección NW-SE, al centro de la carta tiene una intensidad del

campo magnético alta en el área de Chichapala que permite inferir una antigua cuenca.

Algunas características de la carta mencionada es; la intensidad de campo magnético de forma que se

caracteriza de acuerdo a un color determinado, así, el color más obscuro indica una intensidad mayor del

campo magnético, además, las líneas indican isovalores del campo magnético, de forma que la carta puede



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dividirse en tres porciones, la primera, que representa un triangulo rectángulo cuya hipotenusa tendría una

orientación NW-SE y con una intensidad baja del campo magnético, en tanto, la segunda porción es una

franja con la misma orientación NW-SE, solo que tiene mayor intensidad del campo magnético y está

representada por un color naranja, la franja es disectada por una línea de intensidad del campo magnético que

geográficamente es cercana al poblado de Chichapala, la tercera porción, es la ubicada en el extremo superior

derecho de la carta se tienen los valores más altos de intensidad de campo magnético y el color que lo

representa es color naranja obscuro a rojo, en esta zona se ubica hacia unos 7 km al oriente un campo

magnético de 120 nT de forma semiesferoidal. En efecto, este cuerpo tiene isovalores del campo magnético

caracterizado por ser altos y la forma semiesferoidal característica del campo magnético permite inferir la

presencia de un cuerpo intrusivo.

La intensidad del campo magnético es de 40 nano teslas en Chichapala, con dirección NW-SE, la cual está

ubicada exactamente en la zona de mayor complejidad estructural; lo anterior, permite inferir la ubicación del

lineamiento de rift.

Los valores que pueden ser leídos de acuerdo a la simbología de esta carta en el área de Chichapala, es de

43137 nT, así como la inclinación de 49º00` y la declinación de 6º34`

Mineralogía y Alteraciones.

Se infiere que el manganeso del área de Chichapala yace en una franja de dirección NW-SE, como puede ser

observado en la figura 2, en el plano geológico que muestra las formaciones sedimentarias de edad jurasico

superior (Formación Pimienta, que suprayace a la Formación Chipoco), también, por la orientación del campo

magnético de la Figura 6, corresponde con los afloramientos de las formaciones jurásicas; además, en la carta

geoquímica Figura 7, por manganeso muestra valores altos de manganeso que coinciden con la orientación

NW-SE.

El mineral de manganeso tendría un espesor que podría ser hasta de 10 m, según analogía inferida a partir

del horizonte manganesífero de Molango, y podría yacer de 60 a 100 m de profundidad el horizonte de

importancia económica

Figura 7. Carta geoquímica por manganeso Pachuca F14-11 (Servicio Geológico Mexicano) en esta carta se

observa en la porción central valores de manganeso mayores a 500 ppm en muestras de sedimentos de

arroyo, que corresponden a la franja de Chichapala con dirección NW-SE, nótese la relación que guarda

con las formaciones jurásicas de la figura 5 y la alineación con la carta magnética en la zona de Chichapala.

La carta geoquímica de la figura 7, fue configurada con datos de manganeso, según sedimentos procedentes

de arroyos en la zona de Chichapala.

Para tal efecto, se utilizo el método analítico por emisión de plasma (ICP), se levantaron las muestras 336-

229.24 y 337-117.13, con una separación de 2.5 Km aproximadamente, obtenidas en rocas calizas con

pedernal de la Formación Pimienta que disectan los ríos del área de Chichapala; cerca del contacto de calizas

de la formación Chipoco, con un valor cercano a 472.27 ppm.



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Microscopía Electrónica de Barrido.

Preparación: Aquí, las muestras cuarteadas de mineral finamente pulverizadas (a malla +200) molidas con

mortero de ágata, se montaron en papel de aluminio adhesivo y sin recubrimiento, para ser analizadas en un

microscopio JEOL JSM-5900 de bajo vacío y equipado con un detector EDS.

Figura 8. Imagen general de partículas de caliza con más 70 µm de diámetro, cuya morfología es anhedral

correspondientes a la porción superior de la Formación Chipoco que infrayace a la formación pimienta

observadas con un equipo de MEB (JEOL JSM-5900)

Resultados: La figura 8, muestra la imagen de partículas de material calcáreo donde puede verse que las

partículas anhedrales del mineral presentan una estructura bastante compacta y característica de las calizas

manganesíferas. En efecto, este material contiene en forma mayoritaria calcio, oxigeno, silicio, además, oro

en grado de trazas, el espectro por EDS puede ser observados en la figura 9.

Asi mismo, se tienen evidencias de que cerca del contacto de la base de la unidad arenosa de la Formación

Chipoco y sobre la zona con mineralización de manganeso, se manifiestan grandes contenidos de carbonatos,

principalmente de calcita.

Por lo mismo, y según lo muestra el espectro de EDS, y el tipo de partículas carbonatadas, como se muestra

en la figura 9; en ella se infiere la presencia mayoritaria de carbonatos sobre los óxidos.

Figura 9. Espectro EDS tomado de las partículas que aparecen en la figura 8 (JEOL JSM-5900).



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En este espectro de EDS, se muestra la presencia mayoritaria de calcio, nótese la presencia de sílice, que es un

elemento que se infiere proviene de la unidad arenosa de la Formación Chipoco, que infrayace a la formación

Pimienta, estos dos elementos en cuanto a la presencia mayoritaria que denota, nos proporciona evidencias

que por analogía con los yacimientos de Molango ubicarían esta muestra sobre el nivel de la zona con

mineralización de carbonatos de manganeso de acuerdo al modelo del Distrito manganesífero de Molango.

Difracción de Rayos X.

Preparación: La muestra se pulverizó en un mortero de ágata a un tamaño de partícula aproximado de – 10

μm, luego se preparo de forma convencional, es decir, se compacto en un porta muestras de aluminio de

aproximadamente 1cm de diámetro, con el apoyo de un pistón de Al de 2.54 cm de longitud.

La muestra así montada; se colocó en un difractometro θ - 2θ marca Phillips modelo X´Pert con ánodo de

cobre, monocromador de centelleo, con abertura estándar de 1°, utilizando 40 kV, 20 mA y con un ángulo de

barrido de 20 –80 en modo Step 0.2. Se utilizó este ángulo de barrido por que las líneas principales de

difracción de la caliza manganesífera están en este rango, y se utilizó un tamaño de paso relativamente corto

para tener una mayor cantidad de conteos.

Resultados, el difractograma se presenta en la figura 10, que se muestra más adelante, con las condiciones que

se indicaron anteriormente, se analizó una muestra procedente de la cima de la Formación Chipoco, cerca

del contacto con la Formación Pimienta, los datos obtenidos del difractograma se compararon y evaluaron

con el software de difracción X´Pert Graphics. Con ello se encontró que la muestra contenía como especie

mineral mayoritaria a la calcita, además, se logró detectar pequeñas cantidades de manganeso, lo cual es un

buen indicativo de que podría corresponder esta secuencia a una secuencia análoga en el distrito de

Molango. En otra muestra de la zona referida de Chichapala se logro identificar manganocalcita.

Figura 10. Espectro de DRX del mineral analizado de la cima de la Formación Chipoco. Se muestra que las

líneas de difracción en su mayoría corresponden a un PDF 24-0027 que denota un mineral de calcita

Características del Depósito Génesis

El manganeso no es soluble en condiciones oxidantes, es decir, en un medio continental, se infiere que la

hipótesis que postularía que el manganeso pudo haber sido generado en un medio marino, parece aportar

evidencias tangibles en el área de Chichapala, derivadas del trabajo de campo y apoyadas con estudios de

Cantú-Chapa [2,3],

este autor proporcionó importantes bases estratigráficas, para explicar las tendencias

paleogeográficas de las transgresiones meso y neo jurasicas ocurridas en regiones del oriente de México.

Esas etapas transgresivas, documentadas con el estudio de secuencias sedimentarias reconocidas en

afloramientos y en material de pozos petroleros de esa región de México, permitieron explicar que en esta

región tuvieron lugar fuentes marinas exhalativas.



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Por lo mismo, las emisiones hidrotermales pudieron:

1) derivar de fallas normales, que dieron origen al sistema de fosas y pilares tectónicos de la fosa de

Huayacocotla o

2) por la presencia de alguna dorsal submarina, como fuente con alta capacidad calorífica, a su vez

enriquecida en metales; la cual fue formada por la ruptura de la Pangea como fuentes marinas

exhalativas.

Clasificación del Yacimiento. Aquí se infiere que el manganeso de Chichapala es igual que el de todo el

Distrito Manganesífero de Molango, por las razones siguientes: la secuencia estratigráfica es similar, en las

dos áreas es decir, el jurasico superior aflora como las Formaciones Chipoco y Pimienta, la estructura en la

que aflora es en forma de anticlinal en Chichapala y es común en el Distrito de Molango, los vestigios y

alteraciones de manganeso de Chichapala son comunes en ese nivel estratigráfico con Molango de acuerdo al

trabajo realizado por Okita [1]

que muestra la variación de manganeso de acuerdo a la posición estratigráfica

de la Formación Chipoco.

También, se infiere que ese mineral puede estar confinado solo en un intervalo estratigráfico, con

características estratiformes muy especificas, como son las siguientes: durante el Kinmeridgiano con el

depósito de la Formación Chipoco, un medio ambiente marino y reductor, donde el manganeso estaba en

forma Iónica, después la cuenca fue oxigenada por efectos de avance de la transgresion y oxigeno la cuenca

que precipito al manganeso en solución.

Así mismo, y de acuerdo a su origen sedimentario marino; su marco tectónico de rift y su posible origen

hidrotermal, es decir ambos a la vez sedimentario y exhalativo, podría ser catalogado del tipo sedimentario-

exhalativo, es decir, por sus iníciales o acróstico ( SEDEX).

Formas y Dimensiones del posible yacimiento manganesífero de Chichapala, Veracruz

Es de aclarar que la exploración de este afloramiento está en proceso, cuyo programa de trabajo consiste en

continuar el muestreo de afloramientos y la cartografía de alteraciones.

Una vez concluido este proceso se deberá programar los métodos geoquímicas de exploración por utilizar,

como son los relacionados con el gas, el suelo y las barrenaciones en su caso.

La magnitud del cuerpo de manganeso esperado por localizar en Chichapala, seria de una categoría similar de

los análogos del distrito manganesífero de Molango en cuanto a valor, tamaño y volumen.



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51

CONCLUSIONES

1). Estratigráficas

las rocas de edad Jurásico Medio no afloran en el área de Chichapala. El manganeso se ubica en el

área de Molango en la base de la Formación Chipoco del jurasico superior, que le infrayace la

Formación Santiago de unos 60 mts de espesor, también, del jurasico superior, es decir, el que no

aflore el jurásico medio podría indicar que en esta zona no se erosiono y existe el jurasico superior a

profundidad junto con la secuencia del jurásico medio

En cambio, en el área de Chichapala afloran las formaciones Chipoco y Pimienta, del Jurásico

superior; que prueba que existe la formación en donde se emplaza el manganeso al igual que en el

distrito de Molango, aunque no aflora completa.

Así mismo, en Chichapala se observan vestigios de la etapa transgresiva de una edad kinmerdigiano,

que probarían que en esa región de Chichapala, se manifiestan evidencias de tipo estratigráfico,

para inferir que hay un posible yacimiento manganesífero.

En el área estudiada las rocas de edad Terciario lo representan derrames basálticos de naturaleza

bimodal (Formación Tlanchinol) del mioceno, que coronan el paquete sedimentario, esto permite

inferir que existe evidencia de ambiente tectónico de rift

2). Tectónicas.

En Chichapala, se reconocen evidencias de dos eventos tectónicos principales: el de compresión

(Orogenia Laramide), que formo el Anticlinorio de Huayacocotla; y el de extensión que originó el

aquí denominado Graben Chichapala.

En las cercanías de Chichapala, sobre el rio de Huayacocotla Figura 1, se observa una etapa de

extensión. Que tuvo lugar probablemente durante el Jurasico Inferior, que afectó a la Formación

Huayacocotla por fallas normales, esto prueba una etapa de extensión

Además, en esa localidad se observa un graven que afecta al jurasico superior y parte de una

secencia de basaltos que pudo ocurrir durante el plioceno, por que las observaciones de campo

prueban que fue postertior a la orogenia laramide.

Debido a que se tienen vestigios en Chichapala, como podrían ser los elementos siguientes:

- una tasa tasa de sedimentación rápida, ocurrida en un periodo de tiempo relativamente corto (60

m.a.), representado por las Formaciones Huayacocotla, Cahuasas y Tepéxic, la cual cambio a una

etapa de sedimentación lenta en el Jurasico Superior (Formaciones Santiago y Chipoco),

-La presencia rocas ígneas bimodales, todo ello caracterizado por un topografia de cuencas y sierras,

-Los datos aportados por anomalías magnéticas,

-Los lineamientos localizados en Chichapala, caracterizados por fallas y permite inferir que todos

esos elementos representarían lo que aquí denominamos el Rift Molango.

3). Mineralización y cánones del yacimiento.

En Chichapala existe evidencias de que es posible localizar la mineralización de manganeso

confinado hacia la base de la Formación Chipoco.

El manganeso ocurre en diferentes afloramientos del distrito manganesífero de Molango en forma

de carbonatos (caliza manganesífera), principalmente. Es de esperar que la secuencia de Chichapala

esté formada de mineralización análoga.

AGRADECIMIENTOS

Los autores agradecen al CONACYT por el apoyo recibido a través del proyecto FOMIX-HGO-2008-C01-

97579



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Contaminación por arsénico en aguas subterráneas en la región de Zimapán, Estado

de Hidalgo, México

Articulo recibido el 2 de marzo de 2009 y aprobado el 25 de mayo de 2009

Julián Núñez Benítez [1]

[1] Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo, Área Académica de Ciencias de la Tierra y Materiales Ciudad Universitaria. Carretera Pachuca – Tulancingo Km. 4.5 C.P. 42184. Col. Carboneras, Mineral de la Reforma Hidalgo. Pachuca Hidalgo; México.

Tel. 0177171 72000 Ext. 2280. : [email protected] y [email protected]

RESUMEN

Calidad de las aguas subterráneas utilizadas para beber, en la regulación de las concentraciones de

arsénico, antimonio, y muchos otros contaminantes se han detectado en el sistema acuífero de Zimapán,

en base a la normativa mexicana. La contaminación de las aguas subterráneas con arsénico, se han

identificado en la investigación que las fuentes son de origen natural y antropogénica. La variación de las

concentraciones de los elementos tales como arsénico, antimonio, manganeso, hierro y zinc puede ser

debido a los lixiviados de los jales mineros, zonas mineralizadas, rocas sedimentarias marinas y a las

mismas actividades antropogénicas, como participación en las plantas de beneficio y hornos de fundición.

Se encontraron en las aguas subterráneas contenidos de arsénico valores entre 0.50 y 408.0 ppb y de

antimonio valores entre 0.10 y 136.0 ppb; así como la mineralización en las aguas que van de medio a

medio alto, con conductividades entre 198,00 y 970,0 mS / cm, en algunos pozos contaminados presentan

valores altos de 1700.0 µS/cm y en pozos abiertos cercanos a los depósitos de jales pueden alcanzar

valore hasta 1485.0 µS/cm.

Palabras claves: arsénico, antimonio, la calidad de las aguas subterráneas en Zimapán, Hidalgo.

ABSTRACT

Quality of groundwater used for drinking, in regulating the concentrations of arsenic, antimony, and many

other contaminants have been detected in the aquifer system Zimapán, based on Mexican law.

Contamination of groundwater with arsenic, have been identified in the investigation of the sources are

natural and anthropogenic origin. The variation of concentrations of elements such as arsenic, antimony,

manganese, iron and zinc may be due to leachate from the mine tailings, mineralized zones, marine

sedimentary rocks and the same anthropogenic activities such as participation in the plants benefit and

smelters. Were found in groundwater arsenic content values between 0.50 and 408.0 ppb and antimony

values between 0.10 and 136.0 ppb, and mineralization in waters ranging from medium to medium high,

with conductivities between 198.00 and 970.0 mS / cm, in some contaminated wells have high values of

1700.0 mS / cm and open wells near the tailings deposits can reach values up to 1485.0 mS / cm.

Keywords: arsenic, antimony, the quality of groundwater in Zimapán, Hidalgo.

INTRODUCCIÓN

El conocimiento de los recursos de aguas subterráneas y su evaluación han sido determinados en la región

de Zimapán los contenidos de As en diferentes concentraciones. Asimismo, se determinaron As, Sb, entre

otros elementos contaminantes, en algunos casos la concentración sobrepasan la normatividad nacional e

internacional para el agua de uso potable. La incertidumbre de la metodología aplicada en la

determinación del valor guía para el As en agua de bebida propuesta por la OMS en el año 1985, se

agrega la nueva propuesta del valor de 10 g/l, en sus últimas guías de los 90’s.

Ante la situación del problema de la contaminación sobre la calidad del agua potable se plantea disminuir

las concentraciones del As del agua de bebida, haciendo pruebas de laboratorio con filtros naturales. Esta

investigación nos llevará a encontrar la solución óptima, para garantizar un buen control de la calidad del

agua que consume la población de Zimapán. Con dicho estudio se permitirá adoptar los criterios

normativos vigentes para la región de Zimapán del agua de bebida.



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“Contaminación por arsénico en aguas subterráneas en la región de Zimapán, estado de Hidalgo, México”

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Antecedentes:

El sistema acuífero subterráneo, única fuente de suministro de agua para los habitantes de Zimapán en el

Estado de Hidalgo, se han reportado por diferentes autores la presencia de As en el agua de bebida [1, 2, 3, 4,

5, 6]. Los estudios no expresan que en la normativa mexicana el As está incluido, por lo general no lo

incluyen frecuentemente en su determinación analítica, como tampoco el Pb, Sb y de otros metales. Las

mediciones periódicas de estos metales, no se cumplían, pero a partir de que fue clausurado el pozo el

Muhí (1998), se ha iniciado en diferentes estudios el monitorio del agua. La detección tanto de As y Sb en

varios de los pozos de abastecimiento [5]

fue motivo de interés para las autoridades locales de Zimapán y

estatales. Las fuentes potenciales de origen, pueden formular una dificultad sobre la hipótesis del origen

de los contenidos de As y de Sb. La cercanía con zonas mineralizadas y la relación que puede existir entre

las rocas sedimentarias marinas que alojan una mineralización y el acuífero subterráneo, permiten

suponer el origen natural del As. Asimismo, la presencia de jales mineros, plantas de beneficio y hornos

de fundición hacen pensar que el As y el Sb pueden ser de origen antropogénico.

Características toxicológicas del arsénico:

La toxicidad y grado de afectación por ingestión de agua con altos contenidos por presencia de As, en

México es conocido desde la década de los años 60’s. En aguas superficiales con alto contenido de

oxígeno, la especie más común es el As con estado de oxidación +5 (As+5

) y en condiciones de reducción

generalmente en aguas subterráneas, predomina el As con estado de oxidación +3 (As+3

), pero también

puede existir el As+5

; siendo el As+3

más tóxico que el As+5

. Se reportan por avances de la investigación

y estudios realizados sobre la toxicología del As, que puede establecerse una correlación entre la

exposición crónica del As y con cierto tipo de cáncer en los seres humanos. La incertidumbre del control

de los mecanismos sobre el As, puede incrementar o disminuir su tolerancia del As proporcionando no se

obtengan valores únicos de fondo. Los efectos de toxicidad por As en el ser humano, pueden ser de

dos formas: toxicidad aguda y toxicidad crónica. La toxicidad aguda es resultado de la ingesta de aguas

contaminadas con un alto contenido de As en un tiempo corto y la toxicidad crónica es consecuencia de

ingerir aguas contaminadas con cantidades pequeños de As en un largo plazo de tiempo. Por exposición

crónica al As, el cáncer (hígado, riñón y vejiga) es el más demoledor para el ser humano. Algunos

síntomas de intoxicación aguada y crónica por ingesta de As, como son: dolor abdominal, vómitos,

diarrea, dolor muscular, aparición de erupción cutánea, dérmicos como queratosis e hiperqueratosis en las

palmas de las manos y en las plantas de los pies, lo que da como origen a la enfermedad llamada de los

“pies negros”. Además se pueden incluir discromías en espalda y parestesia de las extremidades. Otros

síntomas son disfunción renal, cardiovasculares, encefalopatía y cefaleas [7, 8, 9]

. En los últimos años se

puede señalar una tendencia general en países industrializados a reducir los límites máximos permitidos

de arsénico en aguas de bebida, debido al riesgo carcinogénico del mismo para el ser humano en piel y

algunos órganos internos (pulmón, hígado, riñón y vejiga). En México se ha iniciado la reducción y

modificación de las concentraciones máximas permitidas de As en la Calidad del Agua de uso Potable

para la norma [10]

. Con respecto a la norma de 1996 el contenido de As era de 0.05 mg/L, en el 2000

cambio a 0.045 mg/L, asimismo disminuyendo para cada año, hasta el 2005 se reduce significativamente

a 0.025 mg/L y finalmente se tiende a llegar como límite máximo del 0.010 mg/L. En la tabla 1 se indican

límites y valores guías de arsénico en diferentes medios y para agua de bebida por distintos organismos.

Tabla 1. Límites y valores guías de arsénico en diferentes medios y para agua de bebida

Diferentes medios (OMS, 1987; NIOSH, 1991)

Agua potable Valores de referencia 0.045 mg/L

Agua de río Valores de referencia 10 – 50 µg/L

Aire laboral Valores de referencia 10 – 20 µg/m3

Sangre Valores de referencia 1 – 3 µg/L

Cabello Valores de referencia 0.3 – 1.75 mg/Kg

Suelo Valores de referencia 2 mg/Kg

Valores Internacionales

Organización Mundial de la Salud (OMS) Valor Guía Provisional 10 µg/L



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El As puede absorberse por vía dérmica, inhalación e ingesta por agua contaminada. En el estudio de la

región de Zimapán, se observaron algunos casos toxicológicos de arsenismo crónico por consumir agua

contaminada proveniente de pozos con contenidos de As durante tiempos prolongados.


En la región de Zimapán, fueron seleccionados 30 puntos de agua para determinar una futura red del

seguimiento, control del quimismo y calidad del agua de abastecimiento a la población, los cuales fueron

monitoreados desde 1996 al 2002. Los análisis incluyen elementos mayoritarios como: aniones, cationes

y elementos trazas (Sb, Zn, Pb, Cu, Fe, Mn, As, B). De los más de 90 de puntos de agua no se cuenta con

información, asimismo; 13 pozos profundos de abastecimiento no cuentan con información puntual de los

cortes litológicos. Se resumen las relaciones de los iones mayoritarios que tienen concentraciones que

rebasan los límites máximos permitidos en las muestras: sulfatos 14 (452.3 ppm), 15 (644.0 ppm) y 25

(778.0 ppm); potasio 24 (19.0 ppm), 28 (17.5 ppm) y 29 (14.3 ppm); calcio 15 (287.8 ppm) y 25 (239.5

ppm) y magnesio 1 (62 ppm). En lo que se refiere a los iones minoritarios y trazas superan las

concentraciones máximas permitidas en las muestras: manganeso 3 (59.7 ppb), 13 (50.1 ppb), 24 (1038.0

ppb) y 29 (929.1 ppb); hierro 11 (370.3 ppb) y zinc 12 (225.1 ppb). En la figura 1 se presenta la

evolución del As y Sb para los años 2001 y 2002 en diferentes pozos del sistema acuífero de Zimapán.

Figura 1. Evolución del As y Sb en los años 2001 y 2002 según diferentes pozos del sistema acuífero de

Zimapán

Se realizaron distintos tratamientos de A.C.P. a las 30 muestras de aguas en distintas campañas realizadas.

De estas muestras se consideraron las variables aleatorias de Ca, CO3, SO4, K, Mg, Na, Cl, NO3, SiO2, Mn, Fe, As, B y Sb. De esta manera, se han obtenido cinco componentes principales que representan un

75 % de la varianza total, con un 66 % ya con los cuatro primeros componentes en los que no aparece la

variable aleatoria con carga significativa. En la tabla 1 se indican las asociaciones más significativas hasta

Agencia de Protección Ambiental U. S. (USEPA) Nivel Máximo de Contaminación 50 µg/L

Comunidad Económica Europea (CEE) Concentración Máxima Admisible 50 µg/L

Norma Oficial Mexicana

NOM 127-SSA1-1996 Concentración Máxima 0.05 mg/L

NOM 127-SSA1-2000 Concentración Máxima 0.045 mg/L

NOM 127-SSA1-2005 Valor recomendado 0.025 mg/L

NOM 127- SSA1-2006 Valor que sugiere como LMP 0.010 mg/L



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56

el punto en que las cargas factoriales de una variable aleatoria incluida en el tratamiento son superiores a

las de las variables originales. El tratamiento realizado ha sido un tratamiento varimax ortogonal. Las

variables con cargas factoriales inferiores a 0.6 no se han representado.

Campaña de muestreo 2002

Componente 1 SO4,Ca, B, Na, Cl, (Mg)

Componente 2 As, Sb, Fe

Componente 3 Mn, HCO3, K

Componente 4 SiO2, Mg, NO3, Cl, (Na)

Componente 5 Aleatoria

Tabla 1. ACP de todas las variables determinadas en la segunda campaña de muestreo

Se presenta la Componente 2: Caracterizada por las altas correlaciones entre algunos elementos traza,

especialmente el As y Sb (figura 2). De mayor a menor carga componencial, esta componente relaciona

entre sí As, Sb y Fe. Se trata de una componente que indica la presencia o contacto con sulfuros o

sulfoarseniuros. Es pues una componente que indicaría circulación de las aguas por materiales

carbonatados y en especial por la formación Tamaulipas enriquecida con sulfuros y sulfoarseniuros. Sería,

por tanto esta componente, indicativa del contacto con una "mineralización diseminada" de las aguas.

Figura 2. Carga factorial (o componencial) de las distintas variables en la componente 2.

Diagrama binario para las componentes 1 Y 4

En la figura 3 puede diferenciarse dos poblaciones de muestras de agua, una primera población más o

menos compacta en el sector correspondiente a valores negativos en la parte inferior izquierda del

diagrama, corresponderían a muestras asociadas a rocas carbonatadas. Son muestras que presentan

valores negativos en la componente 4 que estaba asociada a rocas volcánicas. La segunda población de

muestras de agua puede considerarse algo más dispersa, con valores positivos en la componente 4, con

una evolución en la mineralización de menor a mayor mineralización (Si, Mg, Na, K, Cl y NO3)

corresponden a litologías volcánicas. Las muestras con valores más elevados corresponderían a muestras

contaminadas por actividades antropogénicas, el Cl indicaría una contaminación por aguas residuales y

los NO3 indicarían un lavado de terrenos agrícolas (abonos). En cambio, las muestras 14, 15 y 25 que

tienen alta la componente 1, corresponden a aguas mucho más mineralizadas, además su elevado

contenido en As, pero no en Fe y Sb, estaría asociado al lavado de los jales mineros. Además los altos

-0,4

-0,2

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

HCO

3SO

4CL

NO

3NA K

CA

MG SI

SB ZN FEM

N AS B

Carg

a f

ac

tori

al



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57

contenidos en SO4 pueden indicar una oxidación de sulfuros. Generalmente se observan elevados

contenidos en SO4, ya sea por oxidación de los sulfuros (muestras asociadas a los jales mineros), como

aguas que han estado en contacto con yesos (zona del Barrón). Figura 3. Representación de las muestras analizadas y proyectadas según las cargas factoriales de la

componente 1 y la componente 4

Resultados del comportamiento de As en las muestras analizadas de agua del sistema acuífero de

Zimapán, se presentan las concentraciones de bajas a elevadas y con una distribución muy heterogénea

como se muestra en la figura 4. Como puede observarse en la figura 4 las tendencias para el As son

incrementadas en los pozos señalados con los números: 2, 8, 9, 10,11, 13, 14 y 18. Algunos pozos están

contaminados por la actividad minera (antropogénica); así también por zonas de mineralización y rocas

sedimentarías de ambiente marino (natural). Las concentraciones se encuentran fuera de los límites

permitidos por la norma del 2005, si consideramos el valor de 0.025 mg/L. El pozo 8 (El Muhí) fue

clausurado en 1998 definitivamente por presentar variaciones de contenido de As, fuente importante de

abastecimiento para la ciudad de Zimapán.

-1.00 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00

Componente 1

-2.00

-1.00

0.00

1.00

2.00

3.00

Co

mpo

nen

te 4

1

2

3

4

5

6

7

8910

111213

14 15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

28

29

30



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58

450000 455000 460000 465000 470000 4750002280000

2285000

2290000

2295000

2300000

2305000

2310000

1Z2Z

3Z

4Z

5Z

6Z7Z

8Z9Z10Z11Z

12Z13Z

14Z

15Z

16Z

17Z

18Z

19Z

20Z21Z

22Z

23Z24Z25Z26Z

27Z

28Z29Z

30Z

00.0

2

0.0

4

0.0

6

0.0

8

0.1

0.1

2

0.1

4

0.1

6

0.1

8

0.2

0.2

2

0.2

4

0.2

6

0.2

8

0.3

0.3

2

0.3

4

0.3

6

0.3

8

0.4

Figura 4. Mapa de distribución espacial de arsénico (ppm) de las aguas analizadas.

Algunos valores elevados de As corresponden a muestras de aguas de descargas de pozos, cuando se

encuentran en explotación y otros localmente no se extrae, sólo son de monitoreo.

Los incrementos relativos de los metales pesados nos indican que se dan mecanismos que facilitan la

incorporación de los mismos al flujo subterráneo. El As se puede correlacionar por las actividades

mineras, zonas de mineralizaciones, escorias de fundición, los humos de los hornos de fundición, los jales

mineros y entre otros.



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DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES

La tendencia de la concentración de As en aguas subterráneas de la región de Zimapán, fueron

determinadas a partir de 30 muestras de aguas analizadas en los Laboratorios Centrales de la Universidad

Autónoma del Estado de Hidalgo y para que estos fueran fiables las muestras colectadas en el año 2002 se

analizaron en los Laboratorios de los Servicios Científicos - Técnicos de la Universidad de Barcelona,

España. Las técnicas analíticas utilizadas fueron similares y con los mismos límites de detección.

Fue posible analizar el comportamiento del As con relación en otros parámetros y metales pesados,

obteniéndose que el As, el 33 % de las muestras superan el nivel guía de 10 μg/l y el 23 % de las muestras

superan el valor de concentración máxima de 50 μg/l. El 13 % de las muestras superan el valor de

concentración máxima de 10 μg/l de antimonio.

Se pudo observar una variación de la concentración de As con relación a los períodos de estiaje y de

lluvias. En general las aguas del sistema acuífero de Zimapán permitieron observarse que van de poca a

medio mineralizadas; asimismo, se pudieron determinar anomalías puntuales de contaminación de origen

natural por zonas mineralizadas y por las mismas rocas sedimentarias marinas. También como resultado

de la actividad minera (antropogénica) en la ciudad de Zimapán.

Con estos resultados se permitirán plantear y sugerir soluciones a corto, mediano y largo plazo de algunas

estrategias de manejo de la explotación del acuífero. Se tomarán en cuenta en estudios posteriores algunos

métodos de remedición y remoción de As en las aguas contaminadas, para cumplir el control de la calidad

del agua de bebida en la región de Zimapán.

El flujo regional subterráneo de la cuenca hidrográfica del río Tolimán esta condicionada por principales

direcciones de fracturación con una orientación preferencial NE-SW y una dirección secundaria al NW.

En general las muestras de aguas del sistema acuífero de Zimapán, su conductividad va de medio a medio

elevada entre 198 y 974 µS/cm y en aguas de pozos contaminados sus valores son elevadas entre 1485 y

1700 µS/cm.

Las aguas subterráneas del sistema acuífero de Zimapán tienen un carácter neutro con cierta tendencia a

alcalina, son dominantemente oxidante y muy escasamente de carácter reductor. Además, las aguas

colectas en el acuífero volcánico la presencia de As en muy baja, mientras que en el acuífero de rocas

carbonatadas el contenido de As sus valores se presentan de bajos a muy elevados.

AGRADECIMIENTOS

Al Municipio de Zimapán, a PROMEP-SEP por financiar con una beca de 4 años para ésta investigación.

A la U. A. E. H. por el permiso de 4 años para realizar el proyecto de investigación en la Universidad de

Barcelona, España. Al Dr. Xavier F. C. por apoyar en la realización de la Química Analítica en los

Servicios Científicos - Técnicos de la Universidad de Barcelona, España.


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Arsénico en Zimapán, Hidalgo. Memoria final, 42 p. Instituto de Geofísica UNAM, Fund. Mapfre,

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60

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61



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Caracterización físico-química y mineralógica de lodos residuales de la industria del lavado de la

mezclilla (LRILM) y su posible aplicación


J. Hernández A [1] , E. Salinas R. [1], M. Reyes P. [1], I. Rivera L. [1], E. Cerecedo S. [1], F. Patiño C. [1], M. Pérez L [1]. [1]

Centro de Investigaciones en Materiales y Metalurgia (CIMyM) de la Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo (UAEH). Carretera Pachuca-

Tulancingo Km. 4.5, Pachuca, Hidalgo, México. C.P. 42184, Tel. y Fax: (01 771)7172-000 ext. 6713; Fax: (01 771)7172-000 ext. 671,

Email: [email protected]

RESUMEN

El presente trabajo tiene como finalidad estudiar y presentar una alternativa viable para el reciclado y uso de los lodos

residuales generados durante el proceso de lavado de mezclilla (LRILM).

Esta investigación corresponde específicamente a la caracterización físico-química y mineralogíca de estos residuos de las

empresas ubicadas en el municipio de Tepeji del Rió, en el Estado de Hidalgo. México.

Con base en los resultados obtenidos, se pudo concluir que por sus propiedades físicas y químicas pueden ser utilizados

para mejoramiento de suelos, proporcionándole estructura física y ayuda a conservar la humedad; así mismo en el uso como

agregado ligero al concreto.

Palabras claves: lodos residuales, piedra pómez, mineralogíca

ABSTRACT

This work has a main target that is to study a topic related to recycle residual muds from denim washed.

This part of the study corresponds to a chemical, physical and mineralogical characterization of these kind of residues from

some industries located at Tepeji del Rio, Hidalgo State. México.

According to the obtained results, it can be concluded that for its physical and chemical properties, these muds could be

used to improve soils, reinforcing its physical estructure and helping in retain humidity; at the same time, these muds could

be used as light aggregates in reinforced concretes.

Key words: residual muds, pómez stone, mineralogical.

INTRODUCCIÓN

En la actualidad los residuos del proceso de lavado de mezclilla (LRILM) son producto de más de 50 años de proceso en el

Estado de Hidalgo, han dejado un gran volumen de los mismos [1]

de miles de toneladas, los cuales podemos clasificar en 2

diferentes tipos; es decir, sólidos en suspensión (pulpa) o aguas de transporte de sólidos [2]

y montones de residuos sólidos

abandonados [3]

.

Esto a ocasionado problemas de tipo ambiental [4]

, por lo cual, se genera el interés de desarrollar trabajos para mejorar el

medio ambiente para el reciclaje de estos residuos que contribuyan al reaprovechamiento de los mismos y mitiguen a la vez

el impacto ambiental negativo que genera su almacenamiento [5]

.

Desde el punto de vista metalúrgico, es necesario realizar una caracterización completa para conocer sus características e

inferir su posible reutilización de este tipo de desechos [6]

, estos residuos, no deben verse solamente como contaminantes,

si no como una posible fuente de reservas de materiales industriales alternos [7]

; por sus contenidos abundantes de óxidos de

silicio, hierro, aluminio, sodio y potasio principalmente que distinguen su mineralogía [8].

Además, la distribución

uniforme de los elementos químicos en su fases primaria y secundaria [9]

.

Considérese que estos residuos provienen de espuma volcánica o piedra pómez, y son ligeros piroclástos porosos, formados

de SiO2 en forma de espuma teniendo como protolito rocas ígneas ácidas [10]

; así mismo, la porosidad le permite absorber y




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“Caracterización físico-química y mineralógica de lodos residuales de la industria del lavado de la mezclilla(LRILM) y su posible aplicación”

62

retener el agua [11]

, además, le confiere liviandad y le otorga condiciones particulares, especialmente para el filtrado rápido

de productos de elaboración industrial [12]

.

La composición química de los residuos (LRILM) muestra que pueden ser utilizados como materia prima en la agricultura;

como acondicionadores de suelos por su alta porosidad, por lo cual se aporta al suelo de cultivo rigidez como parte de su

estructura física [5]

, así mismo, la capacidad de retención de humedad, esto debido al origen directo de la piedra pómez y a

su composición química [13]

; también, los LRILM pueden ser utilizados como agregado ligero en el concreto [14]

y como

material aislante para el recubrimiento de hornos [15]

.


Los análisis químicos cuantitativos se realizaron por los tres métodos siguientes: análisis por espectroscopia de absorción

atómica, análisis vía húmeda por volumetría y análisis vía húmeda por gravimetría. Así mismo, se le realizaron análisis

puntuales por medio del EDS de Microscopía Electrónica.

La determinación del PH, se realizo por medio del Método electrométrico con Medidor de PH de laboratorio tipo II

(American Society for testing and Materials. [2]

, el cual tienen sus electrodos asociados (vidrio y referencia), con base en el

Método ASTM D 1293-84.

La caracterización de las distintas muestras tomadas de los lodos residuales se realizó por medio de Difracción de rayos X

en el cual se pudieron obtener los elementos y especies minerales presentes en los mismos.

El análisis granulométrico en seco se realizó sobre una porción muestreada en un divisor de 8 frascos RetschMR, hasta

obtener 100 gr., utilizándose mallas U.S. Estándar Testing SieveMR en seco por 10 minutos.

La prueba de inflado de perlita, se realizó utilizando un horno de tubo de cuarzo calentado hasta 1000 °C, por medio de

resistencias, la carga se hizo llegar a través de un alimentador vibratorio, la cual hace contacto con una flama oxiacetilénica

misma que sirve como elemento portador de la carga a través del horno, con una alimentación de 3.5 g/min.

RESULTADOS

La composición física del lodo está constituida principalmente por: El 94% de arena, 1% de algodón y 5 % de agua, los

cuales tienen formas variadas, predominando las aciculares y angulosas, ya que son características de los piroclástos

porosos de la piedra pómez.

En tanto, la fibra de algodón presenta formas alargadas y planas, las cuales no interfieren para los usos determinados en

este trabajo.

La composición química promedio de los LRILM, se muestra en la tabla I, en donde se expone un importante porcentaje de

silicio y de alúmina.

Por lo que respecta a la determinación del PH en los lodos se pudo determinar qué; este es de tipo ligeramente acido ya que

el resultado obtenido es del 7.93, característico del protolito de un roca ígnea extrusiva acida,en este caso una espuma

volcánica.

Con base en, los análisis químicos cualitativos por Difracción de rayos X, los elementos y especies minerales identificados

en los difractogramas obtenidos, se describen en la tabla II, en orden decreciente y de acuerdo a su grado de cristalización.

De los resultados obtenidos es importante mencionar que el análisis por difracción de rayos X coloca primeramente al

feldespato, además de considerar que los feldespatos se encuentran parcialmente alterados a minerales arcillosos, lo que

hace que disminuya su cristalinidad, por lo cual el vidrio volcánico contenido se encuentra desvitrificándose a feldespatos y

cristobalita.

En la figura 1 se puede apreciar que la muestra en su fase mayoritaria, es de cuarzo característico de un vidrio volcánico.



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63

Figura 1. Difractógrama de rayos X (DRX), que muestra una fase mayoritaria de cuarzo.

En la figura 2, se puede apreciar el alto grado de porosidad de las partículas del lodo residual, debido a que su capilaridad es

uniforme y con una estructura intersticial mayor del 65%, lo cual permite la absorción y retención de la humedad; por lo

anterior, este residuo puede ser utilizado para mejorar los suelos, y por su porosidad en aplicación directa como agregado

ligero al concreto.

Figura 2. Fotomicrografía, muestran alto grado de vesículas abiertas de las partículas del lodo residual.

Los resultados del análisis granulométrico en seco obtenidos y su grafica correspondiente se indican en la tabla III y en la

figura 2, en la cual se pudo determinar que los lodos se encuentran en mayor proporción cerca del 65 %, con un tamaño

estándar de T80 de 276 µm y un tamaño medio de T50 de 155 µm.

Estos tamaños son adecuados para su uso como agregado ligero para el concreto y en plastas de yeso, así mismo, para su

uso en la agricultura como mejoramiento de suelos, además, para tratamiento térmico de los mismos.



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64

ANÁLISIS DE CRIBAS

0

20

40

60

80

100

120

0 500 1000 1500 2000

ABERTURA [mm]

AC

UM

UL

AT

IVO

Figura 2. Distribución granulométrica con un tamaño estándar de T80 de 276 µm y un tamaño medio de T50 de 155 µm.

Tabla I. Composición química promedio de los lodos residuales

Elemento SiO2 Al2O3 CaO MgO Fe2O3 K2O Na2O TiO2 P2O5 FeO PxC

% 70.51 13.58 1.08 1.69 1.64 2.26 3.48 0.81 0.01 0.58 4.30

Tabla II. Análisis cualitativo por Difracción de rayos X

Muestra Especies minerales identificadas

Compósito Feldespato, Anfiboles, Cristobalita (escasa, líneas débiles

de difracción), Mica (el software detecto micas pero con

bajos conteos)

Tabla III. Distribución Granulométrica del lodo residual

Producto

Mallas

Abertura

µm

Peso

%

Acumulativo

(-) %

- 6 + 12 - 3350 + 1680 0.90 100.00

- 12 + 20 - 1680 + 850 1.50 99.10

- 20 + 30 - 850 + 600 1.80 97.60

- 30 + 40 - 600 + 425 4.31 95.79

- 40 + 50 - 425 + 300 9.32 91.48

- 50 + 70 - 300 + 212 13.83 82.16

- 70 + 100 - 212 + 150 19.74 68.34

- 100 + 140 - 150 + 106 18.24 48.60

- 140 + 200 - 106 + 75 13.73 30.36

- 200 + 270 - 75 + 53 5.41 16.63

- 270 - 53 11.22 11.22

Total 100.00



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65

Los resultados de la prueba de inflado de los lodos residuales LRLM se presenta en la tabla IV, en donde se puede apreciar

que su peso volumétrico decrece hasta en un 75 % , este cambio drástico puede ser atribuido a la perdida de agua.

Tabla IV, resultados de la prueba de inflado de LRLM

Peso Volumétrico (g/ml o t/m3)

Inicial Final

1.02

0.25

Los resultados obtenidos después del inflado de la muestra con una temperatura 790 °C con relación al peso volumétrico,

indican que es mayor al requerido para una perlita inflada, que va de 0.03 hasta 0.20 t/m3, es decir, aunque la perlita es más

ligera el LRILM se infiere en este trabajo que puede ser utilizado como un material aislante como en el caso del

recubrimiento de hornos.

CONCLUSIONES

1. Con base en los resultados obtenidos en este trabajo; se determino que el LRILM es reaprovechable en otros procesos

industriales, tal como se encuentra almacenado actualmente o aplicando un tratamiento térmico.

2. Los LRILM, se presenta como un vidrio volcánico desvitrificándose a feldespato y cristobalita, con peso volumétrico

bajo, por lo tanto, el material puede ser utilizado en aplicación directa o modificado por expansión térmica tal como una

perlita inflada como agregado ligero al concreto y yeso, así como un material aislante en el recubrimiento de hornos.

3. También, los LRILM pueden ser utilizado como fertilizante orgánico en el mejoramiento de suelos, porque ayuda a la

retención de humedad, proporciona estructura física al suelo, fertilización, acondicionamiento y corrector de

alcalinidad y acidez.

4. Con el aprovechamiento de estos LRILM se podrá mitigar el impacto ambiental producido por el almacenamiento de los

mismos, ya que se podrá realizar un programa de bioremediaciòn del lugar.

5. Las fibras de algodón contenidas en los LRILM incrementan el contenido porcentual de la materia orgánica en los

suelos y lo mejoran.

6. los resultados de este trabajo contribuyen en desarrollo de nuevos trabajos sobre algunos otros usos de los residuos de

este tipo.



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66

AGRADECIMIENTOS

Los autores agradecen a la UAEH, Gobierno del Estado de Hidalgo y al FIFOMI, por el apoyo recibido

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Cinética de flotación iónica de cobre II en un banco de cinco celdas con

dispersores: Efecto de la inserción de deflectores en la recuperación

Articulo recibido el 3 de febrero de 2009 y aprobado el 25 de mayo de 2009

Martín Reyes P[1], Francisco J. Tavera M. [2], Ramiro Escudero G.[2], F. Patiño C. [1] Juan Hernández A[1], & Miguel Pérez

L[1] E. Salinas R. [1]

[1] Área Académica de Materiales y Metalurgia. Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo. Abasolo No. 600 Col. Centro,

Pachuca, Hidalgo, México. [2] Instituto de Investigaciones Metalúrgicas, Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo. Santiago Tapia 403, Morelia,

Michoacán, México.

RESUMEN

Se estudió la separación por flotación iónica de cobre II, usando xantato amílico de potasio (

C5H11OCS2K), en un banco de cinco celdas, sin y con la inserción de deflectores verticales, así como,

el efecto de las propiedades de la dispersión (Jg, g y Db). Se usó un dispersor plano y uno cilíndrico

individualmente. Los resultados encontrados muestran diferencias radiales y axiales del gas retenido

( g) y del diámetro de burbuja, siendo más notables en las pruebas con deflectores, influyendo en

mayor grado en la eficiencia de separación. Se observó, para el dispersor plano, y para el cilíndrico

recuperaciones acumulativas logradas en una quinta etapa de 94 y 90 % respectivamente, para el

sistema abierto (sin deflectores), mientras, para los sistemas con deflectores: frontal, lateral y

cruciformes, para el dispersor plano fueron; 49, 41 y 79 %, respectivamente, y con el dispersor

cilíndrico de 63, 79 y 84 %, respectivamente, así también se probaron sistemas con deflectores de

altura hasta el rebosadero encontrando resultados similares. Por lo que la modificación de las

condiciones hidrodinámicas del proceso afecta en la separación de metal base.

ABSTRACT

Copper (II) separation by ionic flotation was studied, using amil potassium xanthate ( C5H11OCS2K),

in a bank of five flotation cells, with without the insertion of vertical baffling, also was studied the

effect of dispersion properties (Jg, εg, and Db). A plane and cylindrical spargers were used in an

individual manner. The results found show radial and axial differences of gas holdup (εg) and the

bubble size, being more notable in the proofs with baffling, marking an important effect over the

efficiency of separation. It was observed, for plane sparger and cylindrical one, accumulative

recoveries in the fifth stage of 94 and 90 % respectively, for open system (without baffling), while for

system with baffling: frontal lateral and cruciform for plane sparger were of 49, 41 and 79 %

respectively and with cylindrical sparger of 63, 79 and 84 % respectively. In the same way systems

with baffling of height to the pouring edge were tested founding similar results. By this reason,

modification of hydrodynamics conditions of process affect in separation of base metal.



ISSN 1870-7297

“Cinética de flotación iónica de cobre II en un banco de cinco celdas con dispersores: Efecto de la inserción de deflectores en la recuperación”

68

INTRODUCCIÓN

La presencia de iones de metales pesados contenidos en soluciones residuales diluidas, es un problema

generado por las industrias de transformación, extractiva, químicas, entre otras. Algunos efectos, de los

vertidos de contaminantes en aguas superficiales se presentan en la tabla 1 [1] El incremento de las

restricciones establecidas por las normas ambientales nacionales [2] y mundiales demandan una

disminución significativa en la presencia del contenido de metales base en las descargas de efluentes.

Este problema se favorecería, con el desarrollo de nuevos métodos para la separación de iones de

metales pesados, en soluciones diluidas, ya sea para su recuperación o para cumplir con las exigencias

ambientales de descarga.

Tabla 1 Concentración % v/v de algunas especies metálicas, en aguas superficiales, de diferentes

localidades de México. N.D. No detectable [1]

La norma técnica ecológica NTE-CCA-031 establece los límites máximos permisibles de

contaminantes en aguas residuales para su descarga a los sistemas de drenaje y alcantarillado urbano

[2].

Tabla 2 Algunos de los límites permisibles en las descargas de aguas residuales industriales y de

servicios según la norma [2].

Contaminante Rango de Concentración ppm (mg/L)

Grasas y aceites 70.0 - 140.0

Aluminio 10.0 - 20.0

Arsénico 2.0 - 4.0

Cadmio 1.0 - 2.0

Cianuros 1.0 - 2.0

CONCENTRACION DE METALES PESADOS (EN PPM) EN ALGUNAS AREAS DE

MEXICO

AREAS Cd Cr Co Cu Pb Mn Ni Zn Fe%

Laguna de

Chautengo, 2.1 43.0 28.5 28.5 9.0 N.D. 43.0 75.0 3.5

Laguna de

Términos, 1.3 47.2 12.3 7.4 34.0 N.D. 50.9 20.4 N.D.

Río

Coatzacoalcos, 1.6 71.9 21.6 25.7 43.5 N.D. 34.8 85.7 3.8

Río Tonalá, N.D. N.D. 17.6 22.2 N.D. 157.0 98.4 66.5 1.2

Laguna del

Ostión, 1.0 140.7 35.8 39.9 N.D. N.D. 50.7 62.1 4.0



ISSN 1870-7297


69

Cobre 5.0 - 10.0

Cromo hexavalente 0.5 - 1.0

Cromo total 2.5 -5.0

Flúor 30.0 - 60.0

Mercurio 0.01 - 0.02

Níquel 4.0 - 8.0

Plata 1.0 - 2.0

Plomo 1.0 - 2.0

Zinc 6.0 - 12.0

Fenoles 5.0 – 10.0

Hierro 3.5 %

Se observa que la presencia de metales pesados en diversas localidades en México (tabla 1) supera de

manera sobresaliente los límites permisibles de metales pesados en aguas de desecho (tabla 2), lo que

implica, considerando el gran volumen de estos ríos y lagunas, que muchas de las industrias descargan

sus efluentes residuales contaminados, con elevadas concentraciones de metales pesados en los

drenajes municipales.

El proceso de flotación fue introducido y patentado por Haynes en 1860 [3] y hasta la fecha ha sido el

proceso de separación y concentración de minerales, más empleado por la industria a nivel mundial.

Actualmente, la flotación ha extendido su uso a aplicaciones no minerales (separación de: grasas y

aceites, tinta de papel reciclado, recuperación de suelos y flotación iónica). La flotación es un proceso

físico, versátil basado en propiedades de superficie [4], usando dispersiones agua – aire. Donde las

burbujas de aire (u otro gas) son el medio de transporte de las especies a separar.

Con el paso del tiempo las celdas mecánicas de flotación, inicialmente empleadas en el proceso, se han

venido sustituyendo por un nuevo equipo que son las columnas de flotación, con lo cual se

introdujeron nuevos conceptos tales como: el % de gas retenido, velocidad superficial de gas y líquido,

diámetro de burbuja, flujo de área superficial de burbujas, así como los sistemas de dispersión que

consisten de medios porosos los cuales difieren al mecanismo empleado en las celdas de flotación

mecánicas. Si bien es cierto que la mayor cantidad de información reunida en los últimos años sobre

los sistemas de dispersión esta dedicado a las columnas de flotación, las características de las

propiedades de una dispersión pueden aplicarse a las celdas de flotación aireadas con dispersores

porosos, similares a los de las columnas.

La flotación iónica es una técnica que hace uso de las propiedades especiales que caracterizan a las

interfaces para la concentración de iones u otras entidades con carga eléctrica, contenidas en

soluciones acuosas. Modificando las condiciones químicas del medio acuoso y adicionando colectores

adecuados, los cuales deben tener cargas apropiadas (-, +), la sustancia disuelta, se combina con el

colector, se transforma en un producto organometálico soluble, que tiene sitios hidrofóbicos,

proporcionados por la cadena hidrocarbonada del colector y se puede adsorber en una burbuja, flotar

hasta la superficie y concentrarse respecto al medio acuoso original [5].

En la industria extractiva, el tratamiento de aguas contaminadas para el control de los contenidos de

contaminantes se presenta como un problema técnico difícil de solucionar debido al gran volumen de

aguas residuales generadas. Estas aguas deberán procesarse en un sistema operado en régimen

continuo y altamente eficiente en selectividad para separar algunas especies o grupos de especies

contenidos en el medio acuoso. El objetivo del presente trabajo es estudiar la viabilidad de la flotación

de iones de metales pesados en celdas de flotación con dispersores porosos flexibles, flotación iónica,

como una tecnología que puede suplir estas necesidades.



ISSN 1870-7297


70


Las pruebas se llevaron acabo en una celda de flotación hecha de acrílico transparente de 19.1 x 19.1

de sección x 33.5 cm de altura. El sistema consistió en un tanque individual para cada corriente

(concentrado colas y alimentación), donde la corriente de colas o descarga de una primera etapa, se uso

como alimentación para la segunda etapa, y así sucesivamente hasta la quinta etapa, de esta manera,

simulando un banco de cinco celdas, figura 1. Se preparó una solución de 20 ppm de Cu, 30 ppm de

espumante (polipropilenglicol), y 0.02 grs/lt de xantato amílico de potasio. La solución se alimentó y

descargo continuamente a una velocidad constante y similar, usando dos bombas peristálticas una para

cada corriente. La velocidad superficial de líquido (Jl) seleccionada fue de 0.31 cm/s, así como un Jg

de 0.8 cm/s, usando para todas las pruebas un dispersor plano y uno cilíndrico dispuestos

horizontalmente en el fondo de la celda.

Figura 1 Arreglo esquemático del banco de celdas de flotación con dispersores flexibles porosos de

tela. (1) Alimentación. (2) Colas (descarga). (3) Tanque Acondicionador. (4) Dispersor poroso de tela.

(5) Descarga del concentrado. (6) Zona de colección. (7) Cama de espuma.

Los deflectores (o paredes verticales) hechos de acrílico, usados en estas pruebas de flotación fueron:

frontal, lateral y cruciforme respectivamente como se observa en la figura 2, de altura: una serie, hasta

el nivel del rebosadero (30 cm) y la otra, 7 cm por debajo del nivel de derrame de espuma, es decir,

22 cm de alto.

Figura 2. Representación esquemática de los deflectores colocados en la celda de flotación: a) Frontal,

b) Lateral y c) Cruciforme.

a) b) c)

1

2

3

1 2 3 4

5

6 4 5 6

1 2

3 4

Celda 4 y 5

CELDA CELDA 3

CELDA 2

(1) (2)

(3)

4 (5)

(7)

(6)



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71

Durante todas las pruebas de flotación se hicieron mediciones puntuales, en las zonas que muestra la

figura 2, con la finalidad de estimar puntualmente el % de gas retenido, usando, para esto, una celda de

flujo de conductividad eléctrica con electrodos de grafito, las cuales se describen en la literatura [6-8].

El g se estima de la ecuación (1).

(1)

De los datos de: velocidades relativa de fase Jg, Jl y % g, se estimó el diámetro de burbuja, usando el

método de arrastre (Drift flux) descrito en la literatura [9 & 10]. Del Db puede conocerse el flujo de

área superficial de burbujas Sb (s-1

), el cual representa físicamente, la superficie de burbujas, que esta

fluyendo constantemente, superficie disponible para separar las especies deseadas, ecuación (2).

Db

JgSb

6 (2)

Para el cálculo de la recuperación, se muestrearon las corrientes de concentrado colas y alimentación,

cada dos tiempos de residencia, este obtenido de la ecuación (3). El volumen de la zona de colección

(Vzc) se obtuvo desde la inyección de burbujas hasta el nivel de espuma en la celda.

Ql

Vzc

g *1 (3)

Registrando el tiempo de colecta y el peso de la muestra y calculando la recuperación de cobre en

función de los flujos másicos (FM) del muestreo ecuación (4). El contenido de Cu en las muestras se

determinó usando un equipo de espectrometría de absorción atómica.

(4)

100*

*5.01

1

l

d

l

d

g

100*FMCu

FMCu....FMCuFMCuR%

INICIAL

ETAPAn2ETAPAoconcentrad1ETAPAoconcentrad



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72

RESULTADOS Y DISCUSION

DISPERSOR PLANO

Los resultados encontrados muestran para el dispersor plano con deflectores de altura 7 cm abajo del

rebosadero (frontal, lateral y cruciforme), menores recuperaciones, en comparación con el sistema

abierto figura 3(a), debido principalmente, a mayores diferencias radiales del gas retenido, obtenidas

del muestreo puntual del gas retenido estimado de mediciones de conductividad eléctrica en la celda de

flotación ver zonas de muestreo figura 2. Estas variaciones de g, implican distribución de tamaños de

burbuja provocados por el efecto de turbulencia y mezclado, que se presentan en cada sección del

sistema, esto, causa en el proceso, circulación y coalescencia de burbujas, provocando que las burbujas

cargadas con los complejos metal-colector (M++

-X), no alcancen la superficie de la celda y se

concentren respecto a la solución original.

Figura 3(a) y 3(b). % de Recuperación acumulativa Vs. Número de etapa de flotación. Jg = 0.8 cm/s, Jl

= 0.31 cm/s (6.8 LPM) Dispersor plano.

La figura 3(b), muestra los resultados de las pruebas de flotación con deflectores de altura hasta el

rebosadero, se observó que la eficiencia de separación es mayor a la obtenida en las pruebas con los

deflectores de menor altura. Esto significa, que las corrientes de circulación y mezclado son menos

intensas, y por lo tanto, disminuye el tiempo de residencia de las burbujas y mayor cantidad de

especies de cobre son eliminadas de la solución.

Sin embargo la eliminación de iones Cobre de la solución, en el sistema abierto, es notablemente

mejor que, para todos los casos con deflectores, por lo que, la inserción de estos, altera la

hidrodinámica del proceso, manifestándose con el incremento de la circulación de burbujas de

diámetro mas pequeño hacia el fondo y cerca de las paredes de la celda. El sistema con deflectores

cruciformes de altura 7 cm abajo del rebosadero, presenta mayores recuperaciones acumulativas en

comparación con su homólogos (frontal y lateral), debido en parte a un ligero mayor % de g al de los

demás sistemas, figura 4(a), lo que resulta un diámetro de burbuja (Db) estimado de entre 1.2 y 2.1

para la primera y quinta etapa respectivamente, mientras que para el sistema abierto el Db oscila de 0.9

a 1.65 para la primera y quinta etapa respectivamente figura 5(b).

(a) (b) 1 2 3 4 5

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

% w

/w R

ecupera

cio

n A

cum

ula

tiva C

u+

+

No. de Etapa

Sistema Abierto Frontal Lateral

Deflector de altura

hasta el rebosadero Dispersor Plano

1 2 3 4 5

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

% w

/w R

ecupera

cio

n A

cum

ula

tiva C

u+

+

No. de Etapa

Sistema Abierto Cruciforme Frontal Lateral

Deflector 7 cm

abajo del rebosadero Dispersor Plano



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73

La figura 4(b) presenta el % de g vs. El número de etapa, para el sistema con deflectores de altura

hasta el rebosadero, se observó que el gas retenido, es muy similar para los sistemas sin y con

deflectores, no obstante la similitud del g en estas pruebas, las recuperaciones acumulativas son

menores que para la del sistema abierto, debido al incremento de las corrientes de circulación de

burbujas y líquido, que provoca que las burbujas cargadas no emerjan a la superficie prontamente, se

derramen y concentren, si no que se encuentran circulando en el fondo de la celda que eventualmente

coalescen, y liberan las especies colectadas.

Figura 4(a) y 4(b). % Gas retenido vs. Número de etapa de flotación. Jg = 0.8 cm/s, Jl = 0.31 cm/s

Dispersor Plano. Sistema Aire-Agua-Espumante-Metal-Colector.

De las figuras 4(a) y 4(b), se observa que el % de g promedio en cada etapa, tiende a disminuir, esto

es debido, al empobrecimiento progresivo de las moléculas de espumante y colector, que salen de la

solución original en cada etapa de tratamiento, por un lado resulta satisfactorio que tanto el reactivo

colector xantato amílico de potasio, como el espumante agregados, salgan junto con el metal pesado,

pero por otro, a partir de mediciones de tensión superficial se comprobó que, esta aumenta

progresivamente hasta la tercera, después esta se mantiene sin muchos cambios figura 5(a). Este

modificación, acarrea un sustancial aumento del tamaño de burbuja en cada etapa de flotación ver

figura 5(b).

Figura 5(a) Tensión superficial vs. El Número de etapa de flotación. 5 (b) Diámetro de burbuja (mm)

vs. El numero de etapa de flotación Jg 0.8 Jl 0.31.

1 2 3 4 5

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14 Deflector de altura

hasta el rebosadero

Dispersor Plano

% G

as R

ete

nid

o

gNo. de Etapa

Sistema Abierto Frontal Lateral

1 2 3 4 5

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

Dispersor Plano Deflector 7 cm

abajo rel rebosadero

% G

as R

ete

nid

o

g

No. de Etapa

Sistema Abierto Lateral Frontal Cruciforme

a

)

b

)

1 2 3 4 5

0.0

0.4

0.8

1.2

1.6

2.0

2.4

2.8

3.2

0.0

0.4

0.8

1.2

1.6

2.0

2.4

2.8

3.2

Diá

me

tro

de

bu

rbu

ja D

b (

mm

).

No. de etapa de flotación

Sistema Abierto Deflector frontal Lateral Cruciforme

(b

) 1 2 3 4 5

40

45

50

55

60

65

70

Te

nsió

n s

up

erf

icia

l (

) d

ina

s/c

m

# De etapa de Flotación

(a)



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74

De los datos experimentales (Jg y Db) Se calculó el flujo de área superficial de burbujas Sb (s-1

). La

figura 6 presenta el % de Recuperación acumulativa y el Sb máximo (s-1

) vs. Número de etapa. De

esta se observó congruencia entre las mayores recuperaciones encontradas y el área de superficies de

burbujas, disponibles para llevar acabo el proceso, para el caso del sistema abierto, en el cual se logro,

la recuperación mas alta, se tiene un Sb max (s-1

) de 52, mientras que las recuperaciones mas pobres

fueron para el sistema con deflector lateral con un Sb máximo de 26 s-1

, con lo cual se comprueba la

estrecha relación entre la cantidad de superficies de burbujas disponibles y la eficiencia del proceso de

separación.

Figura 6 % de Recuperación acumulativa y Sb max. (s-1

) Vs. El Sistema de flotación sin y con

deflectores. Jg 0.8 cm/s y jl 0.31 cm/s. Dispersor Plano.

Se determinó la constante cinética de flotación usando la ecuación (5), citada en la bibliografía [11]. Se

considera que el proceso de colección de especies en un equipo de flotación sigue una cinética de

primer orden, con una constante de velocidad de colección k.

La recuperación de un componente de un proceso de primer orden depende de tres parámetros: la

constante de velocidad, el tiempo de residencia medio, y los parámetros de mezclado, por lo cual las

condiciones de mezclado deben conocerse, tratándose de: un patrón de flujo modelo tipo pistón o de un

modelo de mezclador perfecto [11-12].

El sistema estudiado, celda de flotación con dispersores, corresponde a un reactor mezclador perfecto

[12], por lo que la relación de la constante cinética de flotación se obtiene de:

111 τkR (5)

Despejando k

τ*R

Rk

1 (6)

La figura 7 muestra la constante cinética de flotación aparente k (min-1

) vs. numero de etapa para el

sistema sin y con deflectores. Se observó que k (min-1

), disminuye con el número de etapa para todos

Abierto Cruciforme Frontal Lateral

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

% Recuperación Acum Cu++

Sb max (s-1)

Sistema sin y con deflectores

% w

/w R

ecu

pe

racio

n A

cu

mu

lativa

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

Flu

jo d

e A

rea

Su

pe

rficia

l de

Bu

rbu

jas S

b-1

Dispersor Plano



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75

los casos; sin embargo, el sistema abierto presenta mayores velocidades de transferencia de la especie

xantato-cobre de la fase acuosa a la fase espuma, mientras que la velocidad mas baja corresponde al

sistema con deflector frontal de altura 7 cm abajo del rebosadero.

Figura 7 Constante cinética de flotación aparente (min-1

) vs. número de celda de flotación. Dispersor

plano, Jl 0.31, Jg 0.8 cm/s. Con deflectores.

DISPERSOR CILINDRICO

Los resultados encontrados en la flotación iónica de cobre usando un dispersor cilíndrico y deflectores

muestran, al igual que con el dispersor plano, mejores recuperaciones para el sistema abierto.

Solamente que, contrario al primer dispersor (plano), los deflectores de altura 7 cm abajo del

rebosadero presentan mejores recuperaciones acumulativas que los deflectores de altura hasta el

rebosadero figuras 8(a) y 8(b).

Los efectos de circulación, mezclado y coalescencia de burbujas ya mencionados, se presentan en

mayor intensidad para los sistemas con deflectores de altura hasta el rebosadero, reflejándose en las

recuperaciones acumulativas logradas en una quinta etapa, esto es debido una continua acción de

bombeo de líquido de una sección de la celda a otra, tal como se aprecia en las figuras 9 y 10.

Figura 8(a) y 8(b). % de Recuperación acumulativa Vs. El número de etapa de flotación. Jg 0.8 cm/s, Jl

0.31 cm/s. Dispersor Cilíndrico.

1 2 3 4 5

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

2.2

# De etapa de flotación

Co

nsta

nte

ap

are

nte

de

flo

tació

n (

m

in-1

Sistema Abierto

Deflectores abajo del rebosadero Frontal Lateral Cruciforme

Deflectores de Altura hasta el rebosadero Frontal Lateral

1 2 3 4 5

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

% w

/w R

ecup

era

ció

n A

cu

mu

lativa

Cu

++

No. de Etapa

Sistema Abierto Frontal Lateral Cruciforme

Deflector 7 cm

abajo del rebosadero Dispersor Cilindrico

1 2 3 4 5

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

% w

/w R

ecupera

ció

n A

cum

ula

tiva C

u+

+

No. de Etapa

Sistema Abierto Frontal Lateral Cruciforme

Deflector 7 cm

abajo del rebosadero Dispersor Cilindrico

(a) (b)



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76

Esto ocurre debido a las elevadas diferencias, de densidades relativas de fase, y la continua acción de

bombeo que existe de una sección a otra, causando, que solamente una parte de la celda, derrame las

especies colectadas, mientras que la sección que no derrama espuma, causa un estancamiento de los

complejos colectados disminuyendo la recuperación tal y como se aprecia en la figura 9(a) y dispersor

plano (b). Deflector frontal, Jg 0.8 cm/s, Jl 0.31 cm/s.

Figura 9 Fotografías del sistema de flotación iónica de ion cobre en celdas con dispersor cilíndrico (a)

Figura 10 Fotografías del sistema de flotación iónica de cobre en celdas con dispersor cilíndrico (a) y

plano (b). Deflector Lateral, Jg 0.8 cm/s, Jl 0.31 cm/s

(a) (b) Dispersor

Cilíndrico Dispersor Plano

(a) Dispersor Cilíndrico Dispersor Plano (b)



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77

La figura 10 presenta las imágenes del sistema con deflectores lateral, en el cual, no se logra eliminar

la acción de bombeo, y ahora la espuma sale solo por la sección cercana al rebosadero, causando aun

mayores efectos nocivos para la recuperación.

El % de gas retenido estimado puntualmente en diferentes secciones de la celda muestra, relativamente

grandes diferencias de g, por lo que existe distribución de tamaños burbuja, en cada sección del

sistema, causante en gran parte de la alteración de la hidrodinámica del proceso, circulación y

mezclado de la dispersión gas líquido así como un bombeo continuo de una sección a otra.

La figura 11 muestra los resultados de la recuperación acumulativa y el Sb máximo, en la primera

etapa de flotación vs. el sistema de flotación sin y con deflectores de altura abajo, y al nivel del

rebosadero, se observa, no obstante que algunos sistemas presentan mayores Sb max (s-1

), comparado

con el sistema abierto, lo que significa que mayor proporción de burbujas de menor diámetro son

recirculadas y enviadas al fondo de la celda, con lo que, el % de gas retenido es mayor debido al

aumento del tiempo de residencia de las burbujas dentro de la celda de flotación, por lo tanto estas

burbujas cargadas no emergen y separan los complejos de cobre colectados, por lo tanto disminuyendo

la recuperación en todos los casos con deflectores y usando un dispersor cilíndrico.

Figura 11 % de Recuperación acum. y Sb max. (s-1

) vs. sistema de flotación sin y con deflectores. Jg

0.8 cm/s y Jl0.31 cm/s. Dispersor cilíndrico. Cruciforme, lateral (A) y frontal (A) son: Deflectores de

altura 7 cm abajo del rebosadero. Lateral (R) y frontal (R) son: Deflectores de altura hasta el

rebosadero.

Abierto Cruciforme Lateral (A) Frontal (A) Frontal (R) Lateral (2)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

% Rec Acum Cu++

Sb max (s-1)

Sistema sin y con deflectores

% w

/w R

ecu

pe

racio

n A

cu

mu

lativa

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

Flu

jo d

e A

rea

Su

pe

rficia

l de

Bu

rbu

jas S

b-1Dispersor Cilindrico



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78

CONCLUSIONES

La disminución del % de gas retenido en la flotación por etapas, causada por el empobrecimiento de

colector y espumante en el sistema, derivo el aumento de la tensión superficial de la solución, con esto,

el diámetro de burbuja también aumento con el numero de etapa de flotación, y por lo tanto, el flujo de

superficies de burbujas disminuyó.

El tiempo de residencia aparente (min) y la velocidad de flotación aparente (min-1

), tienden a

disminuir con el número de etapa de flotación, a efecto de la disminución de gas retenido y del % w/w

de recuperación de Cu++

por etapa, respectivamente.

Se encontró que la inserción de deflectores verticales de cualquier acomodo y altura en la celda de

flotación (frontal o lateral de altura hasta el rebosadero, frontal o lateral de altura 7 cm abajo del labio

rebosadero y, deflectores cruciformes de altura 7 cm abajo del rebosadero), afectan significativamente

la eficiencia del proceso de flotación iónica por etapas disminuyendo el % de recuperación de cobre.

Sin embargo, de estos sistemas el que presentó las mejores recuperaciones acumulativas fueron los

deflectores cruciformes.

La acción de bombeo en los deflectores de altura hasta e el rebosadero en las pruebas de flotación con

el dispersor cilíndrico, fueron causa de las grandes diferencias relativas de fase, zonas de mayor

densidad, predominando el liquido, y zonas de menor densidad predominando la presencia de burbujas

de gas.

AGRADECIMIENTOS

Los autores desean agradecer al CONACYT por la beca otorgada para la realización de estudios de

maestría de la cual se derivo este trabajo. También a la universidad Michoacana de San Nicolás de

Hidalgo Así como también se extiende este agradecimiento a la universidad Autónoma del Estado de

Hidalgo.


1. Rezza Editores. Tratado universal del medio ambiente. Tomos 4 y 8. pp. 31 - 37: 489 -512.

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80



ISSN 1870-7297


M. Pérez-Labra

[1]., M. Díaz-Cruz

[2]., M. Reyes-Pérez. E. Salinas-Rodríguez., F. Patiño-Cardona, J. Hernández A.

[1]Centro de Investigaciones en Ciencias de la Tierra y Materiales, Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo. Carretera Pachuca-

Tulancingo km 4.5, 42184, Mineral de la Reforma, Hidalgo, México. [2] Instituto Politécnico Nacional, México D.F.

Resumen

Usando el número de Froude como criterio de diseño fue construido un modelo de distribuidor en acrílico a

2/5 de la escala real, en el cual, ocho casos propuestos fueron estudiados mediante la técnica PIV,

manteniendo un flujo de gas constante de 596 ml/min y variando solamente la posición de la cortina de gas.

Los resultados permitieron obtener curvas de distribución de tiempos de residencia (RTD), y de el

procesamiento de los datos fue encontrado que la combinación del inhibidor de turbulencia (IT) con la

adecuada posición de la cortina de gas presentó el más alto volumen pistón. El caso VII presentó los mejores

resultados, incrementando el volumen pistón en 131.85% en comparación con el caso IV el cual fue tomado

como referencia.

Palabras Clave: Inclusión; Distribuidor; PIV; Cortina de gas, RTD, Inhibidor de turbulencia.

Abstract

A 2/5 scale model with a transparent plastic sheet was built based on Froude criterion in which eight cases

were studied by PIV technique, maintaining a constant gas flow rate of 596 ml/min and only varying the gas

curtain position. The results permitted to get Residence Time Distribution (RTD) curves, and from the data

processing it was found that combining Turbulence Inhibitor (TI) with the adequate gas curtain position it is

enhanced the plug volume. The case VII presented the best results increasing the plug volume in 131.85% in

comparison with the de case IV which was taken as the reference one.

Keywords: Inclusion; tundish; PIV; gas curtain, RTD, Turbulence Inhibitor

Introducción

El apropiado flujo de metal en el distribuidor es de gran importancia para la producción de un acero limpio y

de alta calidad, para este fin se emplean dispositivos de control de flujo tales como, inhibidores de

turbulencia, represas, mamparas y deflectores, cuya efectividad en el flujo del fluido, es medida mediante

técnicas de simulación matemática y modelación física [1,3,4,5,6,7]

. Los fundamentos de los trabajos se apoyan

en el hecho de saber que la eliminación de inclusiones es más rápida en sistemas donde interviene una fuerza

que favorece su arrastre hacia la superficie del baño líquido. Los efectos que participan en el transporte de las

inclusiones son el diseño de los dispositivos ya mencionados para dirigir el flujo a la superficie y el uso de

cortinas de gas. Esta técnica es comúnmente practicada en procesos de metalurgia secundaria, ya que su

aplicación, entre otros efectos produce una alta probabilidad para el arrastre de las inclusiones [8]

.

En el presente trabajo se estudio la aplicación combinada de dos dispositivos. El primero, un inhibidor de

turbulencia el cual elimina la turbulencia en el distribuidor generada durante el vaciado de la olla y obliga al

líquido a fluir de manera vertical y con dirección a la superficie. El segundo es una cortina de gas ubicada

dentro del distribuidor, la cual, además de modificar el patrón de flujo tiene la función de atrapar, transportar

y dirigir a las inclusiones a la superficie del baño.

Modelación física del flujo de acero en un distribuidor de colada continúa equipado con un

inhibidor de turbulencia y una cortina de gas



ISSN 1870-7297

“Modelación física del flujo de acero en un distribuidor de colada continua equipado con un inhibidor de turbulencia y una cortina de gas”

81

Procedimiento experimental

Usando el número de Froude (Lg

vFr) como criterio de diseño se construyó un modelo en acrílico de 1

cm. de espesor de un distribuidor de colada continua Brasileño a una escala de 2/5 de la escala real Fig. 1 (a)

y 1(b). Las dimensiones geométricas del inhibidor de turbulencia (IT) se muestran en la Fig. 2. Para modelar

la cortina de gas (aire) Fig. 1 se utilizó una madera balsa de 2.3 x 2.3 x 22 cm. que es un material altamente

poroso, y a la cual se le realizó un orificio en el centro de ella a lo largo de toda su longitud por donde se le

inyecto aire a través de un pequeño tubo con un diámetro de 0.2 cm. Se sellaron tres de sus cuatro caras

longitudinales con silicona generando así una cortina de burbujas uniforme sobre la cara restante. El flujo de

gas utilizado fue de 596 ml/min. La madera fue colocada dentro del distribuidor en la posición inicial

localizada a 22 cm. antes de la boquilla de salida, y fue movida 10 cm. atrás y 10 cm. adelante con el fin de

determinar la posición mas adecuada. Además, debido a la geometría del distribuidor se utilizaron dos medios

dams mostrados en la Fig. 1 acoplados en cada extremo de la madera porosa, con la finalidad de lograr que

todo el flujo del fluido fuese cubierto por la cortina de aire generada. Las curvas (RTD) para los casos de

estudio (Tabla I) fueron determinadas a través de la técnica típica estimulo-respuesta [9]

, la cual consistió en

la inyección de 20 cm3

de solución natural roja trazadora tomada de una solución original con concentración

de 35g/l. La inyección fue realizada en la boquilla de la olla y la respuesta fue monitoreada en la salida del

distribuidor mediante un espectrofotómetro. Los datos obtenidos fueron grabados en una PC equipada con una

tarjeta de adquisición de datos permitiendo graficar los resultados en tiempo real. Todos los experimentos

fueron realizados bajo condiciones isotérmicas.

El distribuidor opera normalmente con un flujo de acero de 3.12 t/min, equivalente a 45 l de agua/min de

acuerdo al criterio de Froude utilizado.

Tabla I. Casos estudiados

1.344

0.10.05

0.210.322

0.295

1.52

0.22

0.26

0.092

0.322Entrada del fluido

Salida del fluido

Cortina

de gas

Inhibidor de

turbulencia1.344

0.10.05

0.210.322

0.295

1.52

0.22

0.26

0.092

0.322Entrada del fluido

Salida del fluido

Cortina

de gas

Inhibidor de

turbulencia

0.020.256

0.24

0.048 0.028

0.256

0.1840.024

0.024

0.0240.01

0.024

0.020.256

0.24

0.048 0.028

0.256

0.1840.024

0.024

0.0240.01

0.024

Figura 1. Dimensiones y forma geométrica del distribuidor

(m). a) Vista longitudinal, b) Vista transversal.

a) b)

Figura 2. Dimensiones y forma geométrica

del inhibidor de turbulencia (m).

CASO Modificadores de

Flujo

Posición de la cortina antes de la boquilla de salida

(cm.).

I Inhibidor, dams,

cortina

22

II Inhibidor, dams,

III Dams, cortina 22

IV

V Inhibidor, dams,

cortina

32

VI Dams, cortina 32

VII Inhibidor, dams,

cortina

12

VIII Dams, cortina 12



ISSN 1870-7297


82

Resultados y discusión

Caracterización del flujo del fluido

La importancia del apropiado flujo del fluido dentro del distribuidor de colada continua es ampliamente reconocida

como un aspecto relevante para la producción de un acero limpio. Por lo anterior, fue necesario determinar la

calidad del flujo de fluido mediante el análisis de las curvas RTD. Los datos obtenidos para cada experimento con

solución trazadora fueron graficados usando concentraciones y tiempos adimensionales, que se definen como:

Q

CC i

..................................(1); t

t

.....................................(2)

Siendo Q el área bajo la curva concentración–tiempo (cantidad de trazador que sale del distribuidor en la boquilla

de análisis) y t el tiempo medio de residencia, que están dados por:

0cdQ

01Cdt

....................................(3); 1

0dt

Q

c

....................................(4)

i

ii

C

tCt

.....................................(5)

Donde C es la concentración del trazador, y t es el tiempo.

De los datos obtenidos de las curvas de distribución de tiempo de residencia se determinaron las características de

flujo[9] que se muestran en la Tabla II para cada caso de estudio en términos % de volumen muerto, volumen

pistón y mezcla mediante las siguientes expresiones:

2

0

2

02

01

Cd

dCxCd

V

Vd

...................................(6); 01.00

V

VP

Cd

....................................(7)

V

Vd

V

Vp

V

Vm1 ....................................(8)

La Fig. 3 muestra las curvas de distribución de tiempos de residencia para los casos I, y II, y la Fig. 4 las

correspondientes para los casos III, y IV, en los cuatro casos la posición de la cortina de aire se encuentra a 22 cm.

antes de la boquilla de salida. El caso IV corresponde al distribuidor vacío (sin accesorios) el cual se avaluó solo

para tomarse como referencia con los demás casos con el fin de determinar el impacto de cada dispositivo de forma

individual y combinada sobre el flujo del fluido. Las Figs. 5 y 6 muestran las curvas RTD para los casos V y VI

(posición de la cortina 32 cm. atrás de la boquilla de salida), y VII y VIII (posición de la cortina a 12 cm. atrás de la

boquilla de salida), respectivamente. Los casos I, II, V y VII de las Figs. 3, 5 y 6 presentan un comportamiento

muy similar en cuanto a amplitud y características de las curvas, independientemente del uso o no de la cortina de

gas. De lo anterior, se observa que quien marca un cambio en el comportamiento del flujo del fluido dentro del

distribuidor es el uso del inhibidor de turbulencia (IT).

Tabla II. Características de flujo

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

(Tiempo adimensional)

C (

Co

nc

en

tra

ció

n a

dim

en

sio

na

l)

CASO I

CASO II

CASO

V.

pistón

(%)

V.

Mezcla

(%)

V.

muerto

(%)

(t) mín.

de

residencia

(s)

I 47.43 49.89 2.67 51

II 45.37 53.40 1.22 46

III 32.48 58.48 9.04 27

IV 20.78 65.45 13.77 21

V 45.47 53.15 1.38 48

VI 25.77 60.33 13.89 27

VII 48.18 50.89 0.92 51

VIII 27.76 58.73 13.51 27

Figura 3. Curvas RTD de los casos I, II.



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83

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

(Tiempo adimensional )

C (

Conce

ntr

aci

ón a

dim

ensi

onal )

CASO III

CASO IV

La Fig. 7 muestra las imágenes digitalizadas de los perfiles de concentración obtenidos de los experimentos

correspondientes a los casos I y IV con fines de comparación a diferentes tiempos después de haberse inyectado el

trazador. El caso I corresponde al distribuidor equipado con el inhibidor de turbulencia y la cortina de gas en la

posición a 22 cm. antes de la boquilla de salida, y el caso IV corresponde al distribuidor vacío. Se puede notar la

diferencia en el comportamiento del perfil de concentración del flujo del fluido que existe en ambos casos, el cual

tiende a ser pistón con el uso del inhibidor de turbulencia disminuyendo las zonas muertas (Fig. 7 (a), (b) y (c)) y

aumentando los tiempos de residencia, lo cual es benéfico ya que se provoca que las inclusiones no metálicas

tengan mas tiempo para alcanzar la superficie del baño. También se puede observar la enorme turbulencia que se

genera sin el uso del inhibidor, así como zonas muertas en la parte superior derecha del distribuidor (Fig. 7 (a1),

(b1) y (c1)) y canalizaciones en la parte central antes de la boquilla de salida, condiciones desfavorables para el

desempeño del distribuidor.

A mayor volumen pistón existe un mejor desempeño del sistema para mejorar la calidad del acero debido a la

eliminación de inclusiones no metálicas[2, 6, 10,]

, y se puede apreciar en la Tabla II que el caso que presentó los

mejores resultados en este aspecto es el Caso VII con 48.18%, seguido del Caso I con 47.43%, Caso V con 45.47 y

Caso II con 45.37%. También se observa, que el caso que presenta el resultado menos deseado es el IV con

20.78%, el cual corresponde al distribuidor vacío.

El comportamiento anterior se pudo explicar, debido a que solo con el uso del inhibidor de turbulencia se aumenta

un 118.3% el volumen pistón con respecto al distribuidor vacío, y se debe a que la función principal de este

Figura 7. Imágenes de video de la dispersión del

trazador en el flujo para: a, b y c Caso I. y a1, b1 y

c1 caso IV.

a) 6 segundos

b) 15 segundos

c) 20 segundos c1) 20 segundos

b1) 15 segundos

a1) 6 segundos

Entrada del fluido Salida del fluido

Inhibidor de

turbulencia

Zonas

muertas

Cortina

a) 6 segundos

b) 15 segundos

c) 20 segundos c1) 20 segundos

b1) 15 segundos

a1) 6 segundos

Entrada del fluido Salida del fluido

Inhibidor de

turbulencia

Zonas

muertas

Cortina

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5


C (

Co

nce

ntr

aci

ón

ad

ime

nsi

on

al)

CASO V

CASO VI

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5


C(C

on

cen

tra

ció

n a

dim

en

sio

na

l)

CASO VII

CASO VIII

Figura 4. Curvas RTD de los casos III y IV. Figura 5. Curvas RTD de los casos V y VI.

Figura 6. Curvas RTD de los casos VII, y VIII.



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84

dispositivo es la de eliminar la turbulencia y obligar al fluido a fluir de manera vertical y pausada , como se observa

en la Fig. 7 (a), (b) y (c). Este comportamiento del flujo promueve un mejor desempeño del sistema.

El uso individual de la cortina de gas (Caso III) incrementa el volumen pistón solo un 56.3% (Tabla II) con

respecto al distribuidor vacío (Caso IV), lo cual no es muy significativo e indica que el uso combinado de ambos

sistemas (Caso VII) aumenta el volumen pistón un 131.85%, comportamiento que de igual manera favorece el

desempeño del distribuidor. Por otro lado, para lograr una máxima eliminación de inclusiones no metálicas se

deben de obtener los más altos tiempos mínimos de residencia, y se puede observar nuevamente en la Tabla II

que los casos que presentan esta característica son el Caso I y VII (51 s), el Caso V (48 s), el Caso II (46 s) y el más

bajo de los siete casos el Caso IV (21 s). De lo anterior se tiene que el uso de la cortina de gas aumenta el tiempo

mínimo de residencia retardando la salida del flujo (Fig. 7 (a), (b) y (c)), aspecto que también favorece a la

eliminación de inclusiones ya que se proporciona el mayor tiempo para que estas puedan flotar o ser captadas por

la capa de escoria.[11]

Por otra parte, la reducción del volumen muerto a un mínimo porcentaje es el objetivo de cualquier diseño de

distribuidor para optimizar su desempeño general. De esta forma, y basándose en los resultados obtenidos de la

caracterización del flujo del fluido se tiene que el uso combinado del inhibidor de turbulencia y de la cortina de gas

colocada a 12 cm. antes de la boquilla de salida (caso VII) lo reduce hasta 0.92%, lo que representa un 6.68% del

volumen muerto obtenido en comparación al distribuidor vació. Del análisis de las curvas RTD se tiene que el caso

que presenta los mejores resultados corresponde al Caso VII con 48.18% de volumen pistón, 0.92% de volumen

muerto, y 51 segundos de tiempo mínimo de residencia y que corresponde al uso del inhibidor de turbulencia y la

cortina de gas colocada a 12 cm. antes de la boquilla de salida.

Conclusiones

Las principales conclusiones derivadas de este estudio son las siguientes:

(1) El inhibidor de turbulencia de manera aislada cumple con la función de dirigir el flujo de manera

vertical y con dirección a la superficie minimizando la turbulencia en la superficie del baño,

aumentando el tiempo de residencia del flujo en el distribuidor, e incrementando el flujo pistón de

manera considerable.

(2) La cortina de gas incrementa el volumen pistón un 56.3% (Caso III) con respecto al distribuidor

vacío. El uso individual de este dispositivo no es suficiente para obtener una buena calidad del flujo

del fluido.

(3) La cortina de gas aumenta el flujo pistón a medida que su posición es más cercana a la boquilla de

salida, la posición adecuada para la cortina es a 12 cm. de esta en cuanto a calidad de flujo.

(4) Con el uso combinado ( Caso VII) de la cortina de gas (posición a 12 cm. antes de la boquilla de

salida) y el inhibidor de turbulencia se obtiene el más alto flujo pistón (48.18%) y el más bajo

volumen muerto (0.92%).

Agradecimientos

Los autores agradecen al CONACYT por el soporte financiero para este trabajo y al IPN, por el apoyo para la

realización de las actividades de modelación física. Bibliografía

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86



ISSN 1870-7297

Estudios de electroremediación de suelos contaminados por metales pesados del

Distrito minero de Zimapán

Laura García-Hernández [1], Marissa Vargas-Ramírez1, Víctor Reyes-Cruz 1


[1]Área Académica de Ciencias de la Tierra y Materiales, Instituto de Ciencias Básicas e Ingeniería (ICBI), Universidad Autónoma

del Estado de Hidalgo. Carretera Pachuca-Tulancingo Km. 4.5, Col. Carboneras, Mineral de la Reforma, Hidalgo, México, CP 42128.

Email 1*: [email protected]

RESUMEN

En este trabajo se presentan, estudios preliminares para el entendimiento de los fenómenos

electrocinéticos presentes en una celda de remediación, por la imposición de una corriente constante que

provoca la generación de frentes acido y básico debido a la reacción de electrolisis del agua, y de cómo el

medio acido favorece la migración iónica, lo que se puede constatar por el cambio en la conductividad,

mientras que el pH del suelo no se altera, debido a la gran capacidad amortiguadora.

Palabras clave: Electrocinético, electroremediación, migración iónica, capacidad amortiguadora.

ABSTRACT

In this work, preliminary studies to the understanding of the phenomena present in a cell electrokinetic

remediation, by imposing a constant current which causes the generation of acid and basic fronts due to

the reaction of water electrolysis and how the acid environment favors the ion migration, which can be

seen by the change in conductivity, whereas the soil pH is not altered due to the high buffering capacity.

Keywords: Electrokinetics, electroremediation, ionic migration, buffering capacity.

INTRODUCCIÓN

La actividad minera ha sido un factor primordial en el desarrollo económico de México desde la época

colonial hasta nuestros días. Sin embargo, el desarrollo de esta industria ha estado aunado a la producción

de diferentes tipos de residuos que en su mayoría fueron depositados, sin considerar sus posibles

afectaciones ambientales. Los jales son el producto de la trituración y molienda del mineral una vez que

se han recuperado los metales comerciales mediante procesos físicos y químicos. Consecuentemente, los

jales pueden contener cantidades variables de sulfuros, minerales de ganga y residuos de los reactivos

utilizados en el proceso de beneficio (1). Los sulfuros metálicos de los jales al estar expuestos al

intemperismo pueden oxidarse y liberar metales y metaloides tóxicos en el proceso conocido como

drenaje ácido de minas, produciendo aguas con un bajo pH y elevadas concentraciones de sulfatos

(2,3,4,5). Dentro de los jales en función de factores fisicoquímicos y de su mineralogía, se desarrollan

procesos químicos que pueden promover o limitar la liberación de los metales al ambiente (6). La

exposición no controlada a las condiciones climáticas prevalecientes en el sitio de disposición, puede dar

lugar a una dispersión de contaminantes por medios físicos (erosión, transporte eólico y pluvial), o bien

una alteración de los residuos con la consecuente movilidad química (disolución y transporte en medio

acuoso) de elementos potencialmente tóxicos, (EPT’s) (7). Desde el punto de vista toxicológico, los

metales suelen presentar una acusada multiplicidad de efectos tóxicos. La trascendencia toxicológica de

los metales es enorme, teniendo en cuenta su ubicuidad, la extensión de sus usos industriales y

domésticos y su persistencia medio ambiental, resultado directo de su condición de elementos químicos.

Esta persistencia sin embargo, debe valorase por las características del compuesto químico del que el

metal forme parte, que determina su movilidad ambiental y su biodisponibilidad (8). Por lo que es

inherente proponer una alternativa de solución a esta problemática. La electroremediación, ha demostrado



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“Estudios de electroremediación de suelos contaminados por metales pesados del Distrito Minero de Zimapán”

87

ser en pruebas a nivel laboratorio y escala piloto eficiente para la remoción de iones

metálicos y compuestos orgánicos, en suelos de baja permeabilidad (9,10).


- Muestras

El suelo denominado MCP38HS para llevar acabo los experimentos fue obtenido de un muestreo

sistemático cerrado de las principales zonas de exposición de riesgo en el distrito minero de Zimapán,

Hidalgo (México). Las muestras fueron secadas a temperatura ambiente y se tamizaron a un tamaño de

partícula de menor a 2mm para su empleo. De acuerdo con el análisis de textura de los suelos, estos

entran dentro de la clasificación de franco arenoso, por lo que se toma una arena (composición 99.5 %

SiO2), la cual se contamina a 500 ppm de Pb para ser utilizada como blanco.

-Equipos

Los experimentos se realizaron en una celda experimental de electroremediación cilíndrica de 0.045 m de

diámetro y 0.1 m. de longitud con dos electrodos funcionando como ánodo y cátodo, y dos

compartimentos para los electrolitos (11); se utilizo una solución de acido acético 10-3

M para el control

del pH debido a la reacción de electrolisis, se aplico una corriente constante de 0.5 mA, el experimento se

llevo acabo durante 24 horas.

Terminados los experimentos el suelo se recupera y fracciona en 5 denominadas S1, S2 S3, S4 y S5,

siendo S1 la más próxima al ánodo y S5 la más cercana al cátodo como se muestra en la figura, se analiza

químicamente por espectroscopia de Absorción Atómica (AA), se determina el pH y la conductividad de

cada sección.

Figura 1. Celda de electrorremediacióny fracciones en las que se divide la celda y el suelo para su

analisis quimico.



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88

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

En la figura 2, se muestra el análisis químico de cada fracción de suelo comparando con cada fracción de

arena.

SE S1 S2 S3 S4 S50

100

200

300

400

500

pp

m d

e P

b

Secciones de Celda

Suelo MCP38HS

Arena (SiO 99.5 %)

Figura 2. Análisis químico de cada fracción de arena y suelo MCP38HS.

En el análisis químico de las secciones figura 1, se puede observar que en la S1 del proceso de

electroremediación hay una disminución de la cantidad de Pb presente en el suelo en S2 aumenta en S3

disminuye permaneciendo muy semejante en S4 y en S5 vuelve a aumentar. Mientras que el

comportamiento de la arena tomada como blanco presenta el mismo comportamiento que el suelo,

excepto en la S5 ya que en este experimento se presento un depósito blanco sobre la superficie de los

electrodos lo que se puede atribuir a la acumulación de Pb en la sección 5. Es importante resaltar que la

máxima disminución de Pb en el suelos es 37 % y en la arena 89.11 %.

Los resultados muestran que se puede realizar la electroremediación de Pb. Sin embargo es necesario

realizar el modelado para predecir el comportamiento de la celda y encontrar las condiciones que

permitan tener una mayor remoción de Pb.

En la figura 3, se muestran los resultados de conductividad y pH, llevados acabo a diluciones 1:2.5

(arena/agua) al inicio (ASE), y al finalizar el experimento (secciones de celda).



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ASE S1 S2 S3 S4 S5

0

10

20

30

40

50

60

70

80

6.2

6.4

6.6

6.8 Conductividad

Co

nd

uc

tivid

ad

µ

S

Secciones de Celda

pH

p

H

Figura 3, Conductividad y pH en arena

Se observa que la conductividad al inicio es de 75 ppm, y al finalizar el experimento disminuya hasta

aproximadamente 15 ppm, lo que indica la remoción del Pb por la imposición del potencial, mientras que

el pH, presenta una variación de 0.5 unidades de pH entre el principio y final del experimento, lo que es

atribuible a la capacidad amortiguadora de la arena.

En la figura 4, se muestran los resultados de conductividad y pH, llevados acabo a diluciones 1:2.5

(suelo/agua) al inicio (ZSE), y al finalizar el experimento (secciones de celda).

ZSE S1 S2 S3 S4 S5

340

360

380

400

420

440

460

480

500

8.0

8.2

8.4

8.6

8.8

9.0

Conductividad

Co

nd

uc

tivid

ad

µ

S

Secciones de Celda

pH

p

H

Figura 4, Conductividad y pH en suelo

Se aprecia que la conductividad disminuye en la sección 1, 3 y 5 de la celda comparada con el suelo sin

electro remediar (ZSE), mientras que en la sección 2 y 3 aumenta lo que se puede atribuir a la

acumulación de especies en esas secciones de la celda debido al encuentro de los frentes acido y básico

generados por la imposición del potencial.

Por otra parte el pH entre el suelo sin tratamiento, comparado con cada sección de análisis de la celda, se

observa que solo hay pequeñas variaciones de máximo 0.3 unidades de pH, lo que es atribuible a la gran

capacidad amortiguadora que presenta el suelo después de electro remediar.



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CONCLUSIONES

Es posible la remoción de especies mediante la imposición de una corriente constante

alcanzándose una disminución de Pb en el suelos es 37 % y en la arena 89.11 %.

Se observa que hay cambio en la conductividad al inicio y final de los experimentos, lo que

es atribuible a la migración iónica provocada por el frente ácido.

Las variaciones de pH entre el inicio y final de los experimentos es pequeña, se atribuye a la

gran capacidad de amortiguamiento que presentas los suelos a las variaciones de pH.

AGRADECIMIENTOS

Los autores agradecen el apoyo permanente por parte de los siguientes organismos CONACYT, UAEH y

SNI.


[1] Armienta MA., Villaseñor G., and Romero FM., XXVI Convención Internacional de

Minería, Veracruz, México, (2005).

[2] Ritcey GM., Tailings Management, Elsevier, Amsterdam, (1989).

[3] USEPA, Technical Document. Acid mine drainage prediction. EPA 530-R-94-036,

NTIS PB94-201829, Environmental Protection Agency, USA, (1994).

[4] Gray N.F., Environmental Geology, v. 30: 62-71 (1997).

[5] Younger P.L., The Science of the Total Environment, v. 194-195, p 457-466 (2000).

[6] Smith K.S. and Huyck H.L.O. An overview of the abundance, relative mobility,

bioavailability, and human toxicity of metals. In Plumlee, G.S. and Logsdon, JJ. (Eds.):

The Environmental Geochemistry of Mineral Deposits. Part A. Processes, Techniques,

and health Issues, Soc. Econ. Geol. Review in Econ. Geol., 6A: 29(1999)

[7] Sellers K., Fundamentals of hazardous waste site remediation. Lewis Publisher 326 pp.

(1999).

[8] Volke ST. and Velasco JA., Tecnologías de Remediación para suelos contaminados.

INE-SEMARNAT (2002).

[9] Alshawabkeh AN, Yeung AT., Bricka MR. J. of Environmental Engineering 1999 (125)

1.

[10] MM. Page, CL. Page. J. of Environmental Engineering 128 (2002) 3, 208-218

[11] Murillo B. Diseño y construcción de un dispositivo para evaluar y caracterizar la

electroremediación de suelos contaminados con hidrocarburos. Tesis de Maestría,

UAMI. (2006).

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ISSN 1870-7297

Síntesis de dendrímeros ramificados con sistemas -conjugados ferrocenílicos y

resorcinarenos como moléculas centrales


María Isabel Reyes Valderramaa, Rosa Ángeles Vázquez Garcíaa, José Luis Maldonadob, Gabriel Ramos Ortízb, Marcos Martínez Garcíac. a) Área Académica de Ciencias de la Tierra y Materiales, UAEH, Ciudad Universitaria Carretera Pachuca – Tulancingo Km. 4.5, C.P. 42184, Pachuca,

Hidalgo. b) Centro de Investigaciones en Óptica A.C. Loma del Bosque # 115, Col. Lomas del Campestre, 37150, León Guanajuato, México. c) Instituto de Química, UNAM, Ciudad Universitaria. Circuito Exterior, C.P. 04510, México D.F., México.

RESUMEN

En el presente trabajo, reportamos la síntesis de una nueva clase de dendrímeros ramificados de primera

y segunda generación con sistemas -conjugados ferrocenílicos y resorcinarenos como moléculas centrales. La

síntesis de los dendrones ferrocenílicos ramificados, se efectuó mediante las reacciones de Wittig y Heck, los

dendrones ramificados activados fueron acoplados a resorcinarenos mediante una reacción de Williamson,

obteniendo dendrímeros de alto peso molecular. Se determinaron las propiedades en ONL de tercer orden

utilizando la técnica de THG en película y el modelo de Marker-Fringe para los dendrímeros de primera

generación ramificados observándose valores de X

y

X

esu.

ABSTRACT

In the present work, we report the synthesis of a new class of ferrocenyl- bearing dendrimers of first and

second generation with -conjugated systems using resorcinarene as core molecule. The synthesis of dendrons

containing ferrocenyl groups were prepared by Wittig reaction and Heck reaction coupling. The dendrons were

attached to eight functionalized resorcinarene via Williamson reaction obtaining high molecular weight

dendrimers. Cubic nonlinear optical behavior of this first generation of dendrimers was studied. The (3)

values

estimated from the THG Maker-Fringe technique for dendrimers dispersed in thin solid films are of (3)

= 2.26 x-

12 y of

(3) = 2.14 x

-12 esu, respectively.

INTRODUCCIÓN

La química de dendrímeros se ha desarrollado rápidamente en estos últimos años y muchas especies

organometálicas se han incorporado en sus estructuras.1 El Ferroceno puede formar el centro del sistema

dendrítico2 o unirse en las periferias. Recientemente se ha reportado una ruta de síntesis para obtener

estructuras con un alto peso molecular, conocido como método convergente.3 Actualmente se han preparado

varias familias de dendrímeros organometálicos entre ellos los dendrímeros receptores ferrocenílicos a base de

silicio que contienen grupo Si-NH, a los cuales se les ha da uso en el área de la electroquímica4.

Los dendrímeros que contienen ferroceno en la periferia tienen aplicaciones y usos en distintas áreas de la

ciencia como: sistemas catalíticos multielectrónicos para catálisis homogénea, sensores moleculares,

ferromagnéticos así como anticancerígenos. El uso de ferroceno como dador de densidad electrónica en los

sistemas -conjugados ha permitido el estudio de compuestos con propiedades en óptica no lineal.

En el presente trabajo de investigación, reportamos la síntesis de dendrímeros lineales de segunda generación

con sistemas -conjugados ferrocenílicos y resorcinarenos como moléculas centrales.



ISSN 1870-7297

“Síntesis de dendrímeros ramificados con sistemas -conjugados ferrocenílicos y resorcinarenos como moléculas centrales”

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Síntesis orgánica

Los reactivos empleados en la síntesis fueron adquiridos de Sigma-Aldrich y se emplearon como se recibieron.

Todas las reacciones se efectuaron bajo atmósfera de N2.

Los espectros de FT-IR fueron obtenidos en un Espectrofotómetro FT-IR Magna 700 Brucker Tensor 27 Perkin

Elmer 2000. Los espectros de RMN de 1H y

13C, fueron corridos en un espectrómetro Varian 300, empleando

(CDCl3) como disolvente y TMS como referencia (δ = 0.0 ppm). Las masas de los dendrímeros fueron obtenidas

en un Espectrómetro de Masas Brucker Mod. Squire 6000 ESI (Electro espray).

Metodología

Síntesis de los dendrones ferrocenílicos

Los dendrones con grupos ferrocenílicos fueron preparados de acuerdo al método Convergente (Fréchet). La

síntesis del vinil Ferroceno 2 se realizó a partir del ferrocencarboxaldehído 1 por medio de una reacción Wittig

(Esquema 1) seguida por una reacción de acoplamiento Heck del vinil ferroceno y el 3,5-dibromobenzaldehído 3

en dimetilformamida y trietil amina, usando como catalizador acetato de paladio, posteriormente se obtuvo 5

nuevamente por una reacción Wittig. Este fue acoplado al compuesto 3 mediante una reacción tipo Heck

obteniendo 6. Posteriormente los dendrones 4 y 6 fueron reducidos con LiAlH4 en THF a 0 oC para obtener 8 y

11, estos se hicieron reaccionar mediante un tratamiento de cloruro de tionilo en diclorometano a 0 oC,

obteniendo los dendrones activados 9 y 12 respectivamente.

Síntesis de los resorcinarenos (moléculas centrales)

Los resorcinarenos 9-11 fueron obtenidos a partir del resorcinol y el 3 diferentes aldehídos, en presencia de

metanol y condiciones ácidas. Los productos fueron obtenidos como precipitados. La estructura de estos

resorcinarenos fue confirmada por RMN 1H y espectrometría de masas FAB

+.

En los espectros de RMN de 1H de los tetrámeros cíclicos se observó un triplete 4.36 ppm, el cual es atribuido a

los protones metino con una conformación corona.

Síntesis de los dendrímeros

Los dendrímeros 15-17 fueron obtenidos a partir del dendron 8 y los resorcinarenos 9-11, la reacción se realizó

en acetona y K2CO3 a reflujo por 3 días. La estructura de lo resorcinarenos fue confirmada por RMN 1H y

espectrometría de masas electro espray.



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RESULTADOS Y DISCUSIÓN

La ruta de síntesis para la obtención de los dendrones ferrocenílicos se observa en el esquema

1.

Esquema 1. Síntesis de dendrones intermediarios de primera y segunda generación, a) CH3(Ph)3PBr, n-

BuLi, THF, 0 oC; b) Pd(OAc)2/ TOP DMF/ET3N, 120

oC c) THF, LiAlH4, 0

oC; d) Py, CH2Cl2, SOCl2, 0

oC.

Los resorcinarenos 13-15 fueron obtenidos a partir del resorcinol y el 3 diferentes aldehídos. (Esquema 2). Los

productos fueron obtenidos como precipitados. La estructura de estos resorcinarenos fue confirmada por RMN y

espectrometría de masas FAB+. En los espectros de RMN de

1H de los tetrámeros cíclicos se observó un triplete

4.36 ppm, el cual es atribuido a los protones metino con una conformación corona.

OHHO

R1= -(CH2)2-C6H5 (13) = -(CH2)4-CH3 (14) = -(CH2)10-CH3 (15)

+ R1 C

H

O

OHHO

R14

MeOH

HCl

13-15

Esquema 2. Síntesis de los resorcinarenos con una conformación de “corona”

Los dendrímeros 15-17 y 18-20 fueron obtenidos a partir de los dendrones 9 y 12 y los resorcinarenos 13-15,

Mediante una reacción Williamson, la reacción se realizó en acetona y K2CO3 a reflujo por 3 días. La estructura

de los dendrímeros fue confirmada por RMN 1H y

RMN 13

C, IR, La masa molecular de los dendrímeros 15-17 se determinó por espectrometría de masas electro

espray.

O H

Br Br

Fe

CH2

+

2

O H

Fe Fe

CH2

Fe Fe

3

4

a b

O H

Br Br

+a

Fe

FeFe

Fe

5

O H

Fe

O

1

3

6

O H

Fe Fe

7

cd

OH

Fe Fe

8

Cl

Fe Fe9

Fe

FeFe

Fe

10

O H

12

a b

Fe

FeFe

Fe

OH

11

Fe

FeFe

Fe

Cl



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Esquema 3. Síntesis de dendrímeros ramificados.

La no linealidad fue caracterizada usando la generación del tercer armónico en película y el modelo de huellas de

Maker. Se usó el modelo de THG huellas de Maker con la medición de χ(3)

se debió a que esta comprende la

medición de los efectos electrónicos puros de ONL.

Figura 1. Modelo THG i) para una película de polímero

dopado con el 30 % en peso del dendrimero 15 a 515 nm,

ii) para 1 mm de la película del sustrato sin la película

depositada sobre el. La longitud de onda fundamental fue

de 1200 nm.

Figura 2. Modelo THG i) para una película de polímero

dopado con el 30 % en peso del dendrímero 17 a 515 nm,

ii) para 1 mm de la película del sustrato sin la película

depositada sobre el. La longitud de onda fundamental fue

de 1200 nm.

Se realizó la caracterización cúbica de ONL de los dendrímeros ferrocenílicos de primera generación

ramificados (dendrímeros 15-17) dispersos en películas de un polímero usando longitudes de onda de infrarrojo

que comprende bandas de telecomunicaciones. Los datos fueron obtenidos a la longitud de onda fundamental a

1200 nm. Como referencia la figura 1 también incluye el par THG medido a partir del sustrato absorbido solo en

sílica. A partir de estos datos resulta que la susceptibilidad de la no linealidad de tercer orden de la película es

χ(3)

= 2.26 10-12

esu.

Para el dendrímero 17 también fue determinada la no linealidad y fue caracterizada usando la generación del

tercer armónico en película y el modelo huellas de Maker Los datos fueron obtenidos a la longitud de onda

fundamental a 1200 nm. Como referencia la figura 2 también incluye el par THG medido a partir del sustrato

absorbido solo en silica. A partir de estos datos resulta que la susceptibilidad de la no linealidad de tercer orden

de la película es χ(3

=2.14 10-12

esu.

R RRR

oo

ooo

oo

o

H

H HH

H

HH

H

12-14

+

15-17K2CO3, 18-C-6

Acetona, reflujo

Cl

Fe Fe

8

Fe

FeFe

Fe

11

Cl

O O

O

O O

O

O O

Fe

Fe

Fe

Fe

Fe

Fe

Fe

Fe

Fe

Fe Fe

Fe

Fe

Fe

Fe

Fe

O O

O

O

O O

O

O

R R

RR

Fe

Fe

Fe

Fe

Fe

Fe

Fe

Fe

Fe

Fe

FeFe

FeFeFe

Fe

Fe

Fe

Fe

Fe

Fe

Fe

Fe

Fe

Fe

Fe

FeFe

Fe FeFe Fe

FeFe

18-20



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CONCLUSIONES

Se realizó la síntesis de dendrones ramificados ferrocenílicos con sistemas -conjugados, tipo Fréchet de

primera y segunda generación.

Se realizó la síntesis de los macrociclos a partir de resorcinol y tres diferentes aldehídos, obteniéndose

únicamente el estereoisómero rccc del resorcinareno.

Se sintetizaron por el método convergente resorcinaren-dendrímeros de primera y segunda generación,

observándose que el centro conserva su isomería rccc.

Las propiedades en óptica no lineal (ONL) de tercer orden de los dendrímeros de primera generación

ramificados, se midieron usando la generación del tercer armónico en película y el modelo de Maker-Fringes. Se

determinaron los efectos electrónicos puros de ONL χ(3), observándose valores de χ(3) = 2.26 10-12 esu y χ(3)

= 2.14 10-12 esu. Este valor comprende la medición de la banda más importante para la aplicación en fotónica.

Estos resultados permiten proponer a los nuevos dendrímeros constituidos por ferrocenos, sistemas -conjugados

y resocinarenos como nuevos materiales para su aplicación en sistemas fotónicos. En un trabajo futuro se

realizará el estudio de las propiedades ONL para los dendrímeros de segunda generación.

AGRADECIMIENTOS

Los autores agradecen al CONACYT, por el proyecto DGAPA-UNAM (IN-209106)


1 a) G.R. Newkome, E. He, C.N. Moorefield, Chem. Rev. 99 (1999) 1689.

2 (a) C.M. Cardona, T.D. McCarley, A.E. Kaifer, J. Org. Chem. 65 (2000) 1857.

3 S. Nlate, J. Ruiz, J.-C. Blais, D. Astruc, Chem. Commun. (2000) 417.

4 (a) C. Muller, D. Vos, P. Jutzi, J. Organomet. Chem. 600 (2000) 127 (1999) 53.

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