Caracterización magnética de distintos tipos de suelos – Aplicaciones

      Con relación a esto, se centra el interés de. este trabajo, dado que los suelos expuestos a la contaminación ambiental son afectados produciéndose alteraciones en sus minerales magnéticos constituyentes, este fenómeno es conocido como «aumento magnético».

      Objetivos e Importancia

      Los objetivos planteados para este trabajo fueron lo siguientes

      a) Comparación de suelos recientes con influencias antropogénicas contaminantes y suelos sin contaminar.

      b) De los materiales presentes en los suelos identificar y caracterizar los principales minerales magnéticos.

      c) En un plano complementario, se desarrollo y adaptó un equipo para la medición del parámetro magnético χ dependiente de la temperatura.

      La importancia de este tipo de estudios es que permite dar el estado de polución de zonas afectadas mediante métodos de medición realizados in situ, con un bajo costo, rápidos de efectuar y sin mayores problemas de llevar a cabo. Es también destacable que son métodos no-destructivos, y las muestras que deben extraerse no afectan el medio ambiente.
      Fundamentalmente los estudios de aumento de susceptibilidad han mostrado una relación directa con metales pesados (contaminantes), tales como Fe, Cu, Al, Pb, Zn, entre otros, que como bien es conocido son perjudiciales para la salud.

Introducción, 7

I. FUNDAMENTOS DEL MAGNETISMO. PROPIEDADES DE LA MATERIA, 8 
I.1. Acerca de los Campos B y H, 8

I.2. Características y Propiedades de la Materia, 10 1.2.1. Diamagnetismo, 10
I.2.2. Paramagnetismo, 11
I.2.3. Ferromagnetismo, 12
I.3. Energía de Intercambio, 14
I.4. Magnetizaciones Especiales: Ferrimagnetismo y Antiferromagnetismo, 15
I.4.1. Ferrimagnetismo, 15
I.4.2. Antiferromagnetismo, 16
I.5. Teoría de los Dominios Magnéticos, 17
I.5.1. Pared de Bloch, 18
I.5.2. Tipos y Comportamiento de los Dominios Magnéticos, 18

II. MAGNITUDES Y PARÁMETROS MAGNÉTICOS, 20
II.1. Susceptibilidad Magnética, 20
II.1.1. Susceptibilidad de Cuadratura. Dependencia con la Frecuencia, 22
II.1.2. Propiedades Termomagnéticas. Dependencia de la Susceptibilidad con la Temperatura, 25
II.2. Remanencia Magnética de Laboratorio — Magnetización Remanente Isotérmica, 26
II.2.1. Coercitividad de Remanencia, (B₀)_CR, 28
II.2.2. Coeficiente S, 30

III. MINERALES MAGNÉTICOS, 31
III.1. Grupo Espinelo, 33
III.1.1. Magnetita, 33
III.1.2. Serie de la Titanomagnetita. Ulvöspinel, 33
III.1.3. Maghemita, 34
III.2. Grupo Corindón o Romboédrica, 35
III.2.1. Hematita, 35
III.2.2. Serie de Titanohematita. Ilmenita, 35
III.3. Otros Tipos de Minerales, 36
III.3.1. Sulfuros de hierro. Pirrotita, 36
III.3.2. Hidróxidos de hierro. Goetita, 36

IV. EQUIPOS DE MEDICIÓN, 37
IV.1. Susceptibilímetro, 37
IV.2. Magnetizador de Pulso, 38
IV.3. Magnetómetro, 39
IV.4. Dispositivo para la medición de la Susceptibilidad con la Temperatura, 40
IV.4.1. Descripción y Características Naturales del Homo, 40
IV.4.2. Susceptibilímetro, 41
IV.4.3. Circuito de Enfriamiento, 43

V. MÉTODO DE TRABAJO Y MEDICIONES, 44
V.1. Sitios de Trabajo, 44
V.2. Mediciones de Susceptibilidad, 46
V.2.1. Mediciones de Susceptibilidad In Situ en la zona Metalúrgica Tandil, 49
V.2.2. Mediciones de Susceptibilidad In Situ en la zona Metalúrgica Fameco, 52
V.2.3. Mediciones de Susceptibilidad In Situ en la zona Metalúrgica Ronicevi, 55
V.2.4. Mediciones de Susceptibilidad In Situ en la zona Metalúrgica Tahuilco, 57
V.2.5. Mediciones de Susceptibilidad In Situ en la zona Golf Club, 60
V.2.6. Mediciones de Susceptibilidad In Situ en la zona Camping Municipal, 62
V.2.7. Mediciones en Laboratorio, Susceptibilidad dependiente de la Frecuencia, 64
V.2.8. Mediciones en Laboratorio: Susceptibilidad Específica, 66
V.2.9. Mediciones en Laboratorio: Susceptibilidad – Temperatura, 70
V.3. Mediciones de Magnetización Remanente Isotérmica, 76
V.3.1. Mediciones de MRI para muestras del sitio Metalúrgica Tandil, 78
V.3.2. Mediciones de MRI para muestras del sitio Metalúrgica Fameco, 80
V.3.3. Mediciones de MRI para muestras del sitio Metalúrgica Ronicevi, 82
V.3.4. Mediciones de MRI para muestras del sitio Metalúrgica Tahuilco, 84
V.3.5. Mediciones de MRI para muestras del sitio Golf Club, 86
V.3.6. Mediciones de MRI para muestras del sitio Camping Municipal, 88
V.3.7. Parámetros Derivados: Coeficiente S y Relación Susceptibilidad-MRIS, 90

VI. ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS, 92
VI.1. Susceptibilidad, 93
VI.1.1. Susceptibilidad in situ, 93
VI.1.2. Susceptibilidad Dependiente de la Frecuencia, 93
VI.1.3. Susceptibilidad Específica, 94
VI.1.4. Susceptibilidad Dependiente de la Temperatura, 95
VI.2. Magnetización Remanente Isotérmica, 97
VI.2.1. Curvas de Adquisición de MRI y MRIS, 97
VI.2.2. Coercitividad de Remanencia, 98
VI.2.3. Coeficiente S, 98
VI. 2.4. Relación χ-MRIS, 99

Conclusiones, 100

Referencias, 101

      Para las zonas posiblemente contaminadas se observa una contribución de estos óxidos ferrimagnéticos de ~80% sobre el total de minerales magnéticos presentes. Y de los sitios vírgenes, la zona Golf Club mostró un balance más equitativo entre ambos tipos de minerales magnéticos, siendo estas concentraciones de ~50%.

      El análisis de la susceptibilidad dependiente de la temperatura sugiere la predominancia de magnetita en sitios cercanos a las fábricas metalúrgicas, y de magnetita primaria y hematita en las áreas vírgenes. Para este análisis en ambos tipos de zonas, se observó en las curvas de enfriamento una considerable producción de magnetita secundaria, lo cual da idea potencialmente de los procesos de transformación que pueden ocurrir con los materiales constituyentes de estos suelos.

      De los minerales ferrimagnéticos, la mayor contribución se debe a la magnetita, como pudo observarse principalmente, a través de la comparación del parámetro coercitividad de remanencia (B₀)_CR y el análisis de la susceptibilidad dependiente de la temperatura y relación MRIS-χ. No obstante, no se descarta la ocurrencia de otro tipo minerales magnéticos, aunque seguramente en menor concentración, posiblemente pirrotita, maghemita y distintas fases de la serie de la titanomagnetita.

      Se observan concentraciones de magnetita de ~0.01% para las zonas vírgenes y alrededor de ~0.1% para las zonas posiblemente contaminadas. Y tamaño de grano del orden de 1 m para las zonas contaminadas.

      En las zonas vírgenes Golf Club y Camping Municipal, las mediciones del parámetro porcentual χ_fd han sido próximas al límite superior (~10%). Lo cual, podría ser explicado a través de la posible presencia de materiales de dominios superparamagnéticos (DSP).

      La comparación entre las mediciones de susceptibilidad realizadas in situ y en laboratorio de las diferentes zonas mostró diferencias apreciables. Esto permitió la distinción y confirmación de suelos sin contaminar (zonas vírgenes) y suelos contaminados (zonas próximas a fábricas metalúrgicas), en donde muy probablemente han ocurrido procesos de transformación de materiales antiferromagnéticos a ferrimagnéticos, producción de magnetita por combustión, deposición de elementos pesados (Fe, Cr, Pb, Ni, Co, Zn, etc.), y consecuentemente ha habido «aumento magnético» debido a la influencia atmosférica de las fábricas metalúrgicas.

      En las zonas contaminadas para profundidades comprendidas entre los 3-6 cm se observa un comportamiento característico, un aumento de la susceptibilidad específica, que posiblemente se deban a la concentración de polucionantes en estas capas por filtración natural.