BR112018017306B1 - Processo para produção de fertilizantes fosfatados a partir de rochas fosfáticas pobres em p2o5 - Google Patents

Abstract

A presente invenção refere-se a um processo de produção de fertilizantes e ao uso de superfosfato triplo comercializado à granel ou borra da fabricação de ácido fosfórico para o enriquecimento de rochas fosfáticas pobres em P2O5 e obtenção de um fertilizante. O processo da presente invenção para produção de fertilizantes compreende as etapas de: (a) mistura de rochas fosfáticas com baixo teor de P2O5 e superfosfato triplo comercializado à granel ou borra da fabricação de ácido fosfórico; (b) fusão do material obtido em (a); e (c) resfriamento do fundido obtido da etapa (b) em água, obtendo-se grânulos amorfos/vítreos.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a um processo de produção de fertilizantes fosfatados através do uso de superfosfato triplo comercializado a granel ou borra da fabricação de ácido fosfórico para o enriquecimento de rochas fosfáticas pobres em P2O5 e obtenção de um fertilizante fosfatado de maior praticidade e eficiência.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Os principais fertilizantes fosfáticos, produzidos industrialmente e utilizados no mercado internacional, contendo exclusivamente fósforo da tríade de nutrientes primários, NPK (nitrogênio, fósforo e potássio), são: (i) Superfosfato simples: fabricado pelo tratamento de rochas fosfáticas com ácido sulfúrico, com um teor de P = 9 % em massa, equivalente a 23% em massa de P2O5 total com base na massa total do superfosfato simples. (ii) Superfosfato triplo: fabricado pelo tratamento de rochas fosfáticas com ácido fosfórico, com um teor de P = 21% em massa, equivalente a 49 % em massa de P2O5 total com base na massa total do superfosfato triplo. (iii) Termofosfato magnesiano Yoorin: fabricado pela eletrofusão de rochas fosfáticas em combinação com o balanceamento de SiO2 e MgO, pela adição de óxidos durante a fusão. Este termofosfato apresenta teor de P = 6,8 % a 7,7% em massa, equivalente a 16% a 18% em massa de P2O5 total com base na massa total do termofosfato magnesiano Yoorin.

[003] O documento WO 2007/132497 descreve compostos fertilizantes tendo uma matriz vítrea com uma composição, em massa, de fósforo (como P2O5) na faixa de 2-45%, de potássio (como K2O) na faixa de 2-45%, de outros nutrientes secundários (cálcio, magnésio, enxofre e, se necessário, sódio) e elementos traço. O método de produção deste composto de fertilizante compreende a mistura de uma pluralidade de precursores de compostos químicos compreendidos no fertilizante final, no estado de pó ou pélete. Dentre esses precursores estão caolinita, óxido de zinco, feldspato de potássio, carbonato de ferro, carbonato de potássio, carbonato de cálcio, colemanita, dolomita, óxido de molibdênio, fosfato de mono amônio, dentre outros.

[004] O documento PI1106717-9 se refere à produção e utilização de um fertilizante fósforo-potássico solúvel em ácidos fracos, fertilizante este produzido através de um processo de fusão das matérias-primas seguida de resfriamento rápido que proporciona a formação de um material vítreo e amorfo contendo fases de fósforo e de potássio solúveis em ácido fraco. Neste documento é mencionado que superfosfatos e triplofosfatos são também utilizados como fertilizantes, porém que seu uso contribui para uma acidificação excessiva do solo, sendo necessário o uso de quantidades crescentes de calcários moídos usados em uma operação adicional chamada de “calagem”. Ademais, tal documento menciona que o poder de neutralização dos super e triplofosfatos é zero. O processo descrito em PI1106717-9 utiliza-se da mistura de rocha alcalina, apatita e fosforita, bem como matérias-primas ricas em óxidos de silício e ricas em magnésia, como magnesita calcinada ou sinterizada, dolomita calcinada, dentre outros materiais.

[005] Como visto em PI1106717-9, as principais matérias-primas naturais contendo P2O5 usadas na fabricação dos fertilizantes acima listados são as apatitas e as fosforitas. Originalmente esses minerais apresentavam teores de P2O5 variando de 18% a 40% em massa com base na massa total do mineral. Hoje, depósitos de minerais de fósforo com esses teores são cada vez mais raros, sendo que se trabalha com teores de apenas 5% em massa de P2O5 com base na massa total do mineral, ou ainda menos. Por sistemas de concentração mineral, como a flotação, consegue-se aumentar esses teores a faixas de 20% a 30% em massa de P2O5 com base na massa total do mineral. Entretanto, os custos desses minerais beneficiados aumentaram muito, fazendo com que os preços dos fertilizantes fosfóricos tivessem seus preços sensivelmente aumentados.

[006] No Brasil, em algumas situações, o mineral utilizado apresenta um teor médio menor que 25% em massa de P2O5 com base na massa total do mineral, que precisa ser melhorado e isso é feito sistematicamente por peneiramento, pela separação dos finos, elevando esse teor para o desejável de aproximadamente 28 a 30% em massa de P2O5 com base na massa total do mineral. Infelizmente, os finos dessa separação granulométrica apresentam teores muito baixos que, para serem usados diretamente, seria obrigatória a utilização de minérios com mais de 30% em massa de P2O5, que são excessivamente caros.

[007] Uma solução de utilização desses finos seria em mistura com produtos com teores máximos de P2O5, como o superfosfato triplo comercializado a granel, com 44 a 50% em massa de P2O5, ou uma borra da fabricação de ácido fosfórico com aproximadamente 28 a 57% em massa de P2O5. O principal inconveniente desse processo é que pela simples mistura, o produto final seria um adubo químico ácido, com pH = 4, detrimental ao uso como fertilizante no Brasil, onde os solos geralmente são ácidos, exigindo uma correção preliminar mais intensiva desse solo com o uso de calcários moídos, por exemplo.

[008] Portanto, é um objetivo da presente invenção fornecer um processo econômico para produção de fertilizantes com pH alcalino, de aplicação prática e eficiente, tendo todas as propriedades inerentes ao produto comercializado, obtidos a partir dos finos de rocha fosfática classificada enriquecida com superfosfato triplo comercializado a granel ou borra da fabricação de ácido fosfórico e, subsequente fusão e resfriamento, sem a necessidade do uso de rochas fosfáticas concentradas por flotação, excessivamente caras.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[009] A presente invenção refere-se a um processo para produção de fertilizantes fosfatados, compreendendo as etapas de: a) misturar rochas fosfáticas com baixo teor de P2O5 e superfosfato triplo comercializado a granel ou borra da fabricação de ácido fosfórico; b) fundir o material obtido em (a); e c) resfriar o fundido obtido da etapa (b).

[010] A invenção refere-se, ainda, ao uso de superfosfato triplo comercializado a granel ou de borra da fabricação de ácido fosfórico na mistura com rochas fosfáticas pobres em P2O5 para enriquecimento destas e obtenção de um fertilizante fosfatado de pH alcalino.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[011] O processo para produção de fertilizantes fosfatados da invenção compreende as etapas de: (a) misturar rochas fosfáticas com baixo teor de P2O5 e superfosfato triplo comercializado a granel ou borra da fabricação de ácido fosfórico; (b) fundir o material obtido em (a); e (c) resfriar o fundido obtido da etapa (b).

[012] Além das rochas fosfáticas com baixo teor de P2O5 e do superfosfato triplo comercializado a granel ou borra da fabricação de ácido fosfórico, água é adicionada na etapa (a) de mistura.

[013] No processo para produção de fertilizantes da invenção as rochas fosfáticas, utilizadas na etapa (a), estão moídas e classificadas abaixo da malha de 100 mesh (150 mm), apresentando aproximadamente de 17% a 25% em massa de P2O5, com base na massa total das rochas fosfáticas. Além disso, estas rochas podem apresentar até 25% em massa de Fe2O3 com base na massa total das rochas fosfáticas.

[014] A borra da fabricação de ácido fosfórico utilizada no processo da invenção apresenta aproximadamente 28% a 57% em massa de P2O5, com base na massa total da borra. Tal borra está na forma líquida e é aplicada em aspersão na etapa (a) do processo da invenção. A borra de ácido fosfórico é produzida pelo processo via úmida, por reação de ácido sulfúrico com a rocha fosfática. Na acidulação da rocha fosfática, utiliza-se uma menor quantidade de ácido sulfúrico.

[015] Por sua vez, o superfosfato triplo utilizado apresenta aproximadamente de 44% a 50% em massa de P2O5, com base na massa total do superfosfato triplo comercializado a granel. O superfosfato triplo é obtido na reação da rocha fosfática com ácido fosfórico a 50%. Na sua produção a rocha moída é enviada a balança dosadora, posteriormente encaminhada ao misturador, onde é adicionado o ácido fosfórico a 50%, dando início à reação. Essa mistura, em forma de polpa, flui continuamente para uma correia de reação, onde ocorre uma reação exotérmica, liberando gases e material particulado. Como resultado dessa reação, a polpa se transforma em um produto sólido de elevada porosidade e baixo peso específico. No final do percurso da correia de reação a camada de superfosfato formada é quebrada por um desintegrador. O produto final é levado ao armazém de cura, onde a reação se complementará. Após o período de cura é comercializado a granel.

[016] Quando o superfosfato triplo comercializado a granel é utilizado no processo, antes da etapa (b), é realizada uma briquetagem, sendo que, após a briquetagem, o material obtido é seco em secadores rotativos e peneirado. Tal peneiração é realizada sobre malha de 200 mesh (75 mm), em que a fração mais fina que 200 mesh (75 mm) retorna para a etapa (a), enquanto que os mais grossos que 200 mesh (75 mm) são ensilados para seguirem para a etapa (b).

[017] Após a etapa (a) de misturar e antes da etapa (b) de fundir, do processo da invenção, tanto quando se utiliza o superfosfato triplo, quanto se utiliza a borra da fabricação de ácido fosfórico, obtém-se um material de pH ácido de aproximadamente 3,0 a 4,0.

[018] Então, o material de pH ácido segue para o processo de fusão. A fusão é realizada em fornos elétricos a arco, de vazamento contínuo diretamente em água (quenching). A temperatura nos fornos é de 1200 a 1600°C, preferencialmente 1400°C.

[019] Após a fusão, a massa fundida na condição anterior é resfriada imediatamente com grandes quantidades de água (quenching) (etapa (c)), solidificando-se em grânulos amorfos/vítreos numa faixa ampla abaixo dos 850 micrometros. A relação de água/massa fundida é de 5 a 10/1.

[020] Os grânulos amorfos/vítreos obtidos já são fertilizantes fosfatados alcalinos com pH maior do que ou igual a 9. O fertilizante obtido apresenta um teor de 18% ou maior em massa de P2O5 total com base na massa total do fertilizante.

[021] O fertilizante fosfatado é obtido na forma de um produto granulado, sendo que o produto granulado mais a água de resfriamento são enviados para um tanque de decantação para sua separação. Após a separação a água de resfriamento retorna ao processo e o fertilizante granulado é armazenado. Particularmente o fertilizante é um fertilizante termofosfatado fundido.

[022] Além do processo, a invenção também se refere ao uso de superfosfato triplo comercializado a granel ou da borra da fabricação de ácido fosfórico na mistura com rochas fosfáticas pobres em P2O5 para seu enriquecimento e obtenção de um fertilizante fosfatado de pH alcalino através do processo descrito acima.

[023] Em uma modalidade da invenção, o processo parte de uma rocha fosfática já moída e classificada granulometricamente, de baixo teor em P2O5, ao qual se adiciona superfosfato triplo comercializado a granel, fino, mais econômico, mais água, indo diretamente para uma briquetadora e daí diretamente para um secador rotativo. Os briquetes secos passam por uma peneira para retirar os finos, que retornam ao processo de mistura e briquetagem novamente, e os retidos, que são reservados para a fusão em fornos elétricos a arco. Após fusão, continuamente o fundido é vazado em água para um resfriamento abrupto, granulando o fundido solidificado. A mistura produto granulado mais água de resfriamento é bombeada para um tanque de decantação, dando-se a separação da água que retorna ao processo e o granulado amorfo que é o produto desejado.

[024] Em uma modalidade preferencial, uma rocha fosfática natural, já moída e classificada abaixo da malha de 100 mesh (150 mm), com aproximadamente 20% em massa de P2O5 é transferida para um misturador juntamente com superfosfato triplo comercializado a granel, fino, com aproximadamente 44% a 50% em massa de P2O5, mais água suficiente para consistência adequada para a briquetagem. A mistura assim obtida deve conter aproximadamente 28% em massa de P2O5 (base seca). Após briquetagem, o material é seco em secadores rotativos e são peneirados sobre malha de 200 mesh (75 mm). A fração mais fina que 200 mesh (75 mm) retorna ao processo anterior de mistura e briquetagem enquanto que os mais grossos que 200 mesh (75 mm) são ensilados, aguardando o momento de entrar nos fornos de fusão, ou, se necessário, seguem diretamente para os fornos de fusão.

[025] Em outra modalidade da invenção, o superfosfato triplo comercializado a granel, fino, pode ser substituído por borra de ácido fosfórico com aproximadamente 28 a 57% em massa de P2O5 e utilizar pequena quantidade de cal hidratada [Ca(OH)2] para acelerar a reação dos componentes com aumento respectivo de temperatura e evaporação de água. Os resultados da utilização de um ou outro componente de fósforo são opção do momento, sem prejuízo da qualidade do produto final, um composto briquetado com aproximadamente 28% em massa de P2O5 (base seca).

[026] Em uma outra modalidade da invenção, ao invés do superfosfato triplo comercializado a granel pode-se empregar borra de ácido fosfórico, contendo aproximadamente 28 a 57% em massa de P2O5 que, por se encontrar na forma líquida, é aplicado em aspersão. A rocha pobre é colocada dentro de um misturador rotativo contínuo, onde se asperge a borra de ácido fosfórico que reagem entre si instantaneamente.

[027] Usando-se o tipo de rocha pobre da Tabela I, apresentada abaixo nos Exemplos, com a adição da borra de ácido fosfórico como descrita acima, produz-se na saída do misturador um agregado empelotado granulado, já no formato adequado para a fusão. Isso evita a etapa de briquetagem, necessária no processo anterior, reduzindo mais o custo de fabricação. Tem ainda a vantagem de não ser necessária a eliminação dos finos que retornam ao processo, podendo ser enviado diretamente para os silos ou para os fornos de fusão. A rocha pobre inicial pode apresentar alto teor de Fe2O3 sem detrimento para o material após a mistura, e antes da fusão, que se apresenta com um pH ácido de aproximadamente 3,5.

[028] O inconveniente do processo da simples mistura dos finos com o superfosfato triplo comercializado a granel ou borra da fabricação de ácido fosfórico, como mencionado acima, é completamente eliminado no processo de fabricação de termofosfatos da presente invenção, já que a mistura inicial (carga de alimentação do forno) será fundida, liquefeita com posterior resfriamento em água. A característica final do fertilizante termofosfatado fundido não é modificada, mantendo todas as propriedades inerentes do produto comercializado, assim como um pH desejado > 9.

EXEMPLOS

[029] Exemplo de obtenção de rochas enriquecidas a partir de rochas pobres: Tabela I - Análises de Rochas Fosfáticas Pobres (% em massa):

Nomenclatura: U+PF = Umidade + Perda por Calcinação a 900°C RI + SiO2 = Resíduo Insolúvel + SiO2 Média (1) = Teor Médio base seca Média (2) = Teor Médio base calcinada Tabela II - Análise típica de superfosfato triplo (TSP) comercializado a granel:

[030] A análise química da mis tura da rocha po bre homogeneizada conforme média da Tabela I anterior, à qual se adicionou superfosfato triplo comercializado a granel, conforme Tabela II, e após briquetagem segue na Tabela III abaixo. Tabela III - Análises Química dos briquetes enriquecidos com superfosfato triplo comercializado a granel, prontos para o forno de fusão (% em massa):

Nomenclatura: U+PF = Umidade + Perda por Calcinação a 900°C RI + SiO2 = Resíduo Insolúvel + SiO2 Média (1) = Teor Médio base seca Média (2) = Teor Médio base calcinada Tabela IV - Análise granulométrica de briquetes enriquecidos com superfosfato triplo comercializado a granel, prontos para o forno de fusão (% em massa):

[031] Os briquetes assim obtidos são ensilados para posterior carregamento do forno ou, se necessário, podem ir diretamente para o forno. Outras matérias-primas são adicionadas no forno conjuntamente com os briquetes (fonte de fósforo) compondo formulações diversas de termofosfatos fundidos. Após a fusão, o líquido quente, a aproximadamente 1400°C, é vazado com jato de água para um resfriamento rápido (quench). O vidro resultante será um fertilizante do tipo termofosfato de cálcio, com a seguinte composição química típica, mostrada na Tabela V abaixo. Tabela V - Composições químicas de fertilizantes (% em massa):

Exemplo Comparativo: Tabela VI - Carga para Forno, com Rendimento da Fornada e Qualidade Final obtida empregando-se Rocha Fosfática acidulada com Superfosfato Triplo X Misturas de Rochas Fosfáticas Naturais

Claims (18)

1. Processo para produção de fertilizantes fosfatados, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: (a) misturar rochas fosfáticas com teor de 17% a 25% em massa de P2O5, com base na massa total das rochas fosfáticas, e superfosfato triplo comercializado a granel com teor de 44% a 50% em massa de P2O5, com base na massa total do superfosfato triplo, ou borra da fabricação de ácido fosfórico com teor de 28% a 57% em massa de P2O5, com base na massa total da borra; (b) fundir o material obtido em (a); e (c) resfriar rapidamente com água o fundido obtido na etapa (b).

2. Processo para produção de fertilizantes fosfatados de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que água é adicionada na etapa (a).

3. Processo para produção de fertilizantes fosfatados de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que as rochas fosfáticas, utilizadas na etapa (a), estão moídas e classificadas abaixo da malha de 100 mesh (150 mm).

4. Processo para produção de fertilizantes fosfatados de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que as rochas fosfáticas apresentam até 25% em massa de Fe2O3 com base na massa total das rochas fosfáticas.

5. Processo para produção de fertilizantes fosfatados de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a borra da fabricação de ácido fosfórico está na forma líquida.

6. Processo para produção de fertilizantes fosfatados de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a borra da fabricação de ácido fosfórico é aplicada preferentemente em aspersão na etapa (a).

7. Processo para produção de fertilizantes fosfatados de acordo com a reivindicação 1 ou 6, caracterizado pelo fato de que, quando se utiliza superfosfato triplo comercializado a granel, realiza-se a briquetagem antes da etapa (b).

8. Processo para produção de fertilizantes fosfatados de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que, após a briquetagem, o material obtido é seco em secadores rotativos e peneirado.

9. Processo para produção de fertilizantes fosfatados de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o peneiramento é realizado sobre malha de 200 mesh (75 mm).

10. Processo para produção de fertilizantes fosfatados de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a fração mais fina que 200 mesh (75 mm) retorna para a etapa (a), enquanto que os mais grossos que 200 mesh são ensilados para seguirem para a etapa (b).

11. Processo para produção de fertilizantes fosfatados de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que após a etapa (a) e antes da etapa (b), obtém-se um material de pH ácido.

12. Processo para produção de fertilizantes fosfatados de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que a fusão é realizada em fornos elétricos a arco, de vazamento contínuo diretamente em água (quenching).

13. Processo para produção de fertilizantes fosfatados de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que após a etapa (c) obtêm-se fertilizantes com pH alcalino.

14. Processo para produção de fertilizantes fosfatados de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que, preferencialmente, o pH do fertilizante é maior do que ou igual a 9.

15. Processo para produção de fertilizantes fosfatados de acordo com a reivindicação 13 ou 14, caracterizado pelo fato de que o fertilizante obtido apresenta um teor de 18% ou maior em massa de P2O5 total com base na massa total do fertilizante.

16. Processo para produção de fertilizantes fosfatados, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado pelo fato de que o fertilizante é obtido na forma de um produto granulado.

17. Processo para produção de fertilizantes fosfatados de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizado pelo fato de que, após a etapa (c), o produto granulado mais a água de resfriamento são enviados para um tanque de decantação para a separação da água e do produto granulado.

18. Processo para produção de fertilizantes fosfatados de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a água de resfriamento retorna ao processo após a separação.