BR102019013258A2

BR102019013258A2 - Fertilizante nitrogenado de liberação lenta e processo de obtenção

Info

Publication number: BR102019013258A2
Application number: BR102019013258-2A
Authority: BR
Inventors: Henrique Cislagui Da Silva; Nilson Schwartz Da Silva
Original assignee: T-Matter Minerais Industriais S.A.
Priority date: 2019-06-26
Filing date: 2019-06-26
Publication date: 2021-01-05

Abstract

fertilizante nitrogenado de liberação lenta e processo de obtenção é descrita uma composição fertilizante nitrogenada de liberação lenta que inclui bentonitas, com teores de montmorilonita entre 20 e 100%, e ureia ou outras fontes de amônia solúvel, dita mistura submetida a altas taxas de cisalhamento na presença de água, de forma que a amônia é incorporada à estrutura cristalina da montmorilonita por meio de adsorção, não havendo recobrimento do grânulo, mas a incorporação de cada cátion de amônia (nh4+) de cada partícula de ureia (incorporação) aos sítios negativos da estrutura cristalina da montmorilonita delaminada durante o cisalhamento.

Description

FERTILIZANTE NITROGENADO DE LIBERAÇÃO LENTA E PROCESSO DE OBTENÇÃO

CAMPO DA INVENÇÃO

[01] A presente patente de invenção descreve um fertilizante nitrogenado de liberação lenta e o respectivo processo de obtenção. Mais especificamente compreende um fertilizante nitrogenado que associa ureia e bentonitas, com teores de montmorilonita entre 20 e 100%, de forma que os cátions amônio (NH4+) provenientes da ureia são adsorvidos pela estrutura cristalina da montmorilonita delaminada, posteriormente liberando os compostos nitrogenados para o solo de forma controlada, melhorando a eficácia de absorção pelas plantas.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[02] A indústria de fertilizantes tem o desafio de melhorar as características químicas, físicas e físico-químicas dos produtos e a eficiência ao uso dos nutrientes, particularmente do nitrogênio, nutriente que exerce várias funções nos processos bioquímicos da planta, como constituinte de enzimas, coenzimas, ácido nucleicos e clorofila.

[03] A síntese da ureia permitiu o desenvolvimento de novas rotas tecnológicas e a produção de fertilizantes nitrogenados que têm a amônia como matéria-prima básica para a sua produção (Guelfi, Douglas. Fertilizantes nitrogenados estabilizados, de liberação lenta ou controlada. International Plant Nutrition Institute. Informações agronômicas. N. 57. Março/2017.).

[04] Em 1924 ocorreram os primeiros estudos com fertilizantes nitrogenados quimicamente modificados ou de liberação lenta, tal como o revestimento com enxofre e o uso de aditivos para estabilizar o nitrogênio por meio da inibição da reação de nitrificação ou da atividade da uréase no solo.

[05] Atualmente, o fertilizante nitrogenado convencional mais utilizado é a ureia, que apresenta elevada perda de nitrogênio por volatilização quando aplicada na superfície do solo e em condições climáticas inadequadas. Essas perdas por volatilização contribuem para diminuição da eficiência dos fertilizantes nitrogenados, que podem atingir valores de até 35% do total de nitrogênio que é aplicado no solo com objetivo fertilizante.

[06] O estado da técnica descreve fertilizantes nitrogenados que buscam melhorar a eficácia da absorção de nitrogênio pelas plantas. As tecnologias disponíveis tratam-se majoritariamente de recobrimentos hidrofóbicos de grânulos, denominados fertilizantes nitrogenados de liberação controlada. Estes recobrimentos a base de polímeros biodegradáveis ou enxofre retardam a liberação do NH4+ por causa da barreira física criada pelo recobrimento, que dificulta o acesso da água ao interior do grânulo do fertilizante e, consequentemente, impede a solubilização da amônia, que ocorrerá somente quando a membrana do recobrimento for rompida. Após o rompimento, a solubilização é muito rápida, semelhante à que ocorre com o fertilizante sem recobrimento. Assim, os fertilizantes de liberação controlada têm a taxa de liberação do nutriente influenciada basicamente pelo tipo e espessura do revestimento, temperatura, umidade do solo e precipitação pluviométrica no local de aplicação.

[07] Os fertilizantes nitrogenados de liberação lenta têm como princípio a redução da solubilidade das frações de nitrogênio (N) presentes na sua composição, tal como descrito na US6464746.

[08] No caso dos fertilizantes nitrogenados de liberação lenta, o comportamento da liberação é menos previsível, pois varia em função do tamanho e da proporção dos polímeros de carbono e nitrogênio formados no seu processo de produção. As condições edafoclimáticas da área (temperatura, umidade, pH, MOS e textura) também influenciam na atividade microbiológica do solo e estão diretamente relacionadas com a degradação das cadeias de polímeros (AZEEM, B; KUSHAARI, K; MA, Z.B; BASIT, A; THANH, T. H. Review on materials and methods to produce controlled release coated urea fertilizer. Journal of Controlled Release, v. 181, p. 11-21, 2014).

[09] Portanto, o desafio na produção de fertilizantes de liberação lenta é a formação de polímeros com nitrogênio e carbono que tenham a proporção desejada de ureia metileno, com tamanho de cadeia e grau de polimerização que proporcione a liberação em sincronia com a curva de absorção das mais variadas culturas e condições climáticas.

[010] Exemplos de fertilizantes nitrogenados de liberação lenta são a ureia formaldeído, o CDU (ciclo diuréia) e o IBDU (isobutiraldeído diuréia), onde a liberação de nitrogênio ocorre em função do tamanho das partículas, umidade, temperatura e pH do solo.

[011] O documento US5676729 descreve um produto de ureia em partículas tendo propriedades anti-agregantes e útil para aplicação direta no solo, dito produto que consiste numa mistura de ureia e uma carga mineral finamente dividida, selecionada do grupo constituído por diatomáceas, bentonita de sódio, bentonita de cálcio, caulim, zeólita e montmorilonita na forma granular.

[012] O documento GB1178686 descreve um fertilizante de liberação lenta que compreende na dispersão de 20 a 45% de ureia no solo ou misturada a um diluente em pó, entre 50-60%, selecionado dentre bentonita, giz, argila ou dolomita.

[013] O documento CN102898234 descreve um fertilizante de liberação lenta que compreende entre 85-98,8 partes de ureia; 1-14% partes de bentonita; 0,01-0,5 partes de poliacrilamida e 0,01-0,5 partes de sal ou solução de sódio do sal de sódio com base no teor de sódio, sendo a liberação através do processo de difusão de umidade em um cristal de ureia, e camadas à prova de água são formadas camada por camada de fora para dentro junto com osmose de umidade, de modo a atingir o propósito de liberação lenta.

[014] O documento GB881517 descreve um fertilizante que compreende um composto de azoto solúvel em água, como amoníaco, nitrato de amônio, sulfato de amônio ou ureia e um enchimento constituído principalmente por um ou mais silicatos de alumínio ou silicatos de alumínio e potássio que possuam uma capacidade de permuta catiônica de pelo menos 35 miliequivalentes e decomponível por mineral ácidos, tais como montmorilonita, bentonita, vermiculita, glauconita ou ilita.

[015] O documento BR102012003999 descreve um preparado com argilominerais da família do caulim intercalados com acetato de potássio e dispersos em polímeros biodegradáveis por meios mecanoquímicos (simples moagem da mistura a seco ou a úmido) ou através de métodos químicos utilizando solventes, inclusive água. Processada a intercalação do acetato de potássio no argilomineral, os compostos de intercalação são dispersos em polímeros biodegradáveis e transformados em grânulos, pellets, ou qualquer formato adequado para aplicação direta no solo.

[016] O documento BRPI0417564 descreve um fertilizante nitrogenado granular com liberação prolongada baseado em fosfato de amônio usando uma resina de ureia-formaldeído alcalina solúvel em água.

[017] O documento BRPI9902803 descreve um processo de preparação de fertilizante de liberação lenta de potássio e nitrogênio que utiliza como matérias primas rejeitos da mineração do xisto, como xisto cru e calxisto, os quais são adicionados de um sal de potássio, digeridos e calcinados a temperaturas entre 500 e 1000oC, fornecendo um fertilizante de liberação lenta de potássio. Esse produto, adicionado de ácido nitro húmico reduzido, conduz ao produto final, adequado para solos arenosos e com altos índices de precipitação.

[018] O documento BRPI0900586 descreve um processo de preparação de fertilizante de liberação lenta com emprego de material carbonizado como suporte, que permite o sequestro definitivo de parte do carbono transferido do meio ambiente através da biomassa para o material carbonizado, consistindo basicamente em misturar o material carbonizado, de granulometria fina, com uma solução aquosa de nutrientes e micronutrientes, orgânicos ou inorgânicos e outros aditivos, para a obtenção de fertilizante de liberação lenta.

[019] No entanto, a fonte de nitrogênio (amônia) presente na ureia é solubilizada ao entrar em contato com a solução do solo. Na solução do solo, ela se encontra disponível para ser absorvida pela planta. Como a solubilização da amônia acontece de maneira quase imediata e a sua absorção pelas plantas ocorre de forma lenta, são verificadas perdas de nitrogênio por volatilização, lixiviação e mineralização.

[020] Para reduzir essas perdas, o estado da técnica descreve o recobrimento dos grânulos de ureia por capas de polímeros, enxofre e amidos. Estes recobrimentos dificultam o acesso da água à amônia. Porém, no momento em que a água rompe a capa protetora, a liberação de N ocorre imediatamente, não havendo tempo para que a planta o absorva, porque apenas o conjunto de partículas de ureia está protegido por uma espécie de bolsa protetora. Quando a bolsa rompe, as partículas de ureia ficam desprotegidas, com a consequente perda de nitrogênio.

[021] Com o intuito de prover uma composição fertilizante nitrogenada de liberação lenta e o respectivo processo de obtenção do fertilizante, o Requerente revela uma composição que inclui bentonitas, com teores de montmorilonita entre 20 e 100%, e ureia ou outras fontes de amônia solúvel, dita mistura submetida a altas taxas de cisalhamento na presença de água, de forma que a amônia é incorporada à estrutura cristalina da montmorilonita por meio de adsorção, não havendo recobrimento do grânulo, mas a incorporação de cada cátion de amônia (NH4+) de cada partícula de ureia (incorporação) aos sítios negativos da estrutura cristalina da montmorilonita delaminada durante o cisalhamento.

SUMÁRIO

[022] É característica da invenção um fertilizante nitrogenado de liberação lenta onde cátions amônio encontram-se protegidos por plaquetas de montmorilonita, por meio de um mecanismo de adsorção, ocorrendo a disponibilização gradativa de nitrogênio para a planta de acordo, com a sua demanda, aumentando a produtividade, reduzindo a aplicação de fertilizantes e as perdas por volatilização, lixiviação e mineralização de amônia.

[023] É característica da invenção um fertilizante nitrogenado de liberação lenta com aumento de produtividade entre 5,0 e 30,0%, dependendo da cultura.

[024] É característica da invenção um fertilizante nitrogenado de liberação lenta cuja aplicação segue o mesmo manejo utilizado nos fertilizantes do estado da técnica, sendo ajustada apenas a dosagem à cultura, quando necessário.

[025] É característica da invenção um fertilizante nitrogenado de liberação lenta com redução significativa do tempo de solubilização do fertilizante, onde a ureia convencional é completamente solubilizada em água em aproximadamente 3 minutos, e o fertilizante nitrogenado da presente patente de invenção tarda 39 minutos para a solubilização completa.

[026] É característica da invenção um fertilizante nitrogenado de liberação lenta que, respeitadas as legislações específicas, apresenta condições de ser utilizada na nutrição animal.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[027] A figura 1 apresenta a representação gráfica comparando a produtividade de sacas por hectare de uma cultura de milho utilizando um fertilizante convencional à base de ureia (A), um fertilizante não nitrogenado (B) e o fertilizante objeto da presente patente de invenção (C).

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[028] O fertilizante nitrogenado de liberação lenta, objeto da presente patente de invenção, compreende entre 50,0 a 95,0% de uréia ou outras fontes de amônia solúvel e entre 5,0 a 50,0% de bentonita com teor de montmorilonita entre 20 e 100% e capacidade de troca catiônica entre 30 e 150 mEq/100g.

[029] A bentonita é selecionada dentre cálcicas, sódicas ou policatiônicas.

[030] A fonte de amônia é selecionada dentre aquelas que apresentam qualquer teor de nitrogênio, tal como, mas não se limitando, a resíduos da agroindústria (esterco).

[031] Opcionalmente, a formulação de fertilizante nitrogenado de liberação lenta pode incluir aditivos auxiliares de processamento e/ou outras fontes de nutrientes não nitrogenados.

[032] O processo de obtenção do fertilizante nitrogenado de liberação lenta descrito na presente patente de invenção inclui uma etapa inicial de dosagem, no estado seco, dos componentes qualitativos da formulação.

[033] Os componentes são misturados inicialmente a seco em misturadores de batelada ou contínuos e na sequencia realiza-se adição de água em qualquer teor para atingir-se os estados de consistência pulverulento, plástico, pastoso ou suspensão aquosa.

[034] Em seguida, a mistura é submetida a condições de alto cisalhamento, na presença de água em quantidade suficiente para a incorporação dos cátions amônio provenientes da ureia à superfície negativa das placas delaminadas de bentonita.

[035] Por exemplo, o cisalhamento pode ser realizado via extrusoras, peletizadoras, dispersores, agitadores ou outro equipamento que proporcione alta taxa de cisalhamento mecânico.

[036] O material resultante da mistura de alto cisalhamento poderá ser conformado, granulado, peletizado ou farelado.

[037] Opcionalmente, o material resultante tem a umidade ajustada até valores abaixo de 5% e este ajuste pode ser realizado em secadores térmicos; em alguns casos, não há a necessidade de ajuste da umidade.

[038] Conforme apresentado na figura 1, é evidenciado o aumento de produtividade utilizando o fertilizante nitrogenado (C), objeto da presente patente de invenção, em relação à adubação convencional à base de ureia em uma cultura de milho. Neste gráfico é observado aumento de 14% na produtividade em comparação à ureia convencional (B) e de 37% em relação ao cultivo sem adubação nitrogenada (A). Espera-se que o aumento de produtividade encontrado no milho também ocorra nas demais culturas agrícolas que demandam nitrogênio.

Claims

FERTILIZANTE NITROGENADO DE LIBERAÇÃO LENTA caracterizado por compreender entre 50,0 a 95,0% de ureia ou outras fontes de amônia solúvel e entre 5,0 a 50,0% de bentonita com teor de montmorilonita entre 20 e 100% e capacidade de troca catiônica entre 30 e 150 mEq/100g.
FERTILIZANTE NITROGENADO DE LIBERAÇÃO LENTA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da bentonita ser selecionada dentre cálcicas, sódicas ou policatiônicas.
PROCESSO DE OBTENÇÃO do fertilizante reivindicado em 1, caracterizado por compreender as etapas de:
- a) dosagem, no estado seco, dos componentes da ureia ou outras fontes de amônia solúvel e da bentonita;
- b) mistura dos componentes à seco;
- c) adição de água à mistura em quantidade suficiente para atingir a consistência plástica, pastosa ou suspensão aquosa;
- d) mistura submetida a condições de alto cisalhamento, na presença de água em quantidade suficiente para a incorporação dos cátions amônio provenientes da ureia à superfície negativa das placas delaminadas de bentonita;
- e) material resultante da mistura de alto cisalhamento pode ser conformado, granulado, peletizado ou farelado.