Ácido fosfórico e fertilizantes fosfatados

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Ácido Fosfórico e Fertilizantes Fosfatados

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  • cido fosfrico e fertilizantes fosfatados

    UC: Processos Qumicos Industriais

    Professores: Viktor Oswaldo Cardenas Concha

    Alunos:

    Gabriela Destro

    Ivy Velasques Kern de Queirs

    Paula Sayuri Kaneco Murakami

    Diadema - SP

    Outubro 20

  • UNIVERSIDADE FEDERAL DE SO PAULO

    DEPARTAMENTO DE CINCIAS EXATAS E DA TERRA

    CAMPUS DIADEMA

    2

    Sumrio cido fosfrico .............................................................................................................................. 3

    O fsforo e sua matria-prima .................................................................................................. 4

    Beneficiamento da rocha fosftica ........................................................................................... 5

    Reservas e produo de cido fosfrico ................................................................................... 8

    Aplicaes................................................................................................................................ 14

    Grau de pureza e concentrao do cido fosfrico ............................................................ 15

    Processos de produo de cido fosfrico .............................................................................. 16

    Processo por via mida ....................................................................................................... 16

    Processo por reduo do forno eltrico .............................................................................. 20

    Fertilizantes fosfatados[2] ............................................................................................................ 24

    Tipos de Fertilizantes fosfatados ............................................................................................. 25

    Processo de produo de fertilizantes fosfatados .................................................................. 28

    Processo de produo do fertilizante Superfosfato triplo (TSP) ......................................... 29

    Processo de produo do fertilizante Fosfato diamnio (DAP) .......................................... 31

    Fertilizantes no Brasil[2] ............................................................................................................... 35

    Historia do uso dos fertilizantes no brasil ............................................................................... 35

    Mercado Brasileiro .................................................................................................................. 36

    Referencias Bibliogrficas ........................................................................................................... 38

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    3

    Figura 1: Rocha fosftica .............................................................................................................. 5

    Figura 2: Esquema simplificado da concentrao de P2O4............................................................ 6

    Figura 3: Esquema do processo de flotao .................................................................................. 7

    Figura 4: Esquema simplificado dos reagentes utilizados no processo de flotao ...................... 8

    Figura 5: Reservas mundiais de rocha fosftica ............................................................................ 9

    Figura 6: Localizao das minas ativas no Brasil ....................................................................... 10

    Figura 7: Distribuio do consumo de rocha fosftica ................................................................ 11

    Figura 8: Oferta domstica (vermelho) e dependncia externa (azul) de produtos para

    fertilizantes (mil toneladas) ......................................................................................................... 12

    Figura 9: Diagrama de blocos de uma reao por via mida [6] .................................................. 18

    Figura 10: Fluxograma do processo de obteno do cido fosfrico (via mida) [6]] .................. 18

    Figura 11: Filtro Bird Prayon: a bandeja basculante ................................................................... 19

    Figura 12: Diagrama de blocos do processo de reduo no forno eltrico ................................. 22

    Figura 13: Fluxograma do processo da pruduo de cido fosfrico .......................................... 22

    Figura 14: Rota de produo dos principais fertilizantes fosfatados produzidos no Brasil [3]..... 28

    Figura 15: Diagrama de blocos para a produo de superfosfato triplo ...................................... 29

    Figura 16: Fluxograma ilustrando o processo de superfosfato triplo [6] ...................................... 30

    Figura 17: Diagrama de blocos simplificado da produo de fosfato de diamnio .................... 32

    Figura 18: Fluxograma da fabricao de fosfato de diamnio [6] ................................................ 33

    Figura 19: Taxas de consumo, produo e importao de fesrtilizantes no Brasil no decorrer dos

    anos ............................................................................................................................................. 36

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    cido fosfrico O cido fosfrico possui frmula qumica H2PO4, liquido, incolor e solvel

    em gua e etanol. Nas sees seguintes iremos abordar qual a matria-prima para

    obteno do fsforo, situao das reservas dessas fontes em aspecto global e

    nacional, bem como os processos de beneficiamento de matria-prima e produo de

    cido fosfrico.

    O fsforo e sua matria-prima O fsforo (P) o elemento responsvel por auxiliar as reaes qumicas que

    ocorrem nas plantas, atuando como sinalizador celular, interferindo no processo de

    fotossntese, respirao, armazenamento e transferncia de energia, diviso celular,

    e crescimento das clulas[1]

    . O fosfato, juntamente com o enxofre e o potssio,

    compe o grupo designado por agrominerais, sendo todos eles, minerais

    insuficientes no Brasil, dependendo de importaes. So matrias primas que esto

    no elo base na cadeia de produo dos fertilizantes qumicos NPK, fundamentais na

    agricultura[4]

    .

    O fosforo obtido pela explorao da rocha fosftica, ilustrada na figura 1.

    Existem dois tipos de rocha fosftica, as de origem gnea (formadas a partir do

    resfriamento do magma) e as sedimentares, no segundo tipo de rocha a ocorrncia

    de fsforo maior. No Brasil, ao contrrio da maioria dos pases produtores, a

    origem da rocha fosftica gnea[2]

    . Cerca de 85% da produo mundial de fosforo

    vem de rochas sedimentares, no Brasil, mais de 95% vem de rochas gneas[3]

    .

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    Figura 1: Rocha fosftica

    http://www.revistafatorbrasil.com.br/imagens/fotos/mina_fosfatica

    Beneficiamento da rocha fosftica O mineral principal encontrado nas rochas fosfticas a apatita -

    Ca5(PO4)3(OH,F,Cl) -, cujo teor de fosforo expresso na forma de pentxido de

    fsforo - P2O5 -. No Brasil, por conta da origem da rocha ser gnea, o teor de P2O5

    gira em cerca de 5% - 15%, o que baixo quando comparado com o teor das jazidas

    internacionais, cerca de 36%. Por conta disso, o minrio nacional, precisa passar por

    um processo chamado flotao, que elimina impurezas e aumenta o teor de apatita

    para cerca de 70% - 80%, no concentrado fosftico resultante. De forma geral, a

    eficincia global do processo, desde a minerao, passando pela concentrao at

    chegar na obteno do cido fosfrico ou dos fertilizantes no ultrapassa os 30%[2]

    ,

    um esquema simplificado da concentrao de pentxido de .fsforo pode ser visto

    na figura 2.

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    Figura 2: Esquema simplificado da concentrao de P2O4

    Vrias tcnicas de beneficiamento podem ser empregadas para a rocha

    fosftica, dependendo do tipo de minerais encontrados na ganga. A escolha dessas

    tcnicas, de acordo com[5]

    , depende no s da composio da ganga como tambm

    do tipo minrio:

    Reduo de tamanho e peneiramento: tcnica baseada nas diferenas de

    friabilidade dos minerais fosfatados e a ganga associada (carbonatos, quartzo e

    outros silicatos);

    Atrio (escrubagem) e classificao: essa tcnica utilizada quando os

    principais minerais da ganga so argilas, que so caracterizadas pelo seu tamanho

    fino gros soltos;

    Separao magntica: utilizada quando a ganga e constituda de minerais

    com alta susceptibilidade magntica.

    A flotao, processo pelo qual o teor de pentxido de fosforo aumentado,

    esquematizado nas figura 7 e 8, utilizada em mais de 60% do mercado mundial de

    fosfato. Para esse processo, o minrio passa primeiro pela britagem e moagem para

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    liberao adequada do mesmo. Em seguida, a etapa de deslamagem para remoo de

    finos, que alm de aumentar o consumo de reagentes, diminui a seletividade e a

    recuperao da apatita. Ainda pode-se usar a separao magntica para remoo de

    minerais magnticos[5]

    .

    Figura 3: Esquema do processo de flotao

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    Figura 4: Esquema simplificado dos reagentes utilizados no processo de flotao

    Reservas e produo de cido fosfrico As maiores reservas mundiais esto em pases como Marrocos, China, Estados

    Unidos, frica do Sul e Jordnia[2]

    , esses dados podem ser verificados na figura 3. Em

    2009, existiam cerca de sessenta pases produtores, liderados por China, EUA, ndia e

    Rssia, respectivamente. O Brasil ocupava a quinta posio, sendo responsvel por cerca de

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    5% da produo mundial de fosfatados, que foi de 37 milhes de toneladas de nutrientes,

    14% superior ao que foi produzido no ano 2000. China, ndia, EUA e Brasil so os maiores

    consumidores, representando 68% do consumo total[1]

    .

    Fonte: [4]

    O Brasil tem as maiores jazidas nos Estados de Minas Gerais (73,8%), Gois

    (8,3%) e So Paulo (7,3%), junto s regies prximas das cidades de Catalo (GO),

    Tapira (MG), Arax (MG) e Jacupiranga (SP)[2]

    , as minas ativas do pas podem ser

    visualizadas da figura 4. A Vale Fertilizantes a grande produtora de rocha fosftica

    no pas, e com menor participao temos a Galvani e a Copebrs[1]

    , os dados de

    Figura 5: Reservas mundiais de rocha fosftica

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    produo de rocha fosftica podem s. Novas minas e projetos esto estudo nas

    regies Nordeste e Sul, porm, no previsvel a descentralizao da oferta, j que

    essas jazidas no so de grande envergadura. O parque produtivo nacional

    composto por 11 minas e 9 usinas, com capacidade de produo grande e mdio[4]

    .

    O principal uso da rocha fosftica no Brasil na indstria de fertilizantes,

    mas tambm apresenta outras aplicaes, figura 5. Do montante consumido para na

    indstria de fertilizantes, estima-se que 65% seja destinado produo de cido

    fosfrico e o restante (35%) so consumidos diretamente na produo de

    fertilizantes simples fosfatados (SSP e TSP). O restante, que no utilizado na

    Figura 6: Localizao das minas ativas no Brasil

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    indstria de fertilizantes, tem uma ampla gama de aplicaes, podem ser usados

    como suplementos minerais para rao animal, aditivos para sabes e detergentes

    (STPP tripolifosfato), fsforos, retardantes de fogo, inseticidas, indstria

    alimentcia, higiene pessoal e tambm na indstria metalrgica na laminao e

    polimento de metais[4]

    .

    Figura 7: Distribuio do consumo de rocha fosftica

    Em termos do consumo energtico e impactos ambientais, o minrio bruto

    requer, por razes econmicas, que as plantas de beneficiamento localizem-se

    prximas das jazidas, ou seja, locais onde raramente h disponibilidade de energia.

    Como j citato anteriormente, o processo consiste em beneficiar, minrio com cerca

    de 10% de teor de P2O5 e reconvert-lo em concentrado fosftico com cerca de 35%.

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    Somente aps essa etapa ele ser transportado para o complexo qumico. Portanto,

    necessrio que os custos de transporte sejam reduzidos e que sejam instaladas linhas

    de transmisso de energia eltrica, o que est associado numerosos impactos

    ambientais[4]

    .

    A produo nacional de cido fosfrico foi de 2.128 mil toneladas (1.083 mil

    toneladas em P2O4) em 2008. Mesmo com um aumento da produo em 2009 a

    produo brasileira de fertilizantes ainda insuficiente para atender a demanda

    interna, conforme figura 6. Um dos motivos para isso que os depsitos brasileiros

    no apresentam a mesma qualidade dos internacionais, por conta da origem

    geolgica das rochas de onde o minrio extrado[5].

    Figura 8: Oferta domstica (vermelho) e dependncia externa (azul) de produtos

    para fertilizantes (mil toneladas)

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    No processo de fabricao do cido fosfrico importante ressaltar a

    gerao do subproduto gesso sulfato de clcio como consequncia da

    solubilizao da rocha fosftica com cido sulfrico. A disposio desse gesso, em

    grandes quantidades e com pouca aplicao, requer a formao de pilhas, para as

    quais um estudo e um trabalho cuidadoso deve ser feito a fim de no atingirem os

    lenis freticos. O gesso, aps tratamento, pode servir como corretor de acidez do

    solo, ao remover alumnio, como fonte de enxofre para as plantas e tambm na

    construo civil. Nas indstrias fabricantes de cido fosfrico, o gesso mantido em

    reas especificas na forma de altas pirmides triangulares brancas. O solo recebe

    projeto especial nas fundaes, reforo e revestimentos com mantas

    impermeveis[4]

    .

    Tambm importante atentar para o controle dos efluentes lquidos e gasoso,

    nos quais esto inclusos, efluentes alcalinos lquidos, amoniacais e cidos

    (principalmente fosfrico) e as emisses gasosas dos xidos de enxofre e nitrognio

    das fabricas de cido sulfrico e ntrico. De modo geral, para as empresas de

    fertilizantes brasileiras, as questes ambientais so prioritrias e vm merecendo

    acompanhamento constante do desenvolvimento da legislao[4]

    .

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    Aplicaes Segue abaixo uma lista com diversas aplicaes do cido fosfrico:

    Indstria Alimentcia

    Acidulante de refrigerantes e cervejas;

    Branqueamento de acar, flotao de xarope e refino;

    Fixador de corantes de salsichas;

    Extrao de gelatinas dos colgenos animais;

    Degomagem e estabilizantes de leos vegetais;

    Clarificao de sucos ctricos;

    Fabricao de fosfatos alimentcios e tcnicos;

    Produo de fermentos biolgicos (fonte de fsforo);

    Molhos para saladas.

    Indstria Farmacutica

    Extrao de insulina orgnica;

    Massas de sabonetes;

    Fabricao de glicerofosfatos;

    Fonte de fsforo em tnicos fortificantes;

    Agente tamponante em solues de enxgue bucal e operaes microbiolgicas.

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    Indstria (geral)

    Biodiesel;

    Detergentes;

    Tratamento de superfcies metlicas;

    Tratamento biolgico de efluentes;

    Resinas plsticas;

    Txtil;

    Produo e regenerao de carvo ativo.

    Grau de pureza e concentrao do cido fosfrico

    As aplicaes do cido fosfrico dependem de seu grau de pureza e de sua

    concentrao. Dentre eles, podem-se citar diferentes classificaes:

    cido fosfrico industrial ou cido fosfrico tcnico: trata-se da

    designao geral utilizada para o cido fosfrico usado na produo de fosfato de

    sdio e fosfatos de uso no alimentcio.2 Sua concentrao (H3PO4) e teor de P2O5

    podem variar, dependendo tambm do fabricante. Por exemplo, segundo a Ficha de

    Informaes de Segurana de Produtos Qumicos (FISPQ) da Fosbrasil, a

    concentrao de P2O5 para o cido fosfrico industrial de 25% - 62%, enquanto

    que para a classificao tcnica, a concentrao de 75% - 85% (H3PO4).8

    cido fosfrico de grau alimentar (Feed grade acid): possui baixo teor

    de F e As para utilizao na alimentao de gado e avicultura.2

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    cido fosfrico para alimentao (Food grade acid): cido de alto grau

    de pureza, contendo apenas traos de F, As e metais pesados, para utilizao na

    indstria alimetcia e farmacutica.2 A concentrao de H3PO4 varia de 75% - 85%.

    8

    cido polifosfrico ou superfosfrico: usado em aplicaes que exijam alto

    grau de pureza e elevado teor de fsforo. Obtido por desidratao molecular,

    resultando em cadeias de molculas de polimorfos.

    cido fosfrico purificado via mida: purificado por extrao de

    solventes, possui aplicaes semelhantes anterior.

    Processos de produo de cido fosfrico H diversos meios para se produzir cido fosfrico, porm os principais

    mtodos e mais viveis so os processos por via mida e o processo por reduo em

    forno eltrico, que sero descritos nos itens a seguir.

    Processo por via mida

    Entre os processos para a produo do cido fosfrico, o mais utilizado por

    via mida. A reao principal desse processo pode ser vista a seguir[6]

    .

    Ca3(PO4)2(s) + 3H2SO4(l) +6H2O(l) 2H3PO4(l) + 3CaSO4.2H2O(s)

    A rocha fosftica reage com o cido sulfrico e gua, formando o cido

    fosfrico e o gesso, que um dos problemas enfrentados no processo.

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    Nas indstrias fabricantes de cido fosfrico o gesso mantido em reas

    especficas sob mantas impermeveis para evitar que o composto alcance os lenis

    freticos e mantm o gesso empilhado em formas de pirmides triangulares,

    tomando cuidado com os possveis impactos ambientais[7]

    .

    Parte do gesso reaproveitada por outras indstrias em outros processos e

    para outras utilidades, como para construo civil, como fonte de enxofre para as

    plantas e como corretor de acidez do solo[4].

    Outro problema desse mtodo o grau de pureza do cido fosfrico obtido

    diretamente, sendo necessria a purificao desse produto. Dentre os mtodos

    utilizados podem-se citar extrao slido-lquido, cristalizao, ou ento, o mtodo

    mais utilizado industrialmente, a extrao lquido-lquido, que um mtodo

    econmico e permite a obteno de diferentes especificaes de qualidade[8]

    .

    Para melhor visualizao e compreenso do processo de fabricao do cido

    fosfrico apresenta-se o diagrama de blocos simplificado e o fluxograma do

    processo, respectivamente.

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    Figura 9: Diagrama de blocos de uma reao por via mida [6]

    Figura 10: Fluxograma do processo de obteno do cido fosfrico (via mida) [6]

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    Nesse processo, a rocha fosftica passa pelo processo de moagem (Moega de

    rocha fosftica), a fim de aumentar o rendimento da reao com o cido sulfrico

    com o aumento da rea de contato da rocha com o cido. No tanque de misturao, a

    rocha recebe uma parte da lama resultante de misturas anteriores vinda de um

    resfriador e encaminha-se para o digestor, onde h a adio do cido sulfrico

    misturado com parte do cido fosfrico obtido nos filtros rotatrios. A reao

    acontece no digestor e os gases gerados contendo componente de flor so

    eliminados para a atmosfera. Em seguida, parte dessa lama resultante reciclada

    pelo resfriador de lama e outra parte enviada para a filtrao. Nesse fluxograma, o

    mtodo utilizado a filtrao a bandejas basculantes, rotatria, Bird-Prayon , como

    pode ser observado na Figura 11:.[6]

    Figura 11: Filtro Bird Prayon: a bandeja basculante

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    No filtro, a carga de lama passa por trs estgios de lavagem em

    contracorrente, sucessivamente para separar o gesso do cido fosfrico. O filtrado

    lavado para a remoo dos componentes de flor e por fim, obtm-se o cido[6]

    .

    No processo por via mida, o equipamento deve possuir um revestimento

    contra o cido sulfrico, podendo ser chumbo, ao inoxidvel ou materiais

    cermicos. Outro fator importante garantir que o tempo de residncia nos

    misturadores seja suficiente para a reao se completar. E um fator para promover a

    conservao do equipamento garantir que a temperatura no local onde a reao

    ocorre seja baixa., isso para que no haja a formao de anidrita (CaSO4) ao invs

    do gesso (CaSO4.2H2O). Se houver a formao da anidrita, h o risco disso causar o

    entupimento da tubulao, comprometendo o processo[6]

    .

    Vale lembrar que a qualidade do cido fosfrico obtido importante, pois

    dependendo do seu uso, necessrio saber o teor de impurezas presentes, como por

    exemplo, o cido utilizado para o consumo alimentcio, que deve possuir baixo teor

    de impurezas[9]

    .

    Processo por reduo do forno eltrico

    Para a obteno do cido fosfrico mais concentrado, uma alternativa a

    utilizao do processo do forno eltrico, que consiste na reduo do fsforo para se

    obter o fsforo na forma elementar. As matrias primas utilizadas para esse processo

    so o coque (C) e a areia (SiO2), alm da rocha fosftica. Esta reao pode ser

    representada pela equao[6]

    .:

    2Ca3(PO4)2 + 6SiO2 + 10C 6CaSiO3 + P4 + 10CO

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    21

    Esse fsforo ento oxidado para formao do pentxido de fsforo, que

    um forte dessecante. Quando ele entra em contato com a gua, h uma reao que

    forma o cido fosfrico. A reao de oxidao e a reao com gua podem ser vistas

    nas equaes abaixo.

    4P + 5O2 2P2O5

    P2O5 + 3H2O 2H3PO4

    O silicato de clcio, produto gerado na primeira equao, geralmente

    utilizado em processos industriais para confeco de isolantes trmicos. Na

    agricultura utilizado na correo do solo e na fertirrigao, como fonte de clcio e

    silicato. O silicato nas plantas responsvel por aumentar a resistncia da parede

    celular, o que aumenta a resistncia do vegetal contra ataque de patgenos como

    fungos e insetos. No cultivo do tomate, por exemplo, fundamental a adio de

    silicato no solo para aumentar a resistncia estrutural da planta e garantir uma boa

    produo.

    A fim de se demonstrar o processo de produo de cido fosfrico por

    reduo no forno eltrico mais claramente apresenta-se o diagrama de blocos

    simplificado e o fluxograma do processo a seguir.

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    Figura 12: Diagrama de blocos do processo de reduo no forno eltrico

    Figura 13: Fluxograma do processo da pruduo de cido fosfrico

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    23

    Neste processo, a rocha fosftica tambm passa por um processo de

    moagem, para facilitar a reao de reduo e a homogeneidade da mistura com o

    coque e a areia. No forno eltrico ocorre a reduo do fsforo, parte dos subprodutos

    (escria, ferro fosforoso) retirada nesse momento e reaproveitada em outros

    processos. A outra parte levada para um precipitador, aonde os compostos de

    silcio so separados. O fsforo condensado e mandado para a oxidao, j o

    monxido de carbono pode ser utilizado como combustvel em outras partes do

    processo. Com isso, h a formao do pentxido de fsforo, que hidratado,

    obtendo-se assim, o cido fosfrico[6]

    .

    Neste processo deve-se garantir que a rocha fosftica esteja granulada, pois

    dessa forma no bloqueia a sada dos vapores de fsforo aps a precipitao da

    poeira se forem muito grande e se forem muito pequenas sua precipitao fica mais

    difcil, fazendo com que elas sejam levadas para as tubulaes. Outro fator o

    revestimento do final do forno eltrico com um refratrio, pois nesse local ocorre a

    reduo e importante garantir que apenas os reagentes principais reajam e no

    parte do ferro do forno.

    Como o cido fosfrico obtido pelo composto elementar, o seu grau de

    pureza mais elevado do que no processo por via mida. Mas esse processo possui

    uma desvantagem que o uso da energia eltrica para a reduo, elevando tambm

    seu custo de produo[6]

    .

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    Fertilizantes fosfatados[2]

    Fertilizante considerado como toda e qualquer substncia mineral ou

    orgnica, obtida de forma natural ou industrial, que fornea s plantas os nutrientes

    bsicos necessrios a seu desenvolvimento. Alm dos casos em que as colheitas

    retiram esses elementos do solo, muitas vezes estes se encontram em uma forma no

    utilizvel pelas plantas, dessa forma os fertilizantes tem como objetivo principal

    proporcionar esses nutrientes de uma maneira absorvvel para as plantas.

    Incialmente, os primeiros produtos usados como fertilizantes eram adubos

    orgnicos, como excrementos animais, cinza vegetal oriunda da queima de plantas e

    lodo de rios, lagos e pntanos. Estes ainda necessitam ser desmontados em

    compostos inorgnicos antes de utilizados pelas plantas e, portanto, tm ao mais

    lenta.

    O primeiro cientista a constatar a importncia da concentrao desses

    elementos para o desenvolvimento das plantas foi o alemo Justus Von Liebig. Ao

    todo so dezesseis os nutrientes essenciais ao desenvolvimento das plantas, que

    podem ser encontrados no ar, na gua e no solo. Estes nutrientes podem ainda ser

    divididos em duas categorias de acordo com a quantidade em que so empregados e

    necessrios: macronutrientes (utilizados em larga escala) e micronutrientes

    (utilizados em pequena escala). Os macronutrientes: nitrognio, fsforo e potssio

    (N,P,K, respectivamente) so os mais importantes, e originam a classificao usual

    dos fertilizantes de acordo com o elemento essencial contido nele: fertilizantes

    nitrogenados, fosfatados e potssicos. Neste trabalho abordaremos apenas o uso e as

    vias de fabricao dos fertilizantes fosfatados.

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    Tipos de Fertilizantes fosfatados Apesar dos inmeros fertilizantes fosfatados, os principais esto listados

    abaixo:

    Superfosfato Simples (SSP): o principal ingrediente em fertilizantes

    mistos e de fcil fabricao j que de resultante da acidulao da rocha

    fosftica. Possui especificao de 18% de P2O5, 16% de clcio e 8% de enxofre[10]

    .

    Superfosfato Triplo (TSP): possui maior concentrao de fsforo em

    relao ao SSP. Este, por sua vez, tratado com cido fosfrico. Sua especificao

    de 41% de P2O5 e 10% de Ca[10]

    .

    Fosfato Parcialmente Acidulado (FPA): so produzidos com uma menor

    quantidade de cido, ocorrendo apenas acidulao parcial. So importantes para

    aplicao em solos cidos para que ocorra uma diminuio na velocidade de

    dissoluo do adubo, prolongando o tempo de liberao de fsforo para a planta.10

    Sua garantias mnimas so: 20% de P2O5 e 16% de Ca[10]

    .

    Fosfato Diamnico (DAP): possui nitrognio em sua formulao, devido

    reao da amnia com cido fosfrico para a sua produo. usado em formulaes

    de mistura NPK para aplicao direta no solo. Deve conter, como garantia mnima,

    17% de N e 45% de P2O5[10]

    .

    Fosfato Monoamnico (MAP): produzido da mesma forma que o anterior e

    com mesmas aplicaes, apenas com uma concentrao menor de nitrognio. Sua

    especificao de 9% de N e 48% de P2O5[10]

    .

    Fosfato Natural: so fosfatos naturais obtidos pela moagem da rocha

    fosfatada, seja de origem sedimentar (moles ou reativos) ou gnea (duros).

    Possui reatividade distinta devido prpria constituio distinta das rochas. Quanto

    mais solvel for, maior ser a reatividade em solo. Por esse motivo, os fosfatos de

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    origem sedimentar so mais reativos. 11 Tem especificao de 24% de P2O5 e 20%

    de Ca[10]

    .

    Termofosfato: obtida por meio do tratamento trmico da rocha fosfatada e

    adio de compostos de magnsio e silcio. Alm disso, apresenta caractersticas

    corretivas para solos cidos. Possui aproximadamente 17% de P2O5, 16% de Ca e

    de 4% - 7% de Mg em sua composio[10]

    .

    De maneira simplificada podemos compara-los de acordo com concentrao

    de macronutrientes, bem como, pela forma em que so sintetizados, pela Tabela 1.

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    Tabela 1: descrio e especificaes dos principais fertilizantes fosfatados.

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    Processo de produo de fertilizantes fosfatados Assim como h muitos meios de se produzir cido fosfrico existem diversas

    maneiras de se produzir fertilizantes fabricados a partir deste cido, chamados

    fertilizantes fosfatados.

    O diagrama a seguir apresenta os principais fertilizantes fosfatados produzidos

    no Brasil, assim como o processo simplificado da produo dos diferentes tipos de

    fertilizantes a partir de suas matrias primas, os fertilizantes mostrados na figura so

    os superfosfatos simples e triplo, MAP (fosfato de monoamnio) e DAP (fosfato de

    diamnio), que possuem menor custo por unidade de fsforo presente nos

    compostos e so fertilizantes fosfatados totalmente acidulados[11]

    .

    Figura 14: Rota de produo dos principais fertilizantes fosfatados produzidos no

    Brasil [3]

    Neste tpico sero realizadas as anlises do processo de produo de dois

    tipos de fertilizantes, a do superfosfato triplo e do fosfato de diamnio

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    Processo de produo do fertilizante Superfosfato triplo (TSP)

    Os superfosfatos tm como matria prima a rocha fosftica. Quando atacada

    por cido sulfrico d origem ao superfosfato simples com formao de anidrita -

    CaSO4, mas caso seja atacada por cido fosfrico origina o superfosfato triplo,

    como pode ser observado na reao a seguir[12]

    .

    O diagrama de blocos simplificado e o fluxograma do processo de formao

    do TSP encontram-se a seguir para se entender seu processo de produo

    visualmente.

    Figura 15: Diagrama de blocos para a produo de superfosfato triplo

    CaF23Ca3(PO4)2 + 14H3PO4 10Ca(H2PO4)2 + 2HF

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    Figura 16: Fluxograma ilustrando o processo de superfosfato triplo [6]

    A rocha fosftica moda (75% menor que a malha 200) e o cido fosfrico

    62% so adicionados em quantidades estequiomtricas continuamente no

    granulador, onde ocorre a granulao e a reao.

    O granulador um aparelho com o formato de um vaso cilndrico, que gira

    em torno de um eixo horizontal, com descarga por transbordamento numa

    extremidade. Nele o cido fosfrico injetado uniformemente sob o leito de

    material atravs de um tubo perfurado, e caso a origem deste seja do processo via

    mida, necessrio que haja um aquecimento do cido[6]

    .

    Os grnulos extravasam do granulador e entram num resfriador rotatrio,

    onde so arrefecidos e ligeiramente secados por um fluxo de ar em contracorrente.

    Os gases que saem do resfriador passam por um ciclone para a recuperao da

    poeira, e esta reconduzida ao granulador ao modo de reciclo[6]

    .

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    O produto peneirado. O material grosseiro modo e conduzido com uma

    parte dos finos para o granulador. E, por fim, o produto conduzido ao

    armazenamento a granel onde sofre cura de 1 a 2 semanas, durante as quais a reao

    do cido com a rocha se potencializa e consequentemente aumenta a quantidade de

    fsforo assimilado pelas plantas[6]

    .

    Os gases de descarga do granulador e do resfriador so lavados com gua

    para remoo dos silicofluoretados[6]

    .

    A rocha deve ser moda antes de entrar no granulador para que a reao

    ocorra mais rpido e para se utilizar o cido fosfrico com mais eficincia reduz-se a

    quantidade do cido e obtm-se um produto com maior teor de fsforo assimilado

    pelas plantas e em melhores condies[6]

    .

    No granulador, a umidade e a tempertatura adequadas para a granulao so

    mantidas pela adio de gua e/ou vapor de gua[6]

    .

    Processo de produo do fertilizante Fosfato diamnio (DAP)

    Os fosfatos amoniados so formados a partir do cido fosfrico e amnia

    (NH3), que em concentraes calculadas origina o fosfato monoamnio ou o

    diamnio[12]

    .

    Quando so utilizados rocha fosftica ou concentrados apatticos (produto do

    processo de beneficiamento de rochas que contm impurezas) de qualidade alta no

    processo de produo de fertilizantes totalmente acidulados, so obtidos os

    fertilizantes formados com altssima concentrao dos composto de interesse

    industrial. Assim, os susperfosfatos simples e triplos iro conter basicamente fosfato

    de monoclcico monoidratado (Ca(H2PO4)2 H2O) , e os fosfatos monoamnio

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    (NH4H2PO4) e o diamnio [(NH4)2H2PO4] sero os constituintes fundamentais

    dos fertilizantes MAP e DAP, respectivamente[12]

    .

    Neste tpico trataremos do processo de produo do fosfato de diamnio

    (DAP) e para melhor compreenso usaremos o diagrama de blocos simplificado do

    processo e seu fluxograma.

    Figura 17: Diagrama de blocos simplificado da produo de fosfato de diamnio

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    Figura 18: Fluxograma da fabricao de fosfato de diamnio[6]

    A amnia em vapor, lquida, ou anidra e o cido fosfrico so medidos (1,3 a

    1,5 moles de amnia por mol de cido fosfrico) e injetados continuamente em um

    tanque atmosfrico com agitao, o pr-neutralizador. Ocorre, ento, a reao entre

    as duas substncias que por ser exotrmica, h liberao de calor e provoca o

    aumento da temperatura da massa e consequentemente a vaporizao da gua (cerca

    de 100 kg de gua por tonelada de produto)[6]

    .

    A lama formada no pr-neutralizador vai para um granulador-amoniador, a

    121C, onde distribuda uniformemente sobre um leito de material slido, e ,

    muitas vezes ocorre uma reao adicional com amnia que entra atravs de um

    distribuidor abaixo do leito para que se complete a converso qumica com razo

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    molar de 2 moles de amnia por mol de cido fosfrico, formando assim, o fosfato

    de diamnio[6]

    .

    O material formado granulado em partculas de tamanho e forma

    apropriados. Portanto o amoniador possui funo de misturador, reator qumico e de

    granulador[6]

    .

    Os grnulos midos que saem do amoniador passam por um secador

    rotatrio em corrente paralela (aquecido a leo ou a gs) e o teor de umidade do

    material reduzido a 1%. O produto seco resfriado em contracorrente de ar num

    resfriador rotatrio, e, em seguida, peneirado. Os grossos so modos e retornam

    para o amoniador. O produto, ento, levado armazenamento a granel ou

    ensacado[6]

    .

    Os gases de descarga do secador e do resfriador passam por ciclones e

    posteriormente em depuradores a midos para recuperao da poeira. Os gases de

    descarga do amoniador so lavados com cido fosfrico afluente, e em algumas

    fbricas, a corrente de cido dividida, pois uma parcela usada para lavar o vapor

    de origem na secadeira, tornando-se mnima a perda de amonaco[6]

    .

    No Pr Neutralizador A razo de 1,3 a 1,5 moles de amnia por mol de cido

    fosfrico que entra no tranque atmosfrico com agitao o ideal para a

    manuteno da fluidez da lama com uma quantidade mnima de gua e uma perda

    razovel de amnia no vapor que sai do p neutralizador[6]

    .

    No amoniador, dependendo do grau do fertilizante que se quer produzir, so

    introduzidas quantidades medidas de matria-prima slida. Os materiais finos, e

    quando necessrio, parte dos produtos so reciclados para o amoniador e controlam

    a formao dos grnulos e os respectivos tamanhos. Juntamente, com os grossos,

    eles tambm fazem o controle de umidade[6]

    .

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    Fertilizantes no Brasil[2]

    Apesar dos fertilizantes estarem por toda parte desde que as pessoas descobriram

    a agricultura, foi apenas no sculo XIX que os qumicos ou sintticos foram

    desenvolvidos, mas somente no sculo XX estes surgiram no Brasil. No item

    seguinte segue os principais acontecimentos que marcaram a evoluo do uso de

    fertilizantes no Brasil.

    Historia do uso dos fertilizantes no brasil

    -1940 surgimento das primeiras fbricas de fertilizantes :Cubato

    (SP) / Rio Grande (RS).

    - 1960 - importaes atendiam demanda interna de matrias primas

    para fertilizantes.

    - 1971 - aumento da demanda por fertilizantes; criao do 1

    Programa Nacional de Fertilizantes e Calcrio Agrcola(PNFCA),

    que vigorou entre 1974 e 1980.

    -1973 - aumento dos preos do petrleo (dficit da balana comercial

    daquele ano); Governo decide adotar poltica de desenvolvimento do

    setor de insumos bsicos.

    -1987 at 1995 - 2 Plano Nacional de Fertilizantes (os investimentos

    realizados atingiram o valor aproximado de US$ 1 bilho).

    Os dois PNFs ocasionaram a substituio de importaes, gerao de renda,

    emprego e, ao mesmo tempo, melhora da eficincia e da produtividade nos seus

    aspectos agronmicos, tecnolgicos e logsticos.

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    -Entre 1992 e 1994 - privatizao da indstria brasileira de

    fertilizantes; Criao da principal holding do segmento, aFertifos.

    -Entre 1998 e 2007 - forte aumento de demanda por fertilizantes: o

    consumo quase dobrou em termos de volume fsico, de 14 milhes

    para 27 milhes de toneladas.

    Mercado Brasileiro No decorrer dos anos a demanda por fertilizantes apresentou altas taxas de

    crescimento, porm, sua produo no acompanhou o mesmo ritmo, consequncia

    da baixa produo interna de matrias-primas, como pode ser observado na figura

    19.

    Figura 19: Taxas de consumo, produo e importao de fesrtilizantes no Brasil no

    decorrer dos anos

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    Apesar da predominncia de commodities na economia brasileira, as

    matrias-primas para a fabricao de fertilizantes no so encontradas no Brasil na

    mesma proporo em que so requeridas. Atravs de outras tabelas, pode-se

    observar que o consumo de fertilizantes ultrapassa sua produo interna, ou seja,

    necessrio importar de outros pases.

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    38

    Referencias Bibliogrficas [1] COSTA, L. M. DA; SILVA, M. F. DE O. E. A Indstria Qumica e o Setor de

    Fertilizantes. BNDES 60 anos - Perpectivas Setoriais, 2012.

    [2] DIAS, V. P.; FERNANDES, E. Fertilizantes: uma viso global sinttica. 2008.

    [3] LOBO, V. O Mercado e o Desafio da Industria de Fertilizantes no Brasil.

    2008.

    [4] (USP), Y. K. Desenvolvimento de Estudos para Elaborao do Plano

    Duodecenal (2010-2013) de Geologia, Minerao e Transformao Mineral,

    2009.

    [5] SOUZA, A. L. DE. Avaliao do Desempenho de Depressores na Flotao

    Direta do Minrio Fsforo-Uranfero de Itataia. [S.l: s.n.].

    [6] SHREVE,R. NORRIS - BRINK Jr., JOSEPH A., Indstrias de Processos

    Qumicos, 4 Edio, Editora LTC, 1997.

    [7] CONFEDERAO NACIONAL DA INDSTRIA. Novas tecnologias para

    processos industriais: eficincia energtica na indstria. Braslia, 2010.

    [8] SOUZA, A. E. Balano Mineral Brasileiro: Fosfato. Departamento Nacional

    de Produo Mineral, 2001. Disponivel em:

    . Acesso em: 23 nov. 2013.

    [9] PALL, EDUARDO. Otimizao experimental da purificao do cido

    fosfrico por extrao lquido-lquido. Universidade Federal do Paran, Curitiba,

    2005.

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    39

    [10] ESPECIFICAES dos Fertilizantes Minerais Simples. Ministrio da

    Agricultura, 4 jul. 2013. Disponivel em:

    . Acesso

    em: 22 nov. 2013.

    [11] DIAS, V. P.; EDUARDO, F. Fertilizantes: Uma viso global sinttica.

    BNDES - Banco Nacional do Desenvolvimento, Rio de Janeiro, set. 2006.

    Disponivel em:

    . Acesso em: 22 nov. 2013.

    [12] Prochnow, L. I. Fertilizantes fosfatados: algumas crenas e alguns fatos

    cientficos., disponvel em

    Acesso em: 23 nov 2013