ES2941281T3 - Método para la obtención de un fertilizante de fosfato granulado y fertilizante de fosfato obtenido - Google Patents

Abstract

La invención proporciona un procedimiento para obtener un fertilizante fosfatado granulado, como fuente de fósforo, para la aplicación directa en agricultura, a partir de las materias primas naturales roca fosfórica, una fuente de carbono, un inductor metabólico de microorganismos solubilizadores de fósforo y agua.

Description

DESCRIPCIÓN

Método para la obtención de un fertilizante de fosfato granulado y fertilizante de fosfato obtenido

La presente invención se refiere a un método para la obtención de un fertilizante de fosfato granulado a partir de roca fosfórica, así como el fertilizante de fosfato obtenido por medio de dicho método.

Más específicamente, la invención proporciona un método para la obtención de un fertilizante de fosfato granulado, como fuente de fósforo, para su uso directo en la agricultura, a partir de materias primas naturales, tales como una roca fosfórica, una fuente natural de carbono, un inductor metabólico de microorganismos solubilizantes de fósforo y agua.

El fertilizante biológico obtenido de acuerdo con el método de la invención es un producto rico en fósforo disponible (asimilable) y se puede usar como enmienda orgánica en suelos agrícolas y/o forestales o se puede mezclar con otros materiales para obtener un producto fertilizante complejo o un fertilizante organomineral (mezcla o combinación de fertilizantes minerales y orgánicos).

El fósforo, como nutriente esencial para las plantas, solo se puede usar si está en una forma asimilable. En este sentido, cuando se usan fertilizantes fosfóricos solubles con el fin de enriquecer el contenido de fósforo de la solución del suelo, la mayor parte del mismo generalmente cambia a formas menos solubles, reteniéndose o fijándose, volviéndose difícilmente utilizable por la planta. Este fenómeno varía entre los diferentes suelos y regiones del mundo, pero, en los casos en los que es intenso, se deben usar dosis de fósforo suficientemente altas como para saturar los puntos de fijación de este nutriente y mantener una concentración adecuada del mismo en la solución del suelo o usar enmiendas que disminuyan la capacidad de fijación de fósforo (Sánchez, 1976).

La fisicoquímica del fósforo en suelos minerales es bastante compleja debido a la aparición de una serie de reacciones simultáneas e instantáneas, tales como solubilización, precipitación, adsorción (retención)/desorción y oxidaciónreducción. Los compuestos de fósforo solubles tienen una reactividad muy alta, una solubilidad baja y una movilidad reducida. La mineralización y la inmovilización son procesos importantes del ciclo del fósforo en suelos con un alto contenido de materia orgánica (Black, 1968; FAO, 1984). Cuando se usa un fertilizante de fosfato soluble en agua en el suelo, este se hace reaccionar rápidamente con los compuestos del suelo. Los productos resultantes son compuestos de fósforo menos solubles y el fósforo que se adsorbe en las partículas coloidales del suelo (FAO, 1984). Una pequeña concentración de fósforo en la solución del suelo es generalmente adecuada para el desarrollo normal de las plantas. Por ejemplo, Fox y Kamprath (1970) y Barber (1995) han sugerido que una concentración de fósforo de 0,2 ppm es suficiente para un crecimiento óptimo. Sin embargo, para que las plantas absorban las cantidades de fósforo necesarias para producir buenos rendimientos, la concentración de fósforo en la solución del suelo que está en contacto con las raíces se debe renovar continuamente a lo largo del ciclo de crecimiento.

Los fertilizantes de fosfato solubles en agua, tales como los superfosfatos, se fabrican y se recomiendan comúnmente para corregir las deficiencias de fósforo; sin embargo, la mayoría de los países en desarrollo deben importar estos fertilizantes, que se encuentran en cantidades limitadas y representan un gran desembolso para los pequeños agricultores. Además, la intensificación de la producción agrícola requiere del uso del fósforo no solo para aumentar la producción de los cultivos, sino también para mejorar el nivel de este elemento en los suelos y evitar, por tanto, una mayor degradación de los mismos. Por lo tanto, es imprescindible explorar fuentes alternativas de fósforo. En determinadas condiciones de suelo y clima, el uso directo de las rocas fosfóricas, especialmente si están disponibles a nivel local, ha demostrado ser una interesante alternativa a los superfosfatos, tanto agronómica como económicamente, dado que estos últimos son más caros. Existen yacimientos de roca fosfórica en todo el mundo y algunos se explotan principalmente como materia prima para la producción de fertilizantes de fosfato solubles en agua (BOLETÍN 13 DE LA FAO: FERTILIZANTES Y NUTRICIÓN VEGETAL, 2007, ISBN 978-92-5-305030-7).

Normalmente, las rocas fosfóricas son la fuente comercial de fósforo que se usa como materia prima para la fabricación de fertilizantes de fosfato y otros productos químicos. A diferencia de otros productos básicos, tales como el hierro, cobre y azufre, las rocas fosfóricas tienen pocas oportunidades de sustitución o reciclaje. Estas ocupan el segundo lugar (excluyendo el carbón y los hidrocarburos) en peso bruto y volumen en el comercio internacional. La industria de los fertilizantes consume aproximadamente el 90 por ciento de la producción mundial de roca fosfórica. El ácido sulfúrico y la roca fosfórica son las materias primas para la producción de superfosfato simple y ácido fosfórico. El ácido fosfórico es un producto intermedio importante para la producción de superfosfato triple y fosfatos de amonio. Los fertilizantes compuestos de NPK de alta concentración son actualmente la base principal de la industria mundial de fertilizantes (Engelstad y Hellums, 1993; UNIDO y IFDC, 1998).

Las rocas fosfóricas de origen sedimentario son adecuadas para su uso directo porque consisten en agregados de microcristales ampliamente abiertos y débilmente consolidados, con un área específica relativamente grande. Estas tienen una proporción considerable de sustitución isomórfica en la red cristalina y contienen minerales accesorios e impurezas en cantidades y proporciones variables. Diversos autores han indicado que estas rocas son adecuadas para su uso directo en suelos en determinadas condiciones (Khasawneh y Doll, 1978; Chien, 1992; Chien y Friesen, 1992; Chien y Van Kauwenbergh, 1992; Chien y Menon, 1995b; Rajan et al., 1996; Zapata, 2003). La práctica del uso directo de diversas fuentes de rocas fosfóricas como fertilizantes tiene muchas ventajas:

• Las rocas fosfóricas son minerales naturales que requieren un procesamiento metalúrgico mínimo. El uso directo de rocas fosfóricas evita el proceso tradicional de acidificación en húmedo para producir fertilizantes de fosfato solubles en agua y evita el ciclo de producción de residuos contaminantes, tales como fosfoyesos y gases de efecto invernadero, lo que da como resultado un ahorro de energía y una protección medioambiental de la contaminación industrial.

• Al ser productos naturales, las rocas fosfóricas se pueden usar en la agricultura biológica.

• El uso directo permite el uso de fuentes de roca fosfórica que no se pueden usar en la industria para la producción de fertilizantes de fosfato solubles en agua y ácido fosfórico.

• En determinadas condiciones, las rocas fosfóricas reactivas pueden ser más eficaces que los fertilizantes de fosfato solubles en agua basados en la recuperación de fósforo por parte de las plantas.

• Basándose en el coste por unidad de fósforo, las rocas fosfóricas locales normalmente son los productos más baratos.

• Debido a la composición química extremadamente variable y compleja de las mismas, las rocas fosfóricas son fuentes de diversos nutrientes, además del fósforo. Estas se usan comúnmente para mejorar el nivel de fósforo del suelo, pero cuando se solubilizan, también liberan otros nutrientes presentes en la roca, mejorando la actividad biológica del suelo y la acumulación de carbono en el suelo, ayudando a mejorar las propiedades físicas y químicas del mismo. Las rocas fosfóricas desempeñan, de este modo, un papel importante ayudando a mejorar la fertilidad del suelo.

Como se ha mencionado, generalmente, se debe llevar a cabo un tratamiento químico con ácidos o microorganismos para solubilizar el fósforo presente en las rocas fosfóricas, lo que implica un alto coste económico, además de la posible contaminación del medio ambiente.

Por medio del tratamiento químico con ácidos, por ejemplo, se obtienen los fertilizantes de fosfato de superfosfato normal o superfosfato simple (producto obtenido mediante la reacción de fosfato mineral machacado con ácido sulfúrico y que contiene, como componentes esenciales, fosfato monocálcico y sulfato de calcio) o superfosfato triple (obtenido mediante la reacción de fosfato mineral machacado con ácido fosfórico y que contiene, como componente esencial, fosfato monocálcico).

Además, los procesos biológicos suponen un importante ahorro energético en comparación con los métodos químicos y, al mismo tiempo, son mucho menos agresivos desde el punto de vista medioambiental. En la mayoría de los casos, para que estos procesos biológicos permitan un rendimiento eficaz a nivel industrial, se debe llevar a cabo una fermentación microbiana anaerobia a partir de diferentes fuentes de fósforo (véase, por ejemplo, el documento US2008/0105018 A1), lo que hace necesario disponer de instalaciones industriales específicas, tales como reactores de fermentación, que impliquen una importante inversión tanto en activos como en materias primas de alto coste (véase, por ejemplo, la solicitud de patente EP1698595 A1).

Los procesos de fermentación biológica son bien conocidos desde hace décadas. Por medio de estos procesos, se pretende fermentar la materia orgánica procedente de distintas materias primas de origen animal o vegetal (documento CN101186879 A), recurriendo, en muchos casos, a una inoculación microbiana con microorganismos específicos para favorecer dicha fermentación. Aprovechando el proceso de fermentación de la materia orgánica, muchos autores han tratado de solubilizar la roca fosfórica, logrando rendimientos muy bajos, ya sea debido al tipo de roca usada o al resto de materias primas usadas en el compostaje, que pueden intervenir en dichos procesos, dando como resultado un producto final con niveles casi insignificantes de fósforo disponible (aproximadamente 472,66 mg/kg, Marcano et al., 1999).

En el estado de la técnica, existen muchos productos que contienen microorganismos en la formulación de los mismos, siendo algunos de ellos solubilizantes de fósforo. Estos productos pueden contener bacterias y/u hongos, pudiendo hallarse productos que tengan una cepa individual o, en algunos casos, que contengan un grupo de estos microorganismos. Estos se incorporan al fertilizante junto con otros constituyentes para favorecer la viabilidad y ejercer la acción de los mismos una vez usados en el suelo (véase, por ejemplo, los documentos CN1103060A, CN101429059 A, WO2009070966 A1, CN101468924 A, CN101066897 A, ES 223435417 A1).

Los documentos WO2012070955 A1, US2005039509 A1 y CN101973536 B divulgan métodos de preparación de fertilizantes usando roca fosfórica triturada como fuente de fósforo.

Como se deriva de lo anterior, tanto el método para la obtención de fertilizantes de fosfato solubles en ácido como el basado en microorganismos presentan inconvenientes. Por tanto, los tratamientos químicos conocidos usan ácidos fuertes, tales como ácido sulfúrico, para hacer que el fósforo sea más soluble y, al mismo tiempo, facilitar el proceso de granulación, generando productos duros y altamente ácidos, dificultando, en gran medida, estas condiciones de extrema acidez la incorporación a los fertilizantes obtenidos por medio de estos procesos de sustancias orgánicas que se degradan fácilmente y de microorganismos solubilizantes de fósforo.

Además, los métodos basados en microorganismos solubilizantes de fósforo tienen poca eficacia, proporcionando niveles de fósforo asimilable poco ajustados a las necesidades de las plantas.

Por último, el uso directo de roca fosfórica en el suelo no es muy eficaz, dado que el producto de fósforo contenido en la misma es difícilmente utilizable por las plantas.

La presente invención soluciona los inconvenientes mencionados anteriormente de los métodos conocidos del estado de la técnica actual, proporcionando un método para la obtención de un fertilizante de fosfato granulado, como fuente de fósforo, para su uso directo en la agricultura, a partir de materias primas naturales, tales como una roca fosfórica, una fuente natural de carbono, un inductor metabólico de microorganismos solubilizantes de fósforo y agua, opcionalmente, junto con otros microorganismos solubilizantes de fósforo adicionales.

Por tanto, en un primer aspecto, la invención se refiere a un método para la obtención de un fertilizante de fosfato granulado a partir de materias primas naturales, tales como la roca fosfórica, una fuente natural de carbono, tal como la leonardita, el carbón negro, la antracita, el lignito o similares, un inductor metabólico de microorganismos solubilizantes de fósforo y agua, opcionalmente, junto con otros microorganismos solubilizantes de fósforo adicionales.

El método de la invención permite que se incorporen microorganismos solubilizantes de fósforo, así como materia orgánica para alojarlos e inductores que favorezcan la solubilización del fósforo por parte de los microorganismos ya presentes en el suelo. De esta manera, la acción química de los ácidos fuertes es sustituida por la acción biológica de los microorganismos en cuanto al efecto deseado del fósforo soluble. La propia retirada del ácido fuerte del método permite la incorporación de inductores metabólicos para los microorganismos solubilizantes de fósforo presentes en el suelo, debido al pH del producto obtenido por medio de dicho método.

En un segundo aspecto, la invención se refiere a un fertilizante biológico obtenido por medio del método mencionado anteriormente, un fertilizante que contiene una alta proporción de fósforo disponible y adecuado para su uso como enmienda orgánica en suelos agrícolas y forestales y/o para mezclarse con otras materias con el fin de obtener un fertilizante organomineral.

De acuerdo con el primer aspecto, la invención proporciona un método para la obtención de un fertilizante de fosfato granulado que incluye las etapas de:

i) granular roca fosfórica triturada en un granulador con un tamaño de partícula entre 100 y 500 pm y una humedad entre el 1 y 2 %, una fuente de carbono natural en estado triturado con un tamaño de partícula entre 0,1 y 1 mm y una humedad del 25 al 35 %, un inductor metabólico de microorganismos solubilizantes de fósforo y agua; ii) secar el granulado obtenido en la etapa i) por medio de una corriente de aire caliente calentada progresivamente de 50 °C a 290 °C, evitando la rápida evaporación del agua, con una temperatura de salida de gránulos de 50 °C; iii) enfriar el granulado seco por medio de una corriente de aire seco a temperatura ambiente, de 20 °C a 25 °C; iv) tamizar los gránulos enfriados retirando la materia prima no granulada y los gránulos deteriorados para obtener gránulos con un tamaño de partícula (diámetro promedio) entre 1,5 mm y 3,5 mm;

v) secar el granulado mediante calentamiento directo a una temperatura de 300 °C reduciendo la humedad del granulado a un máximo del 2 %, con una temperatura de salida de gránulos de 40 °C;

vi) enfriar el granulado por medio de una corriente de aire seco a temperatura ambiente, de 20 °C a 25 °C; vii) opcionalmente, añadir 105 ufc/g de microorganismos solubilizantes de fósforo adicionales del género Bacillus o Pseudomonas;

viii) tamizar el granulado para obtener gránulos con un tamaño de partícula promedio entre 2 mm y 4 mm.

Preferentemente, en la etapa i) del método de la invención, los materiales de partida se introducen en el granulador en una proporción del 50-80 % en peso de roca fosfórica, el 20-40 % en peso de una fuente de carbono natural, un inductor metabólico de microorganismos solubilizantes de fósforo en una proporción entre el 3 % y el 7 % y agua en una proporción en peso de al menos el 10 %.

En la etapa i) del método descrito, el inductor metabólico se proporciona para favorecer el crecimiento de microorganismos solubilizantes de fósforo, tanto de los presentes en el suelo como de los previstos, opcionalmente, en la etapa vii) del método y, de este modo, mejorar la solubilización del fósforo mediante estos en el gránulo. Para este fin, se pueden seleccionar inductores metabólicos de inductores metabólicos conocidos, tales como aminoácidos, monosacáridos, disacáridos y ácidos orgánicos naturales, por ejemplo, ácido cítrico, ácido glucónico o ácido láctico. Preferentemente, los inductores metabólicos se aplican en forma líquida al granulado y en una proporción de entre el 5 % y el 7 %, que es suficiente para la bioestimulación de los microorganismos, pero insuficiente para la solubilización directa del fósforo.

Se debe señalar que la primera etapa ii) de secado del granulado se lleva a cabo por medio de una corriente de aire caliente calentada progresivamente de 50 °C a 290 °C. Este calentamiento progresivo, sin usar quemadores de filones y frente de llama, permite una disipación gradual de la humedad que evita la rápida vaporización del agua, lo que puede provocar roturas o la aparición de grietas en los gránulos. Igualmente, en la etapa iii) de enfriamiento, el paso de una corriente de aire seco a temperatura ambiente permite un enfriamiento progresivo del gránulo y facilita un primer curado del mismo, dándole ya una determinada dureza y evitando la aglomeración o el craqueo del mismo.

En una realización preferida de la invención, la roca fosfórica se selecciona de la roca fosfórica con las siguientes características:

Las rocas fosfóricas de estas características proceden, por ejemplo, de Marruecos y el Sáhara Occidental.

En otra realización preferida de la invención, la fuente de carbono natural se selecciona de leonardita, con las siguientes características:

La leonardita de estas características procede, por ejemplo, de la provincia de Teruel, aunque se pueden usar de cualquier otro origen.

La invención también se refiere al fertilizante biológico obtenido por medio del método mencionado anteriormente, un fertilizante que contiene una alta proporción de fósforo disponible y adecuado para su uso como enmienda orgánica en suelos agrícolas y forestales y/o para mezclarse con otras materias con el fin de obtener un fertilizante organomineral.

Los gránulos de fertilizante de fosfato obtenidos contienen el 25 % de P2O5 total con ácidos húmicos y tienen una alta dureza, que es muy superior a la obtenida en procesos de granulación libre de ácido directa, entre 6 y 15 veces mayor, y cercana a la obtenida con procesos de granulación ácida conocidos.

En este sentido, en el contexto de la presente invención, la dureza es la resistencia a la rotura, abrasión e impacto. Por tanto, la alta dureza evita que los gránulos de fertilizante se rompan durante los procesos de manipulación, almacenamiento y distribución y la resistencia de los mismos a la abrasión evita la formación de polvo. Esta variable de dureza de un gránulo es de vital importancia en los productos granulados, dado que estos se transfieren en diferentes etapas hasta que se dosifican, etapas durante las que el gránulo se puede deteriorar debido a la baja dureza. A fin de comprobar la dureza de los gránulos, se llevó a cabo un ensayo para medir la misma con un granulado obtenido por medio de un método de granulación libre de ácido convencional, un proceso de granulación convencional en presencia de ácido y el proceso descrito en el presente documento.

El proceso de comprobación de dureza se llevó a cabo con un dispositivo de ensayo de dureza en donde se dispone el gránulo y se ejerce una fuerza sobre el mismo, indicando cuál es la fuerza de rotura hasta la destrucción del gránulo. En este ensayo, se tomaron varias muestras de gránulos al azar, estas se comprimieron y se midió la dureza de rotura. L r l m r n n l i i n l n n m r n l v l r r m i l m r :

La invención también prevé el uso del fertilizante de fosfato granulado obtenido de acuerdo con el método de la invención como enmienda orgánica en suelos agrícolas y forestales y/o para mezclarse con otras materias con el fin de obtener un producto fertilizante complejo o un fertilizante organomineral.

En un ejemplo de uso, la dosificación de campo del fertilizante de fosfato granulado depende del tipo de cultivo, por ejemplo, en el caso de uno de cereal, entre 150 kg/ha y 300 kg/ha y, en el caso de uno de maíz, entre 500 kg/ha y 700 kg/ha.

Claims (8)

REIVINDICACIONES

1. Un método para la obtención de un fertilizante de fosfato granulado que consiste en las etapas de:

i) granular roca fosfórica triturada en un granulador con un tamaño de partícula entre 100 y 500 |jm y una humedad entre el 1 y 2 %, una fuente de carbono natural en estado triturado con un tamaño de partícula entre 0,1 y 1 mm y una humedad del 25 al 35 %, un inductor metabólico de microorganismos solubilizantes de fósforo y agua; ii) secar el granulado obtenido en la etapa i) por medio de una corriente de aire caliente calentada progresivamente de 50 °C a 290 °C, evitando la rápida evaporación del agua, con una temperatura de salida de gránulos de 50 °C; iii) enfriar el granulado seco por medio de una corriente de aire seco a temperatura ambiente, de 20 °C a 25 °C; iv) tamizar los gránulos enfriados retirando la materia prima no granulada y los gránulos deteriorados para obtener gránulos con un tamaño de partícula (diámetro promedio) entre 1,5 mm y 3,5 mm;

v) secar el granulado mediante calentamiento directo a una temperatura de 300 °C reduciendo la humedad del granulado a un máximo del 2 %, con una temperatura de salida de gránulos de 40 °C;

vi) enfriar el granulado por medio de una corriente de aire seco a temperatura ambiente, de 20 °C a 25 °C; vii) opcionalmente, añadir 105 ufc/g de microorganismos solubilizantes de fósforo adicionales del género Bacillus o Pseudomonas;

viii) tamizar el granulado para obtener gránulos con un tamaño de partícula promedio entre 2 mm y 4 mm.

2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde, en la etapa i), los materiales de partida se introducen en el granulador en una proporción del 50-80 % en peso de roca fosfórica, el 20-40 % en peso de una fuente de carbono natural, el 3 %-7 % de inductor metabólico de microorganismos solubilizantes de fósforo en forma líquida y agua en una proporción en peso de al menos el 10 %.

3. El método de acuerdo con la reivindicación 2, en donde el inductor metabólico se usa en una proporción entre el 5 % y el 7 %.

4. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la roca fosfórica se selecciona de la roca fosfórica con las siguientes características

5. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la fuente de carbono natural se selecciona de leonardita, carbón negro, antracita o lignito.

6. El método de acuerdo con la reivindicación 5, en donde la fuente de carbono natural es leonardita con las siguientes características:

7. Un fertilizante de fosfato granulado obtenido de acuerdo con el método de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 6, que contiene el 25 % de P2O5 total con ácidos húmicos.

8. Un uso del fertilizante de acuerdo con la reivindicación 7, como enmienda orgánica, para su uso directo en suelos agrícolas y forestales y/o para mezclarse con otras materias con el fin de obtener un producto fertilizante complejo o un fertilizante organomineral.