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Revista VIRTUALPRO
ISSN 1900-6241
Bogotá, Colombia.
[email protected]
www.revistavirtualpro.com
2011
José R. Castillo, Luis Ribón, Isabelita Barreiro, Horaima Pérez y Jesús
Domínguez
RUTA DE PRODUCCIÓN DE FERTILIZANTES SUSTENTABLES
HIDROSOLUBLES FHS Y DE LIBERACIÓN CONTROLADA FLC
Tripoliven C. A. / Suministros Barreiro
Morón / Yaracuy
Venezuela
Revista VIRTUALPRO® ISSN 1900-6241 :: Una publicación de Editorial VIRTUALPRO®
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ISSN 1900-6241 Nº 109 Febrero 2011 :: Impacto ambiental agroindustrial
José R. Castillo et al.
Ruta de producción de fertilizantes sustentables hidrosolubles FHS y de liberación
controlada FLC
(Production Route of Hydrosoluble FHS and Controlled Release FLC Sustainable Fertilizers)
José R. Castillo1, Luis Ribón1, Isabelita Barreiro2, Horaima Pérez2 y Jesús Domínguez2
1
Departamento de Ingeniería de Procesos y Nuevos Desarrollos, Tripoliven C.A.
Carretera Morón-Coro, Sector Empresas Mixtas-Morón, Estado Carabobo (Venezuela)
e-mail: [email protected]; [email protected]
2
Suministros Barreiro Asesoría y Proyectos Industriales y Ambientales,
Av. Ravell, Urbanización Valle Fresco, Nº 17, Independencia, Yaracuy (Venezuela)
e-mail: [email protected]; [email protected]; [email protected]
Resumen
La sustentabilidad es prácticamente una obligación en cualquier actividad humana,
entendiéndola como económicamente viable, ambientalmente amigable y socialmente
responsable.
En la industria – incluyendo la de fertilizantes –, la relación costo/beneficio para
evaluar el atractivo de un proyecto cambiará cada vez más hacia el costo/sustentabilidad, que
regirá en el sector agrícola en el momento de seleccionar un fertilizante o una técnica de
fertilización.
Los procesos de producción deberán orientarse hacia aquellos cerrados, que no generen
pasivos ambientales (residuos) o emisiones que contribuyan al efecto invernadero. Esto incluye
la reducción de gases como el dióxido de carbono y los óxidos nitrosos generados en la
producción de amoniaco y ácido nítrico, el uso el fosfoyeso generado en la producción de
ácido fosfórico y de las rocas fosfáticas de bajo tenor sin beneficio físico.
La eficiencia de fertilización deberá orientarse a fertilizantes y técnicas de fertilización
que optimicen el agua, la preservación de la calidad físico-química de los suelos y mayor
eficiencia de recuperación de nutrientes (en las plantas) aportados por fertilizantes.
El presente trabajo propone una ruta de producción de fertilizantes sustentables que
responde a estas orientaciones en una forma sencilla y, a la vez, consistente y eficiente,
utilizando tanto el fosfoyeso como las rocas fosfáticas de baja calidad. Los fertilizantes
sustentables propuestos contienen ácido fosfórico, urea y fosfoyeso como parte de su
estructura, y sus propiedades fisicoquímicas permiten la elaboración de fertilizantes NP
hidrosolubles (HSF) y fertilizantes edáficos NP-CaS de liberación controlada (CRF) que actúan
simultáneamente como mejoradores de la calidad de los suelos.
La ruta de proceso propuesta presenta una relación costo/sustentabilidad muy atractiva
(tiempo de pago de siete años, TIR de 13%), convirtiéndola en una excelente opción, tanto en
instalaciones nuevas como en existentes. Puede implementarse a cualquier escala de
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producción, en especial para mercados de fertilizantes combinados hidrosolubles y de
liberación controlada (diseño a la medida).
Palabras clave: fertilizantes sustentables, hidrosoluble, liberación controlada,
económicamente viable, ambientalmente amigable, socialmente responsable, fosfoyeso, roca
fosfática, edáfico, residuos, emisiones, agua, recuperación de nutrientes, ácido fosfórico, urea,
relación costo/sustentabilidad, diseño a la medida.
Abstract
Sustainability is almost an obligation in any human activity, understood as
economically viable, environmentally friendly and socially responsible.
In industry – including the fertilizer one –, the cost/benefit relationship, used for
evaluating the attractiveness of a project, eventually will turn to cost/sustainability, acting in
agricultural sector when a fertilizer or a fertilization technique are to be chosen.
Production processes must be oriented to the closed ones, it means, those which do not
generate environmental passives (wastes) or greenhouse emissions. This includes decrease of
resulting carbon dioxide or nitrous oxides from production of ammonia and nitric acid, use of
phosphorous gypsum from phosphoric acid as well as low quality phosphate rocks.
Fertilization efficiency must be guided by fertilizers or fertilization techniques aimed to
optimize water, physical and chemical quality of soils, and a higher efficiency in retrieving of
nutrients provided by fertilizers.
This paper proposes a production route of sustainable fertilizers that accomplishes those
goals in a simple and efficient way. It uses phosphorous gypsum as well as low quality
phosphate rocks. Proposed fertilizers contain phosphoric acid, urea and phosphorous gypsum
as a part of their structure; its physical-chemical properties allow the manufacturing of
hydrosoluble (HSF) and controlled-release, edaphic NP-CaS fertilizers, which act as improvers
of quality soils.
The proposed route shows an attractive cost/sustainability relationship (payment time of
seven years, 13% of IRR), being an excellent option for new and existing facilities. It can be
implemented at any production scale, especially for combined hydrosoluble and controlledrelease fertilizers markets (custom design)
Keywords: sustainable fertilizers, hydrosoluble, controlled release, economically Viable,
environmentally friendly, socially responsible, phosphogypsum, phosphate rocks, soil, wastes,
emissions, water, nutrient recovery, phosphoric acid, urea, cost/sustainability relationship
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ISSN 1900-6241 Nº 109 Febrero 2011 :: Impacto ambiental agroindustrial
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1. La industria de fertilizantes y la sustentabilidad
La sustentabilidad no es una opción, es un hecho, y es prácticamente una obligación en
cualquier actividad humana. Una actividad sustentable significa que sea:
ü Económicamente viable.
ü Ambientalmente amigable.
ü Socialmente responsable.
Dentro de este contexto, la industria de los fertilizantes ha estado tratando aspectos
medioambientales durante los últimos 40 años –muchas veces como respuesta a regulaciones y,
en algunos casos, por iniciativa propia. Aunque se ha llegado lejos, la industria tiene aún una
enorme tarea que llevar a cabo.
La mayoría de las soluciones tecnológicas necesarias ya existen, solo que deben
integrarse adecuadamente dentro de la cadena de valor. Para ello, es necesario cambiar el
esquema de evaluar el valor a través de la relación costo/beneficio por el de la relación
costo/sustentabilidad. Esto implica, no solo un cambio en el esquema de cálculo, sino también
en el enfoque, la actitud y la cultura.
Este cambio cultural significa entender que tanto el suelo como la planta no son simples
instrumentos de producción, sino que son seres vivos altamente complejos a los que hay que
aprender a “gerenciar” con visión estratégica.
2. Los procesos de producción, eficiencia de la fertilización y asesoramiento agrícola
Una adecuación a la sustentabilidad en la industria de los fertilizantes significa resolver
problemas todavía existentes asociados con la producción de fertilizantes, la eficiencia de la
fertilización y el asesoramiento al sector agrícola:
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ü La producción de fertilizantes: la mayoría de los procesos de producción de fertilizantes
son procesos abiertos, es decir, generadores de subproductos que pueden representar
una carga ambiental costosa y, en algunos casos, hasta poco aceptables, como es el caso
del fosfoyeso (CaSO4.2H2O) en la producción de ácido fosfórico a partir de roca
fosfática y ácido sulfúrico (Becker, 1989). Un reto importante es el desarrollo de
procesos con reducido impacto ambiental en cuanto a emisiones (sólidas, líquidas,
gaseosas) y con reducido impacto en el efecto invernadero global. Es muy importante el
manejo de los procesos en sus escalas adecuadas (just in size), así como escoger
adecuadamente la materia prima y producir fertilizantes de mayor calidad y eficiencia
(reducir la brecha entre el fertilizante posible y el fertilizante deseable).
ü La eficiencia de la fertilización: incluye un adecuado manejo del agua, de la tierra, de
los fertilizantes y de las técnicas de fertilización. El manejo de una fertilización
apropiada es fundamental para el mantenimiento de los niveles óptimos de nutrientes y
la productividad del suelo, que contribuyen a la eficacia de la agricultura moderna. Esto
ha quedado demostrado por el aumento del rendimiento de las cosechas. La necesidad
de fertilizantes no se cuestiona; si el fin de la fertilización es lograr una agricultura más
eficiente para alimentar a una población mundial en crecimiento (responsabilidad
social), su uso y desarrollo deben continuar.
ü El asesoramiento al sector agrícola: es fundamental que la industria se involucre
activamente en la transferencia del conocimiento sobre el uso correcto de los
fertilizantes y de las técnicas de fertilización al sector agrícola. Los problemas
asociados a la producción y uso de fertilizantes y el impacto en el medio ambiente por
su uso inadecuado son complejos, por lo que se hace primordial difundir el
conocimiento científico-técnico, tanto al sector agrícola como a la opinión pública.
3. Los procesos de producción desde el punto de vista costo/sustentabilidad
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A continuación, se analizan cada uno de los aspectos señalados, haciendo énfasis en aquellos
relacionados con los fertilizantes que aportan los nutrientes NP-CaS, aun cuando algunos
aspectos aplican también a otros nutrientes.
3.1. Producción de fertilizantes nitrogenados:
El primer paso en la obtención de fertilizantes nitrogenados es la producción de amoníaco a
través de la fijación del nitrógeno del aire al hidrógeno procedente de la combustión de
hidrocarburos. En la producción de fertilizantes nitrogenados, la ruta tradicional es la siguiente:
ü Utilizar amoniaco para producir urea, haciendo reaccionar amoniaco con el dióxido de
carbono (CO2) que se genera durante la combustión de hidrocarburos en la producción
del amoniaco. Esta urea se utiliza como fuente de nitrógeno (ureico) en la preparación
de fertilizantes.
ü Utilizar amoniaco para producir ácido nítrico, vía oxidación del amoníaco con aire. El
ácido nítrico se utiliza como fuente de nitrógeno (nitrato) en la preparación de
fertilizantes. En esta ruta se genera óxido nitroso (N2O) durante la obtención del ácido
nítrico, y no se utiliza el CO2 generado en la producción del amoníaco.
ü Utilizar amoniaco como fuente de nitrógeno (amonio) en la preparación de fertilizantes.
En esta ruta no se utiliza el CO2 generado en la producción del amoníaco.
En la ruta tradicional, a excepción de la producción de urea, la producción de fertilizantes
nitrogenados amónicos emite CO2, y la producción de fertilizantes nitrogenados nítricos emite
N2O, siendo ambos gases de efecto invernadero.
El N2O se consideraba un gas inerte no dañino, que se encontraba de forma natural en el
aire. En la actualidad se reconoce como un gas de efecto invernadero, que también reacciona
con la capa de ozono. El efecto invernadero del N2O es unas 200 veces superior al CO2, y por
ello existen razones para explorar formas y medios de eliminar la generación de N2O.
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Adicional a la ruta de producción, se deben tener presentes los aspectos asociados al
manejo y uso de las fuentes nitrogenadas, tales como:
ü La urea es sólida, manejable y almacenable sin mayores inconvenientes.
ü El amoniaco se encuentra en estado gaseoso a condiciones de presión y temperatura
ambiente; debe ser tratado a bajas temperaturas y altas presiones para manejarlo y
almacenarlo como líquido.
ü El ácido nítrico es un líquido ácido muy corrosivo, que debe ser manejado y
almacenado en recipientes especiales. Los fertilizantes a base de nitrato se deben
manejar y almacenar con precaución, ya que los nitratos son materiales explosivos.
De lo anterior, se puede inferir que la ruta de producción y uso de la urea como fuente de
nitrógeno en fertilizantes luce la más atractiva en cuanto a la relación costo/sustentabilidad. Se
puede considerar a la urea como portadora de una fuente de nitrógeno que ha sido empaquetada
a distancia y lista a desempaquetarse en cualquier lugar, sin mayores trabas.
3.2. Producción de fertilizantes fosfatados.
La producción de fertilizantes fosfatados está basada en la transformación del fosfato insoluble
de la roca fosfática a formas solubles, utilizando ácidos minerales como reactivos para lograr
dicha solubilización (proceso de acidulación o de digestión de la roca fosfática).
El ácido mineral más utilizado para este fin es el ácido sulfúrico. La reacción con ácido
sulfúrico se realiza fundamentalmente de tres maneras:
ü Acidulación parcial: solo se transforma una parte del fosfato de la roca insoluble a
fosfato monocálcico soluble.
ü Acidulación total: se transforma todo el fosfato de la roca a fosfato monocálcico.
ü Digestión total: se transforma todo el fosfato de la roca en ácido fosfórico.
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En cualquiera de las vías utilizadas, se genera sulfato de calcio (yeso) como co-producto. En la
acidulación parcial o total (Schultz et al., 1986), este yeso forma parte del fertilizante final,
mientras que en el caso de la digestión, el yeso es separado del ácido fosfórico y representa en
realidad un sub-producto que debe ser almacenado en pilas o lagunas de contención (Becker,
1989). Dado que este yeso obtenido como sub-producto contiene impurezas de la roca fosfática
de partida (incluyendo roca fosfática no digerida y trazas de ácido fosfórico), se le denomina
fosfoyeso y tiene un uso agronómico (FONAIAP, 1990), en su presentación en polvo y
granular (Suministros Barreiro, 2006).
El fosfato monocálcico obtenido en la acidulación parcial o total tiene una solubilidad
de unos 20 gramos por litro de agua, y se utiliza como fertilizante fosfatado (IFDC, 1986). Este
fertilizante, además de aportar fósforo, también es una fuente de calcio y azufre (proveniente
del yeso), y dominó el escenario de los fertilizantes fosfatados hasta la aparición de los fosfatos
amónicos más concentrados en fósforo y más solubles (solubilidad mayor a 300 gramos por
litro de agua), obtenidos a partir de ácido fosfórico (digestión total de roca) y amoniaco. Desde
el punto de vista de la eficiencia agronómica del fósforo, una mayor solubilidad significa una
mayor eficiencia; por ello y por su mayor concentración en fósforo, los fosfatos amónicos
dominan actualmente el escenario de los fertilizantes fosfatados.
El escenario actual dominado por los fosfatos amónicos procedentes de la digestión
total de la roca fosfática (FAO, 2000) presenta los inconvenientes siguientes:
ü La generación de fosfoyeso como pasivo ambiental costoso.
ü Fertilizantes fosfatados que no aportan ni azufre ni calcio a la fertilización. Este aspecto
ha comenzado a ser considerado un factor importante en las deficiencias de estos
nutrientes en los suelos (en especial la deficiencia de azufre), debido a las dietas de
fertilización convencionales que utilizan fosfatos amónicos.
ü Fosfatos amónicos que significan consumo de amoniaco y, tal como se mencionó en la
descripción de fertilizantes nitrogenados, generan gases de CO2. Además, los fosfatos
amónicos que dominan este escenario están basados mayoritariamente en fosfato
diamónico (DAP), el cual presenta una alta presión de vapor de amoniaco (tienden a
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emitir amoniaco) y un pH alcalino, lo cual limita su eficiencia en algunas situaciones o
dietas de fertilización.
ü La eficiencia del proceso de digestión requiere de roca fosfática de alto tenor
(concentraciones de fósforo de 30% mínimo, expresado como P2O5). Existe roca
fosfática en el mercado internacional que se comercializa con altos tenores de P2O5 y
con un costo relativamente razonable para la eficiencia alcanzable de los procesos
actuales. Sin embargo, en muchos sitios/países existen yacimientos de roca fosfática
con un bajo tenor y que requieren de altas inversiones para llevar el tenor de estas rocas
a valores atractivos; por ello, se ve limitado el aprovechamiento eficiente de estos
yacimientos. Además, los procesos convencionales utilizados para aumentar el tenor de
la roca (procesos de beneficio físico) son altos consumidores de agua y generadores de
subproductos (las así llamadas colas de beneficio) con alto contenido de arena y arcilla.
ü Distancia geográfica del nitrógeno y el fósforo. Para aquellos casos en que se dispone
del yacimiento de roca fosfática, pero distante geográficamente del sitio en donde se
produce el amoniaco, el transporte del amoniaco puede convertirse en una limitante
logística muy importante. También puede convertirse en una limitante logística
importante llevar el ácido fosfórico al sitio en donde se produce el amoniaco, ya que el
ácido fosfórico es un líquido corrosivo que debe manejarse y almacenarse con la
precaución adecuada.
De lo anterior, se puede inferir que la ruta de producción y uso de fertilizantes NP debe ser tal
que su componente de fósforo sea de alta solubilidad, aprovechando eficientemente los
yacimientos de roca fosfática de bajo tenor y minimizando la generación de co-productos
(utilización del fosfoyeso para eliminar/evitar pasivos ambientales), logrando hacer más
atractiva la relación costo/sustentabilidad.
La producción de este tipo de fertilizantes de alta solubilidad y alta eficiencia
agronómica, que además no generen “pasivos ambientales”, deben integrarse adecuadamente
dentro de la dieta de fertilización de máxima eficiencia.
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4. Eficiencia de la fertilización y los fertilizantes sustentables
La agricultura intensiva, e incluso la extensiva, se están polarizando hacia condiciones de
cultivo cada vez más controladas con el fin de aumentar los rendimientos. El desarrollo de
nuevos productos y nuevas tecnologías para la aplicación de la dieta de fertilización que
permitan sincronizar las exportaciones diarias del cultivo con los aportes de nutrientes se ha
convertido en la tendencia fundamental a seguir, ya que estos nuevos productos y técnicas
permiten una fertilización más racional que evita excesivos desequilibrios y contaminaciones.
Se tienen en cuenta dentro del desarrollo de estos nuevos productos y técnicas de
fertilización las siguientes consideraciones:
4.1. El manejo adecuado del agua:
El agua disponible para uso agrícola es cada vez más escasa, y en muchos casos es alcalina y
de alta dureza (altos contenidos de sales disueltas). Es primordial incorporar técnicas de
fertilización que logren un manejo más eficiente y más racional del agua. Dentro de estas
técnicas desarrolladas y disponibles, se puede mencionar la fertirrigación, que combina el uso
racional del agua y el uso de los fertilizantes con una alta eficiencia. Con los sistemas
asociados a la fertirrigación, el uso del agua de riego alcanza una eficiencia del orden de 80% a
90%, comparado con tan sólo 40% a 50% para los métodos de riego superficial tradicionales;
además, la eficiencia de la fertilización (absorción de nutrientes del fertilizante por parte de la
planta) se duplica en comparación con la fertilización tradicional. Para garantizar el éxito en el
uso de la fertirrigación (en especial cuando se dispone de aguas alcalinas y duras), es
indispensable contar con fertilizantes hidrosolubles-ácidos. El concepto hidrosoluble en un
fertilizante (Hydro Soluble Fertilizer, HSF), significa cumplir con al menos tres condiciones:
que su solubilidad sea superior a 100 gramos en un litro de agua a 25°C; que su disolución en
agua sea inmediata (minutos-horas); que su contenido de material insoluble no sea superior al
0,5%.
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4.2 El manejo adecuado del suelo:
Se requiere incorporar nuevos suelos a la agricultura, pero los disponibles para este fin
presentan baja calidad físico-química que se expresa fundamentalmente como: baja fertilidad,
acidez (toxicidad de aluminio y hierro), salinidad (alto contenido de sales no nutrientes),
sodicidad (alto contenido de sales de sodio) y compactación (baja permeabilidad hidráulica).
La disponibilidad de tierras para la agricultura está disminuyendo. La mayoría de las
reservas están en las regiones de las selvas tropicales, y el estado natural de éstas debería
preservarse por razones ecológicas. Por ello, el uso de la tierra debe ser cada vez más intensivo,
y dentro de la fertilización se deben incluir técnicas y/o productos que, además de incrementar
los rendimientos de las cosechas, permitan mejorar o al menos mantener, la calidad físicoquímica del suelo. Para la manufactura de este tipo de fertilizantes-mejoradores de suelo, se
están incorporando materiales como el sulfato de calcio (yeso o fosfoyeso).
4.3. El manejo adecuado de la fertilización
Existen ineficiencias en la absorción de los fertilizantes nitrogenados por parte de las plantas,
asociadas a la volatilización (amoniaco, óxidos nitrosos) y la lixiviación (nitratos) de dichos
fertilizantes. Las filtraciones (lixiviación) de nitratos debido a actividades agrícolas son un
tema fundamental para el medio ambiente y la salud. Una fuente importante de los óxidos
nitrosos presentes en la atmósfera lo constituyen los procesos microbianos sobre el nitrógeno
presente en el suelo o añadido como fertilizante. Cuando se utiliza urea como fertilizante, un
aspecto a tener en cuenta es su hidrólisis (transformación a amoniaco) por enzimas (ureasas)
presentes en el suelo. La emisión de amoniaco puede reducirse notablemente si se reduce la
pérdida de amoniaco de la urea. Estas ineficiencias tienen algunas consecuencias
medioambientales no deseadas, como la contaminación del agua con nitratos, la erosión del
suelo y la eutrofización. De igual forma, existen ineficiencias en la absorción de los
fertilizantes fosfatados asociadas a la fijación del fósforo en el suelo, que posteriormente
contribuyen a la pérdida de fósforo, especialmente cuando los suelos sufren erosión.
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Otra fuente de ineficiencia en la fertilización lo constituye la liberación excesiva de
nutrientes de los fertilizantes no coordinada con las necesidades de nutrientes de las plantas.
Por ello, se han desarrollado técnicas como la fertirrigación y fertilizantes de liberación
controlada (Controlled Release Fertilizers, CRF) que permiten lograr un mejor ajuste entre la
liberación de los nutrientes por parte del fertilizante y el consumo de nutrientes por parte de las
plantas. Los fertilizantes de liberación controlada y la fertirrigación juegan cada día un papel
más importante dentro de las dietas de fertilización.
En los macronutrientes nitrógeno y fósforo, el uso de técnicas de liberación controlada
permite duplicar su eficiencia de absorción por parte de las plantas. En el caso del nitrógeno,
este incremento de eficiencia se ve facilitado por el uso de urea ácida (urea mezclada con una
fuente ácida, por ejemplo el ácido fosfórico). La urea ácida permite reducir la actividad
enzimática de amoniación y la actividad microbiológica de nitrificación, de enzimas y bacterias
presentes en el suelo. En el caso del fósforo, este incremento de eficiencia se ve facilitado por
el uso de fuentes de fósforo de alta solubilidad y acidez, como lo son el ácido fosfórico y el
fosfato monoamónico (ambos productos son muy eficientes en la generación del ion
monofosfato, el cual es la fuente de fósforo de asimilación óptima para las plantas).
De lo anterior, se puede inferir que una máxima eficiencia de fertilización requiere de técnicas
como la fertirrigación y de fertilizantes de alta eficiencia como los fertilizantes hidrosolubles
(HSF) y los fertilizantes de liberación controlada (CRF). En el lenguaje cada vez más aceptado
a nivel internacional, son conocidos como fertilizantes de eficiencia mejorada (Enhanced
Efficiency Fertilizers, EEF), y son los deseables para una adecuada sustentabilidad de la
fertilización.
5. Fosfatos sustentables: el fertilizante NP deseable
De lo expuesto anteriormente, se pueden sintetizar algunas necesidades que requieren
soluciones para hacer más atractiva la relación costo/sustentabilidad:
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ü Explorar/desarrollar rutas de producción de fertilizantes que disminuyan el impacto
ambiental de los procesos – incrementar el uso de fertilizantes nitrogenados ureicos
(reducir gases de efecto invernadero), utilizar el fosfoyeso generado en la producción
de ácido fosfórico, eliminando este pasivo ambiental (Suministros Barreiro, 2006,
2007).
ü Desarrollar rutas de producción que permitan el aprovechamiento de fuentes locales de
roca fosfática de bajo tenor.
ü Desarrollar rutas de producción que permitan el uso de urea como fuente de nitrógeno
(nitrógeno empaquetado a distancia) en la producción de fosfatos de amonio cuando la
fuente de fósforo está geográficamente separada de la fuente de nitrógeno, permitiendo
así minimizar el transporte de materia prima de delicado manejo y almacenamiento
(ácido fosfórico y amoniaco).
ü Desarrollar rutas de proceso que permitan el uso de fosfatos amónicos de baja presión
de vapor de amoniaco (fosfato monoamónico MAP en lugar de fosfato diamónico
DAP).
ü Desarrollar rutas de producción que permitan una alta eficiencia en la relación
costo/sustentabilidad aún a escalas locales (escalas moderadas o ajustadas just in size,
que permitan suplir sustentablemente mercados locales cercanos a la planta de
producción).
ü Desarrollar fertilizantes hidrosolubles que permitan el uso eficiente del agua y de la
fertilización vía fertirrigación, hidroponía y fertilización foliar.
ü Desarrollar fertilizantes que permitan de forma simultánea tanto la liberación edáfica
controlada de nutrientes como el mejoramiento continuo de la calidad físico-química
del suelo.
ü Desarrollar fertilizantes nitrogenados ureicos que permitan la acidificación del
nitrógeno ureico.
ü Desarrollar fertilizantes fosfatados que tengan una alta solubilidad en fósforo ácido con
una alta eficiencia en generación del ion monofosfato.
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6. Fosfatos sustentables: el fertilizante NP posible
Para satisfacer las necesidades de fertilización planteadas, se propone la siguiente ruta de
producción para lograr obtener el fertilizante que más se acerque al fertilizante deseable, es
decir, sustentable:
ü Optimización del contenido de fósforo de la roca fosfática local (nativa), realizando un
beneficio químico, tal como se obtiene de la mina, es decir, con cualquier contenido de
humedad (no se requiere secado) y con cualquier granulometría (no se requiere
molienda).
ü Producción de fertilizante en cristales hidrosolubles (HSF) con nitrógeno y fósforo,
obtenido como un aducto químico de urea y ácido fosfórico (urea-fosfato cristal),
diseñado para ser utilizado en fertirrigación, fertilización hidropónica o fertilización
foliar.
ü Producción del fertilizante fosfato monoamónico (MAP) en polvo, obtenido a partir de
nitrógeno ureico vía hidrólisis ácida in situ, en presencia de ácido fosfórico. Este MAP
en polvo puede ser utilizado en la preparación de cualquier tipo de granulado NPK, y
en el esquema propuesto forma parte del fertilizante NP-CaS de liberación controlada.
ü Producción del fertilizante granulado para uso edáfico NP-CaS con nitrógeno y fósforo
de liberación controlada, obtenidos a partir de urea, ácido fosfórico y fosfato
monoamónico; de forma simultánea se añade el sulfato de calcio (fosfoyeso) de
liberación lenta, que actúa como aportador de los nutrientes calcio y azufre (Ca, S), y
que adicionalmente actúa como mejorador físico-químico de suelos (FONAIAP, 1990).
ü Diseño de la planta bajo el concepto de proceso ajustable a cualquier escala (just in
size) que permita una relación atractiva costo/sustentabilidad, en función de las
condiciones locales específicas del sitio donde se implante el proceso. El proceso puede
implantarse en una instalación nueva o en una existente con las modificaciones
pertinentes del caso.
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Las propiedades de los fertilizantes conocidos como urea-fosfato-cristal (UFc) y fosfato
monoamónico (MAP) son ampliamente conocidos, pues son productos que pertenecen a la
cesta de fertilizantes que comercializan en la actualidad en todo el mundo.
Las propiedades de liberación controlada (CRF) del fertilizante NP-CaS, producido en
la planta de granulación de yeso de Tripoliven, S.A. en Venezuela, fueron comprobadas
realizando la siguiente metodología en el laboratorio:
ü Se pesó la muestra inicial del fertilizante NP-CaS granular (granos de 2-4 mm)
ü Se colocaron los granos del fertilizante en un balón aforado de un litro de capacidad y
se añadió agua de chorro (pH del agua ~ 7,5) hasta el aforo del balón.
ü Se agitó la suspensión suavemente por unos cinco minutos y luego se dejó en reposo
por 24 h. Al completarse este tiempo, se pesó el balón con la suspensión.
ü Se tomó toda la solución clara del balón (sin fertilizante en suspensión o no disuelto) y
se midió el pH (manera indirecta de medir la concentración disuelta del fósforo
disminuyendo el pH por acidificación) y la concentración de calcio disuelta (medida
por absorción atómica).
ü Se llenó nuevamente con agua hasta 1 litro (agua de pH ~ 7.5) el balón con los granos
de fertilizante no disueltos en las 24 h previas.
ü Se repitieron los pasos 3-4-5 diariamente hasta que la disolución de los granos de
fertilizante fue completa, habiendo transcurrido 20 días.
Los resultados de liberación del calcio y el fósforo mostrados en la Figura 1 indican que,
durante los dos primeros días, ocurre la mayor acidificación (indicativo de que se libera el
fósforo) y se inicia el proceso de liberación del calcio; al pasar los días se nota una liberación
constante (controlada) del fósforo a medida que se agota más lentamente el calcio.
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Figura 1. Liberación del calcio y del fósforo del fertilizante NP-CaS granular
Fuente: elaboración propia (2010)
En la Figura 2 se visualiza la disolución del fertilizante granular NP-CaS en agua, pudiéndose
observar que el fertilizante se ha disuelto en menos de 18 días; esto quiere decir que, aún
teniendo una barrera de yeso, posee propiedades de fertilizante soluble en agua.
Figura 2. Disolución del fertilizante NP-CaS en agua.
Fuente: elaboración propia (2010)
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De lo anterior, se puede concluir que las principales ventajas del fertilizante NP-CaS se
encuentran en una liberación lenta del calcio, de acuerdo a lo típico del sulfato de calcio, así
como la liberación del P2O5 (H3PO4) controlada por la disolución del sulfato de calcio
(fosfoyeso), lo que se puede constatar por el efecto que tiene sobre el pH del agua el H3PO4
que se libera diariamente.
7. Diseño de la planta de fertilizantes sustentables (HSF y CRF)
En el escenario evaluado, se propone una capacidad de 10.000 TMA de cristales hidrosolubles
de urea-fosfato (UFc) y 100.000 TMA de granulados edáficos de liberación controlada NPCaS. Dentro del esquema planteado, es factible el uso de urea de baja calidad que se genera
durante la manufactura y manejo de la producción de urea, denominada “urea barrida”, “urea
sucia”, o “urea fuera de especificaciones”.
Partiendo de la roca fosfática como materia prima principal, la entidad de producción
de fertilizantes hidrosolubles (HSF) y de liberación controlada (CRF) propuesta está
conformada por seis (6) unidades de procesos, con un esquema flexible de procesamiento que
permite (opcional) trabajar con una fracción (hasta un 20%) de roca fosfática de bajo tenor
(<28% en P2O5) y de granulometría “gruesa” (<6 mm), de menor costo, manteniendo la
eficiencia típica de la etapa de digestión (reacción y filtración) convencional de producción de
ácido fosfórico, pues contempla una unidad de beneficio químico (lixiviación de roca fosfática
de bajo tenor con ácido de reciclo con una concentración entre 15-17% de P2O5), generando un
lodo de ácido fosfórico lixiviado de aproximadamente 25-28% de P2O5.
La roca fosfática se alimenta a la unidad de digestión – que contempla las etapas de
reacción y filtración – para hacerla reaccionar con ácido sulfúrico concentrado al 98%. En el
caso de utilizar la unidad de beneficio químico, se alimentará también el lodo de ácido
fosfórico lixiviado, generando el ácido fosfórico filtrado (25-28% de P2O5) y el fosfoyeso con
50% de humedad.
Todo el fosfoyeso generado en la digestión-filtración se somete a un proceso de secado,
logrando una humedad total resultante de 15% aproximadamente para optimizar su manejo y
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dosificación, ya que no se dispondrá en reservorios para almacenar el fosfoyeso, sino que será
dosificado al granulador cumpliendo la función de barrera de control de liberación, además de
representar una fuente de calcio y azufre en el fertilizante NP de liberación controlada (CRF)
que se producirá en la unidad de granulación.
El ácido fosfórico filtrado producido en digestión se alimenta a la unidad de
concentración para ser sometido a evaporación y obtener un ácido con 52% de P2O5,
indispensable para lograr la producción de cristales de urea-fosfato con el mayor rendimiento y
productividad de la reacción de este aducto químico entre el ácido fosfórico y la urea
alimentada en la unidad de cristalización.
La suspensión de urea-fosfato es sometida a separación física, entre otros procesos,
generando el fertilizante NP hidrosoluble (HSF), urea-fosfato cristal (UFc) 17-44-0, utilizado
en aplicaciones de fertirrigación y/o foliar. También se genera el licor de urea-fosfato (LUF)
con una concentración aproximada de 6-29-0, usado en la unidad de granulación, donde se
adiciona todo el fosfoyeso produciendo el fertilizante granular de liberación controlada (CRF):
NP-CaS: 5-15-0 /15Ca-12S.
Las unidades de proceso propuestas, con capacidad de producción entre 100 a 150
MTMA de fertilizantes, y sus servicios industriales de: generación eléctrica, generación de
vapor, aire comprimido, torre de enfriamiento y generación de agua helada, más los almacenes
de materia prima y productos terminados a granel y ensacados, junto con los edificios de apoyo
– laboratorios, talleres, baños, vestuarios, comedores, administración, control de acceso y
vialidad – pueden establecerse en un área de 3.5 hectáreas.
El grueso de la inversión requerida lo constituye el costo directo total de planta,
representado por la suma de costos de inversión de equipos mayores más los costos de
instalación respectiva, obtenido a partir de la capacidad y número de equipos de cada unidad de
proceso, y aplicando una distribución estadística para determinar los costos asociados al
montaje, instalación eléctrica (15%), civil-mecánica (35-40%), tuberías y ductos (10%), e
instrumentación (5%) de dichos equipos.
La inversión estimada (clase IV) para el desarrollo total del complejo de fertilizantes
sustentables es de 45,8 MMUS$, contemplando un período de dos años para su ejecución.
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La evaluación económica basada en los ingresos por ventas de los productos generados
y la capacidad de producción de las unidades productivas contempladas – lixiviación de roca,
producción y concentración de ácido fosfórico, producción de urea-fosfato cristal, secado de
fosfoyeso y granulación de fertilizante NP-e –, así como en los costos de materias primas y
costos de labor (Fertecon, 2010), muestran atractivos indicadores de rentabilidad.
Considerando un precio promedio para la cesta de productos de 355 US$/t, y un costo
de materias primas promedio de 126 US$/t (Fertecon, 2010), con una inversión de 45,8
MMUS$ a desembolsar en un período dos años y un escenario de depreciación lineal en 15
años, el análisis de rentabilidad indica un tiempo de pago de la inversión de siete años, incluido
el tiempo de inversión, con una tasa interna de retorno de 13%.
8. Conclusiones
ü La ruta de producción y uso de la urea como fuente de nitrógeno en fertilizantes luce
como la más atractiva en cuanto a la relación costo/sustentabilidad. Se puede considerar
a la urea como portadora de un nitrógeno que ha sido empaquetado a distancia y listo a
desempaquetarse en cualquier lugar, sin mayores trabas.
ü La ruta de producción y uso de fertilizantes NP debe ser tal que su componente de
fósforo sea de alta solubilidad, aprovechando eficientemente los yacimientos de roca
fosfática de bajo tenor y minimizando la generación de co-productos (utilización del
fosfoyeso para eliminar/evitar pasivos ambientales), logrando hacer más atractiva la
relación costo/sustentabilidad.
ü La máxima eficiencia de fertilización requiere de técnicas como la fertirrigación y de
fertilizantes de alta eficiencia como los fertilizantes hidrosolubles (HSF) y los
fertilizantes de liberación controlada (CRF). En el lenguaje cada vez más aceptado a
nivel internacional, este tipo de fertilizantes son conocidos como fertilizantes de
eficiencia mejorada (Enhanced Efficiency Fertilizers), y son los deseables para una
adecuada sustentabilidad de la fertilización.
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ü Los análisis de disolución del fertilizante NP-CaS (CRF) indicaron como principales
ventajas una liberación lenta del calcio y la liberación del P2O5 (H3PO4) controlada por
la disolución del sulfato de calcio.
ü La ruta de producción de fertilizantes HSF y CRF está conformada por seis (6)
unidades de procesos: 1) beneficio químico, 2) digestión y filtración, 3) concentración
de ácido fosfórico, 4) cristalización de urea-fosfato; 5) secado de fosfoyeso, 6)
granulación de fosfoyeso con licor N-P.
ü Considerando una producción de 100.000 toneladas año, un precio promedio para la
cesta de productos de 355 US$/t, y un costo de materias primas promedio de 126 US$/t,
con una inversión de 45,8 MMUS$ a desembolsar en un período de dos años y un
escenario de depreciación lineal en 15 años, el análisis de rentabilidad indica un tiempo
de pago de la inversión de siete años, incluido el tiempo de inversión, con una tasa
interna de retorno de 13%.
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9. Referencias
1. Becker, P. (1989). Phosphates and Phosphoric Acid. Raw Materials, Technology, and
Economics of the Wet Process (Second Edition). Nueva York: Marcel Dekker Inc.
2. Food and Agriculture Organization of the United Nations FAO (2000). Fertilizer
requierements in 2015 and 2030. Roma: Autor. Consultada el 20 de abril de 2010 en
ftp://ftp.fao.org/agl/agll/docs/barfinal.pdf.
3. Fertecon (2010). A Monthly Analysis of World Market Developments. World Fertilizer
Review, 2010/5.
4. FONAIAP (1990). Uso agronómico del fosfoyeso. Maracay, Venezuela: autor.
5. Schultz, J. J., Frederick, E. D. y Roth, E. N. (1986). Sulfuric Acid-based Partially Acidulated
Phosphate Rock. Its Production, Cost and Use. Muscle Shoals, AL, Estados Unidos:
International Fertilizer Development Center IFDC (T-31).
6. Suministros Barreiro (2006). Diseño de la planta “Acondicionamiento y Granulación de
Yeso para uso Agrícola y Cementero” de TRIPOLIVEN, C.A. Morón, Venezuela: autor.
7. Suministros Barreiro (2007). Estudio de manejo y disposición del contenido del reservorio
de yeso de TRIPOLIVEN C.A, a corto y mediano plazo. Morón, Venezuela: autor.
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10. Los autores
José Rafael Castillo
Técnico Químico 1970, Ingeniero Químico en Polímeros 1981 y MSc. en
Química 1986, con 35 años de experiencia profesional. En los últimos 25 años ha
trabajado en investigación, desarrollo, asistencia técnica y producción de
fertilizantes fosfatados. Co-autor de 21 marcas/productos/procesos en Venezuela
y de dos patentes estadounidenses. Actualmente es Jefe del Departamento de
I&D e Ingeniería de Procesos de Tripoliven C.A., en el Complejo Industrial Morón, Estado
Carabobo, Venezuela. Ha publicado más de 50 artículos, informes técnicos, ponencias en
revistas y congresos técnicos, tanto en el ámbito nacional como internacional.
Luis Ribón
Ingeniero Químico. MSc. Ingeniería de los Procesos. Más de ocho años de
experiencia en polifosfato de sodio y las plantas de urea fosfato. Ha trabajado en
Tripoliven C.A. como ingeniero de procesos en la planta de polifosfato de sodio.
Ingeniero de procesos en la planta de urea fosfato. Ingeniero de procesos en la
planta de granulación de fosfoyeso. Ingeniero de procesos de la ingeniería
conceptual para el proyecto "Planta de fosfato monodicalcio para alimentación animal
(MDCP)”. Ingeniero de procesos de la ingeniería básica para el proyecto "Ampliación de la
planta de urea-fosfato. Aumentar la capacidad de 30 a 45 t/día”. Ingeniero de procesos de la
ingeniería básica para el proyecto "La hidrólisis de licor urea-fosfato para la producción de
fosfato monoamónico MAP". Ingeniero de procesos de la ingeniería básica para el proyecto
"Secado y mezcla de plantas - Agrop para producir fosfato monodisódico (MDSP) y fosfato
monoamónico (MAP)"
Isabelita Barreiro Pérez
Ingeniera Química. Especialista en Diseño de Procesos. Más de 20 años de
experiencia en la industria de fertilizantes. Ingeniera ambiental y de procesos en
proyectos de fertilizantes de Pequiven-Morón, Venezuela (PDVSA) y
superintendente de producción en la misma empresa. Durante este período, fue
responsable de resolver los problemas en el proceso y operaciones de plantas de
granulación (NPK, DAP y PAPR) y la planta de ácido fosfórico. Responsable del diseño
conceptual y básico de plantas de producción de superfosfato simple (SSP), fosfato tricálcico
planta (TCP), fosfato mono-disódico (MDCP), fertilizantes (URFOS-e), fosfoyeso granular
(PGy), roca parcialmente acidulada (PAPR); Estudios de viabilidad y optimización de plantas
de fertilizantes en Venezuela, Colombia y Togo; Proyectos ambientales (auditorías y
evaluación de impacto ambiental y sociocultural) en varios estados de Venezuela.
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