curso de especialização em - CEERMIN/UFMG

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE MINAS
Escola de Engenharia da Universidade Federal de Minas Gerais
MONOGRAFIA
Extração de potássio para uso como fertilizante
a partir de rochas silicatadas
Aluno: Rodolfo Rezende Silva
Orientador: Prof. Paulo Roberto de Magalhães Viana
Agosto 2013
Rodolfo Rezende Silva
Extração de potássio para uso como fertilizante
a partir de rochas silicatadas
Monografia apresentada à Universidade
Federal de Minas Gerais, como requisito
parcial para a obtenção do título de Pósgraduação em Engenharia de Recursos
Minerais
Área de concentração: Tecnologia Mineral
Professor orientador: Paulo Roberto de
Magalhães Viana
Belo Horizonte
Universidade Federal de Minas Gerais
Agosto 2013
S586e
Silva, Rodolfo Rezende.
Extração de potássio para uso como fertilizante a partir de rochas
silicatadas [manuscrito] / Rodolfo Rezende Silva. – 2013.
42 f., enc.: il.
Orientador: Paulo Roberto de Magalhães Viana.
Monografia apresentada à Universidade Federal de Minas Gerais
Como requisito parcial para a obtenção do título de Especialista em
Engenharia de Recursos Minerais.
Bibliografia: f. 39-42.
1. Engenharia de minas. 2. Minas e recursos minerais. 3. Fertilizantes
potássicos. 4. Evaporitos. I. Viana, Paulo Roberto de Magalhães. II.
Universidade Federal de Minas Gerais, Escola de Engenharia. III. Título.
CDU: 622
DEDICATÓRIA
Dedico este trabalho
aos meus pais (in memorian), minha esposa Josiane e minha filha Alice
AGRADECIMENTOS
- Ao Prof. Paulo Roberto de Magalhães Viana, meu orientador, pela sua atenção durante
a preparação do trabalho.
- Ao corpo diretor da Verde Potash PLC, pelo incentivo.
- À equipe da Engenharia / Desenvolvimento de processos da Verde Potash PLC, pelo
auxílio.
- Aos membros da Banca Examinadora, pela leitura do texto e pelas sugestões
oferecidas ao trabalho.
- Aos amigos e amigas que não foram citados e que me apoiaram no desenvolvimento
deste trabalho.
SUMÁRIO
1.INTRODUÇÃO..........................................................................................................01
2. OBJETIVO E RELEVÂNCIA.................................................................................10
3. DESENVOLVIMENTO............................................................................................12
3.1 Localização e aspectos geológicos do depósito da rocha silicatada
Verdete.................................................................................................................12
3.2 Estudos de caracterização mineralógica do verdete .....................................17
3.3 Estudos de processo já realizados com silicatos potássicos visando a
solubilização do potássio contido .......................................................................23
3.4 Estudos em desenvolvimento de extração de potássio solúvel a partir de
silicatos ...............................................................................................................29
4. CONCLUSÕES..........................................................................................................36
5. SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS...................................................38
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS....................................................................39
LISTA DE FIGURAS
Figura 1.1: Evolução da população mundial e área plantada per capita..........................01
Figura 1.2: Evolução da produção agrícola, consumo de fertilizantes e área plantada no
Brasil................................................................................................................................02
Figura 1.3: Evolução do consumo anual de cloreto de potássio no Brasil......................03
Figura 1.4: Evolução dos preços de KCl granular (entregue em porto brasileiro) no
Brasil (Verde Potash Corporate Presentation, 2013).......................................................04
Figura 1.5: Panorama mundial do mercado de KCl em 2012 (Produção x Demanda)
(PotashCorp, 2013)..........................................................................................................07
Figura 3.1.1: Mapa de localização da Serra da Saudade em Minas Gerais, com as
principais vias de acesso (Lima et al, 2007)....................................................................12
Figura 3.1.2: Mapa geológico da região da Serra da Saudade em Minas Gerais (Verde
Potash Corporate Presentation, 2013).............................................................................13
Figura 3.1.3: Coluna estatigráfica do Grupo Bambuí na região da Serra da Saudade e
adjacências (Lima, 2005).................................................................................................14
Figura 3.1.4: A) Ritmito areno-pelítico verde (verdete); (B) Fotomicrografia em luz
analisada (Lima et al, 2007)............................................................................................15
Figura 3.1.5: Afloramento do verdete na região da Serra da Saudade (Verde Potash
Corporate Presentation, 2013).........................................................................................16
Figura 3.1.6: Possível ambiente deposicional do verdete (Sheldon, 1963).....................17
Figura 3.2.1: Aspecto macroscópico das amostras de verdete estudadas (EPUSP,
2011)................................................................................................................................18
Figura 3.2.2: Fotomicrografia de MEV: Fragmento de rocha: Quartzo, feldspato e mica
imersas em uma matriz composta por agregados micáceos (EPUSP, 2011)...................19
Figura 3.2.3: Fotomicrografia de amostra de verdete. Bandas ricas em biotita/clorita
(esverdeadas) e grãos incolores de quartzo. 50x. Luz plana polarizada (EPUSP,
2011)................................................................................................................................19
Figura 3.2.4: Procedimento experimental realizado na caracterização tecnológica
(EPUSP, 2011).................................................................................................................20
Figura 3.3.2.1 – Localização do empreendimento da empresa Verde Potash (depósito de
Verdete) perante as principais fábricas de fertilizantes existentes no país e dentro da
área de Cerrado, região de maior desenvolvimento agrícola no Brasil, com grande
potencial de crescimento (Verde Potash Corporate Presentation, 2013).........................26
Figura 3.4.1.1 – Fluxograma do processo produtivo do Termopotássio (Rigby et al.,
2011)................................................................................................................................31
Figura 3.4.2.1: Fluxograma do processo produtivo do cloreto de potássio a partir do
verdete (Verde Potash Corporate Presentation, 2013).....................................................35
LISTA DE TABELAS
Tabela 3.1.1: Análise mineralógica, por difração de raio-X, de uma amostra de ritmito
pelito-arenoso verde. Análise efetuada no laboratório de identificação mineral do
CDTN/CNEN (Lima et al, 2007)....................................................................................16
Tabela 3.2.1: Principais características da amostra de verdete estudada na caracterização
tecnológica (EPUSP, 2011).............................................................................................21
Tabela 3.2.2: Análise química do verdete por fração granulométrica (EPUSP,
2011)................................................................................................................................22
Tabela 3.2.3: Composição mineralógica do verdete por fração (EPUSP, 2011).............22
Tabela 3.2.4: Estimativa da composição química das micas obtidas em MEV/EDS
(EPUSP, 2011).................................................................................................................23
LISTA DE ABREVIAÇÕES
ANDA
Associação Nacional para Difusão de Adubos
CAGR
Compound Annual Growth Rate
DNPM
Departamento Nacional de Produção Mineral
GNP
Gross National Product
IPT
Instituto de Pesquisa Tecnológica
MDIC
Ministério do Desenvolvimento, Indústria e Comércio Exterior
NPK
Nitrogênio, fósforo e potássio
PIB
Produto Interno Bruto
RESUMO
O agronegócio é um dos principais pilares da economia brasileira, representando
atualmente cerca de 23% do PIB (Produto Interno Bruto). As previsões para o
crescimento desta atividade para os próximos anos são otimistas, pautadas
principalmente no crescimento da população mundial e diminuição da pobreza no
mundo, fazendo com que as pessoas passem a demandar uma maior e melhor qualidade
de alimentação. Além disso, o Brasil tem um grande potencial de aumentar a sua área
cultivável. Para suprir este aumento da produtividade agrícola, os fertilizantes NPK
(Nitrogênio, Fósforo e Potássio) desempenham um papel preponderante neste cenário.
No entanto, o Brasil apresenta um déficit na produção interna de fertilizantes para suprir
a demanda atual, sendo extremamente dependente de importações para obtenção destes
insumos; a previsão é que esta situação agrave-se nos próximos anos. Importante
dependência é em relação ao potássio, pois sua importação atual atinge mais de 90% do
consumo interno. Tomando como base este cenário e o fato do potássio ser um elemento
extremamente estratégico, alguns projetos estão sendo atualmente contemplados no
país. Tendo em vista a baixa capacidade produtiva atual de KCl e a dificuldade em
desenvolver depósitos de evaporitos economicamente atraentes no país, uma das
principais fontes alternativas e disponíveis são silicatos com alto teor de K₂O. Entre
estes silicatos, uma das reservas mais importantes existentes no país é a rocha silicatada
Verdete, um meta argilito glauconítico que ocorre na região do Alto Paranaíba do
Estado de Minas Gerais. Por se tratar de uma reserva de grande porte com teores médios
próximos a 10% de K₂O, e proximidade da maior região agrícola do país, o Cerrado,
esta rocha passa a ser uma alternativa para buscar uma solução que amenize a
dependência brasileira de importação. Este trabalho tem por objetivo, usando como
metodologia um levantamento bibliográfico, rever os estudos realizados em silicatos de
potássio visando a liberar o potássio presente em formas solúveis em água, como o KCl.
Outra opção seria o Termopotássio, no qual o K contido é solúvel nas condições
encontradas no solo, podendo assim ser utilizado pelas plantas. Como conclusão, o
trabalho indica vários estudos realizados em escala de laboratório que comprovam ser
possível a obtenção destes fertilizantes a partir de rochas silicatadas, como o Verdete.
Dentro deste contexto, a empresa Verde Fertilizantes LTDA desenvolve atualmente o
projeto Cerrado Verde, que visa a tornar viável economicamente no Brasil a produção
de fertilizantes potássicos a partir do verdete.
ABSTRACT
The agribusiness in Brazil is one of the most important sectors of Brazilian economy,
being currently responsible for around 23% of the GNP (Gross National Product). The
forecasts for the increase of this activity in the next years are very optimistic, mainly
based on the indicators of world population increase and poverty reduction, which give
people conditions to have more and better quality of food. In addition, Brazil has a great
potential to increase its arable land. To provide this increase in agriculture productivity,
the fertilizers NPK (Nitrogen, Phosphorus and Potassium) play an essential role. Brazil
presents a deficit in internal production of fertilizers to supply this growing demand,
relying on importation; the forecast is that the situation will get worse in the following
years. There is an important dependence on potassium; its current importation is above
90% of internal consumption. Based on this scenario and on the fact that potassium can
be an extremely strategic fertilizer component, some projects are being carried out in
Brazil, which has few KCl containing evaporite deposits and there are certain
constraints associated with their development in an economically attractive fashion. As
a good alternative shows up the deposits of K-bearing silicates with high content of
K₂O. Among these silicates, a very important one is the silicate rock “Verdete”, a meta
argillite glauconite that occurs in the Alto Paranaíba region, in the state of Minas Gerais.
It is a large deposit containing an average content of 10% K₂O, located close to the
largest agricultural region of Brazil, the Cerrado, which makes this rock to be
considered an alternative solution to minimize the great dependence on potassium
import. This paper has as objective to review studies carried out aiming at the release of
the potassium contained in the silicate structure in the form of water soluble KCl, by
means of a bibliographic research. Another option would be the Thermal Potash
production, another process route and product from K-bearing silicates, in which its K
content is soluble in the conditions encountered in the soil, being available for the crops.
As a conclusion, this paper indicates some studies carried out in laboratory bench scale
that proved to be possible the production of these fertilizers from silicate rock. The
company Verde Fertilizantes LTDA is developing its Cerrado Verde project, an
economically feasible project, based on a process route developed for this purpose: the
production of potassic fertilizers from Verdete rock.
1
1. INTRODUÇÃO
A agricultura representa pra o Brasil um dos principais setores da economia, com
expressiva participação no PIB (em torno de 23%) e na balança comercial brasileira,
sendo o Brasil um dos grandes produtores mundiais de commodities agrícolas.
Atualmente, 35% das exportações do país se referem a produtos agrícolas e de
alimentos. Além disso, o agronegócio emprega 35% da população economicamente
ativa do Brasil.
O crescente aumento da população mundial ocorrido nas últimas décadas associado com
uma maior qualidade e expectativa de vida da população têm proporcionado um
aumento constante na produção agrícola mundial. Atualmente, 75 milhões de novas
pessoas são adicionadas anualmente à população mundial, de modo que em 2050 a
população mundial deverá alcançar a marca de 9 bilhões de pessoas. Isto faz com que
mais pessoas necessitem serem alimentadas em uma mesma base de área plantada. A
figura 1.1 ilustra o crescimento populacional e a redução em áreas disponíveis per capita
para novos plantios.
Figura 1.1: Evolução da população mundial e área plantada per capita.
2
A solução para o problema passa por um aumento na produtividade da área plantada, o
que é possível principalmente com o uso de fertilizantes. E os países que possuem as
maiores áreas com uso para a agricultura no planeta são Brasil, Estados Unidos, Rússia,
Índia e China. Entre eles, o Brasil é o que possui o maior potencial de crescimento em
áreas cultiváveis para novos plantios, em especial na região do Cerrado.
Neste contexto, o consumo de fertilizantes no Brasil vem crescendo significativamente
ao longo dos últimos anos, conforme evidenciado na figura 1.2. Podemos perceber um
grande aumento na produção agrícola, viabilizada principalmente através do aumento
no consumo de fertilizantes, que teve aumento de 140% no período, enquanto que a área
plantada aumentou apenas 34%.
Produção de Grãos (milhões t)
160,0
30,0
140,0
120,0
100,0
80,0
60,0
40,0
20,0
144,1
140,4
135,0
131,8
25,0
123,222,8 22,8 122,5
Entregas de Fertilizantes (milhões t)
24,6
22,4 22,4
119,1
114,7
20,0
100,3 96,8
21,0
19,1
20,2
82,4 83,0
81,1
17,1
78,4 76,6
76,0
16,4
73,6
Área Plantada com Grãos (milhões ha)
68,3
9,3
15,0
11,9
10,5
10,8
12,2
13,8 14,7
13,7
10,0
47,4 49,1 47,9 46,2
40,2 43,9
39,1
38,5
37,9
37,8
37,0
36,9
36,6
35,6
35,0
47,4 47,7 47,8
5,0
0,0
0,0
92
94
96
98
00
02
04
06
08
Fonte: ANDA/CONAB/IBGE 2009 - estimativa
Figura 1.2: Evolução da produção agrícola, consumo de fertilizantes e área plantada no
Brasil.
Os fertilizantes podem ser agrupados em 3 grupos principais, também chamados macro
nutrientes: N (Nitrogênio), P₂O₅ (Fosfato) e K₂O (Potássio), sendo que os 3 possuem
igual importância dentro da função de promover o crescimento das plantas, ou seja, se
algum deles estiver em deficiência em relação aos demais, o crescimento máximo
alcançado pela planta será devido ao nutriente mais escasso.
3
Imprescindível na agricultura, os fertilizantes são vistos hoje como um fator estratégico
para alavancagem do agronegócio brasileiro, tendo em vista que o Brasil importa
aproximadamente 60% do total consumido. O caso mais grave da dependência de
importação é com relação ao potássio, tendo em vista que em 2012 o Brasil importou
mais de 90% do total requerido.
O consumo de potássio no Brasil apresenta também uma taxa de crescimento maior com
relação aos outros nutrientes. O índice CAGR (Compound Annual Growth Rate)
apurado nos últimos 30 anos apresenta um valor de 7,00%, conforme pode se observar
na figura 1.3. Isto pode ser explicado devido ao fato de que as culturas que mais
cresceram no Brasil neste período são culturas que demandam maior proporção de
potássio nas misturas de fertilizantes, como a soja.
Consumo de Potássio no Brasil
(últimos 30 anos)
9.000
8.000
CAGR: 7,00%
6.000
5.000
4.000
3.000
2.000
1.000
1982
1983
1984
1985
1986
1987
1988
1989
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
-
Fonte: FAO 2000 Land Resource Potential – Terrastat database
Figura 1.3: Evolução do consumo anual de cloreto de potássio no Brasil.
'000 toneladas de nutrientes
7.000
4
Aliado à questão do aumento do consumo, os preços de KCl no mercado mundial
registraram uma forte valorização a partir de 2007, atingindo US$1.000 por tonelada em
2008 e em 2011 se mantendo na faixa de US$500-US$600 por tonelada, conforme
mostrado na figura 1.4.
1100
1000
US$ por tonelada cfr
900
800
700
600
500
400
300
200
100
May
2011
Sep
May
2010
Sep
May
2009
Sep
May
2008
Sep
May
2007
Sep
May
2006
0
Figura 1.4: Evolução dos preços de KCl granular (entregue em porto Brasileiro) no
Brasil (Verde Potash Corporate Presentation, 2013).
A conjunção destes 2 fatores (aumento do consumo e aumento do preço) tem criado um
grave problema para a Balança comercial brasileira. Em 2011, o potássio foi o 5º
produto mais importado pelo Brasil o que correspondeu a R$7,01 bilhões de gastos
(Fonte: MDIC – Aliceweb).
Cada fonte de potássio tem sua vantagem. Por mais que cloreto de potássio seja a mais
utilizada – responsável por 95% do potássio aplicado como fertilizante – por conter alta
porcentagem de K₂O solúvel em água, algumas necessidades de culturas especiais
frequentemente justificam o uso de outras fontes, incluindo sulfatos e nitratos de
potássio (Potafos,1996).
O elemento potássio, um dos dez mais abundantes na crosta terrestre, ocorre na natureza
somente sob a forma de compostos. Além dos típicos minerais de minério formados por
5
cloretos e sulfatos, o potássio está presente em numerosos outros: com teores acima de
10%, em uma centena de minerais e, em muitos mais com valores entre 2% e 10%,
(Nascimento e Loureiro, 2004). No decorrer do tempo geológico o intemperismo
provoca a sua alteração química, gerando compostos de potássio solúveis que são
transportados pelos rios para o mar e/ ou depositados em bacias fechadas ou interiores.
Hoje se sabe que o potássio é um nutriente mineral essencial para as plantas e animais.
Além disso é o terceiro mais abundante em nossos corpos, excedido apenas pelo cálcio
e pelo fósforo. Mais de 85% do K do corpo humano é encontrado em órgãos essenciais.
Nem animais nem plantas podem sobreviver sem um suprimento adequado de K
(Potafos, 1996).
Embora os silicatos ricos em potássio, como o feldspato potássico, a muscovita e a
leucita, contenham entre 10 e 20% de K₂O equivalente (usa-se frequentemente a
unidade “K₂O equivalente” para expressar o potássio contido, embora esta unidade não
expresse a composição química da substância. Fatores de Conversão: KCl puro x
0,63177 = K₂O equivalente; K₂O x 0,83016 = K) e sejam abundantes na crosta, não
constituem importantes fontes de potássio, pois não são solúveis em água e suas
estruturas não são rompidas com facilidade por meios artificiais. Os depósitos
evaporíticos constituem as mais importantes fontes de sais de potássio, pois os sais
derivados desses depósitos são muito solúveis em água e podem ser explotados e
processados mais facilmente. Os principais minerais evaporíticos de potássio são: silvita
(KCl), contendo 63% de K₂O; carnalita (KCl.MgCl₂.6H₂O), contendo 17% de K₂O;
cainita (KCl.MgSO₄.3H₂O), contendo 19% de K₂O; e langbeinita (K₂SO₄. 2MgSO₄),
contendo 23% de K₂O.
Em virtude do alto teor de potássio, o mineral mais importante da lista acima é a silvita,
embora a carnalita, a cainita e a langbeinita sejam também explotadas comercialmente
como fonte de potássio. Os principais minérios evaporíticos de potássio são: silvinita =
silvita + halita (NaCl); hartsalz = silvita + halita + kieserita e/ou anidrita (CaSO₄); e
carnalitita = carnalita + halita.
Os minérios evaporíticos formaram-se pela evaporação de antigos mares e lagos, que
secaram em tempos antigos, depositando em seu fundo os sais de potássio e outros sais.
6
Infelizmente, estas camadas do fundo dos mares foram cobertas por espessas camadas
de rochas e solo. Assim, um dos maiores problemas da mineração de potássio é retirar o
minério de profundidades de até dois mil metros (Moraes Neto, 2010).
Em 1851, o mineral carnalita, contendo cloretos de potássio e magnésio, começou a ser
explotado em minas de Stassfurt, Alemanha, embora, naquela época, sem aplicação na
área de fertilização de solos agrícolas. Dez anos depois, Adolph Frank (Schultz, 1993)
desenvolveu um processo para a produção de sal de potássio, a partir da carnalita, com
pleno uso do produto, como fertilizante. Outras inovações tecnológicas de impacto
similar e a descoberta de novas minas, conferiram à Alemanha a hegemonia do mercado
de fertilizantes potássicos, o que perdurou até o início da década de 30 do século XX
(Nascimento e Loureiro, 2004). Os Estados Unidos iniciaram a produção industrial de
sal de potássio durante a 1ª Guerra Mundial, pressionados pela interrupção das
exportações alemãs. Este fato estimulou não só a produção de KCl, mas também a
prospecção e pesquisa de novas fontes, o que levou à descoberta de extensos depósitos
próximos de Carlsbad, Novo México, em 1921. Hoje, cerca de 77% da produção
americana provém do Novo México, porém insuficiente para o consumo interno.
O mais importante depósito de sais de potássio na América do Norte foi descoberto
durante a 2ª Guerra Mundial, em Saskatchewan, Canadá. Depois de solucionar os
problemas decorrentes da localização da jazida a grandes profundidades e da existência
de lençóis freáticos na zona do jazimento, várias minas entraram em operação em 1960.
Atualmente, o Canadá é o maior produtor mundial de sais de potássio, seguido pela
Rússia. A figura 1.5 mostra como o mercado de potássio está distribuído no mundo. A
produção
está
concentrada
praticamente
toda
no
hemisfério
norte,
com
aproximadamente 67% da produção no Canadá, Rússia e Bielorrúsia. Como o consumo
nestes países é baixo, apenas 26% do potássio produzido no mundo é destinado ao
consumo doméstico, sendo 74% exportado.
O custo estimado com que o KCl, produzido na região de Saskatchewan (Canadá), é
entregue às misturadoras no Brasil, situa-se na faixa de US$332,00 a US$384,00 por
tonelada. Mais de 55% deste valor se refere a custos com transporte do material (Verde
Potash Corporate Presentation, 2013).
7
Figura 1.5: Panorama mundial do mercado de KCl em 2012 (Produção x Demanda).
(PotashCorp, 2013).
Quanto à tecnologia de processamento atual, os minérios potássicos de evaporitos são
beneficiados em três principais circuitos de operação: i) dissolução em meio aquoso e
cristalização;
ii)
flotação
e
iii)
separação
eletrostática.
O
processo
de
dissolução/cristalização é um dos mais antigos enquanto que o processo de flotação de
sais de potássio foi introduzido nos Estados Unidos em 1918. A separação eletrostática
foi inicialmente utilizada em larga escala nas usinas da Alemanha, para separação de
minerais de minério complexo.
Todo o hemisfério sul é pobre de depósitos evaporíticos. No Brasil há apenas uma mina
em operação, a de Taquari-Vassouras (SE) que, em 2012, atendeu a menos de 10% das
necessidades do País em sais de potássio. Projetos em andamento com depósitos
evaporíticos visando aumentar a capacidade de produção brasileira também são poucos.
Dentre eles, destacam-se os projetos Carnalitas, em Sergipe, e os projetos no Amazonas.
Com relação ao projeto Carnalitas, que pertence à Vale, segundo a empresa, após um
eventual acordo com a Petrobrás (que possui os direitos minerários da área), a empresa
poderá mais que triplicar a produção de potássio em Sergipe, chegando a um volume de
8
2,2 milhões de toneladas anuais de KCl a partir da exploração da carnalita. O depósito
de carnalita está a cerca de 1.200 m de profundidade e, para sua extração, a Vale afirma
ter desenvolvido uma tecnologia inédita de lavra por dissolução. O novo método está
em fase de testes pilotos para avaliação da capacidade de produção (Sala de imprensa da
Vale, 2011).
Quanto aos depósitos evaporíticos no Amazonas, destacam-se as jazidas de silvinita de
Arari e Fazendinha, sob titularidade da Petrobrás, situada nos domínios políticoadministrativo dos municípios de Itacoatiara e Nova Olinda do Norte (Rodrigues et al,
2010). Estima-se que a jazida amazônica necessite de até US$2 bilhões em
investimentos, fora os custos ambientais. A logística também é complicada, visto que o
potássio está depositado numa região remota, a 1,2 mil metros de profundidade,
contabilizando milhões de toneladas de rejeito que terão de ser transportadas para o
oceano. Os direitos minerários no estado do Amazonas, além de estarem vinculados à
Petrobrás, também pertencem à Potássio do Brasil, uma subsidiária brasileira da Brazil
Potash Corp., uma companhia privada que tem sede localizada em Belo Horizonte. O
foco da empresa é a pesquisa e o desenvolvimento destas propriedades de potássio no
estado do Amazonas (Potássio do Brasil, 2013).
Potássio e fósforo revestem-se de grande importância na agricultura brasileira, pelas
características dos seus solos. Com efeito, no Brasil, a proporção média de consumo
N: P₂O₅: K₂O, em 2004, foi de [1: 1,5: 1,7] (Malavolta e Moraes, 2008), enquanto que a
média mundial é de [1: 0,4: 0,3] e para outros países grandes produtores de alimentos
como França, EUA e China, essa relação é, respectivamente, [1: 0,4: 0,6], [1: 0,4: 0,4] e
[1: 0,4: 0,1] (Armelin,1999). Ou seja, no Brasil a proporção de potássio e fósforo em
relação ao nitrogênio, necessária à fertilização dos solos, é bem superior à de outros
grandes produtores agrícolas (Nascimento e Loureiro, 2004). Estas questões se aplicam
principalmente aos solos sob vegetação de cerrado, que ocupam vasta extensão
territorial e são o maior potencial de crescimento da agricultura brasileira. As funções
do potássio na agricultura são muito importantes:
(i) Ativa a catálise biológica – enzimas e promove o metabolismo do N e a
síntese de proteínas, nas plantas verdes;
(ii) Tem funções reguladoras da osmose – absorção e perda de água;
(iii) Promove a síntese do açúcar e a sua ida para os tecidos de armazenagem.
9
Dada a carência de minérios de potássio no Brasil um dos caminhos será encontrar
materiais e rotas alternativas para a produção de fertilizantes potássicos como
suprimento para a agroindústria.
O teor de potássio nas rochas é muito variável, bem como o grau de liberação dos
minerais que as formam. Por exemplo, nos granitos o teor é em média de 3,8% de K₂O,
nos andesitos, 3,2% nas rochas basáltica 0,7%. Nas rochas ultrabásicas, os teores variam
entre 2 e 14% de K₂O. Rochas alcalinas como os nefelina sienitos/fonólitos podem se
enriquecer em potássio por metassomatismo como é o caso do Planalto de Poços de
Caldas (MG), onde se atingem teores de até 12-13%.
O mineral leucita, um feldspatoide, é um silicato com teores elevados de potássio, até
21% de K₂O. As micas, pela sua estrutura aberta e teores de potássio, são bons
indicadores de rochas favoráveis para aplicação na remineralização de solos. Alguns
teores de K₂O em micas: biotita (7-12%), flogopita (17-11%), muscovita (7-10%), ilita
(4-8%), glauconita (5-8%). Os K-feldspato, como o ortoclásio, muito abundantes na
natureza, podem conter 8-15% de K₂O, mas a sua solubilização natural é muito lenta.
10
2. OBJETIVO E RELEVÂNCIA
Imensas reservas de minerais primários com relativamente altos teores de potássio são
encontrados em quase todas as regiões geográficas do Brasil, existindo vários trabalhos
procurando integrar de forma racional e econômica o potássio contido nestes minerais,
no contexto agrícola nacional de consumo de fertilizantes.
Alguns pesquisadores trabalhando com minerais potássicos finamente moídos,
chegaram a conclusões que estes minerais não liberam potássio em quantidades
suficientes para suprir as necessidades vegetais a curto prazo, enquanto que outros
trabalhos evidenciam que diversas rochas com minerais potássicos, submetidos a
tratamentos térmicos em presença ou ausência de calcário, ou quando submetidos a
tratamentos ácidos, apresentam uma maior disponibilidade deste nutriente, para o
aproveitamento radicular das plantas.
Entretanto, são insuficientes as informações sobre as metodologias que visam aumentar
a solubilização do potássio contido em vários minerais, os quais poderiam servir de
fontes alternativas desse nutriente, utilizáveis a médio e longo prazo (Eischler, 1983).
Dentre as prováveis fontes alternativas de potássio, existem na região do Alto Paranaíba
do Estado de Minas Gerais, jazidas de rochas denominadas de Verdete, com
porcentagens relativamente altas de potássio em alguns pontos (11,4% de K₂O total). A
empresa Verde Potash PLC, fundada por brasileiros e com capital na bolsa de valores de
Toronto, possui junto ao DNPM o direito de exploração de uma grande área na região,
com reservas inferidas em 2,8 bilhões de toneladas de rocha potássica com teor médio
de 9% de K₂O. Tais valores, bem como a localização das jazidas, próximas a grandes
polos de desenvolvimento agropecuários no triângulo mineiro e demais regiões de
cerrado no centro-oeste do país, justificam pesquisas que visem à solubilização do
potássio e aproveitamento agronômico desta rocha.
11
Desta forma, os objetivos deste trabalho são:
 Avaliar na literatura estudos de processos de rochas silicatadas ricas em
potássio, visando à extração de potássio contido nas mesmas, desenvolvidos no
passado.
 Mostrar estudos de desenvolvimento de processos recentes realizados com a
rocha Verdete da região do Alto do Paranaíba de Minas Gerais, dando enfoque
ao projeto desenvolvido pela empresa Verde Potash PLC, que visa tornar
realidade no Brasil a produção de fertilizantes potássicos obtidos através de
silicatos, criando assim uma alternativa à produção de KCl a partir de
evaporitos, de forma economicamente viável, podendo replicar este modelo
para outros locais do planeta. Com isto, o problema nacional de altos custos
com importação deste insumo estratégico para o país, poderia ser amenizado no
futuro.
12
3. DESENVOLVIMENTO
3.1 – Localização e aspectos geológicos do depósito da rocha silicatada “Verdete”
A Serra da Saudade constitui o domínio elevado de cristas interplanálticas que
acompanham os interflúvios das bacias hidrográficas do alto rio São Francisco e do rio
Indaiá, no centro-oeste mineiro, que avança em direção norte até o lago da represa de
Três Marias, conforme pode se ver na figura 3.1.1.
Figura 3.1.1: Mapa de localização da Serra da Saudade em Minas Gerais, com as
principais vias de acesso (Lima et al, 2007).
Na literatura geológica, a Serra da Saudade ganhou notoriedade por ser a seção tipo da
formação homônima (unidade estratigráfica) inserindo-a no topo do Grupo Bambuí. O
13
mapa geológico da região mostra como a Formação Serra da Saudade se insere no grupo
Bambuí.
Figura 3.1.2: Mapa geológico da região da Serra da Saudade em Minas Gerais (Verde
Potash Corporate Presentation, 2013).
É na Formação Serra da Saudade que ocorrem rochas areno-pelíticas e pelíticas de cor
verde conhecidas como verdetes, uma das cinco litologias reconhecidas desta formação,
que também inclui: (1) Ritmito pelito arenoso; (2) Carbonatos retrabalhados; (3)
Arenito fino com hummocky; (4) Ritmito fosfático. A figura 3.1.3 mostra a coluna
estratigráfica do grupo Bambuí na região da Serra da Saudade e adjacências.
14
Figura 3.1.3: Coluna estatigráfica do Grupo Bambuí na região da Serra da Saudade e
adjacências (Lima, 2005),
De acordo com Lima (2005) e Lima et al (2007), os verdetes apresentam teores de
potássio (K₂O) de 7 a 14% e são formados por minerais de argila, quartzo, K-feldspato,
albita, mica, glauconita, clorita e opacos. Esses ritmitos areno-pelíticos verdes ocorrem
com diferentes graus de fraturamento em função dos dobramentos, e com diversos
estágios de alteração intempérica. Quando parcialmente alterada, a rocha assume um
aspecto bandado, devido à alternância de lâminas de diferentes colorações. Os verdetes
são formados pela sucessão de camadas de 0,5 a 30 cm, predominando de 2 a 10 cm,
15
que afloram nas porções elevadas da Serra da Saudade, nos arredores de Cedro do
Abaeté, com espessuras de até 80 m. São rochas bem estratificadas, com base arenosa e
topo silto-argiloso, que podem exibir internamente ciclos de granodecrescência
ascendente (Fig. 3.1.4), com granulometria variando, na base, de areia fina a síltica até
silto-argilosa no topo, mostrando cor verde.
A tonalidade verde também pode variar de mais clara na base a mais escura no topo,
principalmente quando colide com lâminas argilosas. Assim, à medida que a
granulometria decresce, a cor verde torna-se mais intensa, mostrando que o mineral
cromóforo está concentrado nas frações argilosas. Análise difratométrica de raio-X
(Tab.3.1.1) e resultados de microanálise, a partir de amostragem dessas rochas, indicam
que o mineral responsável pela tonalidade verde é a glauconita. Os grãos de glauconita
são geralmente inferiores a 3µm, portanto, na granulometria da argila.
Fig. 3.1.4: A) Ritmito areno-pelítico verde (verdete); (B) Fotomicrografia em luz
analisada. Aumento 80 X. Notar a presença de ciclos de granodecrescência ascendente.
Cor verde das laminações argilosas é devido à presença de glauconita (Lima et al, 2007)
16
Tabela 3.1.1: Análise mineralógica, por difração de raio-X, de uma amostra de ritmito
pelito-arenoso verde. Análise efetuada no laboratório de identificação mineral do
CDTN/CNEN (Lima et al, 2007).
Em muitos locais da Formação Serra da Saudade, pode se observar afloramentos do
verdete (Fig. 3.1.5), principalmente durante a estação seca, onde a vegetação que
recobre o local fica menos exuberante.
Figura 3.1.5: Afloramento do verdete na região da Serra da Saudade (Verde Potash
Corporate Presentation, 2013)
Normalmente a glauconita é considerada um elemento diagnóstico indicativo de
ambientes marinhos plataformais com baixas taxas de acumulação (Figura 3.1.6).
Desenvolve-se,
como
consequência
de
alterações
diagenéticas
de
depósitos
sedimentares, redução bioquímica e subsequentes mudanças mineralógicas que afetam
minerais micáceos como a biotita, sendo também influenciados por processos de
17
decaimento de matéria orgânica degradada por bactérias em conchas de animais
marinhos. Um microambiente levemente redutor formado por organismos em
decomposição e migração ascendente de água e gás provenientes das camadas de carvão
sotopostas favorecem a formação de glauconita (Suguio, 2003).
Figura 3.1.6: Possível ambiente deposicional do verdete (Sheldon, 1963)
As formações que contém glauconita ocorrem em escala mundial numa ampla faixa do
tempo geológico, distribuídas desde o Pré-Cambriano até o período Recente .Verifica-se
uma maior concentração no Neoproterozóico/Cambriano e Jurássico/Cenozóico,
correspondendo às oscilações positivas do nível mar, coincidentes com a formação dos
paleocontinentes Laurásia e Gondwana (Hunter & Purucker 1984, apud Dooley 2006).
Odin et al. (1988, apud Dillenburger et al. 2000) definiram que os minerais
glauconíticos apresentam teores de K₂O de 3 a 8,5%. No entanto, o verdete da
Formação Serra da Saudade apresenta até 13% de K₂O (Lima 2005, Rigby et al. 2012).
3.2 – Caracterização mineralógica do verdete
O verdete é uma rocha portadora de potássio, com teores que variam de 7 a 12% de
K₂O, tanto em amostras frescas quanto nos afloramentos, conforme pesquisas que estão
sendo realizadas pela empresa Verde Potash na região da Serra da Saudade.
Estudos de caracterização mineralógica foram feitos pela Fundação de Estudos e
Pesquisas Aquáticas (FUNDESPA), através do Laboratório de Caracterização
Tecnológica (LCT) da Escola Politécnica da USP. Compreenderam análises
18
granulométricas,
separações
minerais,
microscopia
eletrônica
de
varredura,
difratometria de raios-X, espectrometria de dispersão de energia, análises químicas
quantitativas de SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, MnO, MgO, CaO, Na₂O, K₂O, TiO₂, P₂O₅ e perda
ao fogo. Primeiramente, tendo como base amostras fragmentos de rocha conforme
figura 3.2.1, as mesmas foram submetidas a uma cominuição grossa (abaixo de 12,7
mm (1/2 ”)) para obtenção de fragmentos para estudos microscópicos em MEV/EDS.
Figura 3.2.1: Aspecto macroscópico das amostras de verdete estudadas na
caracterização tecnológica (EPUSP, 2011)
As principais feições são apresentadas nas fotomicrografias a seguir. Os estudos
microscópicos efetuados nos fragmentos indicaram tratar-se de material com granulação
fina. O quartzo apresenta aspecto granular, enquanto o K-feldspato se mostra com grãos
sub-arredondados com superfície essencialmente lisa e homogênea. As micas ocorrem
preferencialmente na forma de agregados constituindo uma matriz bastante fina com
aspecto poroso, no qual estão dispersos os grãos de quartzo e feldspato.
19
Figura 3.2.2: Fotomicrografia de MEV: Fragmento de rocha: Quartzo, feldspato e mica
imersas em uma matriz composta por agregados micáceos (EPUSP, 2011).
Figura 3.2.3: Fotomicrografia de amostra de verdete. Bandas ricas em biotita/clorita
(esverdeadas) e grãos incolores de quartzo. 50x. Luz plana polarizada (EPUSP, 2011).
20
Frente às características observadas, verificou-se a necessidade de uma redução
granulométrica bastante fina, de modo a tentar promover a eventual liberação dos
minerais presentes, em especial o quartzo. Assim, a amostra foi moída abaixo de 0,15
mm, conforme esquema geral do procedimento experimental exposto na figura 9.
Figura 3.2.4: Procedimento experimental realizado na caracterização tecnológica
(EPUSP, 2011).
Os minerais portadores de K₂O são a microclina e micas. Do total de K₂O presente nas
amostras, 57% está contido na mica (48% na biotita e 9% na muscovita), estando o
restante associado ao feldspato potássico.
21
As Tabelas 3.2.1 a 3.2.4 sumarizam os dados obtidos neste estudo.
Tabela 3.2.1: Principais características da amostra de verdete estudada na caracterização
tecnológica (EPUSP, 2011).
Características da amostra
Composição mineralógica (%)
Quartzo
13
K-feldspato
29
Mica
58
Outros
<1
Teores (%)
SiO2
60,10
Al2O3
15,40
Fe2O3
6,37
MnO
0,08
MgO
2,47
CaO
0,01
Na2O
0,08
K2O
10,70
TiO2
0,80
P2O5
0,07
PF
3,03
Características do produto moído a -0,15mm
-0,15+0,037 mm (% em massa)
43
Teor de K2O na fração -0,15+0,037 mm (%)
10,5
Distribuição de K2O na fração -0,15+0,037 mm (% em massa)
42,9
-0,037 mm (% em massa)
57
Teor de K2O na fração -0,037 mm (%)
10,6
Distribuição de K2O na fração -0,037 mm (% em massa)
57,1
Partição do potássio (%; total + 0,037mm)
K-feldspato
43
Mica
57
22
Tabela 3.2.2: Análise química do verdete por fração granulométrica (EPUSP, 2011).
A análise granulométrica indica que 16,4% em massa da amostra estão retidos na
peneira de 0,105 mm, enquanto que 57% em massa é passante na peneira de 0,037 mm.
O teor de K₂O variou de 10,4 a 10,6%, variando muito pouco ao longo do intervalo
granulométrico estudado, o que é um forte indicativo de baixa tendência de liberação
dos minerais de potássio, dificultando o uso de métodos de concentração.
Quanto à análise mineralógica, os minerais portadores de K₂O são a microclina e micas
(tabela 3.2.3). Do total de K₂O presente nas amostras, 58% está contido na mica (49%
na biotita e 9% na muscovita), estando o restante associado ao feldspato potássico
(29%). O quartzo responde por 13% em massa.
A quantidade de quartzo na fração acima de 0,037 mm está compreendida entre 13 e
16%, com aumento do teor nas frações mais finas. No entanto, o teor reduz para 12% na
fração menor que 0,037 mm.
Tabela 3.2.3: Composição mineralógica do verdete por fração (EPUSP, 2011).
23
Conforme mencionado, foram encontradas 2 espécies de mica, sendo uma com baixo
teor de Ferro na composição (Muscovita) e outra com teor mais alto de Ferro (Biotita).
A tabela 3.2.4 mostra a estimativa da composição química das micas, além da fórmula
química teórica dos minerais.
Tabela 3.2.4: Estimativa da composição química das micas obtidas em MEV/EDS
(EPUSP, 2011).
3.3 - Estudos de processo já realizados com silicatos potássicos visando a
solubilização do potássio contido
Estudos com silicatos de potássio, como possível fonte alternativa de potássio para
suprir parte da demanda deste fertilizante em alguns países altamente dependentes da
importação deste insumo, como é o caso do Brasil, tem sido realizados em alguns países
ao longo dos anos. Sendo assim, rochas e minerais que até então não eram considerados
minérios de potássio, vêm sendo alvos de pesquisas cujo objetivo é desenvolver rotas
tecnologicamente viáveis do ponto de vista econômico.
Dentro dos minerais silicatados comuns, com teores elevados de potássio, as micas,
pelas suas propriedades crístalo-químicas, são certamente, além dos feldspatos
potássicos, os de maior interesse potencial, por serem abundantes na natureza e por
estarem presentes em muitas rochas (Nascimento e Loureiro, 2004).
Os materiais primários podem passar por processos de beneficiamento de diversos tipos.
A moagem é o processo fundamental necessário para uso na agricultura. A pulverização
da rocha permite o aumento da superfície de contato entre os minerais da rocha com o
solo e a água para promover o intemperismo, a liberação de nutrientes e formação de
novas fases minerais (Luz et al., 2010).
24
No entanto, a maioria dos minerais com potássio em sua rede cristalina (caso do grupo
dos feldspatos e alguns grupos de mica) é indisponível para as plantas (insolúvel pelos
métodos de absorção). Estes silicatos são minerais formados por grupos tetraédricos de
SiO₄ ligados por cátions e suas estruturas são muito estáveis, sendo rompidas, com
dificuldade, através de meios artificiais.
Desta forma, o processo de obtenção de potássio disponível para as plantas (não
necessariamente sendo solúvel em água, mas solúvel em soluções de ácidos fracos),
somente pode ser obtido por meio de processos térmicos ou ataques químicos
(Metalurgia extrativa).
As ações de vários agentes lixiviantes sobre feldspato alcalino foram estudadas ao longo
das últimas décadas (Nascimento e Loureiro, 2004). O uso destes processos tem o
objetivo de modificar os minerais primários para aumentar a disponibilidade de
nutrientes e o efeito condicionador do solo (Nascimento e Loureiro, 2004).
Os silicatos, além de disponibilizar nutrientes minerais e melhorar as características
físico‐químicas como condicionadores de solo, também disponibilizam silício, muito
importantes no desenvolvimento de diversas culturas de gramíneas, entre elas a
cana‐de‐açúcar (Luz et all, 2010). A concentração e o aumento da solubilidade de
nutrientes por processos industriais é possível, mas sua utilização é restrita devido ao
elevado custo energético e a ausência de tecnologia sustentável.
Entretanto, os elevados custos das fontes convencionais de nutrientes (KCl) no Brasil a
partir de 2008 podem neste momento viabilizar alguns destes processos. Dentre as
pesquisas com silicatos que mais se destacaram no Brasil podemos citar a Rocha
potássica de Poços de Caldas e o Verdete.
Em termos de processos pesquisados no exterior, podemos citar a calcinação cloretante
seguida de lixiviação em água para extrair potássio de arenito rico em glauconita,
realizado na Índia.
25
3.3.1 – Rocha potássica de Poços de Caldas
No planalto de Poços de Caldas, uma alteração hidrotermal provocou alteração nas
rochas alcalinas dando origem a uma rocha silicatada rica em potássio, com teor médio
de 12,8% de K₂O.
Nos anos 80, o IPT (Instituto de Pesquisa Tecnológica de São Paulo) realizou alguns
experimentos em laboratório, de ataque da rocha potássica de Poços de Caldas por
hidróxido de potássio sob pressão. Os resultados indicaram a obtenção de um produto
totalmente solúvel em ácido cítrico. O IPT também realizou estudos para obtenção de
termofosfatos potássicos para fertilizantes utilizando os estéreis (“rocha potássica”) da
mina de urânio Osamo Utsumi situada no Planalto de Poços de Caldas – MG.
O processo de produção do termofosfato potássico baseou-se na fusão em forno elétrico
a arco submerso, de uma mistura de rocha fosfática, rocha potássica e outras rochas de
alta disponibilidade no Brasil. A mistura é fundida a altas temperaturas e, em seguida, o
produto é resfriado rapidamente, por contato direto com jatos de água, tornando-se
granulado, com características vítreas. Finalmente, é seco, moído e ensacado
(Nascimento e Loureiro, 2004). Atualmente o termofosfato é produzido na região de
Poços de Caldas (MG) pela empresa Yoorin fertilizantes do grupo Curimbaba.
3.3.2 – Verdete
Conforme mencionado nos capítulos anteriores, o verdete é uma rocha composta
principalmente por feldspatos e minerais micáceos que ocorre na formação Serra da
Saudade, próximo aos municípios de São Gotardo, Matutina e Cedro do Abaeté, no
Estado de Minas Gerais.
Uma grande vantagem desta rocha silicatada frente a outros silicatos é o tamanho do
depósito, o teor relativamente elevado de K₂O e a localização do depósito, próximo a
grandes centros produtores de fertilizantes, como Uberaba (MG) e Catalão (GO),
conforme pode ser visto na figura 3.3.2.1.
26
Figura 3.3.2.1 – Localização do empreendimento da empresa Verde Potash (depósito de
Verdete) perante as principais fábricas de fertilizantes existentes no país e dentro da
área de Cerrado, região de maior desenvolvimento agrícola no Brasil, com grande
potencial de crescimento (Verde Potash Corporate Presentation, 2013).
Outro ponto positivo deste depósito seria a facilidade de lavra do minério, que devido
ao afloramento em várias partes e também por resultados de pesquisas de exploração,
deve se tratar de uma mina a céu aberto, que possui inúmeras vantagens em relação às
minas de evaporitos, cujo processo de explotação do minério é através de minas
subterrâneas, cujo investimento inicial e custo de lavra são muito maiores.
Uma das pesquisas mais importantes com esta rocha potássica foi feita por Eichler
(1983), que realizou experimentos agronômicos em casa de vegetação com milho,
testando o verdete simplesmente moído (pó de rocha) e também misturas moídas de
Verdete com calcário magnesiano submetidos a tratamentos térmicos. As proporções de
mistura testadas foram: 75% de verdete e 25% de calcário magnesiano e 50% de verdete
e 50% de calcário magnesiano, ambas com temperaturas de calcinação de 800°C e
1.100°C. Os experimentos foram também realizados com o cloreto de potássio como
27
forma de comparação. O potássio foi aplicado na dose de 150 ppm de K₂O, calculado
em base no teor total deste nutriente na rocha potássica. Foram avaliados os teores de Kdisponível nos solos, produção de matéria seca, acumulação de K na parte aérea do
milho e efeitos corretivos destes tratamentos nos solos.
O verdete simplesmente moído e sem calcinação não proporcionou aumentos no teor de
potássio disponível nos solos, produção de matéria seca e acumulação de K na parte
aérea, não se prestando desta forma como fonte de potássio para a cultura do milho.
Entretanto, a proporção de 50% de verdete e 50% de calcário magnesiano, calcinada a
1.100°C, apesar de liberar menos K na forma disponível, em relação ao KCl, produziu
matéria seca em quantidades equivalentes a este adubo no primeiro cultivo. Além disso,
apresentou maior efeito residual de K no solo, em relação ao cloreto de potássio. Esta
mistura calcinada apresentou-se, portanto, como uma alternativa de K para a cultura do
milho, além de atuar também como fonte de cálcio e magnésio e corretivo da acidez do
solo.
Os demais tratamentos (proporções de verdete e calcário magnesiano e temperatura de
calcinação de 800°C), em relação ao teor de K-disponível nos solos e produção de
matéria seca, pouco diferiram da testemunha, mostrando a pouca eficiência destes
tratamentos. Desta forma, evidenciou-se que a proporção de calcário magnesiano na
mistura e a temperatura de calcinação exercem um papel importante na extração de K da
estrutura silicatada do verdete, tornando-o solúvel na forma de absorção do nutriente
pela cultura do milho.
Conforme citado por Nascimento & Loureiro (2004), estudos de Leite (1985) e Valarelli
(1993) apresentam o desenvolvimento de “Termofosfato Potássico CálcicoMagnesiano” e “Termofosfato Potássico”, respectivamente, a partir da mistura de rocha
potássica (Verdete) de Abaeté, rocha fosfatada de Araxá e, no primeiro caso, calcário
magnesiano. O processo de Leite (1985) tem por objetivo desenvolver um fertilizante
com ação simultânea de corrigir a acidez do solo. Valarelli (1993) concluiu em seus
estudos que o termofosfato potássico fundido, tendo como base o K₂O do verdete de
Cedro do Abaeté, é equivalente em suas características ao termofosfato potássico
produzido com as rochas ígneas de Poços de Caldas.
28
Grandes são as vantagens agronômicas da utilização de termofosfatos potássicos como
fertilizantes, como, por exemplo:
- Insolubilidade dos nutrientes em água, resultando em menores perdas por
lixiviação e fixação;
- Solubilidade dos nutrientes em solução de ácidos fracos, como existente nas
soluções do solo, resultando em liberação lenta e eficiente dos mesmos para os vegetais;
- Comportamento alcalino, resultando em efeito simultâneo de fertilização e
correção de acidez de solos ácidos;
- Presença, no produto, de outros nutrientes além de fósforo e potássio, como
cálcio, magnésio e micro-nutrientes.
3.3.3 - Arenito glauconítico (Índia)
Algumas pesquisas têm sido feitas na Índia visando extrair o potássio contido em
arenito glauconítico, localizado na região de Majhgawan (norte do distrito de Satna,
Madhya Pradesh), através de tratamentos térmicos e químicos. Segundo Majumder et al,
(1994), foi observado que o K₂O presente no complexo silicato do arenito glauconítico,
pode ser convertido na forma de cloreto lixiviável através da calcinação com sais
adequados.
A investigação incluiu o estudo dos aspectos cinéticos do processo de calcinação. As
principais variáveis estudadas foram temperatura de calcinação, tamanho de partícula
(d) do arenito glauconítico e a razão mássica ( r ) entre CaCl₂ e o minério avaliado na
mistura de alimentação do processo. O principal objetivo do trabalho foi desenvolver
uma equação empírica relacionando a taxa de reação em função das variáveis de
processo.
O experimento em laboratório teve amostras do arenito glauconítico misturadas com
cloreto de cálcio bi-hidratado em pó e então colocados em cadinhos de sílica, os quais
em seguida foram inseridos em uma mufla. Os cadinhos contendo as misturas, mantidos
em condições isotérmicas, foram retirados em intervalos definidos de tempo. Cada
amostra de material calcinado foi em seguida lixiviado em água por 10 minutos. Como
o cloreto de potássio é altamente solúvel em água, o tempo provou ser suficiente para
lixiviar todo o potássio contido na rocha e que foi transformado em KCl. O licor obtido
29
em cada experimento foi então analisado e então determinado o grau de extração do
potássio no processo.
Os parâmetros de processo estudado foram:
- Temperatura (T): 1023 a 1123 K (Parâmetros fixos: r = 0.5; d = 90.5 µm)
- CaCl₂ / arenito glauconítico ( r ): 0.4 a 0.8 (Parâmetros fixos: T = 1073 K; d = 90.5
µm)
- Tamanho de partícula (d): 90.5 a 240 µm (Parâmetros fixos: T = 1073 K; r = 0.5)
Os resultados mostraram que o grau de extração na reação foi mais alto com
temperaturas mais altas, tamanhos de partícula menores e razões CaCl₂ / arenito
glauconítico mais altas. Foram obtidas equações para cálculo do tempo de reação para
diversos níveis de extração (até 90%) em função das variáveis de processo estudadas.
3.4 - Estudos em desenvolvimento de extração de potássio solúvel a partir de
silicatos
A empresa Verde Fertilizantes LTDA, fundada em 2005 e que a partir de 2008 iniciou
as pesquisas com potássio, desenvolve atualmente no Brasil o projeto Cerrado Verde, o
qual pretende produzir na cidade de São Gotardo (MG) os fertilizantes cloreto de
potássio e Termopotássio a partir do verdete. A empresa tem uma grande área requerida
em direitos minerários de exploração do verdete na região. Os recursos minerários
inferidos desta reserva somam um total de 2.7 Bilhões de toneladas de verdete a 8.91%
de K₂O, enquanto o recurso medido é de 71 Milhões de toneladas a 9.22% de K₂O.
Foram investidos até hoje cerca de R$ 90 milhões em pesquisas geológicas,
desenvolvimento de rotas metalúrgicas de extração de potássio solúvel para uso na
agricultura, estudos de Engenharia, além de testes agronômicos no caso do fertilizante
Termopotássio.
A empresa publicou até hoje 2 relatórios de Estudo Conceitual de Engenharia (PEA –
Preliminary Economic Assessment), sendo um referente a produção de Termopotássio,
publicado em Setembro de 2011, e outro de Cloreto de potássio, publicado em Fevereiro
de 2012.
30
3.4.1 – Projeto Conceitual do Termopotássio (Verde Fertilizantes)
O objetivo deste projeto é a produção de um termo-fertilizante na forma grânulos de 2 a
4 mm, calcinados em forno rotativo. O projeto base envolve a produção de 1.1 milhões
de toneladas por ano de Termopotássio a 8.34% de K₂O com uma vida estimada de
aproximadamente 100 anos para este nível de produção.
O fluxograma de processo simplificado desenvolvido para esta fase conceitual do
projeto pode ser visualizado na figura 3.4.1.1.
31
Britagem do verdete
Empilhamento e dosagem do
verdete britado
Recebimento e
dosagem de calcário
Mistura e moagem de verdete
e calcário
Pelotização do mix
Classificação das pelotas
verdes
Secagem das pelotas
Calcinação das pelotas
Resfriamento das pelotas por
imersão em água
Classificação final e secagem
das pelotas
Estocagem e expedição do
termopotássio em pellets (2 a
4 mm)
Figura 3.4.1.1 – Fluxograma do processo produtivo do Termopotássio (Rigby et al.,
2011).
3.4.1.1 – Sumário do processo proposto
O minério verdete é extraído mecanicamente através de mina a céu aberto e
encaminhado à planta de beneficiamento, onde passa pelos estágios de britagem
primária, sendo desagregado por um britador de mandíbulas a uma granulometria
32
abaixo de 75 mm. Em seguida passa por um estágio de britagem secundária, onde
fragmentos -75 mm a +16 mm alimentam um britador do tipo cônico. O produto da
britagem secundária é um material de granulometria 80% passante em 20 mm, que é
encaminhado para uma pilha de homogeneização.
O calcário, proveniente de uma mina da empresa ou fornecedor externo, é recebido na
planta de beneficiamento a uma granulometria de máximo 5% passante em 1”, sendo
estocado em uma pilha cônica.
Verdete e calcário são então encaminhados a silos de dosagem onde são dosados em
esteira transportadora na proporção requerida para alimentar o circuito de moagem,
composto por um moinho vertical de rolos e sistema de despoeiramento.
O blend moído a 10% +170 mesh alimenta a área de pelotização, sendo recebido em um
misturador, onde é misturado com um agente aglomerante. Em seguida, a mistura é
enviada aos discos pelotizadores, onde um spray de água é aplicado ao material gerando
pelotas com umidade em torno de 18%. Após a pelotização, as pelotas verdes são
classificadas, sendo que as fora de especificação retornam ao misturador. As pelotas que
atendem a especificação são encaminhadas via carro de grelha a um secador rotativo,
onde a umidade da pelota será reduzida para 2%.
As pelotas secas chegam então a um forno rotativo, onde serão calcinadas a uma
temperatura próxima a 1300°C por cerca de 60 minutos de tempo de residência. Na
saída do forno, as pelotas calcinadas deverão ser submetidas a um rápido resfriamento
(quenching), caindo em um reservatório de água, onde serão coletadas pela parte de
baixo do reservatório, classificadas e logo em seguida secas em um secador rotativo. O
vapor gerado é coletado e condensado, sendo que a água recuperada retorna ao circuito
de resfriamento (quenching).
O produto final, ou seja, os pellets com especificação de -4 +2 mm, são armazenados e
posteriormente expedidos às misturadoras de fertilizantes, que produzem os diversos
tipos de misturas NPK (Nitrogênio, Fósforo e Potássio) com micronutrientes (Enxofre,
Magnésio, etc) ofertados ao mercado do Agronegócio.
33
No processo proposto, o objetivo da calcinação é liberar termicamente o potássio da
complexa estrutura silicatada do verdete (micas e K-feldaspato) para uma forma que
possa ser absorvido pelas plantas.
3.4.1.2 – Testes agronômicos
Vários testes agronômicos têm sido realizados com o produto, principalmente em
parcerias com as Universidades de Uberlândia (UFU) e Universidade de Lavras
(UFLA). Os resultados obtidos de análises de K disponível no solo após 60 dias da
aplicação, comparando a forma solúvel em água (KCl) com o Termopotássio, mostram
que não há diferenças para as dosagens de 200 e 400 kg/ha K₂O. Além disso, a adição
do Termopotássio também aumenta a disponibilidade de Ca e Mg no solo após 60 dias
de incubação. Os mesmos testes foram feitos aplicando somente o verdete, que não
mostrou liberação alguma de K, Ca e Mg no solo, indicando sua baixa reatividade.
Os testes realizados até então demonstram que este processo e produto são
potencialmente uma valorosa contribuição para a agricultura, particularmente em
regiões onde os solos têm uma baixa disponibilidade dos nutrientes. Embora o
Termopotássio seja relativamente mais caro quando comparado a similares
concentrações de K do KCl e K₂SO₄, ele possui as seguintes vantagens:
 Trata-se de uma fonte isenta de cloretos ou sulfatos e, desta forma, não impacta
adversamente o pH dos solos ou salinidade dos componentes do mesmo;
 Presença de nutrientes adicionais, como cálcio, magnésio e silício;
 A fonte de nutrientes é de liberação lenta, significando custos mais baixos aos
fazendeiros, uma vez que irá requerer menor frequência de aplicação.
3.4.2 – Projeto Conceitual de KCl (Verde Fertilizantes)
O objetivo deste projeto é a produção de KCl através da calcinação de verdete com CaO
e cloretos alcalinos, seguida por lixiviação do calcinado obtido, obtendo-se um licor
com os sais solúveis em água, que em seguida passa por um processo de evaporação e
cristalização, obtendo-se os cristais de KCl.
34
Para o desenvolvimento do projeto conceitual, a Verde Fertilizantes contratou a Hazen
Research Inc., situada em Golden, Colorado (EUA), onde vários experimentos de
calcinação e lixiviação foram realizados, com o objetivo de avaliar o rendimento do
processo em função dos principais parâmetros. As variáveis do processo de calcinação
foram: Temperatura, tempo de residência, adição de reagentes e relação quantidade de
reagentes para quantidade de minério. As variáveis do processo hidrometalúrgico
foram: agente lixiviante, temperatura de lixiviação e tempo de residência.
Após os vários experimentos, foi possível identificar a faixa de trabalho das principais
variáveis que afetam a Recuperação metalúrgica de Potássio no processo. Baseado nos
resultados obtidos nos testes da Hazen, a empresa deu continuidade ao desenvolvimento
do processo em seu laboratório e forno piloto de calcinação em Santa Luzia – MG.
Testes preliminares na GEA Messo (Duisburg – Alemanha) utilizando o calcinado
produzido no Brasil confirmou a viabilidade de se utilizar o processo de evaporação e
cristalização para purificação do KCl contido no licor após a lixiviação.
Para avaliar o processo pirometalúrgico em escala piloto, a Verde Fertilizantes realizou
em Janeiro/Fevereiro de 2012 nas dependências da FLSmidth em Allentown,
Pensilvânia
(EUA),
onde
obteve
recuperação
de
Cloreto
de
Potássio
de
aproximadamente 70%, compatível com os resultados obtidos em escala de laboratório.
Atualmente, a empresa desenvolve o projeto de pré-viabilidade do processo industrial
de produção do KCl a partir do verdete, com previsão de finalizar até o fim do ano de
2013. A figura 3.4.3 mostra uma estimativa do processo em desenvolvimento pela
empresa.
35
Figura 3.4.2.1: Fluxograma do processo produtivo do cloreto de potássio a partir do
verdete (Verde Potash Corporate Presentation, 2013).
3.4.3 – Projeto Kalium Mineração
A Kalium Mineração é uma empresa de mineração que foi fundada em março de 2010,
cuja finalidade é o aproveitamento de rochas potássicas (Verdetes) para a produção de
sais de potássio, alumínio, magnésio e ferro.
O processo desenvolvido pela Kalium para o tratamento do minério, segundo a empresa
é inovador. Não há ainda nenhum documento público da empresa que demonstre a rota
de processo. A Kalium Mineração terá uma produção anual, nesta primeira fase, da
ordem de:
- 9.870 toneladas de sulfato de potássio;
- 7.490 toneladas de sulfato de ferro;
- 29.300 toneladas de sulfato de alumínio;
- 4.830 toneladas de sulfato de magnésio;
- 44.880 toneladas de sílica com alto grau de pureza.
36
4. CONCLUSÕES
Dentro da perspectiva de forte crescimento do agronegócio no Brasil para os próximos
anos, aliada à alta dependência de importação de insumos agrícolas, em especial o
potássio, torna-se premente que o Brasil busque soluções para o problema, tendo em
vista que a única mina de potássio em operação atualmente no Brasil (Taquari
Vassouras, da Vale Fertilizantes) deverá ter sua produção finalizada nos próximos anos.
Entre projetos em andamento, relacionados a depósitos evaporíticos, o único em que se
encontra em estágio mais avançado no país é o projeto Carnalitas, da Vale. No entanto,
ainda apresenta desafios tecnológicos. Os depósitos existentes no Amazonas, ainda
encontram-se em fase de pesquisa geológica. Além disso, as dificuldades logísticas e
ambientais em se produzir potássio nesta região são enormes.
Baseado neste contexto, fontes alternativas de potássio, como as rochas silicatadas, têm
sido alvos de pesquisa desde os anos 80, intensificando-se principalmente após 2007,
ano em que os preços de KCl no mercado mundial subiram significativamente.
Estudos de laboratório com rochas silicatadas com alto teor de K₂O têm demonstrado
ser possível a obtenção de termopotássio, um fertilizante potássico alternativo que,
embora não seja solúvel em água, apresenta vantagens em relação ao KCl, como o fato
de ser de liberação lenta no solo, não apresentar perdas por lixiviação e ser alcalino.
Além do termopotássio, a obtenção de KCl a partir destas rochas, através de processos
piro e hidrometalúrgicos também demonstram ser viáveis em escala de laboratório.
O projeto Cerrado Verde da empresa Verde Fertilizantes estuda ambas as rotas e já
publicou Projetos conceituais de produção de termopotássio e KCl a partir da rocha
“Verdete”, onde se objetiva capacidades de produção expressivas destes fertilizantes.
Apesar de não ser possível o emprego de métodos de concentração visando aumentar o
teor de K₂O no minério, conforme mostra o estudo de caracterização mineralógica,
através do emprego de processos de metalurgia extrativa, a obtenção destes fertilizantes
em escala industrial se encontra em estudo de viabilidade.
37
Alguns pontos fortes do projeto são: o tamanho da reserva do minério, a localização
privilegiada do depósito e os baixos custos de investimento e operação de mina, devido
ao fato de ser mina a céu aberto.
Caso a empresa consiga demonstrar um Estudo de Viabilidade Econômica deste projeto,
certamente será um marco tecnológico importante, tendo em vista o caráter inovador
destes processos em escala industrial.
38
5. SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
Tendo em vista que os estudos realizados com a rocha verdete para as produções de
termopotássio ou cloreto de potássio contemplam ainda uma etapa inicial de
Engenharia, é extremamente importante que os parâmetros de processo, em especial da
pirometalurgia e hidrometalurgia, sejam amplamente avaliados, de modo que a
recuperação metalúrgica de potássio no processo seja a maior possível e os custos de
produção e investimento os mais baixos possíveis, fatores cruciais para o sucesso do
projeto em uma fase de Engenharia mais avançada.
Para que isto seja possível, o estudo de processo em escala piloto ou semi-industrial é
fundamental. Isto, além de proporcionar a escolha e o dimensionamento de
equipamentos da planta industrial, garantirá o scale-up do processo e uma maior
assertividade nos cálculos dos custos de produção.
Para que a rota do KCl seja viável economicamente, é imprescindível que os custos
sejam competitivos quando comparados aos custos de produção do cloreto de potássio
obtidos no Canadá e Rússia, acrescidos do custo logístico para se transportar até os
principais misturadores do Brasil, situados principalmente em Minas Gerais, São Paulo
e região Centro-oeste.
Quanto ao termopotássio, por ser um fertilizante alternativo e pouco conhecido no
mercado, além de custo competitivo para entrar no mercado, é importante que o produto
seja amplamente testado em lavouras de modo que suas vantagens em relação ao
produto convencional (KCl) seja comprovada cientificamente.
39
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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