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SMCr. VIII Congreso Nacional de Cristalografía
II Reunión Latinoamericana de Cristalografía
VI Reunión de Usuarios de Luz Sincrotrón
23-27 de octubre del 2016. Mérida, Yucatán, México
Aplicaciones de las Técnicas de Rayos-X en la
Caracterización de Materiales Sólidos de Origen
Químico y Geológico
Rufino Lozano Santa Cruz1
1
Laboratorio Nacional de Geoquímica y Mineralogía
Instituto de Geología, Universidad Nacional Autónoma de México
e-mail: [email protected]
Palabras clave: difracción de rayos X, minerales, Popocatépetl
Resumen.
Los rayos X interactúan con la materia al menos de dos formas diferentes, una de ellas es cuando se
dispersan en los planos cristalinos de un material generando patrones de difracción, que resultan en
“huellas digitales” de esos materiales. Esa propiedad denominada difracción de rayos X (DRX) los
hace muy útiles en la identificación de minerales y compuestos cristalinos, que son los constituyentes
básicos de una gran cantidad de materiales, algunos de origen natural como las rocas, sedimentos y
suelos, y otros de origen sintético como los productos orgánicos. El otro tipo de interacción se conoce
como fluorescencia de rayos X (FRX) en la cual un haz de fotones X impacta un átomo, extrayendo
electrones de sus capas interiores y generando una inestabilidad temporal, misma que al ser
neutralizada mediante transiciones de electrones de niveles superiores a niveles inferiores, emite
radiación X con energía característica para cada evento. Cada elemento químico posee un conjunto de
posibles transiciones electrónicas, cada una asociada con una energía característica. La FRX es
reconocida como una importante técnica analítica en aplicaciones de exploración y beneficio de
minerales y en la determinación de contaminantes. En general tiene aplicaciones en la determinación y
cuantificación elemental en materiales sólidos de todo tipo. Ambas técnicas suelen emplearse como
apoyo una de la otra, ya que eso permite confirmar resultados. Un ejemplo puede ser el caso de la
identificación con duda de un mineral portador de uranio, donde la presencia de ese elemento puede ser
fácilmente confirmable por FRX.
La DRX se ha convertido en una herramienta insustituible para la identificación de las fases cristalinas
en muestras de productos procedentes de todo tipo de procesos incluidos los de la minería,
construcción, control de calidad en la fabricación de medicamentos, así como en la determinación y
control de contenidos de minerales potencialmente contaminantes. Lo anterior se debe principalmente
a los programas de identificación automatizada, que son poderosas bases de datos, con las cuales se
puede comparar eficientemente un diagrama médido contra los registrados por la ICDD, logrando así
su caracterización rápida. Ese tipo de software ha sido desarrollado por las casas proveedoras de
equipo e incluso por empresas independientes.
Esta metodología ha sido empleada en nuestro laboratorio para la caracterización de cenizas y
fragmentos de roca emitidos por el volcán Popocatépetl durante el período de mayo a julio del 2013
(Figura 1, 2 y 3), uno de los periodos recientes más críticos en cuanto a la actividad volcánica del
coloso. Los resultados obtenidos fueron de importancia complementaria, pero vital, en la toma de
decisiones para la protección de la población y de las instalaciones estratégicas como depósitos de
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combustibles, hospitales, y escuelas, ya que con la determinación de la acidez de los materiales
expulsados y su mineralogía fue posible estimar la viscosidad de los materiales, determinando cuando
eran suficientemente fluidos como para no generar un tapón que incrementara el riesgo de una
explosión de orden mayor.
Otras aplicaciones de la combinación DRX-FRX es en el control de calidad de minerales empleados
como aditivos en la preparación de productos farmacéuticos, fertilizantes, tratamiento de aguas,
abrasivos, etc. Un ejemplo ilustrativo es el MgO, compuesto obtenido de calcinación de magnesita
(MgCO3), que por sus propiedades físicas y químicas tiene una amplia gama de aplicaciones. En los
productos disponibles en el mercado, desde mezclas con baja concentración de MgO hasta los
reactivos analíticos, la concentración es muy importante ya que las propiedades requeridas pueden
variar principalmente debido al proceso de obtención a su alta capacidad para hidratarse. Lo anterior
lleva a que los análisis reportados en los envases no suelen corresponder a la realidad al momento de
emplear el producto, de modo que la composición mineralógica y química suele ser investigada al
momento de su uso para determinar la presencia de posibles minerales residuales por calcinaciones
incompletas y otros minerales como sulfatos o silicatos que pueden formar parte de la composición
original de la materia prima (Figura 4).
Agradecimientos. Se reconoce a la Dra. Ana Lillian Martín del Pozzo por permitir usar parte de los resultados
analíticos de sus muestras para escribir este trabajo.
Figura 1. Variación del contenido de SiO2 en muestras del
volcán Popocatépetl obtenidas entre mayo y julio del 2013.
Figura 2. Clasificación de rocas y cenizas según
Diagrama de clasificación TAS del volcán
Popocatépetl, emitidad entre mayo y julio del 2013.
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Figura 3. Cenizas y rocas del Popocatépetl, se observa el
período de mayor acidez a partir junio.
Figura 4. Diagramas de DRX de polvos de MgO en
productos crudos y tratados a 950°C.