fertilizantes boratados e seus desafios · quando abaixo de 1 ppm b deve-se adicionar em que forma...
TRANSCRIPT
2nd Boron Day
Fertilizantes boratados e seus desafios
Marcel Barbier, PhD
© Rio Tinto 2018
Extração dos boratos
© Rio Tinto 2018
Obtenção e beneficiamento dos boratos
Extração Separação Refinamento
© Rio Tinto 2018
Se tem conhecimento de mais de 250 diferentes fontes de boratos, mas somente 11 fontes são importantes economicamente
5
Mineral Fórmula % de B2O3
Kernita* Na2B4O7·4H2O 48.0
Borax (Tincal)* Na2B4O7·10H2O 35.0
Ulexita* NaCaB5O9·8H2O 32.0
Colemanita* Ca2B6O11·5H2O 38.0
Hidroboracita* CaMgB6O11·6H2O 48.0
Sassolita H3BO3 56.3
Datolita CaBSiO4(OH) 24.9
Probertita NaCaB3O9·5H2O 49.6
Szaibelyta MgBO2(OH) 41.4
Tincalconita Na5[B4O5(OH)4]3·8H2O 47.8
Priceita CaBO19·7H2O 49.8
Representam mais de 90%
do mercado mundial.
Vidro; 51%
Agricultura; 14%Cerâmica;
13%
Detergente; 3%
Outros; 19%
Fontes: *US Borax e https://www.mininggeologyhq.com/borates-in-a-nutshell/
© Rio Tinto 2018
Raiz
Xylema
Estomas
As plantas absorvem o boro da
solução do solo na forma de
ácido bórico dissociado1
Absorção do boro pelas plantas
1. Brown, P. and Hu, H. 1997. Absorption of boron by plant roots. Plant and Soil 193: 49-58.
2. Goldberg, S., 1997 Reactions of boron with soils. Plant and Soil 193: 35-48.
A dissociação dos boratos no solo é determinada por:• pH da solução
• Matéria orgânica
• Tipos de argila
• Umidade do solo
• Temperatura do solo
Estas variáveis determinam a quantidade de B que será dissociado
em ácido bórico e que estará disponível na solução do solo para a
absorção das plantas.2
© Rio Tinto 2018
Formas de boro no solo
Antonio Jordan, Universidade de Sevilla, Espanha, https://gsoil.wordpress.com/
Boro mineral
(borosilicatos)
20 – 50 ppm B
Boro adsorvido
(Matéria orgânica, Argila,
óxidos & hidróxidos de Al & Fe)
7 – 22 ppm B
Boro na solução
(H3BO3)
0.1 – 2.0 ppm B
Malavolta, 2006, citado pelo Yamada 2016
X X Quando abaixo de 1 ppm B
Deve-se adicionar
Em que forma e quanto B esta disponível para absorção das plantas?
© Rio Tinto 2018
pH do Solo e o impacto na deficiência de Boro
As regiões em vermelho sombreado têm solos
ácidos: O boro é mais móvel
pH do solo
no mundo
© Rio Tinto 2018
39
26
14 112
50
20
2725
13
7
36
1420
28
4
18
45 44
57
0%
25%
50%
75%
100%
Boro Zinco Manganês Cobre Ferro
Baixo Médio Alto Muito Alto
Boro é o micronutriente mais deficiente nos solos brasileiros
Fonte: Adaptado de Abreu et al., 2005 Fonte: (Malavolta e Kliemann 1985)
> 60% dos solos da região de Cerrado
possuem < 0,2 ppm de B
Solos de Cerrado são muito deficientes em B
© Rio Tinto 2018
Minerais que contém Boro e são utilizados pela indústria de fertilizantes
Tincal ou BoraxNa2B4O7·10H2O
Solúvel em água
(2.65 g/100 ml)
35% B2O3 11%B
KernitaNa2B4O7·4H2OSolúvel em água
(1.90 g/100 ml)
48% B2O3 15%B
UlexitaNaCaB5O9·8H2O
Parcialmente solúvel em água
(1.09 g/100 ml)
32* a 48% B2O3 10-15 %B
Borato de
Sódio
Borato
de
Sódio e Cálcio
ColemanitaCa2B6O11·5H2OInsolúvel em água
(0.47 g/100 ml)
38-42% B2O3 12 - 13%B
HidroboracitaCaMgB6O11·6H2O
Insolúvel em água
(0.08 g/100 ml)
48% B2O3 15%B
Borato
de
Cálcio
Borato
de
Cálcio e Magnésio
Solúvel em água
(2.65 g/100 ml)Solúvel em água
(1.90 g/100 ml)
Parcialmente solúvel em água
(1.09 g/100 ml)
Insolúvel em água
(0.47 g/100 ml)
Insolúvel em água
(0.08 g/100 ml)
© Rio Tinto 2018
Definindo um borato refinado
Um borato (B2O3) é boro + oxigênio.
Boratos refinados são produtos que sofreram um processo de beneficiamento
do minério, no qual são retiradas as impurezas (metais pesados e outros
elementos) presentes no material de origem.
Rocha extraída Mineral extraído
que fazia parte da rocha
Borato refinado
© Rio Tinto 2018
Beneficiamento e refinamento de borato do sódio (Borax Pentahidratado)
Minério deTincal ou
Borax
Vapor
de águaSolução de
boro dissolvido
Solução de borato
Lodo contendo impurezas
e metais pesados
Solução de borato quente
Câmara de resfriamento
Borato cristalizado não lavado
Dissolução Sedimentação Cristalização
Lavagem com água
Água para reciclagem
filtradovácuo
Cristais de boro húmidos
Secador rotativoCristais de boro secos
Granulação
Filtragem Secagem Transporte
Produtofinal
Ele
va
do
r
Compactação
Ar quente
© Rio Tinto 2018
Secador rotativo
Minério de Ulexita
Filtragem Calcinação Transporte
Lavagem com água
Temperatura muito
alta
Granulação Produtofinal
A calcinação é feita para aumentar o % de B devido à
alta variabilidade nas fontes de ulexita.
A desidratação torna a ulexita ainda menos solúvel.
filtrado
vácuo
Boro 10% (ulexita)
O processo de produção da ulexita é muito simples, onde não é feito nenhum refinamento.
Beneficiamento do borato de sódio e cálcio (ulexita)
Os desafios
14
Obstáculos a serem ultrapassados para obtenção de um
fertilizante boratado de alta performance
© Rio Tinto 2018
Xilema
Intercepção radicularMg+2 Ca+2
Fluxo de massa
Cl-2
B(OH)3
NO3-
SO4-2
MoO4-2 K+
Na+2
NH4+
Mg+
2
Ca+2Difusão
H2PO4-
Cu+2
Mn+2
Zn+2
Fe+2
K+
Fontes: (Malavolta, 1976); (Havlin et al. 2005)
Adubação de B via solo pode
ser realizada juntamente
com N, K, Mg e S de forma a
se obter melhores resultados
NutrienteMecanismos de contato íons-raiz (% total)
Intercepção radicular Fluxo de massa Difusão
N 1 99 0
B 3 97 0
S 5 95 0
Mg 13 87 0
Ca 27 72 0
K 3 25 72
P 2 4 94
O fertilizante boratado deve se dissociar na forma de H3BO3 para poder ser absorvido pelas plantas via fluxo de massa1
© Rio Tinto 2018Adaptado de Vitti, 2009 ânions cátions
Cl- B(OH)3SO4
-2MoO4
-2
Mg+
2Ca+2Na+
NH4+
K+NO3
-
2O fertilizante boratado de alta eficiência deve liberar o H3BO3 ao solo de forma gradual e não estar ligado ao Ca e Mg.
© Rio Tinto 2018
Pelo radicular
Ar no solo
Solução do solo
Colóide
As plantas absorvem o boro na forma de
Ácido Bórico B(OH)3
O
O
O
O
O
OOB B
B
BNa+
Na+
Na2B4O7·5H2O
B
O
OOH H
HNa+
OH
B
O
OOH H
H
OH H
Na+OH
A partir do borato contido em
cada grânulo de Granubor,
100% de B é liberado na
solução do solo como ácido
bórico, que é biodisponível
para a absorção de plantas
junto com a água.
B
O
OOH H
HB
O
OOH H
HB
O
OOH H
H
OH H
Na+OH
Tetraborato de sódio (Granubor) dissociação no solo2
© Rio Tinto 2018
Pelo radicular
Ar no solo
Solução do solo
Colóide
As plantas absorvem o boro na forma de
Ácido bórico B(OH)3
NaCaB5O9·8H2O
O
O
O
O
O
OO
B B
B
BNa+
Ca++
B
O
O
A partir do borato contido em
cada grânulo de Ulexita, menos
de 50% de B é liberado na
solução do solo como ácido
bórico, que é biodisponível para
a absorção de plantas junto
com a água.
Na+
OH
B
O
OOH H
HB
O
OOH H
H
OH H
A ligação do Ca2+
com o tetrahidroxi-
borato B(OH)4- é
muito forte e o boro
não estará
biodisponivel para as
plantas num periodo
muito prolongado.
O
O O
O OB
B
B
Ca++
H
HH
H
O
H
Pelo radicular
Ar no solo
Solução do solo
Colóide
As plantas absorvem o boro na forma de
Ácido bórico B(OH)3
Pentaborato de sódio e cálcio (Ulexita) dissociação no solo2
© Rio Tinto 2018
O fertilizante boratado deve possuir tamanho de partícula com valor de GSI inferior a 203
0
10
20
30
40
50
60
70
0,50 mm 1,00 mm 1,41 mm 2,00 mm 2,8 mm 3,36 mm 4,00 mm
Tetraborato de sódio (GSI = 16)
Pentaborato de sódio e cálcio (GSI = 31)
Tamanho da peneira (µm / medida standard US)
% r
etido
Fonte: US Borax – Pilot US Borax Plant - Boron, CA (média de 10 amostras de cada produto)
© Rio Tinto 2018
O fertilizante boratado deve liberar de forma gradual num tempo razoável ao longo do tempo4
y = 29,031ln(x) + 4,2101R² = 0,9076
y = 11,613ln(x) - 0,2577R² = 0,9318
y = 37,426ln(x) - 1,1326R² = 0,9344
0
20
40
60
80
100
1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40
Tetraborato de sódio Pentaborato de sódio e cálcio Ácido bórico
Logaritmo ( Ácido bórico) Logaritmo (#REF!) Logaritmo (#REF!)
Fertilizante boratadoFormula da tendência
logarítmica
Tempo calculado para
liberar o 100% de B
X = Semanas AAA MM DD
Ácido Bórico y = 37,426ln(x) – 1,1326 14,9 03 13
Borato de sódio y = 29,031ln(x) + 4,2101 27,1 06 08
Borato de sódio e cálcio y = 11,613ln(x) – 0,2577 5615,0 107 04 07
Semanas
% d
e B
lib
era
do
Fonte: Media de 3 testes em colunas em solo argiloso - US Borax – Pilot US Borax Plant - Boron, CA
© Rio Tinto 2018
Metal pesado Brasil Estados Unidos Costa Rica Equador
Arsênio (As) 4.000 112 50 41
Cádmio (Cd) 450 82 80 39
Chumbo (Pb) 10.000 463 200 300
Mercúrio (Hg) 100 6 15 17
Crômio (Cr) 5.000 N/C 500 1.200
21N/C = Nof of concern (Não informa)
mg/kg de peso do produto ppm por ponto porcentual do produto
Produto / origemB% Total
(garantido)
B% Solúvel em
H2O quente
Metais pesados
arsênio (ppm)
Granubor (Tetraborato de sódio) 15% 15% < 5
Ulexita (origem Bolívia), calcinada no Brasil 10% 4,4% 51
Ulexita (origem Argentina) 10% 3,4% 96
Ulexita (origem Chile) 10% 2,2% 4.212
5 Os fertilizantes boratados devem ter baixo teores de metais pesados para diminuir o risco de poluição do solo
https://agricultura-brasil.borax.com/
Muito obrigado !!!
+1 720 422 2856
marcelbarbier
@marcelbarbier