Fertilizantes em suspensão concentrada
Atualizado: 16 de mar. de 2021
André Fattobene, Bacharel em Química com atribuições tecnológicas (FFCLRP-USP) e Mestre Profissional em Química (UFSCAR), Gerente Industrial Agroceres Binova.
andrefattobene@gmail.com
Produção de fertilizantes em suspensão concentrada
Os fertilizantes em suspensão concentrada são preparados usando a abordagem top-down. Isso significa que a matéria-prima utilizada possui uma certa distribuição de tamanho de partículas (DTP) e, através de um processo de moagem, essa distribuição é reduzida às faixas de tamanho micrométricas ou nanométricas. Esses fertilizantes estão inclusos na categoria de fertilizantes especiais que têm seu mercado estimado em US$22,92 bilhões (Fortune Business Insights, 2018).
A criação de fertilizantes na forma de suspensões concentradas divide-se em três partes principais: pesquisa e desenvolvimento (P&D), processo e controle de qualidade (CQ). As informações que chegam de diversas fontes se convergem no P&D. É onde são determinados quais nutrientes, quais matérias-primas e quais aditivos (surfactantes, espessantes, quelantes, corantes, biocidas e outros) serão utilizados na formulação. São definidos também quais características serão importantes ao fertilizante (densidade, viscosidade, molhabilidade e penetrabilidade, por exemplo), qual o prazo de validade (se existir), as informações de caráter regulatório e fiscal (internas e externas) e as etapas e detalhes do processo produtivo (velocidade de rotação do eixo do reator, vazão de entrada no moinho, velocidade de rotação do eixo do moinho, tamanho e material das esferas de moagem). Além disso, são realizados testes de estabilidade e de compatibilidade com outros fertilizantes e outros componentes de calda.
Para a estabilidade da suspensão, três fatores são de primária importância: DTP, viscosidade e o surfactante. A DTP será responsável tanto pela velocidade de deposição, quando se refere à estabilidade, mas também à maior cobertura e à maior penetração depois da aplicação do fertilizante. É um dos responsáveis pela viscosidade pois, em geral, a viscosidade tende a aumentar quanto menor for a DTP. A viscosidade é inversamente proporcional à velocidade de deposição. Ela é trabalhada nos fertilizantes através da adição de espessantes. Contudo, outros fatores influenciam a viscosidade como alguns aditivos – surfactantes, por exemplo – e parâmetros do próprio processo – tamanho de partículas, como já dito, e a qualidade da dispersão. O efeito dessas duas variáveis na estabilidade de uma suspensão concentrada pode ser explicado por uma aproximação à luz do trabalho de Stokes com esferas sólidas.
A terceira variável, o surfactante, influencia diretamente a energia resultante da soma entre às forças atrativas (Van der Waals) e às forças repulsivas (dupla camada), que variam conforme a distância entre as partículas, estudada na década de 1940 na teoria DLVO clássica. O surfactante previne que as partículas sejam atraídas e se liguem, tanto por efeito estérico quanto pelo equilíbrio de cargas. Essas ligações entre as partículas são indesejáveis pois formam agregados que afetam a estabilidade, conforme explicado acima.
Para fins didáticos, o entendimento do que ocorre nos equipamentos é estudado aqui em processo, mesmo que, obviamente, esses equipamentos e as fases de fabricação já tenham sido determinadas em P&D. Para as suspensões concentradas o processo se resume ao que ocorre em dois equipamentos: reator e moinho.
No reator ocorre a desaglomeração entre as partículas primárias e a dispersão entre as matérias-primas hidrofóbicas em água. Nesse estágio a adição de surfactante é primordial e deve estar unida à máxima transferência de energia do motor para o produto. Para isso, tanto o reator, o motor e o impelidor devem ser estudados e devem ser adaptados para o tipo de formulação (lembrando que a densidade desses produtos pode chegar à 2,20 g/cm³ e a viscosidade à 4500 cP (medida em equipamento tipo Brookfield, spindle 3 a 20 rpm e 25ºC).
Figura 1. Esquema mostrando as partículas primárias, partículas agregadas e aglomerados de partículas
No moinho, quatro grandezas são importantes: A energia de estresse das esferas de moagem e a intensidade de estresse nas partículas, o número de eventos de estresse (ou choques), a energia de moagem específica e a distribuição dos tempos de residência. A determinação do tamanho das esferas a serem utilizadas na câmara de moagem visa atingir os melhores resultados na DTP desejada e devem ser da ordem de 20 vezes do d97 (maior tamanho atingido por 97% das partículas) das partículas de entrada e o d50 final será da ordem de 1/1000 do diâmetro das esferas de moagem.
O CQ garantirá que o fertilizante está em conformidade com o que foi proposto no P&D e que seguiu os procedimentos durante o processo industrial. Serão determinadas a concentração, densidade, viscosidade, DTP, condutividade elétrica, pH e contaminantes; bem como testes de envelhecimento e de compatibilidade.
O desafio do aumento de produtividade por área existe. De acordo com as estatísticas do UN World Population Prospects 2019, a população mundial será de aproximadamente 9,7 bilhões de pessoas em 2050 (United Nations, 2019). Haverá 2 bilhões (26%) de pessoas a mais em 30 anos. Pessoas que irão consumir recursos naturais, energia e, principalmente, alimentos e água. Por outro lado, as terras agrícolas somam 4,8 bilhões de hectares no mundo. Cerca de 32,6% do total (1,56 bilhão de ha) são terras agrícolas produtivas (terras com lavouras permanentes e terras aráveis) (Food and Agriculture Organization (FAO), 2018) (International Fertilizer Association (IFA), 2021). No entanto, esta área não está uniformemente distribuída em todo o mundo, com quase 90% da área restante na África Subsaariana e América do Sul (Food and Agriculture Organization (FAO), 2003).
Hoje, as suspensões concentradas são uma realidade. Elas são utilizadas há anos e os ganhos de produtividade são indiscutíveis. No entanto, ainda há muito para ser estudado e melhorado. O entendimento de quais rotas e como esses materiais pouco solúveis são utilizados pelas plantas começa a ser desvendado. Há uma contínua busca por processos mais eficientes, formulações mais estáveis e seguras para o ambiente, que melhorem o manejo no campo e que gerem melhor nutrição para as plantas e consequentemente para as pessoas.
Referências
Food and Agriculture Organization (FAO). (2003). WORLD AGRICULTURE : TOWARDS 2015/2030 (1 ed.). (J. Bruinsma, Ed.) Rome: Earthscan Publications Ltd. Retrieved from http://www.fao.org/3/y4252e/y4252e.pdf
Food and Agriculture Organization (FAO). (2018). Retrieved from Food and Agriculture Organization (FAO) - FAOSTAT - Land Use: http://www.fao.org/faostat/en/#data/RL/visualize
Fortune Business Insights. (2018). Retrieved 01 2021, from Fortune Business Insights: https://www.fortunebusinessinsights.com/industry-reports/specialty-fertilizers-market-100527
International Fertilizer Association (IFA). (2021).
International Fertilizer Association. Retrieved 01 2021, from https://www.fertilizer.org/Public/About_fertilizers/About_Plant_Nutrition/Public/About_Fertilizers/About_Plant_Nutrition.aspx
United Nations. (2019). World Population Prospects Vol II. United Nations, Department of Economic and Social Affairs. United Nations.