Study of comminution on the solubility of Bayóvar phosphate rock

Phosphorus is a vital element for both animals and plants. In recent decades, the population growth boosted the production of food and technologies applied to the crops. The intense use of land for monoculture depletes the soil nutrients rapidly, requiring its replacement with fertilizer. Among the main macronutrients, phosphorus is the least required by plants. However, it is the one that most limits productivity in Brazilian soils, mainly because iron and aluminum ions in the soil immobilize this nutrient. The use of phosphate rocks in crops has been studied in recent years as an attempt to control the release of phosphorus in the soil. The present research aimed at studying the kinetics of phosphate release. Analysis were carried out on samples of milled phosphate rock and synthetic samples of two apatites. The results were compared to the kinetic analysis of a high solubility phosphate fertilizer widely used in the fields. The study was divided in three stages: the physical-chemical characterization of the simple superphosphate fertilizer; the physical-chemical characterization of the phosphate rock; and the characterization of apatite s synthetic phases. The results confirmed that the phosphate fertilizer has a phase already quite soluble in water. Through the calculated kinetic parameters it was observed that with a short milling time it was possible to increase the nutrient release. This study served mainly to determine the conditions of the test and also to confirm that the mechanical activation is one way to increase the solubility of less soluble materials. The results of the Bayóvar rock characterization showed that its major mineral phase is apatite which has a low solubility in water. Solubility tests in citric acid showed increased solubility of the material when increasing the milling time, with top system performance (mill/jar and alumina balls) in 20 minutes. As what happened to the fertilizer, the mechanical activation played a significant role to increase the material solubility, even with the material being little soluble. The mineralogical phase of phosphate is also crucial to the success of the release. To check if the mineralogical phase in fact influences the release kinetics, the isolated phases of two apatites were studied. Hydroxyapatite and fluorapatite samples were synthesized via coprecipitation and the particles were grown by hydrothermal treatment, varying time and temperature. The characterizations showed success in the synthesis of samples via co-precipitation. The results of XRD, SEM and BET also showed that temperature was more influential on the crystal growth than on the changes in its morphology. xii Solubility tests, also with citric acid, showed that indeed the mineralogical phase of phosphate is important and will be decisive in the choice of possible rock or natural phosphates to be used for direct soil fertilization.Financiadora de Estudos e ProjetosO fósforo é um elemento vital tanto para animais quanto para as plantas. Nas últimas décadas o crescimento populacional impulsionou a produção de alimentos e de tecnologias aplicadas nas lavouras. O intenso uso das terras por monoculturas fazem com que os nutrientes do solos se esgotem rapidamente, sendo necessária a reposição por meio dos fertilizantes. Dentre os principais macronutrientes, o fósforo é o menos exigido pelas plantas porém, é o maior limitador da produtividade em solos brasileiros, principalmente devido a imobilização desse nutriente por íons de ferro e alumínio existentes no solo. O uso de rochas fosfáticas nas lavouras vem sendo estudado nos últimos anos como uma alternativa para o controle da liberação desse nutriente no solo. Esse trabalho teve como intuito estudar a cinética de liberação do fosfato proveniente de amostras de rocha fosfáticas moídas, amostras sintéticas de duas apatitas, comparando os resultados com um fertilizante fosfatado de alta solubilidade amplamente utilizado nas lavouras. O trabalho foi dividido em três etapas, iniciando com a caracterização físico-química do fertilizante superfosfato simples, depois a rocha fosfática e finalizando com a caracterização das fases sintéticas de apatita. Os resultados confirmaram que o fertilizante fosfatado possui, uma fase já bastante solúvel em água. Por meio dos parâmetros cinéticos calculados foi observado que em poucos tempos de moagem foi possível aumentar a liberação do nutriente. Esse estudo serviu principalmente para determinar as condições de ensaio e também para confirmar que a ativação mecânica é uma alternativa para aumentar a solubilidade de materiais menos solúveis. Os resultados das caracterização da rocha Bayóvar mostraram que a fase mineralógica principal é uma apatita que possui uma baixa solubilidade em água. Os ensaios de solubilidade em ácido cítrico mostraram que houve o aumento da solubilidade do material com o aumento do tempo de moagem, tendo o máximo de performance do sistema moinho e meio de moagem em 20 minutos. Assim como o ocorrido com o fertilizante a ativação mecânica atuou significativamente para aumentar a solubilidade do material, mesmo ele sendo pouco solúvel. Outro fato observado foi que a fase mineralógica que fosfato se encontra também é determinante para o sucesso da liberação. Para comprovar se a fase influência de fato na cinética de liberação, foram estudadas as fases isoladas de duas apatitas. Amostras de Hidroxiapatita e Fluorapatita foram sintetizadas via co-precipitação e as x partículas foram crescidas por meio de tratamento hidrotérmico variando tempos e temperatura. As caracterizações mostraram que houve sucesso na síntese das amostras via co-precipitação. Os resultados de DRX, MEV e BET mostraram também que a temperatura influenciou mais no crescimento dos cristais do que na mudança da morfologia dos mesmos. Os ensaios de solubilidade, também em ácido cítrico, mostraram que de fato a fase mineralógica que o fosfato se encontra é importante e será decisiva na escolha de possíveis rochas ou fosfatos naturais a serem utilizados para a fertilização direta em solos