Shirley M. Fernández y Rómulo S. Noguera

Profesores. Universidad Centro Occidental Lisandro Alvarado (UCLA)

Con la finalidad de producir un nuevo fertilizante fosfatado, los fosfatos naturales de mayor uso en Venezuela; roca fosfórica (PF) de Riecito (RFR) y RF de Monte Fresco (RMF), fueron sometidas a una temperatura cercana a 900°C, durante tres períodos de tiempo diferentes (3, 5 y 7 horas). Una vez obtenidos los fosfatos térmicos se caracterizaron químicamente determinando fósforo total (PT) y fósforo soluble en citrato de amonio (PCA). En la determinación química realizada a los fosfatos térmicos obtenidos, se observó que la aplicación de altas temperaturas a la RFR, produjo un incremento significativo en el contenido de PT y de PCA en los tres períodos de tiempo evaluados con respecto a la RF en su forma natural (RFN). La RMF logró incrementos significativos solamente en el PT. Tanto el PT como el PCA fueron mayores en la medida que se incremento el tiempo de exposición a la temperatura de tratamiento. La aplicación de altas temperaturas a la RF, permite romper la estructura cristalina e incrementar la solubilidad del material, aumentando el porcentaje de P asimilable para las plantas.

Palabras Clave: Fertilizante fosfatado; termo-fosfatos.

With the purpose of producing a new phosphated fertilizer, natural phosphates of greater use in Venezuela; phosphoric rock of Riecito and phosphoric rock of Monte Fresco, were subjected to temperatures near 900 °C, during three different periods of time (3, 5 and 7 hours). After obtaining thermal phosphates they were chemically characterized through the analysis of total phosphorus (PT) and soluble phosphorus in ammonium citrate (PCA) in order to he able to select the treatment with the best chemical characteristics to be used as phosphated fertilizer. The chemical analysis performed demonstrates that applications of high temperatures to phosphoric rock of Riecito produced a significant increment in the content of PT and of PCA in the three periods of time evaluated as compared to phosphoric rock in its natural form (RFN). Monte Fresco rock only exhibited significant increments in PT. PT as well as the PCA had higher values as time of exposition to temperature treatment increased. The application of high temperatures to phosphoric rock, allows breakage of crystalline structure and an increase of solubility of material, increasing the availability percentage of phosphorus to plants.

Key Words: Phosphated fertilizer; thermo phosphates.

Recibido: abril 29, 2002.

El fósforo (P) es el elemento esencial para el desarrollo de las plantas es el elemento que se encuentra en menor proporción en los tejidos vegetales en comparación con el resto de los macroelementos esenciales: N, K, Ca, Mg y S; sin embargo, es aportado al suelo en mayor cantidad como fertilizante, debido a los serios problemas de fijación e insolubilidad que sufre en el suelo. Aunado a esto, la eliminación de los subsidios a la agricultura y el aumento de los precios de los fertilizantes condujo a los organismos involucrados en el sector productivo a cambiar las estrategias y dirigir sus acciones a la implementación de tecnologías de bajos insumos y al empleo de fuentes fosfatadas menos costosas, surgiendo como alternativa la roca fosfórica (RF).

En Venezuela existen grandes reservas de RF con un contenido de 25% de P₂O₅ y 39% de CaO. La RF está compuesta esencialmente por un mineral llamado apatita, el cual posee una gran variabilidad en sus propiedades fisicas, químicas y cristalográficas (Lehr y McClellan, 1972; Kadi et al., 1991; Casanova, 1993).

Actualmente, se promueve el uso de la RF finamente molida (micronizada), pero por su baja solubilidad no se puede extender a todos los cultivos principalmente a los de ciclo corto (Casanova, 1993). Esta situación motivó a numerosos investigadores a someter la RF a diferentes tratamientos para incrementar la solubilidad de este material de una forma económica y eficiente.

Algunos de los tratamientos a los que ha sido sometida la RF es la acidulación total o parcial, la incubación con diferentes materiales orgánicos y la compactación con otros fertilizantes (Vera et al., 1989; Kadi et al., 1991; López et al., 1991; Reyes y Gamboa, 1991; Vegas, 1999).

En Brasil la RF micronizada ha sido sometida a un tratamiento térmico que rompe la estructura rígida de la misma, obteniéndose, un fosfato más soluble que pone a la disposición de las plantas un mayor porcentaje de P en forma asimilable (Bermejo, 1980; Fertilizantes MITSUI S.A., 1984; Malavolta, 1985; Büll et al., 1997).

Considerando que la mayoría de las investigaciones no han proporcionado una solución satisfactoria al problema de la solubilidad de la RF, a excepción de la acidulación de la misma, lo cual permite solubilizar hasta la mitad del fósforo total (PT) para convertirlo en aprovechable por la planta, surge la necesidad de continuar con las investigaciones en función de encontrar nuevas y mejores alternativas.

El objetivo de este trabajo es evaluar el efecto de la temperatura y el tiempo de exposición sobre el incremento en la solubilidad del P asimilable de la roca fosfórica de Riecito (RFR) y Monte Fresco (RMF), a través del correspondiente análisis químico de los fosfatos térmicos obtenidos. Los fosfatos térmicos producidos podrían constituir una alternativa para solucionar los problemas de solubilidad de la RF.

Materiales y métodos

Para cumplir con los objetivos de este trabajo los fosfatos naturales de mayor uso en el país; RFR, estado Falcón (28,83% P₂O₅ total; 1,45% P₂O₅, soluble en citrato de amonio neutro y 38,3% CaO) y RMF, estado Táchira (22,33% P₂O₅, total; 0,43% P₂O₅ soluble en citrato de amonio neutro y 40% CaO), fueron sometidas a una temperatura de 900 °C en una mufla, durante 3 períodos de tiempo diferentes (3, 5 y 7 horas), una vez transcurrido el tiempo respectivo a cada tratamiento, las muestras fueron sometidas a shock térmico, colocándolas en un beaker con agua destilada fría, posteriormente se secaron en una estufa a 105 °C por 2 h.

El diseño experimental utilizado fue completamente aleatorizado con 4 tratarnientos y 3 repeticiones para un total de 12 unidades experimentales, para cada RF analizada.

Una vez obtenidos los fosfatos térmicos se caracterizaron químicamente a través del análisis de PT y fósforo soluble en citrato de amonio neutro (PCA), expresados como porcentaje de P₂O₅, utilizando la metodología de la AOAC (1997), modificada por Carrillo et al. (1999 y 2000).

Para el análisis de los datos se utilizó el método de la varianza y la separación de medias con la prueba de Tukey. Finalmente, se determinó el grado de asociación entre las variables evaluadas, calculando el coeficiente de correlación entre el PCA y el tiempo de exposición a la temperatura de 900 °C.

Resultados y discusión

La aplicación de una temperatura cercana a los 900 °C, durante 3 períodos de tiempo diferentes; 3, 5 y 7 h, respectivamente, a las RFR y RMF, incrementó significativamente el contenido de PT en comparación al presentado por las rocas fosfóricas en su forma natural (RFN), tal como se aprecia en el Cuadro.

Según Bermejo (1980), Fertilizantes MITSUI S.A. (1984), Malavolta (1985) y Rus et al. (1993), las temperaturas altas rompen la estructura cristalina de la RF ocasionando pérdida del flúor y otras impurezas en forma gaseosa, cuando las temperaturas y los períodos de exposición a dichas temperaturas se incrementan, en esa misma medida se incrementan las pérdidas de impurezas y por ende el porcentaje de PT.

CUADRO. Porcentaje de P₂O₅ total (PT) y P₂O₅ soluble en citrato de amonio neutro (PCA), contenidos en la roca fosfórica de Riecito y Monte Fresco, en su estado natural y calcinadas a 900 °C durante 3, 5 y 7 horas, respectivamente.

                          Roca Fosfórica de Riecito                        Roca Fosfórica de Monte Fresco

                        Horas         PTP               CA                      Horas                   PTP                        CA

                        RFN         28,83 c      1,45 b Bajo           RFN                    22,33 b          0,43 a Muy bajo

                     5         30,85 ab     3,69 a Medio           5                  26,05 a          0,84 a Muy bajo

Valores en la misma columna seguidos de la misma letra no son estadísticamente diferentes según la prueba de media de Tukey, P£50,05.
P₂0₅ soluble en citrato de amonio neutro (%): < 1, 1 muy bajo; 1, 1 - 3,4 bajo; 3,4 - 5,9 medio; >5,9 alto (Harninond y León, 1983).

El PCA es un parámetro químico de gran importancia en la evaluación de fertilizantes fosfatados, debido a que permite determinar el P aprovechable para las plantas. La RFR expuesta a 900 °C durante 5 y 7 h, mostró un incremento significativo en el PCA con respecto al período de exposición de 3 h y a la RFN (ver Cuadro).

Según la clasificación realizada por Hammond y León (1983), el PCA en la RFR natural y calcinada durante 3 h es bajo, mientras que en los fosfatos calcinados durante 5 y 7 h fue clasificado como medio (Cuadro 1). En el caso de RFR la aplicación de temperaturas cercanas a 900 °C por los tiempos más prolongados logró romper la estructura rígida de la roca, lo que les proporcionó una mayor facilidad de reacción y por ende una mayor solubilidad (Bermejo, 1980; Fertilizantes MITSUI S.A., 1984; Malavolta, 1985 y Büll et al., 1997).

En estudios realizados por Rus et al. (1993) utilizando difracción de rayos X, observaron que al aplicar altas temperaturas a la RF se producen transformaciones de fase dada la aparición de nuevas fases. Asimismo, mostraron una variación en las proporciones relativas de los componentes presentes en los materiales originales, la cual se produce por el desprendimiento en forma de gas del flúor e incluso del P cuando la temperatura supera los 1100 °C.

El coeficiente de correlación (R² = 0,855), observado entre las variables tiempo de exposición y PCA en los tratamientos fertilizados con RFR, sugiere, que en la medida que se incremento el tiempo de exposición a la temperatura de 900 °C, se produce una mayor ruptura de la estructura cristalina de la roca, mejorando las características de solubilidad del material evaluado (ver Figura).

La RMF no logró incrementos significativos en el PCA, inclusive solamente varió en la escala de clasificación de P asimilable en citrato de amonio neutro de muy bajo en la roca natural y calcinada por 3 y 5 h a bajo en la roca calcinada por 7 h (ver Cuadro). Estos resultados hacen pensar que la RMF es un material con una estructura cristalina de mayor rigidez que la estructura de la RFR y por lo tanto de menor solubilidad.

Cabe destacar, que la solubilidad de las RF es una característica directamente relacionada con el grado de sustituciones isomórficas de carbonatos por fosfatos en la estructura de las apatitas (Lehr y McCIellan, 1972; Chien, 1977).

En función de lo antes señalado y con datos tomados de Fayard y Truong (1990), se deduce que la RFR posee una mayor reactividad que la RMF, debido a que contiene un 50,1 % de sustitución isomórfica, mientras que la RMF solamente contiene 38,1 %. Estos datos apoyan consistentemente los resultados obtenidos en esta evaluación.

Por otra parte, Lehr y MeClellan (1972) señalan que la calidad de las RF, es afectada por la relación CaO/P₂O₅, a medida que esta aumenta menor es la reactividad y por consiguiente menor es la solubilidad del material fosfatado.

La RFR analizada en el laboratorio, contiene 38,30% de CaO y 28,83% de P₂O₅, para una relación CaO/ P₂O₅, de 1,3, no obstante, la RMF contiene 40% de CaO y 22,33% de P₂O₅, para una relación CaO/ P₂O₅ de 1,8 (ver Cuadro). Con lo antes señalado se corrobora el hecho de la baja reactividad de la RMF.

FIGURA. Efecto del tiempo de exposición (horas) a la temperatura de 900 °C sobre el porcentaje de fósforo soluble en el trato de amonio neutro (PCA), en las rocas fosfóricas de Riccito y de Monte Fresco.

Lehr y MeClellan (1972) señalan que las RF con relación CaO/ P₂O₅ mayor a 1,6 resultan antieconómicas para la producción de fosfatos comerciales de alta solubilidad, debido al alto consumo de energía requerida para aumentar el contenido de P₂O₅ asimilable. Por lo tanto, la RMF no debería utilizarse como materia prima para la producción de fertilizantes fosfatados solubles, mientras que la RFR pudiera utilizarse de forma rentable para la producción de fosfatos térmicos como fertilizantes fosfatados de mediana disponibilidad para las plantas.

Conclusión

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