Avaliação das características físicas e físico-químicas de fertilizantes nitrogenados e fosfatados revestidos por polímeros

Avaliação das características físicas e físico-químicas de fertilizantes nitrogenados e

fosfatados revestidos por polímeros

Roberto dos Anjos Reis Junior

; Douglas Ramos Guelfi Silva

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Departamento de Pesquisa & Desenvolvimento, Produquímica Indústria e Comércio S.A., São Paulo, SP, Brasil. E-mail: roberto.reis@produquimica.com.br.

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Departamento de Ciência do Solo, Universidade Federal de Lavras, 37200-000, Lavras, MG, Brasil. E-mail: douglasguelfi@dcs.ufla.br.

Resumo: Existem diversos estudos para avaliação das características químicas dos fertilizantes minerais, porém, são escassas as pesquisas que avaliam características físicas e físico-químicas de fertilizantes recobertos por polímeros. Dessa forma, o presente trabalho teve como objetivos avaliar a dureza, o índice de acidez de fertilizantes fosfatados e a higroscopicidade da ureia revestidos por polímeros, em dois experimentos. Para avaliação da dureza e da acidez dos fertilizantes fosfatados foram conduzidos experimentos sob delineamento inteiramente casualizado, em esquema fatorial 3x2 (três formulações contendo fósforo: 02-40-00; 00-19-00 e 03-17-17 e ausência e presença de revestimento dos fertilizantes por polímeros). O experimento, para avaliação da higroscopicidade da ureia foi em delineamento inteiramente ao acaso, em esquema fatorial 2x7, (duas fontes de fertilizantes nitrogenados: ureia e ureia revestida com polímeros e sete tempos de exposição à umidade relativa do ar -1; 3; 48; 56; 72; 76 e 80 horas). Os dados obtidos foram submetidos à análise de variância, teste de médias e regressão e os resultados mostraram que o revestimento de fertilizantes fosfatados com polímeros aumentou a dureza e reduziu a acidez dos grânulos. O revestimento da ureia com polímeros reduziu a sua higroscopicidade. Os grânulos de fertilizantes revestidos com polímeros apresentaram melhorias nas características físico-químicas. Palavras chave: acidez, dureza, fertilizantes de eficiência aumentada, higroscopicidade, Policote®.

Evaluation of physical and physico-chemical characteristics of nitrogen and phosphorus

fertilizers coated by polymers

Abstract: There are several studies to evaluate the characteristics of chemical fertilizers, however, are few studies that evaluate physical and physico-chemical characteristics of fertilizers coated by polymers. Thus, this study aimed to evaluate the hardness and acidity index of phosphatic fertilizers and higroscopicity of the urea-coated polymers in two experiments. The experiments to evaluate the hardness and acidity of phosphate fertilizers, were conducted in a completely randomized design in 3 x 2 factorial. The first factor consisted of phosphate fertilizer sources (02-40-00, 00-19-00 and 03-17-17), while the other factor was in the absence and presence of polymer-coated fertilizers. The experiment to assess the higroscopicity of the urea, was designed in randomized 2x7 factorial scheme, with treatments arranged as follows: two sources of nitrogen fertilizers (urea and urea coated with polymers) and seven exposure times to air humidity (1, 3, 48, 56, 72, 76 and 80 hours). The data were subjected to analysis of variance, test of means and regression. The results showed that the coating of polymers in phosphate fertilizers increased the hardness and reduced the acidity of the beads. The polymer-coated urea reduced the higroscopicity. The beads of polymer-coated fertilizers showed improvements in physico-chemical characteristics. Key words: acidity, enhanced efficiency fertilizer, hardness, higroscopicity, Policote®.

Introdução

Trabalhos de pesquisa têm sido realizados para ajustes de calibração de recomendação e de práticas operacionais para aplicação de fertilizantes. Entretanto, o mesmo não tem sido observado em relação a melhorias das características dos fertilizantes, que interferem significativamente no sucesso de sua utilização. Dentre essas

características, a dureza e a acidez livre dos grânulos de fertilizantes fosfatados, e a higroscopicidade da ureia merecem destaque (Alcarde, 2007).

A dureza, também chamada de consistência, refere-se à resistência dos grânulos de fertilizantes à ação mecânica. Grânulos pouco resistentes são mais susceptíveis à quebra durante os processos de armazenamento, transporte e manuseio do produto,

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e podem originar partículas desuniformes em termos de tamanho, gerando, como consequência, aumento da porcentagem de pó e segregação das partículas.

A acidez livre reflete o percentual de acidez do ácido utilizado no processo de produção dos superfosfatos e presente nestes fertilizantes após sua produção. Trata-se de um parâmetro que pode influenciar na qualidade física deste insumo, principalmente, na sua mistura com outros fertilizantes e na eficiência agronômica desta fonte de P. A presença de acidez livre afeta principalmente o empedramento das misturas de grânulos (Malavolta, 1991).

Misturas de fertilizantes classificadas como compatibilidade limitada podem tornar-se incompatíveis caso haja alteração na qualidade dos componentes, como aumento da umidade ou acidez livre. A indústria de fertilizantes, em alguns casos, não tem respeitado o tempo de cura (em torno de 15 dias) necessário para a completa reação da rocha fosfática com o ácido sulfúrico [Ca10(PO4)6F2 +

7H2SO4 + 17 H2O → 3Ca(H2PO4)2.H2O + 7

CaSO4.2H2O + 2 HF], para a produção do

superfosfato simples, resultando em elevada acidez livre, que interferindo na eficiência do P aplicado em relação à absorção pela planta (Queiroz, 2009).

Uma das características físico-químicas mais importantes dos fertilizantes sólidos é a sua higroscopicidade, que pode ser definida como a tendência que os fertilizantes apresentam de absorver umidade do ar atmosférico (Novais et al., 2007).

Fertilizantes úmidos ou os que tendem a absorver água do ar são problemáticos, pois apresentam uma série de inconvenientes como dificuldade de manuseio e de "escoamento" (fluidez), tendência ao empedramento, diminuição no teor de nutrientes, diminuição de dureza, aderência à superfície dos implementos agrícolas. Existem meios de se prevenir ou minimizar os efeitos da higroscopicidade dos fertilizantes, como granulação (aumento do tamanho do grânulo), boas condições de armazenamento (Alcarde et al., 1992; Alcarde, 2007) e o revestimento dos grânulos com ceras, resinas ou polímeros (Shaviv, 2005; Trenkel, 2010).

Os polímeros que revestem a ureia têm como finalidade principal reduzir as perdas de nitrogênio no sistema solo-planta-atmosfera (ShojI et al., 2001; Edmeades, 2004; Pereira et al., 2001; Zanata et al., 2010), mas podem alterar as características físicas dos fertilizantes nitrogenados.

Existem poucas informações sobre as características químicas, físicas e físico-químicas de fertilizantes revestidos por polímeros, dessa forma objetivou-se com esse estudo avaliar a dureza e o

índice de acidez de fertilizantes fosfatados e a higroscopicidade da ureia revestidos por polímeros.

Material e Métodos

Foram conduzidos, no total, três experimentos para avaliação da dureza e acidez livre de grânulos de fertilizantes fosfatados e para avaliação da higroscopicidade da ureia.

a) Avaliação da dureza e da acidez de grânulos de fertilizantes fosfatados

Os experimentos foram realizados no Laboratório de Pesquisa & Desenvolvimento da Produquímica, em Suzano/SP, para avaliação das características físicas e físico-químicas, dureza e acidez, dos fertilizantes fosfatados.

Para os dois experimentos foi utilizado o delineamento inteiramente casualizado, em esquema fatorial 3x2 e os tratamentos foram distribuídos da seguinte maneira: fontes de fertilizantes fosfatados (02-40-00; 00-19-00 e 03-17-17) e ausência e presença de revestimento com polímeros aniônicos solúveis em água.

A avaliação da dureza dos grânulos de fertilizantes fosfatados foi realizada utilizando medidor de compressão e tração (Marca Lutron, modelo FG 5000A), com 21 repetições para cada tratamento.

A acidez livre dos fertilizantes fosfatados foi realizada conforme descrito por Furman (1966), utilizando-se quatro repetições.

Os dados foram submetidos à análise de variância e teste de médias, com o auxílio do software Assistat (Silva, 2006).

b) Avaliação da higroscopicidade da uréia

O experimento para avaliação da higroscopicidade da ureia sem revestimento e revestida com polímeros foi realizado no Laboratório do Instituto Agronômico do Paraná - IAPAR, em Londrina/PR.

O delineamento foi o inteiramente casualizado, com três repetições, em esquema fatorial 2x7. Os tratamentos consistiram de duas fontes de fertilizantes nitrogenados (ureia e ureia revestida com polímeros) e sete tempos de exposição à umidade do ar (1; 3; 48; 56; 72; 76 e 80 horas). A parcela experimental foi formada por placa de petri, com 90 mm de diâmetro, 15 mm de profundidade e peso conhecido. Nas parcelas experimentais foram colocadas amostras de fertilizantes nitrogenados, que foram levadas à estufa a 50 ºC, por 24 horas, conforme metodologia descrita por Alcarde et al.

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(1992). Em seguida, as amostras foram pesadas, determinando-se o peso seco inicial dos fertilizantes nitrogenados. O peso da parcela experimental foi novamente avaliado ao longo dos sete tempos de exposição dos fertilizantes à umidade relativa do ar.

Foram monitoradas a umidade relativa e a temperatura do ar no momento de avaliação do peso da parcela experimental, que variaram entre 58,5 a 66% e 19 a 23°C, respectivamente.

O percentual de água absorvida foi determinado dividindo-se a diferença entre a massa no tempo i (i = 1; 3; 48; 56; 72; 76 e 80 horas) e a massa após a secagem, pela massa observada após a secagem dos fertilizantes nitrogenados de acordo com a seguinte fórmula:

U = [(Pu - Ps)/Ps] x 100, onde:

Pu = peso, em g, da amostra úmida

Ps = peso, em g, da amostra seca

Os dados foram submetidos à análise de variância e regressão com o auxílio do software Assistat (Silva, 2006).

Resultados e Discussão

a) Avaliação da dureza de grânulos de fertilizantes fosfatados

Não foi observada interação significativa (p < 0,05) entre fontes e presença/ausência de revestimento com polímeros, permitindo que os fertilizantes sejam avaliados independentemente.

A dureza dos grânulos dos fertilizantes apresentou diferença significativa (p < 0,01) entre as fontes avaliadas. A fonte 03-17-00 apresentou maior

valor de dureza dos grânulos (2,74 kg) que as fontes 02-40-00 (2,07 kg) e 00-19-00 (1,00 kg) (Figura 1).

O valor da dureza dos grânulos apresentou diferenças significativas (p < 0,01) de acordo com a presença ou ausência de revestimento de polímeros. O revestimento de fertilizantes com polímeros aumentou a dureza dos grânulos dos fertilizantes de 1,64 kg para 2,20 kg, mostrando uma diferença de 34%.

Fertilizantes com valores de dureza dos grânulos menor que 1,4 kg para grãos retidos em malhas entre 7 e 8 mesh de diâmetro são considerados muito fracos para serem manuseados sem problemas. Os valores ideais, ou seja, desejáveis são acima de 2,3 kg (Novais et al., 2007). O aumento da dureza dos grânulos de fertilizantes fosfatados resulta em menor formação de pó do fertilizante durante processo de transporte e armazenamento, reduzindo problemas de segregação, empedramento e de dificuldade operacional da aplicação mecânica de fertilizantes sólidos (Novais et al., 2007).

b) Acidez livre dos fertilizantes fosfatados

A acidez livre é decorrente dos ácidos remanescentes do ataque da rocha fosfática no processo de fabricação dos fosfatos acidulados. Essa característica foi significativamente influenciada pelas fontes dos fertilizantes fosfatados (p < 0,01) e pela presença do revestimento com polímeros (p < 0,01).

Figura 1 - Consistência de grânulos de fertilizantes fosfatados com e sem revestimento por polímeros (DMS = 0,22). Significância 1%.

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Como houve interação significativa entre estas variáveis independentes (p < 0,01), nota-se, que sem o revestimento por polímeros, a fonte 02-40-00 foi a que apresentou a maior acidez livre (1,85%), enquanto que, com o revestimento por polímeros, a fonte que apresentou a maior acidez foi a 00-19-00 (0,9975%); (Tabela 1).

Prochnow et al. (2001) relataram valores de acidez livre em superfosfato simples variando de 2,36 a 7,02% e de 1,86 a 2,38 para superfosfato triplo.

Uma maior redução de acidez livre com a utilização do revestimento com polímeros foi observada na formulação 02-40-00. O revestimento com polímeros aniônicos solúveis em água promoveu diminuição da acidez livre dos fertilizantes fosfatados que foi reduzida para 49,6% do valor original destes insumos (Tabela 1). Esta redução na acidez livre dos fertilizantes fosfatados traz benefícios ao melhorar sua compatibilidade de misturas com outras fontes de fertilizantes e sua eficiência agronômica.

No sentido de diminuir os problemas de empedramento em fertilizantes fosfatados o ideal é

que ocorra um período de cura de no mínimo 30 dias para que exista um tempo necessário de reação da rocha com o ácido, aumentar o conteúdo de P2O5

disponível, reduzir a acidez livre e, consequentemente a tendência ao empedramento em misturas com a presença de superfosfatos acidulados. As propriedades físicas dos fertilizantes, dentre as principais, higroscopicidade e empedramento, são influenciadas diretamente pela acidez livre do superfosfato, a qual se deve ao excesso de ácido sulfúrico empregado. Em fertilizantes com período de cura maior (super bem curado), a quantidade presente deve estar entre 1 e 2% (como H2SO4) (Malavolta, 1981).

c) Higroscopicidade da uréia

O percentual de água absorvida foi estatisticamente diferente entre as fontes de fertilizantes nitrogenadas avaliadas (uréia com polímeros e sem polímeros) (p < 0,01) e ao longo dos tempos de exposição ao ambiente (p < 0,01).

Tabela 1 - Acidez livre de fertilizantes fosfatados com e sem revestimento com polímeros.

Sem polímeros Com polímeros

Fertilizante ---%--- 03-17-00 0,2050 cA 0,1575 cB 02-40-00 1,8525 aA 0,6100 bB 00-19-00 1,4975 bA 0,9975 aB Média 1,1850 0,5883

Valores seguidos pela mesma letra, minúscula na coluna (DMS = 0,039) e maiúscula na linha (DMS = 0,032), são estatisticamente iguais entre si (Tukey, 1%).

Tempo de exposição (horas)

0

20

40

60

80

Um

id

a

d

e

a

b

so

rv

id

a

(%

)

0,00

0,03

0,06

0,09

0,12

Figura 2 - Umidade absorvida (%) pela ureia com e sem revestimento por polímeros durante diferentes tempos de exposição à umidade relativa do ar.

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A absorção de umidade variou de acordo com o tempo de exposição e a composição da mistura de fertilizantes. O ganho de umidade observado neste experimento não foi intenso em função da umidade relativa do ar ter se mantido na faixa entre 58 – 65%, abaixo da umidade crítica da ureia que é de 72,3% (Malavolta, 1981; Novais et al., 2007). Entretanto, mesmo assim, foi possível constatar o aumento de umidade do fertilizante quando exposto ao ambiente.

O aumento do percentual de água absorvida ao longo do tempo de exposição era esperado em função da característica que a ureia tem de higroscopicidade. A Figura 2 ilustra o comportamento do percentual de água absorvida, ao longo das épocas de exposição, para a ureia e para a ureia revestida por polímeros. Nota-se que o aumento do percentual de água absorvida na ureia revestida por polímeros foi menos intenso do que aquele observado na ureia sem polímeros, pois com 80 horas de exposição ao ambiente o percentual de água absorvida observado na ureia (0,1203%) foi 2,43 vezes superior àquele observado com a ureia revestida por polímeros (0,0495%).

Após 80 horas de exposição ao ambiente a ureia, sem o polímero, já estava inviável para aplicação mecânica (fertilizante “melado”), enquanto que a ureia revestida por polímeros ainda estava viável para distribuição mecânica (com implementos agrícolas).

Esta redução na retenção de umidade na ureia revestida por polímeros confere a este fertilizante uma melhoria em sua qualidade físico-química, reduzindo problemas de “mela” da ureia, o que minimiza problemas de sua aplicação via implementos agrícolas, de armazenamento e de queima de folhas das plantas (Alcarde, 1992).

Alcarde (1992) avaliou a higroscopicidade de diferentes fertilizantes e corretivos, dentre eles a ureia, nitrato de amônio e nitrocálcio e verificou que esses materiais mostraram-se os mais higroscópicos dos adubos, apresentando absorção de umidade crescente em função da umidade relativa e do tempo, assim como os maiores valores de água absorvida. No caso específico da ureia exposta à umidade relativa do ar, em torno de 80,5%, nos tempos de 3; 6; 24; 48; 72 horas, foram verificados valores de 0,0064; 0,0117; 0,0470; 0,0891; 0,1241%, respectivamente. Já para valor de umidade relativa menor, em torno de 70,4%, esses valores diminuíram para: 0,0038; 0,0066; 0,0239; 0,0447 e 0,0612, respectivamente.

Vitti et al. (2002), utilizando diferentes proporções nas misturas de ureia com sulfato de amônio observou que os tratamentos que

apresentaram maiores valores médios de absorção de água da atmosfera nas umidades relativas de 85,1, 78,1 e 69,5% foram as misturas de 82% ureia + 18% sulfato de amônio (270,6 + 54 mg) e 52% ureia + 48 % sulfato de amônio (171,6 + 144 mg). Já o menor valor de absorção de água para as umidades relativas de 85,1 e 78,1%, para qualquer tempo de exposição ocorreu para o sulfato de amônio (300 mg). No presente trabalho, com umidade relativa do ar entre 58,5 a 66% e temperatura em torno de 19 a 23°C, a porcentagem de água absorvida pela ureia sem revestimento foi de: 0,002; 0,0328; 0,1104; 0,1147; 0,1217; 0,1233 e 0,1247%, para os tempos de 1; 3; 48; 56; 72; 76 e 80 horas, respectivamente. Entretanto para a ureia com polímeros esses valores foram de: 0,007; 0,0169; 0,0418; 0,0432; 0,0455; 0,0457 e 0,0464%, para os mesmos tempos citados acima respectivamente.

Conclusões

O revestimento de fertilizantes fosfatados com polímeros aniônicos solúveis em água aumenta a dureza e reduz a acidez livre dos grânulos.

O revestimento da ureia com polímeros reduz a sua higroscopicidade.

Os grânulos de fertilizantes revestidos com polímeros apresentam melhorias nas características físicas e físico-químicas.

Agradecimentos

Os autores agradecem ao IAPAR pelo auxílio para a realização deste trabalho. À Produquímica Indústria Química e Comércio pelo fornecimento dos polímeros - Policote® utilizados neste trabalho. Aos Srs. Calisto da Silva e Fernando Martins, pelo auxílio na determinação da dureza e acidez livre dos fertilizantes fosfatados.

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Recebido em: 04/04/2011 Aceito em: 26/04/2012