Especiación del manganeso presente en material particulado en las proximidades de una planta de producción de ferroaleaciones de manganeso

Abstract

RESUMEN: El manganeso es un metal pesado que cuando se encuentra en elevadas concentraciones en la atmósfera puede provocar algunos desórdenes neuronales, por lo que algunas instituciones como la Organización Mundial de la Salud (OMS) han fijado un valor de referencia anual de 150 ng/m3 en aire ambiente. Sin embargo este nivel se supera habitualmente en zonas cercanas a plantas de producción de ferroaleaciones de manganeso. Esto ocurre en el Sur de la bahía de Santander, en la localidad de Maliaño situada en las proximidades de una planta de producción de ferromanganeso y silicomanganeso. Además, diversos estudios indican que la peligrosidad de los metales pesados en material particulado, no solo depende del contenido total de estos, sino también de las especies presentes ya que esto determina su bioaccesibilidad, es decir, su capacidad para alcanzar el sistema sanguíneo y su toxicidad. Un total de 28 filtros diarios de material particulado menor de 10 µm (PM10) cuyo lugar de muestreo fue el centro cultural “La Vidriera” en la localidad de Maliaño se utilizaron para determinar el contenido total de manganeso, hierro y zinc (1/4 del filtro) y las especies de manganeso (2 réplicas idénticas de 3/8). El contenido total de metales se determinó al digerir el filtro en ácido nítrico (69%) y peróxido de hidrógeno (30%) en un digestor a 220ºC durante 20 minutos. Las especies de manganeso se determinaron mediante un ensayo secuencial de 4 etapas. En la 1ª etapa se ponía en contacto en un rotatorio el filtro con acetato de amonio (0,01M) a 20ºC durante 90 minutos para extraer el Mn soluble, en la 2ª etapa se digería el filtro con ácido acético (25%) para extraer el manganeso metálico (Mn0) y el Mn2+, en la 3ª etapa con ácido acético (25%) y clorhidrato de hidroxilamina (0,5%) para extraer el Mn3+ y el Mn4+ ambas etapas a 75ºC durante 90 minutos en el digestor. Y finalmente, de forma similar a la determinación del contenido total, se extraía el manganeso insoluble. El nivel medio de manganeso en Maliaño en esta campaña fue de 208,6 ng/m3. Respecto a las especies de manganeso, el manganeso soluble fue un 54,1%, el manganeso metálico (Mn0) y el Mn2+ un 26,3%, el Mn3+ y el Mn4+ un 8,9% y el manganeso insoluble un 15,1%. El nivel medio de manganeso en Maliaño en esta campaña supera el valor de referencia establecido por la Organización Mundial de la Salud para la protección de la salud de las personas. Además, la fracción mayoritaria es manganeso soluble. Las especies como el cloruro, sulfato o nitrato de manganeso son compuestos solubles que tienen mayor facilidad para alcanzar el sistema sanguíneo y alcanzar distintos órganos de nuestro cuerpo. En otras investigaciones que estudian la especiación de manganeso en ambientes ocupacionales, la fracción predominante ha sido el manganeso metálico (Mn0) y el Mn2+. Estas especies podrían reaccionar con otros compuestos presentes en la atmósfera y formar manganeso soluble. Por otra parte, se observa una correlación negativa entre el manganeso soluble y el contenido total de manganeso mientras que hay una correlación positiva entre el manganeso de la segunda etapa (Mn0 y el Mn2+) y el contenido total de manganeso.

ABSTRACT: Manganese is a heavy metal that can cause some neuronal disorders when is in high concentrations in the atmosphere, so some institutions like World Health Organization have fixed an annual reference value of 150 ng/m3 in ambient air. However, this level is usually exceeded in areas near manganese alloys production plants. This happens in the south of the bay of Santander, in the town of Maliaño, which is located in the vicinity of a production plant of ferromanganese and silicomanganese. Moreover, several studies indicate the hazardous character r of heavy metals in particulate matter depends not only on their total content, but on their species because they determine their bioaccessibility, that is, their ability to reach in the system blood and its toxicity.A total of 28 daily filters of particulate matter lower than 10 µm (PM10), whose sampling location was the cultural center “La Vidriera” in the town of Maliaño, were used to determine the total content of manganese, iron and zinc (1/4 of filter) and the manganese species (2 identical replicates of 3/8). Total metal content was determined by the digestion of filter in nitric acid (69%) and hydrogen peroxide (30%) in a digester at 220ºC for 20 minutes. The manganese species were determined by a sequential extraction test consisting of four steps. In the 1st stage filter was contacted with ammonium acetate (0.01M) at 20ºC for 90 minutes in a rotary to extract soluble manganese; in the 2nd stage filter was digested with acetic acid (25%) to extract metallic manganese (Mn0) and Mn2+; and in the 3rd stage filter was contacted with acetic acid (25%) and hydroxylamine hydrochloride (0.5%) to extract Mn3+ and Mn4+. The later stages were conducted at 75ºC during 90 minutes in a microwave digester. Finally, insoluble manganese was extracted in a similar process than that used for the determination of total content. Average level was 208.6 ng/m3 in this campaign of Maliaño. Respect manganese species, soluble manganese was 54.1%, metallic manganese (Mn0) and Mn2+ were 26.3%, Mn3+ and Mn4+ were 8.9% and insoluble manganese was 15.1%. Average level of manganese in the current campaign carried out in Maliaño exceeds the reference value established by the World Health Organization for the protection of human health. In addition, the major fraction is soluble manganese. Species like chloride, sulfate or nitrate are soluble manganese compounds that can easily reach the blood system and therefore different organs of our body. In several investigations that study the speciation of manganese in occupational environments, the predominant fraction was metallic manganese (Mn0) and Mn2+. These species could react with other compounds that are in the atmosphere and form soluble manganese species. On the other hand, there is a negative correlation between soluble manganese and total manganese content while there is a positive correlation between manganese of 2nd step (Mn0) and Mn2+ and the total content of manganese.