LIBRO DE LAS

XIII JORNADAS ARGENTINAS

DE TRATAMIENTO DE

MINERALES

5, 6 y 7 de Octubre de 2016

Mendoza, Argentina

Editado por: Daniela Suarez Mario Rodriguez Marcelo Esquivel

XIII Jornadas Argentinas de Tratamiento de Minerales. Mendoza, Argentina. (2016) 349-354

USO DE RESÍDUOS DA MINERAÇÃO NA FERTILIZAÇÃO DE SOLOS

NO BRASIL – ESTADO DA ARTE DE PROJETOS DESENVOLVIDOS

NO CENTRO DE TECNOLOGIA MINERAL (CETEM)

THE USE OF MINERAL RESIDUES AS AGROMINERALS TO SOIL

FERTILIZATION IN BRAZIL – STATE OF ART OF PROJECTS

DEVELOPED AT CENTRE FOR MINERAL TECHNOLOGY (CETEM)

França, S.C.A1., Rizzo A. C. L.

2, Cunha C. D.

3, Luz, A. B.

4, Ribeiro, R.C.C.

5

CETEM - Centro de Tecnologia Mineral, Av. Pedro Calmon, 900 Cidade Universitária, 21941-908, Rio de Janeiro-RJ, Brasil 1sfranca@cetem.gov.br, (55) 21 3865-7273;

2arizzo@cetem.gov.br, (55) 21 3865-7345;

3ccunha@cetem.gov.br, (55) 21 3865-7308;

4adaoluz@cetem.gov.br, (55) 21 3865-

7302 5rcarlos@cetem.gov.br, (55) 21 3865-7276

RESUMO

O Brasil é um país de vocação agrícola, com área territorial de 8,5 Mi km2 e de solo

predominantemente tropical, marcado por elevado grau de intemperismo e carência por nutrientes. Entre os anos de 2000 e 2015 a demanda nacional por fertilizantes à base de NPK cresceu de 6,6 Mi t para 30,2 Mi t. O elevado custo dos fertilizantes convencionais e a dependência de importação, devido à insuficiência da produção doméstica, geram deficiências no suprimento, especialmente para manutenção da agricultura de subsistência. O Centro de Tecnologia Mineral vem desenvolvendo projetos na área dos agrominerais há mais de uma década, no processamento e/ou aplicação direta de resíduos minerais de flogopitito (K e Mg), glauconito (K), serpentinito (Mg, Si), dentre outras rochas como fontes alternativas de nutrientes para a agricultura nacional. Os resultados das pesquisas, em cooperação com

faculdades de agronomia do país e a Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (EMBRAPA) mostram as vantagens, possibilidades e dificuldades no uso desses agrominerais alternativos.

Palavras Chave: agrominerais; fertilizantes alternativos; agricultura brasileira

ABSTRACT

Brazil is a country suitable for agriculture, with land area of 8.5 Mi km2 and predominantly

tropical soils, marked by a high degree of weathering and lack of nutrients. Between 2000 and 2015 the domestic demand for NPK fertilizers grew from 6.6 to 30.2 Mi t. The high cost of conventional fertilizers and high dependence on imports, due to the insufficient domestic production, generate deficiencies in supply, especially for subsistence farming maintenance. The Centre for Mineral Technology has been developing projects in the area of agrominerals for more than a decade, focusing processing and/or direct application of mineral wastes like phlogopitite (K and Mg), glauconite (K), serpentinite (Mg, Si), among others rocks as alternative sources of nutrients to the national agriculture. The results of research in cooperation with agricultural colleges and the Brazilian Agricultural Research Center (EMBRAPA) show the advantages, possibilities and difficulties in using these alternative agrominerals.

Keywords: mineral processing, hydrometallurgy, environmental, recycling.

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França, Rizzo, Cunha, Luz & Ribeiro

INTRODUÇÃO O Brasil apresenta índices de desenvolvimento agrícola acima da média mundial, com

crescimento médio de 3,6% ao ano, sendo que o agronegócio representou, em 2015, 21,5% do

produto interno bruto (PIB) nacional [1,2]. O país vem apresentando um crescimento contínuo da produção agrícola como consequência direta da maior e mais eficiente aplicação

de fertilizantes. Assim, além de tornar-se um dos maiores produtores de alimentos no mundo, vem se tornando também um dos maiores consumidores de fertilizantes. Além do crescimento da produção agrícola voltada para a geração de alimentos, há o

crescente aumento do plantio de espécies relacionadas à produção de biocombustíveis (cana

de açúcar, soja, mamona). No entanto, a abertura de novas fronteiras agrícolas torna-se cada

vez mais limitada em função das deficiências nutricionais dos solos disponíveis para o plantio

e cultivo das espécies adequadas. Os solos brasileiros, de características tropicais - com alto

grau de intemperismo, são, em geral, carentes dos macronutrientes potássio e fósforo, o que,

associado à insuficiente produção interna de matérias primas para fertilizantes, constitui um

ponto de sensibilidade da agricultura nacional. Por exemplo, em 2015, do total de fertilizantes

entregues ao consumidor, apenas 30% foi de produção nacional [2]. Com base em dados da

Organização das Nações Unidas para a Alimentação e Agricultura, o consumo de fertilizantes

no Brasil é de 58,6 kg/ha de N, 59,8 kg/ha de P e 63,4 kg/ha de K [3].

As reservas brasileiras de rocha fosfática são da ordem de 305 Mt de P2O5, referentes a 0,47% das reservas mundiais. Em termos de produção, em 2014 foram produzidas 6,5 Mt de

concentrado de rocha (37% P2O5), cerca de 50% da demanda doméstica. Para o potássio tem-se uma situação bastante crítica, com relação às reservas e demanda: o Brasil detém reservas

de potássio da ordem de 13 Mt K2O, que representam 0,23% do total mundial (5.738 Mt

K2O); a produção nacional atende à 9% da demanda doméstica, sendo necessário recorrer à importação deste insumo principalmente do Canadá (30%) e da Bielorússia (29%) [4]. O potássio é um nutriente essencial para os vegetais, por desempenhar função importante na ativação de mais de 60 enzimas envolvidas em processos metabólicos como fotossíntese, síntese de proteínas e carboidratos [5,6]. O uso crescente desse nutriente na agricultura impulsionou o desenvolvimento de pesquisas sobre minerais alternativos para a produção de

fertilizantes potássicos. Assim, rochas ou minerais que apresentem teores expressivos de K2O

poderão ser fontes alternativas potenciais para a produção de sais de potássio, termofosfatos potássicos ou ainda para aplicação direta nos solos, como fertilizantes de liberação lenta [7]. Algumas rochas que podem ser utilizadas como fertilizantes alternativos são, por exemplo, as

rochas magmáticas alcalinas (carbonatitos, kimberlitos, kamafugitos, flogopititos), as

metassedimentares cálcio-silicáticas e produtos de metassomatismo potássicos (biotita xisto,

flogopita xisto, biotito, flogopitito), todas amplamente distribuídas no território nacional [8].

No entanto, o seu possível aproveitamento requer trabalhos de PD&I complexos; porém, os

resultados, se positivos, terão enorme impacto na indústria dos fertilizantes potássicos [7, 9]. A seguir serão apresentados alguns projetos realizados e em desenvolvimento no CETEM,

para utilização de rochas e resíduos da mineração como fertilizantes alternativos, com foco nas áreas de processamento físico-químico e biológico para liberação dos nutrientes ou ainda

na aplicação direta dos resíduos, pela técnica de rochagem.

DESENVOLVIMENTO TECNOLÓGICO EM AGORMINERAIS - CETEM A aplicação direta de rochas no processo de fertilização de solos é usual, especialmente as que contêm concentrações consideráveis de P, K, Mg, Ca e Si. No entanto, a liberação natural do nutriente pode ser lenta e incompatível com a dinâmica de sistemas de produção agrícola. Rejeitos, estéreis ou rochas encaixantes podem ser aplicados na fertilização de solos, porém é importante avaliar possíveis efeitos de toxicidade que os mesmos possam apresentar às plantas

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XIII Jornadas Argentinas de Tratamiento de Minerales. Mendoza, Argentina. (2016)

A caracterização tecnológica detalhada desses materiais e o beneficiamento e tratamento

podem viabilizar o uso desses passivos como fontes alternativas de nutrientes. Algumas

rochas e resíduos da produção mineral foram escolhidos para estudo, com base na sua

disponibilidade nas regiões de produção agrícola. A avaliação da potencialidade do seu uso é

baseada nas características químicas, mineralógicas e de cinética de solubilização de

nutrientes e de possíveis elementos deletérios. Posteriormente, deve-se fazer a avaliação

agronômica, em casas de vegetação, para avaliar o real potencial fertilizante do material.

PROCESSAMENTO FÍSICO E FÍSICO-QUÍMICO A elevada acidez dos solos brasileiros, conforme mencionado anteriormente, proporciona às

plantas alta concentração de alumínio tóxico, reduzida capacidade de troca catiônica e

redução nas suas atividades orgânica e biológica. Além disso, a assimilação de diversos nutrientes é altamente dependente do pH; assim, o uso de rochas básicas e ultrabásicas é de

grande importância para a correção dessa acidez. O serpentinito da região de Andorinhas-Bahia foi estudado por [10]. A rocha, composta basicamente por dolomita, calcita, diopsídio e antigorita, foi caracterizada como resíduo inerte-classe III, sem restrições para uso como corretivo de solos e promoveu a redução dos

teores de Al3+

trocável no solo. Além disso, aumentou os teores de Ca2+

e Mg2+

, reduzindo a

acidez e tornando o solo mais propício ao cultivo. O potencial de aplicação de um resíduo de flogopitito, rocha encaixante da produção de esmeraldas em Campo Formoso-Bahia, como fonte alternativa de potássio foi avaliado por

[11]. Verificaram que, embora a rocha apresentasse um teor de 7,2% K2O, apenas 5% dessa

quantidade foi disponibilizada em solução Mehlich-2, após tratamento térmico para

modificação estrutural ou em solução Na[B(C6H5)4. Ficou evidenciada, pelos resultados dos

estudos cinéticos, a complexidade de troca iônica inerente à estrutura cristalina dos minerais micáceos. Ainda sobre o flogopitito, [12] avaliou a influência da granulometria da rocha na solubilização do potássio contido, verificando a relação direta entre eficiência de extração

com a redução do diâmetro das partículas; concluiu que as melhores extrações de K+ não

trocável foram obtidas para as frações mais finas, reforçando que a cinética de liberação está diretamente ligada à granulometria; foram obtidas extrações de potássio de até 5%, com ácido cítrico, mostrando que essa rocha será melhor aplicada como fertilizante de liberação lenta. A síntese e caracterização estrutural de um material termopotásssico derivado da rocha verdete (Cedro do Abaeté-MG), com liberação controlada de potássio, foi desenvolvida por

[13]. Para a rocha "in natura" (7% K2O) apenas 4,0% do potássio contido foi extraído em solução de ácido cítrico (1 mol/L). A partir desse resultado foi implementado um processo de síntese, contemplando uma etapa de ativação mecanoquímica da rocha, por meio de moagem

na presença de até 30% CaO (p/p), seguida de tratamento térmico (800 e 1200 oC) da mistura.

Os melhores resultados do trabalho apontam para uma extração de 41% do potássio contido na rocha, viabilizando a sua utilização como insumo na produção do termofertilizante. Em trabalho com a rocha fonolito, [14] avaliaram as eficiência do tratamento térmico (600 a

1.200oC), com o objetivo de promover modificações estruturais nos cristais da rocha que

permitam a liberação mais facilitada do íon potássio. Foi evidenciada a formação de material

vítreo, a partir de 1000oC, e de material amorfo, a 1.200

oC; essas fases minerais desordenadas

apresentaram cerca de 27% mais disponibilidade do potássio nutriente para as plantas. Outras rochas e resíduos de processamento mineral foram investigadas, como vermiculita, basalto, serpentinito, porém os teores e a cinética de liberação dos nutrientes inviabilizam os

seus usos para culturas de alta demanda de potássio; assim, somente poderão ser aplicados

como fertilizantes de liberação lenta, em processos de rochagem.

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França, Rizzo, Cunha, Luz & Ribeiro

PROCESSAMENTO BIOLÓGICO Alguns estudos demonstram a capacidade de certos microrganismos de promover a

solubilização de elementos como P e K a partir de rochas potássicas e fosfáticas

(genericamente denominadas de agrominerais), o que abre caminho para a geração de

tecnologias de produção de fertilizantes diferenciados. Neste sentido alguns autores indicam

que o desenvolvimento de processos biotecnológicos para solubilização destes agrominerais

configura-se como uma alternativa atrativa, porém os mecanismos de ação microbiana para

cada tipo de rocha ainda não se encontram elucidados. O contato da rocha com microrganismos e/ou subprodutos derivados do metabolismo

microbiano resulta na solubilização da mesma e na consequente liberação de seus

componentes para o meio. Os microrganismos atuam na dissolução dos minerais na busca de

de fonte de energia, de aceptores finais de elétrons da cadeia respiratória e/ou de elementos

traços essenciais para seu crescimento. No entanto, as rotas bioquímicas utilizadas pelos

microrganismos na solubilização de íons como fósforo e potássio, em acordo com as

características químico-mineralógicas de cada mineral ainda não são claras o suficiente para

uma aplicação em maior escala destes processos na atividade agrícola. Desta forma, o CETEM vem fortalecendo linhas de ação voltadas para o desenvolvimento de rotas biotecnológicas para o aproveitamento de rochas potássicas e fosfáticas. Essas ações

objetivam avaliar os parâmetros bioquímicos-fisiológicos dos bioprocessos aplicados na biossolubilização de agrominerais brasileiros, para posterior aplicação como fertilizantes

alternativos, tanto para a produção de alimentos quanto para a produção de bioenergia. A primeira ação institucional na área iniciou em 2008 através de projeto intitulado “Estudo

prospectivo sobre processos biotecnológicos para biossolubilização de agrominerais”,

contemplado com recursos provenientes do Edital MCT/CNPq/CT – Agronegócio 43/2008 do

CNPq e contou com a parceria do Laboratório de Microbiologia da EQ/UFRJ e do

Laboratório de Bioprocessos da Embrapa Agroindústria Tropical (CE). A justificativa para a

condução dos estudos propostos foi baseada no reduzido número de trabalhos no Brasil que

abordassem a biossolubilização de agrominerais como uma rota tecnológica passível de

aplicação para obtenção de fontes alternativas de fertilizantes. O projeto contemplou: a)

seleção de agrominerais com teores elevados de potássio e que se caracterizassem como

potenciais fontes alternativas deste macronutriente; b) seleção de linhagens microbianas com

potencial aplicação no processo de biossolubilização dos agrominerais selecionados,

contemplando o isolamento a partir de rizosfera de girassol, visando a sua biossolubilização e

conseqüente liberação do potássio; c) avaliação, em ensaios de bancada com condições de

processo controladas, da aplicabilidade das linhagens selecionadas e a efetividade das mesmas

na liberação do potássio em meio líquido; d) estabelecimento da(s) rota(s) biotecnológica(s)

mais favorável(eis) à condução do processo de biossolubilização proposto. Neste contexto,

foram isoladas e selecionadas duas linhagens fúngicas e duas linhagens bacterianas com

potencial para aplicação em ensaios de biossolubilização de potássio, a partir de flogopitito e

glauconito, obtendo-se percentuais de solubilização superiores a 17%, quando comparado

com o controle abiótico. Desde então, o CETEM, em particular, vem investindo em estudos

voltados para a otimização de condições de processo essenciais para maximizar a liberação de

potássio das rochas silicáticas mediante processos de biossolubilização empregando bactérias.

Os valores obtidos até o momento sugerem potencial de aplicação desses isolados

microbianos na biossolubilização de potásssio; porém, carecem de ensaios complementares

que comprovem viabilidade técnica e econômica para um aumento de escala [15, 16]. Paralelamente aos estudos envolvendo as rochas potássicas, foi realizado estudo prospectivo sobre a potencialidade da utilização do resíduo proveniente da extração de rochas ornamentais, contendo feldspato de potássio em sua composição mineralógica, na fertilização

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XIII Jornadas Argentinas de Tratamiento de Minerales. Mendoza, Argentina. (2016)

de oleaginosas para produção de biocombustíveis. Essa aplicação visou atender a demanda do

setor agrícola, em especial de pequenos e médias produtores. Os valores de potássio solúvel

obtidos, após a realização de etapas de bioprospecção a partir de rizosfera de algodão,

otimização de condições de processos através de planejamento experimental e condução de

ensaios biológicos, sugeriram uma baixa liberação a partir dos rejeitos de rochas ornamentais

testados (provenientes do norte do Espirito Santo). No entanto, estes estudos são prospectivos

e necessitam de novas análises de parâmetros, assim como diferentes configurações de

sistemas (ensaios em colunas) para avaliar a viabilidade da utilização do processo biológico.

ROCHAGEM E COMPOSTAGEM Outros projetos em desenvolvimento no CETEM dizem respeito à aplicação direta de resíduos de rochas ou associada a substratos para compostagem na fertilização de solos como fonte de potássio [17]. Foram avaliados resíduos oriundos de tanques de decantação de serrarias de

granito (Espírito Santo), com teores médios de 2,5% K2O. Os substratos para compostagem

foram bagaço de cana, palha de café, esterco bovino e cama de aviário, com teores de K2O de 0,18; 1,56, 1,78 e 1,44%, respectivamente. Foram avaliadas diferentes proporções mássicas de substratos e resíduo de rocha, uma vez que a aplicação direta do resíduo de rocha diretamente no solo não promoveu aumento significativo dos teores de potássio. Os experimentos de compostagem foram conduzidos em casa de vegetação do Centro de Ciências Agrárias da Universidade Federal do Espírito Santo. Os resultados mostraram a influência benéfica do processo de compostagem: considerando-se o mesmo tempo de cultivo, para a rocha aplicada de forma direta (sem matéria orgânica), a liberação máxima de potássio

foi de 345,8 mg.dm-3

, enquanto que os mesmos resíduos associados à compostagem atingiram

valores 800 mg.dm-3

, indicando que a presença de microorganismos e condições ácidas do

meio podem ser responsáveis pela “degradação” da estrutura mineral, facilitando a liberação do potássio para o solo. Esses resultados são corroborados por [18], em trabalhos com rochas silicáticas moídas adicionadas ao processo de compostagem. Segundo os autores este fato ocorreu provavelmente porque a testemunha, isenta de rochas, apresenta maior teor de matéria orgânica e de nutrientes em formas orgânicas, que são mais disponíveis que os nutrientes que estão imobilizados na fração mineral dos tratamentos com adição de rochas. Dessa forma, conclui-se que a aplicação de resíduos de rochas associados à compostagem

promovem um aumento substancial do teor de potássio do solo, indicando que este processo,

possivelmente, auxilia na desorganização estrutural dos minerais presentes no resíduo,

facilitando a liberação desse elemento para o solo e para as plantas. Estes resultados

confirmam a possibilidade da adubação orgânica proporcionar os mesmos rendimentos que o

cultivo químico, com a atratividade da redução de custos.

CONSIDERAÇÕES Diversas rochas que podem ser utilizadas como fertilizantes alternativos - rochas magmáticas

alcalinas (carbonatitos, kimberlitos, kamafugitos, flogopititos), metassedimentares cálcio-

silicáticas e produtos de metassomatismo potássicos (biotita xisto, flogopita xisto, biotito,

flogopitito) - estão amplamente distribuídas no território nacional. O seu possível

aproveitamento, como fonte de nutrientes principais e secundários, requer trabalhos de PD&I

complexos; porém, os resultados, se positivos, terão enorme impacto na indústria nacional de

fertilizantes. Vislumbra-se, com os resultados gerados nesses projetos de pesquisa e desenvolvimento tecnológico, o atendimento de parte significativa da demanda por nutrientes em sistemas convencionais e orgânicos de produção agropecuária no Brasil, com impacto positivo na balança comercial, além de contribuir para maior sustentabilidade dos sistemas de produção.

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França, Rizzo, Cunha, Luz & Ribeiro

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