Effect of the raw materials processing on their dustiness

(1)

w w w . e l s e v i e r . e s / b s e c v

Efecto

del

procesado

de

materias

primas

sobre

su

poder

de

emisión

de

polvo

Ana

López

Lilao

a,∗

_,

_Manon

_Juárez

b

_,

_Vicenta

_Sanfelix

_Forner

a

_,

_Gustavo

_Mallol

_Gasch

a

y

Eliseo

Monfort

Gimeno

a

a_Instituto_de_Tecnología_Cerámica_-_AICE_-_Universitat_Jaume_I,_Castellón,_{Espa ˜na} b_École_Nationale_Supériere_{d’Ingénieurs}_de_Limoges_(ENSIL),_Limoges,_France

i n f o r m a c i ó n

d e l

a r t í c u l o

Historiadelartículo:

Recibidoel4dejuliode2016 Aceptadoel20dediciembrede2016 On-lineel10deenerode2017 Palabrasclave: Materiasprimas Procesado

Poderdeemisióndepolvo

Seguridadlaboral

r

e

s

u

m

e

n

Enlamanipulacióny/oprocesadodematerialespulverulentosenlaindustriacerámica,uno

delosriesgosmásimportantesdesdeelpuntodevistaambientalydehigienelaboralesla

generacióndepolvoambiental.Enestesentido,unparámetrodegraninteréseselpoder

deemisióndepolvo,quecuantiﬁcalatendenciadelosmaterialespulverulentosagenerar

polvocuandosemanipulan.

Enestetrabajo,paradeterminarelpoderdeemisióndepolvodeunacomposición

cerá-mica(mezclademateriasprimasempleadaparalafabricacióndebaldosascerámicas)se

haempleadounmétododecaídacontinua.Estemétodosehaseleccionadoporserelque

mejorrepresentalasoperacionesdemanipulacióndematerialespulverulentosquetienen

lugarenelprocesodefabricacióndebaldosascerámicas.

Losresultadosobtenidosmuestranqueelpoderdeemisióndepolvodeunamisma

com-posicióncerámicasemodiﬁcasustancialmenteduranteelprocesoproductivodependiendo

desuformadepresentación.Enestesentido,lamuestraprocedentedelamoliendavía

secapresentaunelevadopoderdeemisióndepolvo,pudiéndosereducirsigniﬁcativamente

(>75%)aplicandolahumectaciónylaaglomeración.Losresultadosobtenidosmuestranque

lapresentaciónóptimadesdeelpuntodevistadelaminimizacióndelageneracióndepolvo

sealcanzaenelprocesodeatomización,llegándoseareducirelpoderdeemisióndepolvo

enmásdeun95%.

licenciaCCBY-NC-ND(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).

Effect

of

the

raw

materials

processing

on

their

dustiness

Keywords: Rawmaterials Processing Dustiness Occupationalhealth

a

b

s

t

r

a

c

t

Duringthehandlingand/orprocessingofpowderedmaterialsintheceramicindustry,one

ofthemostimportantrisksregardingtheenvironmentalandoccupationalhealthisthe

potentialgenerationofdust.Inthisregard,aparameterofgreatinterestisthedustinessof

theprocessedmaterials;thisparameterquantiﬁesthetendencyofthepowderedmaterials

togeneratedustwhenhandled.

∗ _Autor_para_{correspondencia.}

Correoelectrónico:[email protected](A.LópezLilao).

http://dx.doi.org/10.1016/j.bsecv.2016.12.001

creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).

(2)

Inthisstudy,todeterminethedustinessofaceramicrawmaterialcomposition(mixtureof

thebodyrawmaterials),thecontinuousdropmethodhasbeenused.Thistestapparatus

wasselectedbecauseitisconsideredtobettersimulatehowceramicmaterialsarehandled

intheceramicindustry.

Theobtainedresultsshowthatthedustinessofthesameceramiccompositionexhibits

signiﬁcantchangesduringthemanufacturingprocess,dependingonthepresentationform.

Inthisregard,thedrymillingsamplepresentsthehighestdustiness,whichcanbe

signi-ﬁcantlyreduced(>75%)applyingthethemoisturizationandagglomeration.Theobtained

resultsalsoshownthatthebestpresentationform,regardingtheminimizationofthedust

generation,isachievedinthespray-dryingprocess,wherethedustinessisreducedby95%.

theCCBY-NC-NDlicense(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).

Introducción

Duranteelprocesadodematerialescerámicos,la

manipula-ciónde materiales pulverulentos essusceptiblede generar

emisionesdifusasdematerialparticulado(enadelantePM),

tantoalambientelaboralcomoalaatmósfera[1–11].Porello,

enlalegislación másreciente sobreemisionesen

activida-desindustriales(contenidodelasAutorizacionesAmbientales

Integradas, declaraciones de emisiones solicitadas por la

UniónEuropeaatravésdelEPER-PRTR,contenidodelosPlanes

deMejoradelaCalidaddeAire,etc.)serequierela

identiﬁca-cióndelasemisionesdifusasdepartículascomounaspectoa

controlarycuantiﬁcar.Porotraparte,lalegislaciónsobresalud

laboralincideenlanecesidaddelimitarlosriesgos

inheren-tesalaexposiciónaPM,principalmenteporinhalación,delos

trabajadoresenlosambienteslaborales.

Las medidas adoptadas para reducir estos impactos se

basan fundamentalmente en medidas correctivas, como

el conﬁnamiento de las potenciales fuentes de emisiones

difusas,asícomodotarlasdesistemasdeaspiracióncon

depu-racióndelaspartículasaspiradas.Noobstante,sehaprestado

menoratención,tantodesdeelpuntodevistalegislativocomo

técnico,alaadopcióndemedidaspreventivasbasadasenla

modiﬁcación de laforma de presentación delmaterial, de

formaqueselimiteenorigenlaposiblegeneracióndepolvo

ambiental.

Enestesentido,elpoderdeemisiónde polvopuedeser

degraninterésparaevaluar,controlaryminimizarlos

ries-gosasociadosalamanipulacióndematerialespulverulentos

enelprocesadodematerialescerámicos.Esteparámetro,que

sevieneutilizandoenotrossectores,especialmenteelsector

químicoyfarmacéutico[12–15],permitecuantiﬁcarla

tenden-ciadelosmaterialespulverulentosagenerarpolvocuandose

manipulan.

Puestoqueel poderdeemisióndepolvodeunmaterial

pulverulentovaadependerdelmaterialydeltipode

mani-pulación al que essometido —es decir, de la cantidad de

energía ydelaforma de aplicaciónalmaterialdurante su

procesado—,existenunagranvariedaddeequipos[16]parala

determinacióndelpoderdeemisióndepolvodelosmateriales

pulverulentos.

Laseleccióndelequipodedeterminacióndepende dela

operación que sequiera simular. Porello, dadoque, en la

industriacerámica,lasoperacionesdecargaydescargacon

100 80 60 40 20 0 1 Torácica Respirable Inhalable 10

Procentaje del aerosol totoal (%)

Diámetro aerodinámico (µm)

100

Figura1–Conveniosparaelmuestreodelasfracciones inhalable,torácicayrespirablesegúnNormaUNEEN481.

caídadelmaterialporgravedadsonlafuentemásimportante

degeneracióndepolvo,sehaelegidounmétododecaída

con-tinua[13], queseexplicacon mayordetalleenel apartado

«Parteexperimental».Porotraparte,paraquelosresultados

seancomparablesconotrosprocesosymateriales,elensayo

seharealizadoempleandounodelosmétodos

estandariza-dos,segúnNormaEN15051:2013[17],porestarampliamente

aceptadosenlaliteraturacientíﬁcasobreeltema[14,15,18–22].

Estosdispositivosdisponendecabezalesdemuestreode

frac-cionesgranulométricasconrelevanciaenlasaluddeﬁnidas,

segúnNormaEN481[23],talycomoseindicaacontinuación

(ﬁg.1):

• Fracciónmásicadepolvoinhalable(wI): fracciónmásicadel

aerosoltotalqueseinhalaatravésdelanarizylaboca.

• Fracciónmásicadepolvotorácico(wT):fracciónmásicadelas

partículasquepenetranmásalládelalaringe.

• Fracciónmásicadepolvorespirable(wR):fracciónmásicadelas

partículasquepenetranenlasvíasrespiratoriasnociliadas.

Losresultadosobtenidosenelensayo,expresadoscomoel

ratiodepolvoinhalable/torácico/respirableproducido(mg)y

lacantidaddematerialensayada(kg),permitendeterminarel

poderdeemisióndepolvoyclasiﬁcarlosmaterialessegún

los criterios establecidos en la norma citada previamente

(tabla1).

Adicionalmentealtipodemanipulación,elpoderde

emi-sión de polvo también depende de las características del

(3)

Tabla1–ClasiﬁcacióndelpoderdeemisióndepolvosegúnNormaUNEEN15051:2013

Método Clasiﬁcación Fracciónmásicadepolvo(mg/kg)

Inhalable(wI) Torácica(wT) Respirable(wR)

Tamborrotatorio Muybajo <300 <80 <10

Bajo 300a650 80a300 10a60

Moderado >650a3.000 >300a1000 >60a210

Alto >3.000 >1.000 >210

Caídacontinua Muybajo <1.000 – <20

Bajo 1.000a4.000 20a70

Moderado >4.000a15.000 >70a300

Alto >15.000 >300

Tabla2–Análisisquímicodelacomposiciónobjetodeestudio

(%w/w)

SiO2 Al2O3 CaO MgO K2O Na2O Fe2O3 TiO2 PPC

57,8 14,0 6,65 2,56 3,51 0,238 4,63 0,573 10

material(densidadreal,forma,etc.)comoformade presen-tación(micronizado,granulado,etc.)[13,19–22,24–30].

Elobjetivodelpresenteestudioesidentiﬁcarlaformade

presentaciónóptima,desdeelpuntodevistadelageneración

deemisionesdifusasdePM,asícomolasetapasdeproceso

enlasqueserequeriríalaimplantacióndemedidas

preven-tivasy/ocorrectoras(procesadodematerialesconunelevado

poder de emisión de polvo). Con la ﬁnalidad de alcanzar

dichoobjetivogeneral,seestablecenlossiguientesobjetivos

especíﬁcos:

• Determinarelpoderdeemisióndepolvodeunamezclade

materiasprimasempleadaparalafabricacióndebaldosas

cerámicasenlasdistintasformas depresentaciónenlas

quesepuedeencontrar durantelasdiferentesetapasdel

proceso,asícomollevaracabounaclasiﬁcación

estandari-zadasegúnsupoderdeemisióndepolvo.

• Evaluarlainﬂuenciadeltama ˜no delosaglomeradosyla

ﬂuidezsobreelpoderdeemisióndepolvodelasmuestras

objetodeestudio.

• Determinarelniveldereduccióndelpoderdeemisiónde

polvoalcanzadomediantelaaglomeración(víasecayvía

húmeda)delascomposicionesconsideradas.

Parte

experimental

Enesteapartadosedetallanlasmuestrasobjetodeestudioyla

metodologíaempleada.Lametodologíallevadaacabopuede

dividirseen3bloques:selecciónypreparacióndemuestras,

caracterizacióndelasmismasydeterminacióndelpoderde

emisióndepolvo.

Selecciónypreparacióndelasmuestras

Estudios previos [1–11] muestran que las emisiones

difu-sasdePMgeneradasenlapreparaciónyacondicionamiento

de materias primas para la fabricación de baldosas

cerá-micas pueden ser signiﬁcativas, con valores entre 7 y

210gPM10/tproducto,enfuncióndelosmaterialesy/olas

medi-das implantadas [7]. Considerando el impacto asociado a

dichasoperaciones,elpresentetrabajosecentraenel

estu-diodelpoderdeemisióndepolvodeunamezcladematerias

primasempleadaparalafabricacióndelossoportesdelas

bal-dosas cerámicas(enadelantecomposición),concretamente

para lafabricación de azulejos, grupoBIII segúnlaNorma

EN1441[31]. Enlatabla 2yenlaﬁgura2semuestranlos

2.500 2.000 1.500 1.000 500 0 CI I I I K _K K Q Q Q Q: Cuarzo (SiO2) M: Microclina (KAISi2O8)

I: Illita (K(AI,Fe)₂AISi₃O₁₀(OH)₂·H₂O) K: Caolinita (AI2Si2O5(OH)4) C: Calcita (CaCO3) D: Dolomita (CaMg(CO3)2)

CI: Clorita ((Mg, Fe,AI)6AISi3O10(OH)8) An: Anortita (CaAI₂Si₂O₈)

Q Q Q Q K MAn KK C C CC D 5 10 15 20 25 30 2θ (º) I (cuentas) 35 40 45 50 55 60

Figura2–Difractogramadelacomposiciónobjetodeestudio(DifractómetroD8AdvancedeBruker,longituddeonda: 1.541 ˚A).

(4)

Mezclado, homogeneización y dosificación de materias primas

Trituración (T)

Proceso vía seca

Molienda vía seca (M) Molienda vía húmeda

Humectación (H)

Granulación (AG) Atomización (AA) Proceso vía húmeda

Figura3–Identiﬁcacióndelaprocedenciadelasmuestras objetodeestudio.

análisisquímicoymineralógicodelacomposiciónobjetode

estudio.

Caberesaltarque, como sehaindicadopreviamente, el

poderdeemisióndeunpolvonoesunacaracterística

intrín-seca del material (de su composición química), sino que

tambiéndependedelaformadepresentación.Porestemotivo,

esnecesarioevaluarlatendenciaaemitirpolvodela

composi-ciónobjetodeestudioenlasdistintasformasdepresentación

enlasqueseencuentraenlasdiferentesetapasdelproceso

depreparaciónyacondicionadodemateriasprimas.La

pre-paraciónyacondicionadodemateriasprimasconstadelas

siguientesetapas:mezcladodelasmateriasprimas,

homoge-neizaciónydosiﬁcacióndelasmismas,trituración,molienda

(víasecaovíahúmeda)yaglomeraciónvíaseca(granulación

ohumectación)o vía húmeda(atomización). Enlaﬁgura3

semuestraunesquemadedichoprocesoyseidentiﬁcanlas

muestrasobjetodeestudio.

A continuación se describen brevemente las muestras

objetodeestudio:

T:lacomposiciónsehasometidoaunprocesopreliminar

detrituración(d90aproximadamente10mm)ysecadoalaire

libre.

M:lacomposiciónsehasometidoaunprocesodemolienda

(d90aproximadamente500␮m).Estamuestraeselproducto

obtenidoenelmolinodemartillosy,portanto,unmaterial

intermedioenelprocesodefabricación,puestoquetieneque

someterseaunahumectaciónogranulaciónposterior.

(H):lacomposiciónsehapreparadopormoliendavíaseca

yse hahumectado. Esta composiciónseha sometidotras

lamoliendaalaaccióndeunahumectadora,cuyoobjetivo

fundamentalmenteesajustarlahumedaddelpolvoparael

procesodeprensado.Estaformadepreparacióndelpolvoes

conocidaenelargotindustrialcomo «víasecatradicional»,

yaunqueactualmentesuusoesminoritarioenEuropa,

nor-malmente se suele incluir en los estudios para comparar

diferentesmétodosdepreparacióndelpolvodeprensas[32].

(AG): lacomposición seha preparado pormolienda vía

secaconmolinopendularygranulación.Posteriormenteala

moliendalacomposiciónhasidosometidaalaaccióndeuna

granuladoraconeldobleobjetivodeacondicionarla

hume-dadylagranulometríadelpolvopara elprensado.Enesta

operaciónelpolvosehumectainicialmenteaunahumedad

superior ala requerida para suprensado con el objeto de

favorecer sugranulación,yposteriormentesesometeaun

secadoparaajustarlahumedadﬁnal[33,34].Estametodología

depreparacióndelpolvoeslamásutilizadaactualmenteen

losprocesosdefabricacióndebaldosaspormoliendavíaseca.

(AA): lacomposición seha preparado pormolienda vía

húmedayposteriorsecadoporatomización.Estacompasión

hasidosometidaaunsecadoporatomizaciónqueconviertela

suspensiónenaglomeradosesféricosyhuecosconuna

hume-dadcontrolada.Esteprocesoeselmásutilizadoactualmente

enlafabricacióndebaldosascerámicas.

Portanto, sehanconsiderado5formasde presentación

asociadas alasdistintasetapasdelprocesodepreparación

yacondicionadodemateriasprimas.Hayquedestacarquela

etapadeprensadodepolvoscerámicosrequiere,ademásde

latrituraciónylamoliendadelamezclainicialdematerias

primas,adecuarsuhumedadalrededorde0,055±0,005kgde

agua/kgdesólido seco.Esta operaciónpuederealizarsepor

humectacióndelamezclamolida(muestraH),granulaciónde

lamisma(muestraAG)oatomización(muestraAA).Portanto,

losprocesosdetrituraciónymoliendasonnecesariosy

comu-nesindependientementedelaformaﬁnaldepreparacióndel

polvo(humectación,granulaciónoatomización).

Aunquelaaglomeracióndelaspartículaspuedaproducirse

siempre queestasseponenencontactodeforma

espontá-nea,sevefavorecidaporlapresenciadeagua(humectación)

y,sobretodo,esunodelosprincipalesobjetivosdelas

opera-cionesdegranulaciónyatomización.Esporelloque,aunque

existirán aglomerados en todas las muestras,

mayoritaria-menteyde formaintencionada estosestaránpresentesen

lasmuestrasAGyAA,porloquesehaconsideradooportuno

separarlasmuestrasen2grandesgrupos: noaglomeradas

(T,MyH)yaglomeradas(AGyAA),incluyendoenlas

refe-renciasdeestasúltimaslaletraA,paradiferenciarlasdelas

anteriores.

Caracterizacióndelasmuestras

Ladistribucióngranulométricasehadeterminadoportamizado

víaseca,empleandounabateríadetamicesdeaberturasde

malla decrecientes: 2.000, 500,300 y125␮m. Además, esta

metodologíasehaempleadoparaobtenerfracciones

granu-lométricasadicionalesdecadaunadelasmuestras(<125␮m

y125-500␮m).Lasespeciﬁcacionesdelasdistintasmuestras

objetodeestudioyladistribucióngranulométricadelas

mis-massedetallanenlatabla3yenlaﬁgura4,respectivamente.

La humedad se ha determinado empleando el

procedi-mientodescritoenlaNormaUNEEN15051:2007.

Laﬂuidez de losmateriales sehaevaluadoenbaseala

determinacióndelíndicedeHausner(IH)[35].Esteíndicese

deﬁne como el cociente de ladensidadaparente del lecho

de partículasempaquetado(vibración otapping)yla

densi-dadaparenteaireadadellechodepartículasqueseconsigue

vertiendopolvoenunrecipientesinagitaciónnivibración.A

partirdelamedidadelíndicedeHausnerlospolvospueden

clasiﬁcarsedeacuerdoconsuﬂuidez(tabla4).

Determinacióndelpoderdeemisióndepolvo

Elpoderdeemisióndepolvosehadeterminadoempleandouno

(5)

Tabla3–Referenciayprocesodepreparacióndelasmuestra

Referencia Formadeobtención Fracción

granulométrica Noaglomeradas

Composicióntriturada(T)a _T _Trituración_de_la_mezcla_de_materias_primas _Ver_ﬁgura₄

T125 TamizadodeT <125␮m

T125-500 125-500␮m

Composiciónmolida(M)b _M _Secado_de_una_muestra_molida_a_escala_industrial _Ver_ﬁgura₄

M125 TamizadoapartirdeM <125␮m

M125-500 125-500␮m

Composiciónhumectada(H)b _H _Humectación_de_M _Ver_ﬁgura₄

H125 HumectacióndeM125 <125

H125-500 HumectacióndeM125-500 125-500

Aglomeradas

Composicióngranulada(AG)a _AG _Granulación_de_M _Ver_ﬁgura₄

AG125 TamizadodeAG <125

AG125-500 125-500

Composiciónatomizada(AA)a _AA _Molienda_vía_húmeda_y_atomización_de_T _Ver_ﬁgura₄

AA125 TamizadodeAA <125␮m

AA125-500 125-500␮m

a_Muestras_industriales_(T,_AG_y_AA).

b_Muestras_preparadas_a_escala_de_laboratorio_(M_y_H)._A_partir_de_una_muestra_molida_a_escala_industrial,_se_obtuvieron_M_y_H_mediante_secado enestufayhumectación,respectivamente.

80 60 Masa (%) Fracciones (μm) T 40 20 0 < 125 125 − 300 300 − 500500 − 2000 > 2000 < 125 125 − 315 315 − 500500 − 2000 > 2000 < 125 125 − 315 315 − 500500 − 2000 > 2000 < 125 125 − 315 315 − 500500 − 2000 > 2000 < 125 125 − 300 300 − 500500 − 2000 > 2000 80 60 Masa (%) Fracciones (μm) H 40 20 0 80 60 Masa (%) Fracciones (μm) AA 40 20 0 80 60 Masa (%) Fracciones (μm) AG 40 20 0 80 60 Masa (%) Fracciones (μm) M 40 20 0

Figura4–Distribucióngranulométricadelasmuestrasobjetodeestudio(obtenidaportamizadovíaseca).

concretamenteelmétododecaídacontinua,porlasrazones

comentadasanteriormente.

Elequipodemuestreo(ﬁg.5)consistebásicamenteenuna

conduccióncilíndricaporlaquecirculauncaudaldeairede

53l/minensentidoascendente.Desdelapartesuperior de

dicha conducciónsedosiﬁca elmaterial deensayocon un

caudalmásicoentre6y10g/min.Elpolvosedejacaerporun

(6)

1 2 3 300 100 700 φ int. 150 4 5 8 9 7 6 10 1 Cubeta de muestreo 2 Dispositivo dosificador 3 Conducto de vertido 4 Bomba de toma de muestra de la fracción

inhalable

5 Muestreador de la fracción inhalable del aerosol

6 Conducto de reflujo 7 Cubeta colectora

8 Muestreador de la fracción respirable del aerosol

9 Bomba de la toma de muestra de la fracción respirable 10 Bomba principal

Figura5–Esquemaeimagendelmétododecaídacontinuaempleadoparaladeterminacióndelpoderdeemisióndepolvo.

Tabla4–Clasiﬁcacióndelosmaterialesenfuncióndel índicedeHausner(IH)

ÍndicedeHausner Comportamiento

delmaterial

IH>1,40 Cohesivo

1,40>IH>1,25 Flujofácil

1,00>IH>1,25 Flujolibre

elaire.Lalongituddeestetuboesmenorqueladelconducto exterior,demaneraqueelpolvoseliberaenelsenodelﬂujoen contracorriente.Elpolvogeneradodurantelacaídaes transfe-ridopordichacorrientedeairealazonadetomademuestras, situadaligeramenteporencimadelaposicióndedescargadel material,dondeseubican2cabezalesdemuestreode fraccio-nesgranulométricasconrelevanciaenlasalud.Lasfracciones estudiadassonlainhalableylarespirable[23],descritas

pre-viamente. Elmaterialescolectado enuncartuchoﬁltrante

10×50mmyenunﬁltroplanode37mmqueposibilitala

pos-teriordeterminacióngravimétricadelasfraccionesinhalable

yrespirable,respectivamente.

Resultados

y

discusión

Lasdiferenciasdetectadasenlasdistribuciones

granulométri-cassonunfactorclaveenlaevaluacióndelasdiferenciasen

elpoderdeemisióndepolvodelasdistintasmuestrasobjeto

deestudio.Enestesentido,enlaﬁgura4puedeobservarse

queTpresentaladistribucióngranulométricamásamplia,M

presentaunmenorporcentajedegruesosqueT,yH,AG

pre-sentanunmayorporcentajedelasfraccionesintermedias.Por

otrolado,seobservaquelaatomizacióndisminuye

signiﬁca-tivamenteelcontenidoenﬁnos(<125␮m).

Enlatabla5semuestranlosresultadosobtenidos,

inclu-yendo:humedad,especiﬁcacionesasociadasaladistribución

granulométrica,índicedeHausner,fraccióninhalabley

respi-rableylaclasiﬁcaciónestandarizadadelasmuestrasobjeto

delestudio.

Respectoalacomposicióntriturada(T),enlaﬁgura6puede

apreciarsequeelpoderdeemisióndepolvoesmayorpara

20 w_I wI (g/kg) wR (g/kg) w_R 15 10 0 5 T T125 T125 − 500 0,0 0,1 0,2

Figura6–Fracciónmásicadepolvoinhalable(wI)y

respirable(wR)delasmuestraTysusfracciones

granulométricas(T125yT125-500␮m).

la muestraT125-500que para lamuestraT125, tanto para

la fracción inhalable comopara lafracción respirable. Este

comportamiento, quea priori parecersorprendente, puede

explicarseenbasealaﬂuidezdelasmuestrasconsideradas

yalosmecanismosinvolucradosenlageneracióndepolvo.

Enestesentido,seapreciaqueincrementoseneltama ˜node

aglomeradosetraducenenunincrementoenlaﬂuidez(tabla

5)que,talycomosehaobservadoenestudiosprevios[25,27],

provocaunincrementoenelpoderdeemisióndepolvo.Por

otrolado,lamuestratotal(T)presentaunvalordepoderde

emisióndepolvo,tantoparalafraccióninhalablecomopara

lafracciónrespirable,inferioraldelasfraccionesobtenidas.

Esteefectopodríaserdebidoaquelamuestratotalcontiene

unelevadoporcentajedepartículasmuygruesas(>2mm)que

previsiblementenosonsusceptiblesdegenerarpolvo(ﬁg.4).

Respectoalacomposiciónmolida(M),apartirdelaﬁgura7

puedeobservarsequeamedidaqueaumentaeltama ˜node

lasfraccionessereduceelpoderdeemisióndepolvo.Eneste

caso,lacomposiciónM,asícomolasfraccionesobtenidasa

partirdelamisma,presentanunaelevadaﬂuidezypueden

serconsideradascomomaterialesconﬂujofácil-libre(tabla

5);portanto,lasdiferenciasobservadasenlaﬂuidezno

(7)

Tabla5–Caracterizaciónfísicaypoderdeemisióndepolvodelasmuestrasobjetodeestudio

Muestra Caracterizaciónfísica Poderdeemisióndepolvo

Humedad(%) Datos granulometría IH Fracciónmásica(mg/kg) Inhalable(wI) Respirable(wR) T T 3,0±0,5 d50=1.500␮m 1,20a Flujofácil 8.342 Moderado 45 Bajo T125 2,0±0,5 <125␮m 1,40 Cohesivo-Flujo fácil 12.474 Moderado 52 Bajo T125-500 3,0±0,5 125-500␮m 1,22 Flujofácil 18.796 Alto 146 Moderado M M 0,5±0,5 d50=254␮m 1,19 Flujofácil 60.300 Alto 882 Alto M125 0,5±0,5 <125␮m 1,30 Flujofácil 81.769 Alto 1.212 Alto M125-500 1,0±0,5 125-500␮m 1,10 Flujolibre 7.929 Moderado 78 Moderado H H 6,5±0,5 d50=214 1,32 Flujofácil 9.532 Moderado 14 Muybajo H125 6,5±0,5 <125␮m 1,52 Cohesivo 8.270 Moderado <LD Muybajo H125-500 6,5±0,5 125-500␮m 1,20 Flujolibre 945 Bajo 15 Muybajo AG AG 6,0±0,5 d50=355␮m 1,24 Flujolibre-Flujo fácil 13.612 Moderado 31 Bajo AG125 4,0±0,5 <125␮m 1,39 Flujofácil 22.611 Alto 29 Bajo AG125-500 5,0±0,5 125-300␮m 1,14 Flujolibre 4.459 Bajo-moderado 22 Bajo AA AA 6,0±0,5 d50=268␮m 1,10 Flujolibre 950 Muybajo <LD Muybajo AA125 4,0±0,5 <125␮m 1,10 Flujolibre 6.353 Moderado <LD Muybajo AA125-500 5,0±0,5 125-300␮m 1,08 Flujolibre 353 Muybajo <LD Muybajo

a_El_índice_de_Hausner_se_ha_determinado_sobre_la_fracción_menor_de₂_mm.

100 80 60 40 20 0 M M125 0,0 wR (g/kg) wI (g/kg) 1,0 2,0 M125 − 500

Figura7–Fracciónmásicadepolvoinhalable(wI)y respirable(wR)delasmuestrasMysusfracciones granulométricas(M125yM125-500␮m).

poderdeemisióndepolvo.Porotrolado,cabedestacarquela muestraM125-500enelmomentodelarealizacióndelensayo

seencontrabaligeramentemáshúmedaqueMyM125.Por

tanto,ladiferenciaobservadaentreambasfraccionespodría serconsecuenciadelabajacantidaddematerialsusceptible

deemitirporunamayorresistenciaaldesmenuzamientode

losaglomeradosenelrangodetama ˜noentre125-500␮m, pre-visiblementedebidaalasunioneslíquidasyalareducciónde lasfuerzasrepulsivas.Porotrolado,puedeobservarsequela muestracompleta(M)presentaunpoderdeemisióndepolvo elevado,aunqueinferioraldelafracciónconmayorpoderde emisióndepolvo(M125).Estopodríaserdebidoaque, aun-quelafracciónconmayorpoderdeemisióndepolvo(M125)

representasoloun17%,lamayorﬂuidezdeMpermiteque

unaltoporcentajedepartículassusceptiblesdeemitirpueda liberarseconmayorfacilidad.

(8)

10 8 6 4 2 0 H H125 0,00 0,01 0,02 H125 − 500 wI (g/kg) wR (g/kg) wR wI

respirable(wR)delasmuestrasHysusfracciones

granulométricas(H125yH125-500␮m).

Enreferenciaalacomposiciónhumectada(H),enlaﬁgura8

sepuede observar quelas fracciones respirablespara esta

composición son para todas las muestras muy peque ˜nas

(<15mg/kg)(tabla5),porloquelasdiferenciasencontradasen

dichafracciónnosonsigniﬁcativas.Siatendemosalafracción

inhalable,elcomportamientodelasfraccionesesanálogoal

observadoparalacomposiciónM,siendoH125laquepresenta

unmayorpoderdeemisióndepolvo.Enestecaso,dicho

com-portamientopodríaserconsecuenciadequelahumectación

dalugaraunmayornúmerodeaglomeradosnointencionados

yaquesidichosaglomeradosmantienenparcialototalmente

suformadurantelamanipulación,eltama ˜nodelosmismos

seríamuysuperioraltama ˜nocrítico(tama ˜noporencimadel

cuallaspartículasoaglomeradosdepartículaspresentanuna

velocidaddesedimentaciónsuperioraladelacorrientede

aire)y,portanto,presumiblementesedimentarán(25␮mpara

materialesdeestascaracterísticas).Porelloesprevisibleque

lafraccióncomprendidaentre125y500␮mpresenteunpoder

deemisióndepolvobajoomuybajo.Porotrolado,Hpresenta

unpoderdeemisióndepolvoligeramentesuperioraldela

fracciónH125,previsiblementedeformaanálogaal

compor-tamientodeMcomoconsecuenciadeunamejorﬂuidezque

posibilitalaliberacióndeunamayorcantidaddepartículas

susceptiblesdeemitir,apesarderepresentarestasunmenor

porcentaje.

Enelcasodelacomposicióngranulada(AG),enlaﬁgura9se

observaqueamedidaqueaumentaeltama ˜nodeaglomerado

sereduceel poderdeemisióndepolvo.Enestecaso,todas

lasfraccionesAGpuedenserconsideradasenreferenciaala

ﬂuidezcomomaterialesconﬂujolibre(tabla5),portanto,al

igualqueparaM,lasdiferenciasobservadasenlaﬂuidezno

permitenjustiﬁcarporsímismaslasdiferenciasobservadas

enelpoderdeemisióndepolvo.Noobstante,cabecomentar

queenlacomposiciónAG,adiferenciadelacomposición

tri-turadaylamolida,ydeformasimilaraH,losaglomerados

mantienenprevisiblementesuestructuradurantela

manipu-lacióny,portanto,previsiblementesoloseránsusceptiblesde

generarpolvoaquellosaglomeradosconuntama ˜noinferior

altama ˜nocrítico.Porestemotivo,idealmentelasúnicas

frac-cionessusceptiblesdegenerarpolvoseríanlasmuestrasAG

yAG125.Dehecho,AG125-500presentaunpoderdeemisión

depolvomoderado-bajo.Porotrolado,puedeobservarseque

30 25 20 15 10 5 0 AG AG125 AG125 − 500 0,00 0,02 0,04 wI (g/kg) wR (g/kg) wI wR

respirable(wR)delasmuestrasAGysusfracciones

granulométricas(AG125yG125-500␮m). 8 6 4 2 0 AA AA125 AA125 − 500 wI (g/kg) wI wR

Figura10–Fracciónmásicainhalable(wI)delasmuestras

AAysusfraccionesgranulométricas(AA125y

AA125-500␮m).

lamuestracompleta(AG)presentaunpoderdeemisiónde

polvocomprendidoentreeldelamuestraAG125-500yAG125.

EstopodríaserdebidoaqueAG125seencontrabamássecay

aque,además,estafracciónrepresentaúnicamenteun15%

delamuestratotal(AG).

Enreferenciaalacomposiciónatomizada(AA),cabecomentar

quenoserepresentalafracciónrespirablepuestoqueentodos

loscasosharesultadoinferiorallímitededetección.Porotro

lado,enlaﬁgura10sepuedeobservarqueelcomportamiento

esanálogoaldescritoparaHyAG.Laprincipaldiferencia,que

podríaserlacausadequeAApresentevaloresmuyinferiores

adichasmuestras,radicaprincipalmenteenquelaproporción

deﬁnos(<125␮m)esmuyinferior(ﬁg.4).

Finalmente,enlaﬁgura11semuestralacomparativaentre

elpoderdeemisióndepolvodelasdistintasmuestrasdela

composiciónobjetodeestudio, incluyendoloslímitesdela

clasiﬁcacióndelpoderdeemisióndepolvo(tabla1).

Losresultadospresentadosenlaﬁgura11permiten

desta-carqueelpoderdeemisióndepolvonoesunacaracterística

intrínsecadelmaterial,sinoquedependesigniﬁcativamente

desuformadepresentación.

Respectoalascomposicionesnoaglomeradas(T,MyH),

Mpresentaunpoderdeemisióndepolvomuysuperior.Este

comportamientosedebeposiblementeavariosfactores,entre

losquecabedestacarunamenorhumedaddeM(<1,0%)

(9)

70.000 M M T H AG AA T H AG AA 60.000 50.000 40.000 30.000 20.000 10.000 1.000 800 600 400 200 0 0 wI (mg/kg) wR (mg/kg) Muestra completa Muestra completa

Límite poder de emisión de polvo alto Límite poder de emisión de polvo moderado Límite poder de emisión de polvo bajo

Figura11–Poderdeemisióndepolvodelacomposición cerámicaobjetodeestudiodurantelasdistintasetapasdel procesodefabricacióndebaldosascerámicas.

sobretodorespectodeT(254␮mded50delamuestraM,frente

alos1.500␮mdelamuestraT).

Hayquedestacarquecualquieradelosmétodosde

humec-taciónoaglomeraciónpermitereducirconsiderablementeel

poderdeemisióndelpolvorespectodelacomposiciónmolida

(M),situándoloennivelessimilaresalacomposicióntriturada

(T),casodeHyAG,einclusoinferiores,casodeAA.Enlas

muestrasobjetodeestudio,laaglomeraciónporhumectación

(H)dalugaraunareduccióndelpoderdeemisióndepolvo,

respectoalacomposiciónmolida,del85ydel98%dela

frac-cióninhalableyrespirable,respectivamente.Portanto,este

comportamientoponedemaniﬁestoquelasimple

humecta-ción(singranulaciónintencionada)hastavaloressobre0,05kg

agua/kgsólidoseco,puedeserconsideradacomounamedida

eﬁcazparareducirlasemisionesdifusasdePM.

Enlasmuestrasconsideradas,laaglomeraciónpor

granu-lación(AG)dalugaraunareduccióndelpoderdeemisiónde

polvo,respectoalacomposiciónmolida,del77ydel96%para

lafraccióninhalable yrespirable,respectivamente.Aligual

queH,AGsuponeunareducciónmuysigniﬁcativadelpoder

deemisiónde polvo.Noobstante,contrariamentealoque

cabríaesperar,suponeunareducciónligeramenteinferiorala

asociadaaH.Estopodríaserdebidoaquelamuestra

conside-radacontieneunelevadoporcentajeenﬁnos(15%pordebajo

de125␮m)y,además,losﬁnosseencuentranmássecosque

enlamuestraHcomoconsecuenciadequeenHseha

lle-vadoacabo lahumectaciónposteriormentealaobtención

delasdistintasfraccionesgranulométricas,mientrasqueen

AGcadaunadelasfraccionesseencuentraencondiciones

industriales.Porotrolado,puedeapreciarsequeAAsupone

unareducción,respectoalacomposiciónmolida,del98ydel

99%delafraccióninhalableyrespirable,respectivamente.Por

tanto,considerandolascomposicionesobjetodeestudio,AA

parecelaformadepresentaciónmásfavorabledesdeelpunto

devistadelageneracióndeemisionesdifusas.Noobstante,

cabecomentarqueenesteensayosealimentamaterialfresco

deformacontinuay,portanto,pretendeserrepresentativode

operacionesenlasquelosmaterialessufranuna

manipula-ciónanáloga(descargademáquinapala,camión,etc.)perono

deoperacionesenlasqueelmaterialestásometidoadesgaste

pormanipulacionessucesivas,puestoqueendichasituación

serequeriríaunestudioespecíﬁcosobrelafriabilidaddelos

gránulos.

Conclusiones

A partirdelos resultadosobtenidos, sepuedenextraerlas

siguientesconclusiones:

• Sehacuantiﬁcadoelpoderdeemisióndepolvodeuna

com-posicióncerámicadurantelasdiferentesetapasdelproceso

defabricacióndebaldosascerámicas,observándose

dife-renciasmuysigniﬁcativas.

• Mpresentaunaltopoderdeemisióndepolvoalto,tanto

paralafraccióninhalablecomoparalarespirable.

• Lahumectación(H)ylagranulación(AG)permiten

redu-cirel poderde emisiónmás deun75%.Portanto, tanto

lahumectacióncomolagranulaciónpuedenser

conside-radasmedidaseﬁcacesparalareduccióndelageneración

depolvoambiental.

• AApresentaunpoderdeemisióndepolvomuybajopara

ambasfracciones,suponiendounareduccióndelpoderde

emisióndepolvosuperioral95%.Porestemotivo,se

con-sidera la forma de presentación más favorable desde el

puntodevistadelaminimizacióndelasemisionesdepolvo

ambiental,siemprequelahumedaddelpolvosemantenga

dentrodelosintervalosestudiados.

• Portanto,enreferenciaalaimplantacióndemedidas

pre-ventivas y/o correctoras serecomiendaque en lasfases

del proceso en que se manipula M se implanten

medi-daspreventivasy/ocorrectoras,asícomointegrardeforma

consecutivalosprocesosdemolturación,humectacióny/o

aglomeración, minimizado la manipulación de materia

primamolidasingranular.

• Finalmente, cabedestacar que, aunque el estudio se ha

realizadoparaunacomposicióndemateriasprimaspara

la fabricación de baldosas cerámicas, los resultados, al

menosdeformacualitativa,debenserextrapolablesa

dis-tintascomposicionesdemateriasprimaseinclusoaotros

procesoscerámicoscuyascomposicionesseformulen

fun-damentalmenteconarcillas(tejas,ladrillos,etc.).Porotra

parte, tambiénesimportante recalcarque siel material

humectado,granuladooatomizadosesometeaprocesos

posteriores de secado (por ejemplo, de forma accidental

durante lageneraciónderesiduosde dichos materiales),

probablementeseproduzcaunaumentodelpoderde

emi-sióndepolvodelmismo,dadoquetendráunaproporción

relativamenteelevadadegruesos(queleaportanﬂuidez)y

(10)

obstante,elestudiodedichoefecto(friabilidad)quedafuera

delalcancedeestetrabajo.

Agradecimientos

Eldesarrollodeestetrabajohasidoﬁnanciadoporel

Minis-teriodeEconomíayCompetitividadatravésdelproyectode

investigación“Prediccióndeemisionesyexposicióna

partí-culasmicroynanométricasenambientesindustriales”con

referenciaCGL2015-66777-C2yelFondoEuropeodedesarrollo

Regional por la coﬁnanciación del proyecto citado

previa-mente.Porotrolado, laGeneralitatValenciana haapoyado

dichotrabajoconlaconcesióndeunaayudaconreferencia

(ACIF/2012/111)dentrodelProgramaVali+dpara

investigado-resenformación.

b

i

b

l

i

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g

r

a

f

í

a

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