Rev. Fac. Agron. (Maracay) 17:461-472. 1991.

Preparación de fertilizantes utilizando rocas fosfóricas nacionales como materia prima

Osmar Issa¹;Fernando Morales¹;Silvia Furnari¹

ABSTRACT

Key words: fertilizer, phosphate rock, partial acidulation, organic matter, Venezuela.

COMPENDIO

Se presentan resultados preliminares de un proyecto de mayor alcance en el que se pretende encontrar condiciones adecuadas de preparación de fertilizantes completados por adición de nitrógeno y potasio, utilizando rocas fosfóricas venezolanas como materia prima.

En este caso, muestras de la roca de Navay (estado Táchira) fueron mezcladas con ácido sulfúrico, utilizando el criterio de acidulación para la producción (parcial o total) de superfosfato simple. También se prepararon mezclas con turba para de observar su potencialidad como coadyuvante de la disolución del fósforo presente originalmente en las rocas bajo estudio. Las mezclas fueron sometidas a varios períodos de incubación.

De los resultados obtenidos durante los primeros 15 días, se desprenden las siguientes observaciones:

1. La eficiencia de acidulación de la turba fue relativamente baja.
2. La disponibilidad del fósforo, proveniente de la roca bajo estudio, aumenta y la eficacia disminuye en la medida que se incrementa el grado de acidualción con ácido sulfúrico. Se proponen, tentativamente, causas que justifiquen este comportamiento.

Palabras clave: fertilizante, rocas fosfóricas, acidulación parcial, turba, Venezuela.

INTRODUCCION

El presente trabajo se encuentra en el marco de uno de mucho mayor alcance en el que se evalúa, a nivel de laboratorio, la posibilidad de utilizar rocas fosfóricas - provenientes de minas localizadas en el estado Táchira, Venezuela - como materia prima en la preparación de fertilizantes añadidos con nitrógeno y potasio.

Aquí se presentan algunos resultados preliminares obtenidos con muestras de roca fosfórica representativas de las regiones de Navay y Monte Fresco (Elizalde, 1989). Estas muestras fueron suministradas por el Instituto de Edafología de la Facultad de Agronomía de la Universidad Central de Venezuela.

En este paso previo se pretende evaluar la acción que dos fuentes de acidez, turba (Yágodin, 1986) y H₂SO₄, tienen sobre la disponibilidad del fósforo presente en las muestras de rocas fosfóricas. En el caso de la turba se pretende establecer su potencialidad como coadyuvante de la solubilización del fósforo presente en la roca fosfática. El objetivo es escoger la mezcla con mejor comportamiento para estudiar la forma más adecuada de añadir a ella otros dos nutrimentos -nitrógeno y potasio -.

Presentamos, primero, la caracterización química y granulométrica de las dos muestras de rocas tratadas y las características de la muestra de turba utilizada, que proviene de las riberas del Orinoco en la población de Piacoa, Territorio Federal Delta Amacuro. Después de la descripción de la metodología se presentarán los resultados obtenidos por la acción de los aditivos sobre la muestra procedente de Navay.

METODOLOGIA

Los Cuadros 1 y 2 presentan los resultados obtenidos para los análisis químico y granulométrico de las muestras de rocas fosfóricas provenientes de Navay y Monte Fresco, manto II. La granulometría fue obtenida utilizando un vibro tamizador standard.

Cuadro 1. Análisis químico realizado a las muestras de rocas fosfóricas provenientes de las regiones de Navay y Monte Fresco (manto II), en el estado Táchira.

-	Porcentajes
Contenido de:	Navay	Monte Fresco (manto II)
MgO	0.14	0.50
CaO	21.6	50.60
Na2O	0.025	0.22
K2O	0.13	0.33
Al2O3	1.64	1.21
Fe2O3	0.64	1.08
P2O5	14.30*	20.70*
-	15.10**	21.40**
SiO2	57.80	15.04
En la fracción de tamaño de grano 100 mallas
P2O5	14.06*	20.05*
-	14.58**	20.70**
SiO2	59.20	15.70

*Determinado por método Murphy and Riley, 1962.
**Determinado por método COVENIN, 1977 a.

Cuadro 2. Análisis Granulométrico de las muestras de rocas fosfóricas provenientes de las regiones de Navay y Monte Fresco (manto II), en el estado Táchira.

-	Porcentajes (Tamaños de malla)
-	>35	(35-60)	(60-115)	(115-250)	<<250
Navay	10.8	17.3	30.6	32.1	9.3
MonteFresco	6.1	11.9	34.3	43.1	4.6

Después de ser molidas con un molino de bolas la fracción con tamaño de grano << 100 mallas representó el 71.9 % para Navay y el 67.7 % para Monte Fresco.

El Cuadro 3 presenta las características de la muestras de turba utilizada. Los métodos de análisis corresponden a los descritos en la bibliografía (COVENIN, 1977 a, b yc; Black 1965; Murphy and Riley, 1962; ASTM, 1974).

Cuadro 3. Algunas características de la muestra de turba utilizada, proveniente de las riberas del Orinoco en la población de Piacoa, Territorio Federal Delta Amacuro.

% de humedad:	25.7
pH (agua):	3.35
C.I.C.:	201 meq./100g.
Acidez Extraíble:	107 meq./100g.
Aluminio Cambiable:	7.92 meq./100g.
P2O5:	0.13 %

Con el análisis obtenido de las muestras se determinó el valor correspondiente a la acidulación para producir superfosfato simple (SSP) (IFDC, 1986). Tomando este valor como criterio se determinó la adición de H₂SO₄. Los valores obtenidos (expresados en kg de H₂SO₄ por 100 Kg de roca) fueron 27.6 para la muestra de Navay y 73.2 para Monte Fresco, manto II. Esta diferencia es justificable al observar los valores de contenido de CaO (Cuadro 1).

La turba fue añadida en varias proporciones respecto al peso de roca a utilizar. En el Cuadro 4 pueden observarse las características de las muestras preparadas para los ensayos.

Cuadro 4. Nomenclatura y forma de preparación de las muestras para los ensayos de solubilización de Fósforo.

Nomenclatura de las mezclas preparadas
Muestra nº	Valores de n	Valores de n'
1	0	0
2	0	1
3	0	2
4	0	3
5	0	4
6	1	0
7	1	2
8	1	3
9	2	0
10	2	1
11	2	2
12	2	3
13	3	0
14	3	1
15	3	2
16	4	0
17	5	0

n representa los niveles de adición de H₂SO₄. Los valores de este nivel son 0, 1, 2, 3, 4 y 5.
Ellos corresponden a valores de acidulación de 0, 20%, 40%, 60%, 100% y 125% respectivamente.
n' representa la relación en peso turba/roca (T/R). Tiene los valores de 0, 1, 2, 3 y 4. Ellos corresponden a valores de T/R de 0; 0.30; 0.50; 1.00 y 2.00.

Para la preparación de las mezclas señaladas, las muestras de roca Fosfática recibidas fueron molidas en un molino de bolas. Después de esta molienda se escogió la fracción de cada una de las muestras que corresponde a un tamaño de grano menor a 100 mallas (León, Fenster y Hammond, 1986). Esta fracción fue del 71.9 % para la roca de Navay y del 67.7 % para Monte Fresco. La muestra de turba, recibida de Piacoa, fue molida para su utilización.

Se usó H₂SO₄ al 70 % en peso, por tratarse de rocas de baja reactividad (IFDC, 1986). Este valor fue considerado para el humedecimiento de las muestras.

Todas las mezclas que se señalan en el Cuadro 4 fueron preparadas por triplicado. Igualmente se partió de testigos contentivos de sólo turba y roca fosfórica.

Para la adición de ácido se estimó, en primera instancia, la cantidad de agua necesaria para humedecer, de forma homogénea, las muestras sólidas.

Se añadió entonces agua desmineralizada, tomando en cuenta la cantidad de agua que sería añadida con el ácido. Para las mezclas contentivas de turba se estimó la cantidad de agua que humedecía este material de manera homogénea. Las mezclas preparadas fueron incubadas por quince días (en la actualidad se sigue la cinética de movilización de fósforo por períodos mayores de tiempo). Se controló el peso diariamente añadiendo agua cuando fuera requerido, transcurrido el período de tiempo estipulado, las mezclas fueron secadas por circulación forzada de aire para luego ser molidas de manera de disgregarlas y homogeneizarlas. En cada caso, un gramo de mezcla fue extraído separadamente con agua, ácido cítrico y citrato de amonio neutro (León, Fenster y Hammond, 1986; Chien y Hammond, 1978; COVENIN, 1977 b; UNIDO, 1980) para las correspondientes determinaciones de fósforo. Todos los análisis fueron realizados por triplicado.

RESULTADOS OBTENIDOS

El Cuadro 5 muestra los resultados obtenidos, en cuanto a la cantidad de fósforo extraído (expresado como P₂O₅) en agua y solución de citrato de amonio neutro (NAC) para la roca de Navay. También se señalan allí el grado de acidulación con H₂SO₄ y la recuperación de P₂O₅ como proporción del total contenido en la roca. El Cuadro 6 muestra la eficiencia de la acidulación (para las muestras que sólo contienen H₂SO₄.

Estos resultados parciales pueden resumirse de la siguiente manera:

1. Es relativamente pequeña la acción producida por la turba durante este período de tiempo de incubación - 15 días - sobre la solubilización del fósforo presente inicialmente en la roca. Es necesario duplicar - muestras 1 al 14 - el peso de roca con adición de turba (relación turba/roca: 2/1) para mejorar la recuperación o solubilización de P₂O₅ de 18.40 % a 27.70 %. La eficiencia de la acidulación a este nivel alcanzó apenas a un 25%.
2. La presencia de turba, combinada con H₂SO₄, provoca una disminución de la acción de solubilización de fósforo, en algunos casos (Cuadro 5.)
3. De algunas muestras se observa que aumenta progresivamente la solubilización del Fósforo presente inicialmente en la roca. Sin embargo la eficiencia disminuye con el aumento del grado de acidulación (Cuadro 6).
4. La eficiencia de la acidulación es, en apariencia, superior al 100%.
5. La adición de H₂SO₄ a un grado de acidulación del 125 % provoca una drástica disminución de la recuperación del Fósforo presente inicialmente en la roca.
6. La eficiencia de la acidulación producida por el ácido sulfúrico se ve disminuida - al menos durante 15 días de incubación - por la presencia de turba.

No podemos ser concluyentes sobre los resultados obtenidos pues estos son sólo parciales. Hemos señalado que nos estamos refiriendo a muestras que han estado en incubación por quince días. Es posible que puedan ocurrir cambios substanciales para períodos más largos de envejecimiento. Estos ensayos están actualmente en curso en nuestro laboratorio.

Cuadro 5. Roca Navay. Cambios en la disponibilidad de Fósforo para los diferentes tratamientos con turba y ácido sulfúrico a los 15 días de incubación.

-	% P2O5 (referido al peso de roca)*
MuestraNº	soluble (agua)	soluble (NAC)1	disponible2	Recuperación3 (% del total)
1	0.02	2.67	2.69	18.40
2	0.04	2.94	2.98	20.40
3	0.06	2.58	2.64	18.10
4	0.10	3.00	3.10	21.20
5	0.15	3.90	4.05	27.70
6	1.81	3.79	5.60	38.40
7	1.35	3.78	5.13	35.10
8	1.30	3.80	5.10	34.90
9	4.67	3.63	8.30	56.90
10	3.39	4.51	7.90	54.10
11	3.42	4.83	8.25	56.50
12	2.74	4.31	7.05	48.30
13	7.00	2.90	9.90	67.80
14	5.55	3.95	9.50	65.10
15	5.17	4.67	9.84	67.40
16	11.10	1.60	12.70	87.00
17	11.06	0.54	11.60	79.50
Turba	-	0.01	-	-

1.- NAC: Solución de Citrato de Amonio Neutro
2.- Disponible:= soluble en agua + soluble en NAC
3.- Recuperación = (disponible/14.58) x 100 la roca contiene 14.58 % de P₂O₅

Cuadro 6. Roca Navay. Porcentaje de eficiencia de la acidulación con ácido sulfúrico.

Muestra nº	Grado de acidulación H2SO4 (%)	Eficiencia (%)
6	20	122.2
7	20	102.4
8	20	101.2
9	40	117.8
10	40	109.4
11	40	116.7
12	40	91.5
13	60	100.9
14	60	95.3
15	60	100.1
16	100	84.0

%Eficiencia . . . . . .P₂O₅ (dispon. muestra) - (P₂O₅ dispon. muestra1)
acidulación = ----------------------------------------------------------------------------- x 100
por muestra . . . . . .(14.58 - (P₂O₅ dispon. muestra1)] x grado de acidulación

Nos referimos a continuación a algunos de los aspectos aquí observados:

EL EFECTO DE LA TURBA.- La acidez que potencialmente puede suministrar la turba parece ser muy poco eficiente para provocar cambios importantes en los valores de solubilización del fósforo presente en la roca procedente de Navay. A la relación más alta utilizada, apenas se logró una eficiencia en la acidulación del 25 %. pretendíamos que con el uso de este suelo orgánico pudiera disminuirse el consumo de ácido mineral a utilizar. Es necesario tener en cuenta que el contenido de P₂O₅ de la roca que nos ocupa es cercano al 15% y nuestro objetivo es tratar de producir un fertilizante terminado con la adición de nitrógeno y potasio. Es por ello requerido lograr la mayor solubilización posible del fósforo que originalmente se encuentra presente. Estos resultados parecen señalar que, al menos para este período de incubación, la turba no ofrece ventajas que favorezcan su uso.

EL EFECTO COMBINADO TURBA - ACIDO SULFURICO.- La turba disminuye la eficiencia de acidulación. Muy posiblemente, parte del ácido mineral añadido es consumido por alguna reacción colateral con este suelo orgánico. Este hecho es evidente al observar los valores de eficiencia de acidulación del Cuadro 6.

LA EFICIENCIA DE LA ACIDULACION

Para las muestras de roca bajo estudio no fueron analizados los contenidos de flúor y SO₃. Es muy probable que por ello, los valores de acidulación que reportamos se encuentren sobre estimados y por ello se obtienen valores de acidulación, superiores a los teóricamente esperables. Este valor es, en todo caso corregible, al completar el análisis de las muestras de rocas. Sin embargo se hace claramente evidente que la eficiencia disminuye al aumentar el grado o proporción de acidulación. Este efecto puede ser atribuido a alguna - o varias - de las siguientes causas:

1. El período de incubación de quince días no es suficiente para que ocurra reacción completa de solubilización del fósforo presente en la roca. Es decir puede tratarse de un problema cinético de la reacción.
2. La presencia de materiales inertes que puedan ocluir lo que pudiéramos llamar la fracción activa en lo que a presencia de fósforo se refiere. Es decir, inaccesibilidad de penetración del ácido para lograr completa sulubilización. Es posible que este efecto, si existe, pudiera verse disminuido por el envejecimiento de las muestras.
3. La presencia de productos de reacción que impidan, en la medida que se van formando, que se complete el proceso de conversión del fósforo a formas más solubles (disponibles).

Al momento no tenemos evidencias que nos permitan dilucidar entre las alternativas planteadas. Estimamos, sin embargo, que los resultados adicionales que obtendremos permitirán clarificar la situación.

CONCLUSIONES

De estos resultados parciales pueden derivarse las siguientes conclusiones:

1. La presencia de la turba disminuye la eficiencia de acidulación del ácido sulfúrico en las mezclas de estos materiales con las roca Navay a los 15 días de incubación.
2. La turba utilizada no parece ser recomendable como potencial coadyuvante para mejorar la disponibilidad del fósforo presente en las roca Navay. Su eficiencia de acidulación es relativamente baja.
3. La disponibilidad de fósforo, proveniente de las roca Navay aumenta en la medida que se incrementa el grado de acidulación con ácido sulfúrico hasta el 100%.
4. La eficiencia, sin embargo, disminuye al aumentar el grado de acidulación en las muestras preparadas con roca fosfática y ácido sulfúrico.
5. A pesar de la disminución de la eficiencia, parece ser necesario que, para la preparación de fertilizantes terminados con la adición de nitrógeno y potasio, se utilicen altos grados de acidulación debido a la proporción de fósforo presente en las roca bajo estudio.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

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11. UNIDO, 1980. United Nations Industrial Development Org. Fertilizer Manual. Development and transfer of technology series. Nº 13. New York. U.S.A.
12. Yágodin, B., 1986. Agroquímica. Editorial MIR, Moscú. Volúmenes I y II.