INVESTIGACIONES 41

IDES1A (Chile) Vol. 15, 1998

La roca fosfórica de la provincia de Jujuy como fertilizante de bajo costo.Estudio de potencialidades y aptitudes geoindustriales.

Tbe pbospboric rock of Jujuy province as a low price fertilizer. Study oftbe potential and geoindustrial aptitudes.

Rubén 1. Fernández.'

RESUMEN

En este artículo, se da a conocer una serie de estudios realizados por el autor en el marco del Progra-ma de Formación Permanente en Geoindustrias de la UNSTA (Proyecto Geoind. N° 1), que se desarrolladesde 1990.

Dichos estudios culminaron con una serie de informes que fueron dados a conocer entre los aBos1993-1994. Las Rocas Foslóricas estudiadas se encuentran en el tramo superior de la Quebrada deHumahuaca, en la provincia de Jujuy; perteneciendo a la denominada Formación Azúl Pampa (unidadgeológica cartografiable) de aproximadamente 400 millones de aBos.Así se presenta un Modelo de Pro-ceso Industrial, desarrollado por Fernández & Cruz Rodriguez (1991-1993), para una Muestra Problema(N°AZP-48)con ley de P2Os=7,4%y BPL (Bone Phosphate ofLime)=16,13. Dicho proceso consiste en unmétodo de Flotación con dos etapas: 1) Flotación Aniónica (o Primaria) y 2) Flotación Catiónica (o deLimpieza). Ambas se completan con una Concentración Final que permite obtener un producto comer-cial: Fertilizante de Bajo Costo con 65,4 de BPL (Expresión Comercial de Roca Fosfórica) y leyes de30% de P2Os.

ABSTRACT

In this report, a lot of studies fulfilled by the author are shown in the framework of Program of Per-manent Formation ofGeoindustries ofthe UNSTA (Project Geoind N° 1) developped since 1990.

These studies ended with a series of reports that were informed between the years 1993-94. ThePhosphoric Rock studies are found in the superior plot of Humahuaca Ravine in the province of Jujuybelonging to the named Blue Pampa Formation (Cartographied geologic unity)of approximately 400million years. Thus, a model 01Industrial Process is presented, developped by Fernández and Cruz Rodrí-guez (1991-1993) for a sample Problem (N° AZP-48) with law ofP20s = 7,4% and BPL (Bone Phospha-te of lime) = 16,13. This process consists of a method of Flotation with two stages: 1) Anionic (or Pri-mary) Flotation and 2) Cationic Flotation (01 cleaning) Both are complemented with a FinalConcentration that allows to obtain a commercial product. Fertilizer 01Low Cost with 65,4 ofBPL (Com-mercial Expression of Phosphoric Rock) and laws of 30% of P20S'

(IJ Doctor en Geología. Investigador de] CONICET.PROGRAMA DE FORMACION PERMANENTE EN GEOINDUSTRIAS. UNIVERSIDAD DEL NORTE SANTO TOMAS DE AQUlNO

(UNSTA). 9 de Julio N" 165. Casilla (32) CP (4000). San Miguel de Tucumán. Argentina.Te!. 228805-2]7543. Fax: (081) 310325.

42

INTRODUCCION

Se sabe que el Fósforo, conjuntamente con el Nitró-geno y el Potasio constituyen los nutrientes principalesdel Suelo; tan necesarios para el logro de un mejor rendi-miento por hectárea arable. La deficiencia de alguno ~eestos elementos,y especialmente del Fósforo, obliga a suaplicación en forma natural o industrializada. Las fuentesde materia prima de este elemento son las Fosforitas(rocas que contienen más del 25% de P20S)YRocas Fos-fóricas (rocas con contenidos entre 5-25% de P2OS),según la clasificación propuesta por Femández (1988).

Asi cualquiera sea su origen, una Roca FosfóricaComercial (Rf) contiene minerales denominados: Fluora-patita-Cloroapatita-Carbonatoapatita, impurezas en can-tidades variables de óxidos de hierro y aluminio, materiaorgánica, silicatos, carbonatos de calcio-magnesio ycompuestos de fluor.

Para el tratamiento industrial y metalúrgico, los aná-lisis quimicos se expresan generalmente en porcentajesde pentóxido de Fósforo (P20S)y en Grados BPL (Bonephosphate of Iime=Fosfato tricálcico); cuyas relacionesde conversión son, (Ver Fig. 2): 1,0% BPL=0,458% deP20S

BPL= % de P20S x 2,18

% de P (Fósforo)= % P20S x 0,436

Dichas ecuaciones sirven de guia a los metalurgistaspara el diseflode procesos industriales y plantas de bene-ficio de roca fosfórica, como el caso aquí presentado,desarrollado por Femández & Cruz Rodriguez (1993).

Desde 1990, hemos venido trabajando en el Progra-ma de Geoindustrias con rocas de Salta y Jujuy, ade-cuándose la metodologia propuesta a rocas del tramosuperior de la Quebrada de Humahuaca, en la provinciade Jujuy.

La unidad geológica que contiene las Rocas Fosfóri-cas tratadas se localiza en un paraje conocido como AzulPampa, situado en las estribaciones australes de la SierraVictoria.

La zona cuenta con buenos accesos, siendo atravesa-da por la ruta Nacional N° 9 Ylas vias de Ferrocarril Bel-grano; constituyendo ambas excelentes vias para unafutura explotación y extracción minera del producto.

Los niveles de Roca Fosfórica se distribuyen a lo lar-go de 1000metros de espesor de la secuencia sedimenta-ria, con Leyes de PPs variables entre 4% y 12%.

IDESIA (Chile) Vol. 15, 1998

La roca fosfórica como fertilizante

El Fósforo, bajo diversas formas (Roca fosfórica,Superfosfatos, etc.), ha sido agregado a suelos de diver-sas regiones del mundo en distintos tipos de cultivos.Para nuestro pais, se conoce la introducción de Importa-ciones industriales de (Npk, Sft, Sfs, etc.) y en algunosensayos con roca fosfórica nacional o importada (prefe-rentemente Gafsa de Túnez, y Araxa de Brasil. Sinembargo no podemos hablar de Roca Fosfórica comoFertilizante de Bajo Costo, En Nuestro País; por la esca-sez de medios de producción de la misma (como molidao acidulada parcialmente con tratamiento industrial) porrazones de mercado o falta d~ Decisiones politicas.

Asimismo, los distintos procesos industriales conoci-dos hasta la fecha para aumentar las disponibilidades delFósforo de las rocas que lo contienen; dificilmente pue-den usarse en nuestro medio por las condiciones deyacencia de la mina (parte aprovechable de un yacimien-to) y el factor económico-productivo que ello involucra.A manera de ampliar la información precedente mencio-naremos los siguientes procesos industriales:

a) Molienda: dicho procedimiento aumenta la reac-tividad de la Roca al aumentar las superficies dereacción. Este proceso de fraccionamiento y gra-nulación es muy usado como aditivo en sueloscarentes de fertiJización balanceada (Sudáfrica ylatinoamérica), como en el caso de cultivo depapa, maiz, porotos y pasturas de diverso tipo enla Cuenca del Rio de la Plata, Castro (1984), Fer-nández & Cruz Rodriguez (1993).

b) Mezclas con Superfosfato: Se utiliza generalmen-te Roca Fosfórica (Rf) de baja reactividad, con laidea de atacar parcialmente la misma con la aci-dez remanente (del Superfosfato); dependiendode la efectividad del mismo, la granulación ycontenido en superfosfat-o.Es muy usado en Uru-guay y Nueva Zelanda, preparándose con mez-clas de roca Fosfórica de Florida (U.S.A.)

c) Tratamiento parcial con ácido Suljürico: Muyusado en Nueva Zelanda y la India, obteniéndoseun producto o mezcla de compuestos con predo-minio del Fosfato Bicálcico y Fosfato octocálci-co. Estudios realizados en Estados Unidos y Uru-guay, demuestran que estos fertilizantes tendrianuna eficiencia Similar a la del Superfosfato Sim-ple (SFS); y en el caso de suelos con alta capaci-dad de fijación de Fósforo, su eficiencia se veriaincrementada en forma considerable, Castro(1984), Femández (1990).

d) Mezclas con Azufre: Usadas. extensamente enAustralia y Nueva Zelanda en áreas con pasturasde leguminosas deficientes en Fósforo (por loque importan fosforitas y Rocas Fosfóricas debaja calid!id,éuyo <;(ontenidoen Hierro y Alumi-nio, las inJ"lipen"parala fabricación de Superfos-fatos)." , , .'o) ;¡,

La idea general, para.la preparación de estos fer-tilizantes, consiste en el ataque combinado de la

roca en el,.Su,elo,por, los agentes naturales y laoxidación bioiógica del Azufre (Biosuperfosfa-to). Los agentes de taf'oxidación son bacilos delgénero Thiobacillus, comunes en los suelos don-de tienen un papel preponderante en la degrada-ción de la Materia Orgánica.

e) Métodos de concentración por procesos de Flo-tación: Es uno de los más usados en la actualidadpor el alto porcentaje de Recuperación y Activi-dad Agronómica, que produce en diversos tiposde cultivos en varias partes del mundo. Puede sercombinado con alguno de los antedichos, para laproducción de fertilizantes de bajo costo y fabri-cación del ácido fosfórico. La bibliografia esabundante al respecto, pero en virtud a las espe-ciales características de nuestras rocas Fosfóricasde Jujuy, también muy similares en composicióna ejemplos de México, Colombia y Bolivia;hemos ideado un proceso Geoindustrial de apro-vechamiento de las mismas; basados en intere-santes estudios de Pérez Chacón (1976), Escalera(1984), Zambrano (1984), Arellano (1986) ynuestras experiencias, Fernández (1989-1990) YFernández & Cruz Rodríguez (1993). El modelode Proceso Industrial, que presentamos se basaprecisamente en este tipo de concentraciónmedianteflotación; por considerarlo el más bara-to y acorde a los requerimientos económicos y demercado de nuestro país y resto de latinoamérica.

Antes de entrar en materia debemos recordar: ¿Quéson los Fertilizantes? La definición más clásica nosinforma que son "Las Sustancias que contienen uno omás de los nutrientes que requieren las plantas para mejo-rar su crecimiento". La importancia de su aplicación esfundamental para restituir la fertilidad del suelo y mante-ner el potencial de producción.

PROCESO DE INDUSTRIALIZACION DE LAROCA FOSFORICA (RF): (Fig. N° 2)

El proceso industrial que proponemos es el resultadode una serie de investigaciones realizadas por el autorcon otros investigadores, en el marco del Programa de

43

Formación Permanente en Geoindustrias (PFPPGI) de laUniversidad del Norte Santo Tomás de Aquino (UNSTA)desde 1989. Parte de los resultados aquí expuestos fuerondados a conocer en comunicaciones, informes y algunaspublicaciones especializadas.

El proceso deflotación es aplicable a casi todos lostipos.de roca fosfórica (Rt) con éxito; pero el principalaspecto a tener en cuenta es el máximo aprovechamientode la capacidad y leyes de estas rocas de la provincia deJujuy, mezcladas generalmente con "Gangas" (Sustan-cias no aprovechables) silíceas y carbonatadas. Para elpresente caso, como la ganga es silícea, se usa un proce-so de Doble Flotación: Aniónica + Catiónica.

Otro caso estudiado por Fernández & Cruz Rodrí-guez (1993) con ganga rica en carbonatos, se trató conDoble Flotación, pero con calcinación previa a 850°C(Metodología propuesta por Zambrano, 1984) queaumenta la concentración del P,Os'

FLOTACION ANIONICA O PRIMARIA (Fig. N° 2)

Si comenzamos el proceso con una tonelada (1 Tn)de Mena Fosfática (Rf) en la alimentación del Sistema,tendremos los siguientes valores:

P,OsCaO

Si O,

AI,O)K,ONa,OFe,03S04F

Ti O,

7,9 %3,55 %

59,08 %15,70 %

2,35 %3,7 %1,50 O/O"

4,80 %

1,25 %

0,17 %

100%

79 kg

35,5 kg590,8 kg157,0 kg

23,50 kg37,00 kg15,00 kg12,50 kg12,50 kg

1,7 kg

1000 kg = 1 Tn

Esta Mena Fosfática (Rf), que tiene 79 kg de Pentó-xido de Fósforo, 921 kg de impurezas o Gangas (dentrode las cuales la silice es la más importante-590,8 kg); tie-ne un BPL calculado a partir de 7,4% de P,Os igual a16,13 BPL (ver relaciones de conversión y Fig. N° 2).

Así la Mena Fosfática (Rt) es sometida a una prime-ra Trituración de Compresión o Primaria, cuya finalidades "liberar" la ganga Silícea, arcillas y partículas adheri-das; como así también Mineral Fosfático.

Seguidamente el material es pasado a una Clasifica-ción en un Tamiz Estacionario, saliendo de allí comoMaterial Grueso y Fino: a donde irá para su lavado (L)saliendo como:

44

a) Material Grueso Menor de 6 Mallas Tyler

b) Material Fino Entre 6 -14 Mallas Tyler

La Fracción gruesa pasa a una Tolva de MineralesGruesos (TI) para luego ir a una Trituradora de Guijadas(T,); y luego a una Tolva Unificada (Trituradora CónicaSecundaria)=(Tu), con el objeto de ser reducida a unafracción entre 6-14 Mallas. La misma se unirá con elmaterial fino de dicha Tolva Unificada (Tu); para luegoseguir a un Molino de Bolas y ser reducido a una Frac-ción entre 14 y 150 mallas (para evitar problemas en laPlanta de Flotación). Este material, luego de ser Ciclona-do (para la remoción del material arcilloso que crea losproblemas mencionados), entra al sistema de Planta deFlotación como fracción fina de 150 mallas.

Dicho material fino (150 mallas) entra a un TanqueDesaguadero (D) Fig. 2, donde tendrá un porcentaje desólidos del 60 -70%; pasará de allí a un Tanque Agitadorde Flujo Radial (a Paletas) = (T.A.) de velocidad media.Aquí es agregado Hidróxido Amonio (Promotor), usadoluego del lavado de la "Pulpa" de la Roca Fosfórica (Rf),que controlará el pH de dicha mezcla entre 9,0 y 9,5. Asíse limpiará la superficie de las partículas de Fosfato ypromoverá la "Adsorción" del colector de ácido carboxí-lico (ácido Graso) que condiciona la pulpa de MaterialFosfático.

Así, vemos que el material fosfático pasa a la Prime-ra Celda de Flotación Aniónica, donde se ayudará a flo-tar el material grueso y fino con los Colectores: AcidosGrasos y "Extensores": Kerosene y Fuel-Oil; además dela cantidad de agua que se requiere para completar la cel-da de flotación.

El mineral Fosfático así flotado y la ganga precipita-da, al salir de este sistema, tendrán el siguiente análisisquímico:

P,Os

CaO

Si O2

AI'03

K,O

Na20

Fe,03

SO,

F

TiO,

27,85 % = 76,58 kg

10,55 % = 29,00 kg21,79 % = 59,42 kg

34,55 % = 95,00 kg

2,55 % = 7,00 kg

1,45 % = 4,00 kg

0,36 % = 1,00 kg

0,36 % = 1,00 kg0,36 % = 1,00 kg

O,I % = 0,5 kg

100% 275 kg (Concen'rndo Parcial)

La Razón de Concentración, en esta parte del Proce-so, será de 1:3,63 y la ríqueza del mineral expresada enP,05 = 27,85% y en BPL = 60,71%.

IDESIA (Chile) Vol. 15, 1998

El mineral Fosfático pasa así a un Tanque de Agita-ción Violento-Flujo Radial a Turbina (A) Fig. N° 2; usan-do mayor velocidad que las agitaciones anteriores y agre-gando Acido Sulfúrico, para destruir las moléculas delcolector de ácido graso; limpiando además las superficiesde la partícula mineral para hacerla accesible en un pos-terior tratamiento con el colector catiónico, Escalera(1984), Fernández & Cruz Rodríguez (1993-1994).

En este tanque que contiene agua y ácido sulfúrico al50%, se agrega soda caústica, cuya finalidad es controlarel pH de la reacción antes y durante el circuito de flota-ción Catiónica entre 7,3 y 7,8. El producto lavado esenviado al circuito de Flotación Catiónica o de Limpie-za, donde se realiza la Flotación de la Arena silícea;mientras que las partículas del Fosfato permanecen en elfondo de la celda.

FLOTACION CATIONICA O DE LIMPIEZA

Luego de la desactivación de los ácidos grasos por elácido sulfúrico y el acondicionamiento del mineral fosfá-tico en el tanque de Agitación violenta (A); el materialentra al circuito de Flotación Catiónica, donde las partí-culas fosfáticas concentradas son tratadas con Colectores(Aminas Primarias) de una cadena carbónica entre:Cl3aC'8' que hacen flotar la arena silícea remanente ydecantan las partículas fosfáticas en el fondo del tanque.Para ayudar a la flotación se usa como extensor el Kero-sene y Agua en la cantidad requerida por las celdas deflotación.

Por lo general, un uso excesivo de ácido graso y áci-do carboxílico producirá un elevado consumo de ácidoSulfúrico; por lo que se incrementarán los costos de Pro-ducción-además de un elevado consumo en el colector deAmina Primaria. El mineral fosfático quedará sedimenta-do y listo para el Tercer Paso = Concentración Final (Cf);mientras que la ganga silicea remanente será enviada a undepósito de Colas (Dc), que se unirá al depósito de Colasde la Primera Flotación (Fig. N° 2).

CONCENTRACION FINAL

El mineral fosfático sedimentado es el mineral deconcentración Parcial, que será enviado a un Espesadorde Gravedad (Eg). Al presentar el mineral, una cantidadimportante de líquidos residuales serán reducidos poreste proceso;saliendocomo líquidoclaro,que se envíafinalmente a un Depósito de Líquidos Residuales (DI.r.),Fig.2.

Así, el mineral Fosfático con menor contenido dehumedad pasa por un Filtro de torta (Ft); donde ademásde quitarle humedad lo convertirá en Piezas Sólidas,

CONCENTRADO FINAL

La razón de concentración, al final del Proce.so,seráde 1:4, mientras que la riqueza del mineral será de: 30%de PzOsy 65,4% BPL.

Este concentrado final será el fertilizante de BajoCosto, obtenido a partir de las Rocas Fosfáticas de Jujuy;que esperamos poder producir y utilizar en nuestro país

45

(envasado en bolsas de 20-30-50 Kg), previa campafiadeconcientización del medio agropecuario.

CONCLUSIONES

Vemos que la práctica de utilizar la combinación dedos Flotaciones (Aniónica y Catiónica) se ajusta a lascondiciones y mineralogía de la Mena Fosfática de laprovincia de Jujuy, en la muestra Problema: AZP48.

Gran parte de este proceso, cuyos estudios pretende-mos continuar, fue objeto de aplicación cuando logramospreparar pequefias cantidades de Fertilizante y Emplear-los en experimentos localizados, con papa, lechugas ytomates, en el área serrana de Tucumán (Tafi del ValJe:2000 m.s.n.m.), Femández (1989).

Ellndice de Selectividad (SI), que mide la eficienciade un proceso Industrial de separación (entre mena y gan-ga del mineral), dio para el presente caso: (SI)=37,15,Femández (1989-1990). Debemos recordar que dichoíndice tiene un rango variable entre: 100 (Separación Per-fecta) y O: Sin Separación; dando nuestro valor guaris-mos parecidos a los obtenidos por Escalera (1984) enBolivia y Arellano (1986) en Venezuela, para rocas desimilar composición y yacencia.

Por último, la preparación de una Fertilizante Nacio-nal podrá, en parte, bajar los altos costos de importaciónde fertilizante fosforado cuyos tonelajes aumentan consi-derablemente; como el caso del Superfosfato Triple(SFT) 21.573 Ton, en 1994, Stella (1995).

Fig. 1. Ubicación del Estudio

ingresando posteriormente a un secador Rotatorio Indi-recto (S.R.l.); donde se obtiene un sólido seco, listo paraser enviado al desintegrador del cual saldrá convertido enpequefios terrones y/o gránulos de 1-3 mm de diámetro.Dicho concentrado final tendrá los siguientes valores:

PzOs 30 % = 75 kgCaO 12 % = 30 kgSiOz 10 % = 25 kgAlz03 40 % = 100 kg

KzO 3 % = 7,5 kg

NazO 2 % = 5 kg

FezO, 0,4 % = 1 kgSO. 2 % = 5 kgF 0,4 % = 1 kgTiOz 0,2 % = 0,5 kg

100 % 256 kg

Fig.2.

Relaciones de Conversión:BPL= %P2Osx 2.18

1.0%BPL = 0.458 de ~Os% de P = %P2Osx 0.436

PROCESO DE INDUSTRIALIZA-CION DE LA "ROCA FOSFORICA"

(Rt)

MENA FOSFATICA

7.4-12% P2O, (Rf)

7.4% de Pp,=16.13 BPLR.I.F. & C.G.C.R. (1991)

TRITURACIONPRIMARIA Y CLASIFICACION

MATERIAL FINO ISO Mallas

LAVADO Material GRUESOLAVADO

Material FINO

FRACCION (Menor:6 MALLAS)

TOLVA UNIFICADA16- 14 MALLAS)de Materiales FINOS l'

Primera Trituraciónde Material GRUESO

Segunda Trituraciónde Material GRUESO (MOLINO de BOLAS)

[Fracción: 14 - ISO Mallas]

CICLON (Colector Duclone)

60 -70%SaLIDOS

Tanque Desaguadero

FUEL-OILY

Kerosene

(ExtensorI I

besintegradorde Torta

DEPOSITODE

COLAS

~a-.

8tI1en:;()=.~-<~-.V>\O\Oa-.

IDESIA (Chile) Vol. 15, 1998 47

LITERATURA CITADA

ARELLANO, N. (1986) Fabricación de Acido Fosfórico:Producto intermedio de la industria de los Fosfatos ysus derivados. Publ. Spec. IX Simp. Intern.Phosphates Rocks. pp. 8 Caracas-Mérida.Venezuela.

CASTRO, J.L. (1984) El empleo de la Roca Fosfórica enUruguay como Fertilizante. Spec. Publ. ProyectoFAO-BOL/83-003. Cochabamba. Bolivia.

ESCALERA S.J. (1984) Avances recientes en eltratamiento de la Roca Fosfórica por el proceso deFlotación. I Con/. Latinoam. de Roca Fosfór.Cochabamba 1: 127-141. Ed.GLIRF. Bolivia.

FERNANDEZ, R.l. (1988) Ensayo de Clasificación deRocas Fosfáticas y Fosforitas del Ordovícico deJujuy. Argentina. Il Reunión Arg. de Sedim. (1):86-89 Buenos Aires. República Argentina.

FERNANDEZ, R.I. (1989) Ensayo Agroindustrial deRocaFosfóricade la provinciadeJujuy,en TafidelValle, provincia de Tucumán. Inl CONICET(Inédito). Buenos Aires.

FERNANDEZ, R.l. (1990) PosibilidadesAgroindustriales de dos rocas fosfóricas de laprovincia de Jujuy. República Argentina. 110m.Reg. de Cienc. y Téc. (Recursos Mineros) Univ.Nac.Catamarca (UNCA). pp. 11. Catamarca, Argentina.

FERNANDEZ, R.l. & CRUZ RODRIGUEZ,C.G.(1991)PosibilidadesAgroinustrialesde RocaFosfórica, en la provincia de Jujuy. Argentina. IIIlorn.Reg. de Ciene. y Técn. Univ. Nac. de Santiagodel Estero (UNSE) Res. pp. 20. Rep. Argent.

FERNANDEZ, R.l. & CRUZ RODRIGUEZ, C.G.(1993) Posibilidades agroindustriales de RocaFosfórica en la provincia de Jujuy. RepúblicaArgentina. II Parte: Calizas de Volcán-Bárcena.Boletín Geoindustrial (UNSTA) 1:8-21. Tucumán.

FERNANDEZ, R.l. & CRUZ RODRIGUEZ, C.G.(1994) Estudio de Prefactibilidad Minero-Industrial,para la instalación de una Planta de Fabricación deFertilizantes de Bajo Costo en la Provincia de Jujuy.Argentina. Fed. Econ. Tucuman (FET) XV CongresoHemisférico de Cam. de Comercio Latinoamer.Miami. Usa. (en Prensa).

PEREZ CHACON, J. (1976) Estudio mineralúrgico delas fosforitas de Baja California Sur. I simp. Metal.Techamalchaco. ComoFomento Minero. Mexico.

ZAMBRANO, J. (1984) Ensayo de concentración deRoca Fosfórica con Ganga carbonatada medianteflotación. . 1: 151-158. Cochabamba. Bolivia.