Minerales Fertilizantes Fosfatos, Potasa y Nitratos

Universidad Nacional de Cajamarca Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería de Minas

MINERALES FERTILIZANTES: FERTILIZANTES: Fosfatos, Potasa Y Nitratos Integrantes: 

BENEL RIVERA, Brayan Augusto

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CHILÓN VALDEZ, Reynaldo

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ORTIZ BARBOZA, Juan Eugenio

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PEREZ RODRIGUEZ, Luis Emilio

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SALDAÑA CHUNQUI, Elki.

Docente: Ing. Filadelfio Cruzado Mejía Universidad Nacional de Cajamarca. Cajamarca - Perú Cajamarca – Perú Perú 15 de julio del 2018

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MINERALES FERTILIZANTES: Fosfatos, Potasa Y Nitratos

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AGRADECIMIENTO A los buenos maestros de la Universidad Nacional de Cajamarca, por estar cimentando en nosotros sus conocimientos y amplia experiencia e inculcar objetivos y metas en beneficio de nuestra formación integral, profesional y ciudadana, orientada al logro de retos personales y sociales por una sociedad justa y progresista para el pueblo. Agradecemos de manera especial a nuestro docente asesor el Ing. Filadelfio Cruzado Mejía, por estar a cargo del curso y compartir sus conocimientos.

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DEDICATORIA A nuestros queridos padres, por su esfuerzo, esfuerz o, amor e irrenunciable apoyo incondicional en el logro del mayor objetivo de nuestras vidas: Ser profesionales en Ingeniería de Minas. Los Integrantes

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ÍNDICE Pág. AGRADECIMIENTO ................................. ..................................... .................................... ......................... I DEDICATORIA .......................................................................................................................................... II CAPÍTULO I: INTRODUCCIÓN ............................................................................................................... 1 1.1 OBJETIVOS ..................................................................................................................................................................... 2 1.1.1 General .................................................................................................................................................................... 2 1.1.2 Específicos ............................................................................................................................................................. 3 CAPÍTULO II: FOSFATOS ........................................................................................................................ 4 2.1 DEFINICIÓN .................................................................................................................................................................. 4 2.2 ASPECTOS GEOQUÍMICOS Y MINERALÓGICOS ........................................................................................... 4 2.2.1 CICLO GEOQUÍMICO GEOQUÍ MICO DEL FÓSFORO ....................................................... ........................... ........................................................ ................................................... ....................... 5 2.2.1 MINERALOGÍA MINE RALOGÍA .................................................... ......................... ....................................................... ....................................................... ...................................................... .......................................... ............... 5 2.3 GEOLOGÍA DE LOS DEPÓSITOS DE FOSFATO ............................................................................................ 6 2.4 ALTERACIÓN........................................................................................................................................................... 10 2.5 EXPLOTACIÓN DE LA FOSFORITA ............................................................................................................... 11 2.6 PROCESADO DE ROCAS FOSFATADAS ....................................................................................................... 11 2.7 PRODUCCIÓN .......................................................................................................................................................... 14 2.8 USOS Y APLICACIONES ...................................................................................................................................... 15 CAPÍTULO III: POTASA ........................................................................................................................ 16 3.1 DEFINICIÓN ............................................................................................................................................................... 16 3.2 ORIGEN DE LA POTASA ....................................................................................................................................... 17 3.3 EXPLOTACIÓN DE LA POTASA ......................................................................................................................... 19 3.3.1 LA MINERÍA SUBTERRÁNEA .................................................................................................................... 19 3.3.2 LA MINERÍA POR DISOLUCIÓN O LIXIVIACIÓN IN-SITU.................. IN-SITU......................... ............... ................ ............... ............... ............. ..... 20 3.3.3 EVAPORACIÓN DE SALMUERAS NATURALES ................................................................................. 20 3.4 YACIMIENTOS DE LA POTASA.......................................................................................................................... 21 3.5 USOS DE LA POTASA ............................................................................................................................................. 22 3.6 MERCADO ................................................................................................................................................................... 23

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CAPÍTULO IV: NITRATOS .................................................................................................................... 24 4.1 DEFINICIÓN ............................................................................................................................................................... 24 4.2 ORIGEN DE LOS NITRATOS................................................................................................................................ 24 4.3 EXPLOTACIÓN .......................................................................................................................................................... 25 4.4 PRODUCCIÓN DE NITRATOS ............................................................................................................................. 26 4.5 YACIMIENTOS DE LOS NITRATOS .................................................................................................................. 28 4.5.1 YACIMIENTOS DE CHILE ............................................................................................................................. 28 4.5.2 YACIMIENTOS DE PERÚ .............................................................................................................................. 30 4.6 USOS DE LOS NITRATOS ..................................................................................................................................... 31 4.7 MERCADO ................................................................................................................................................................... 32 4.8 NITRATOS MAS COMUNES ................................................................................................................................. 32 4.8.1 UREA AGRÍCOLA ............................................................................................................................................. 32 4.8.2 NITRATO DE AMONIO ESTABILIZADO ................................................................................................ 34 4.8.3 SULFATO DE AMONIO .................................................................................................................................. 37 CONCLUSIONES ...................................................................................................................................... 40 BIBLIOGRAFÍ A ............................................... ........................................................................................ 41

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CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN Las plantas obtienen sus nutrientes tanto del suelo como del aire (C02, N, etc). Los nutrientes del suelo los incorporan a través del agua, debido a que las plantas en crecimiento usan más agua que cualquier otra sustancia. Los compuestos inorgánicos (minerales) constituyen < 5% en peso de la planta, pero la mayoría de los suelos son deficitarios en alguno de estos compuestos esenciales para un crecimiento adecuado, por lo que es necesario el uso de fertilizantes. Los fosfatos son minerales con alto contenido de fósforo, un elemento fundamental para los organismos vivientes. Los fosfatos se encuentran en la naturaleza concentrados en las "rocas fosfáticas", de las cuales pueden extraerse para su utilización industrial. Rocas fosfáticas es el nombre comercial para rocas que contienen uno o más minerales fosfáticos, generalmente del grupo del apatito, cuya base es el fosfato de calcio. Estas rocas pueden utilizarse en forma directa como fertilizantes, o como fuente de fosfatos y de fósforo, para lo cual son sometidas a tratamientos de concentración y depuración, expendiéndose finalmente como productos comerciales. Los fosfatos, potasas, nitratos y el azufre, constituyen la base de la potente industria de fertilizantes químicos. Los beneficios de los productos fitosanitarios (plaguicidas y fertilizantes) son muy variados:

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a) Los fertilizantes, por un lado, permiten el cultivo de tierras anteriormente improductivas, o bien la introducción de cultivos de mayor calidad en terrenos previamente explotados. Además, disminuyen los tiempos de barbecho, y aceleran el crecimiento de las plantas, a la vez que aumentan su tamaño; b) Los plaguicidas combaten los agentes nocivos para los vegetales, o previenen su acción, conservan y protegen los vegetales, y destruyen otros vegetales indeseables ("malas hierbas"), previniendo su crecimiento incontrolado En cuanto a los fertilizantes, hay 13 nutrientes esenciales que podemos agrupar en: - Primarios: N, P, K - Secundarios: Ca, Mg, S Micronutrientes, o minerales traza: B, Fe, Mn, Cu, Zn, Mo, Cl Los tres primeros suponen el 98% de las plantas vivas. El 2% restante es vital para el crecimiento. De los tres nutrientes primarios el fósforo es el más crítico, ya que sólo se puede extraer por la vía de explotación de fosfatos, fundamentalmente de fosforitas.

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1.1. OBJETIVOS 1.1.1. General 

Conocer los diferentes minerales fertilizantes que se utilizan hoy en día para las diferentes actividades productivas.

1.1.2. Específicos 

Dar a conocer los dos métodos de explotación de los fosfatos, ya sea superficialmente y en forma subterránea, la maquinaria que se emplea y sus problemas ambientales.

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Conocer con más profundidad las propiedades de los fosfatos, potasa y nitratos para así comprender porque son usados como fertilizantes, también saber el tipo de yacimiento en los que estos minerales se encuentran para así poder tener un método para su extracción.

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Mencionar algunas de las muchas aplicaciones de los minerales fertilizantes existentes.

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Conocer los precios de los fosfatos, potasa y nitratos en el mercado mundial.

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CAPÍTULO II FOSFATOS 2.1. DEFINICIÓN El fósforo es imprescindible para el desarrollo de los seres vivos. Es un nutriente fundamental en el crecimiento de las plantas, y sus compuestos son esenciales para las funciones energéticas de todos los seres vivos y para la formación de huesos y dientes. Los animales toman el fósforo al ingerir plantas y otros animales, pero las plantas lo toman del suelo. El fósforo está presente, en pequeñas proporciones, en la mayoría de las rocas ígneas (0,4 % P2O5 en rocas ígneas intermedias) y sedimentarias (0,04 % en areniscas), así como en agua dulce y salada. No obstante, la recuperación económica se limita a aquellos depósitos donde se haya producido una concentración natural. En ocasiones, esta concentración es tal que permite la utilización del material sin apenas elaboración.

2.2. ASPECTOS GEOQUÍMICOS Y MINERALÓGICOS 2.2.1. Ciclo geoquímico del fósforo El fósforo es un elemento relativamente común en la corteza (0,23 %). Su distribución en la naturaleza se realiza a través de un ciclo que comienza en los depósitos ígneos primarios, especialmente en sienitas nefelínicas, carbonatitas y rocas ultramáficas alcalinas. Estas rocas pueden ser alteradas, liberando de esta forma el fósforo que

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pueden utilizar las plantas y los animales. Una parte de este P va a parar al mar, donde es asimilada por los organismos marinos. Estos, al morir, caen al fondo, donde la oxidación y la acción bacteriana liberan de nuevo el fósforo. Las aguas de fondos oceánicos circulan tan lentamente que el proceso puede llevar miles de años, por lo que es fácil que el fósforo pueda acumularse en el agua y que sea incorporado a los sedimentos marinos.

Ilustración 1:Esquema simplificado del ciclo geoquímico del fósforo en la corteza

2.2.2. Mineralogía El área de es La mayoría del P se concentra en minerales del grupo del apatito Ca5(P04, C03)3 (F, OH, Cl). La estructura del apatito está constituida por grupos (P04)3- enlazados al Ca2+, de manera que 2/5 del Ca2+ de encuentran coordinados por 6 oxígenos, formando un antiprisma trigonal, y los restantes 3/5 del Ca2+ están coordinados con 5 oxígenos y un F-. Cada F- (OH- o Cl-) se encuentra en coordinación triangular con tres átomos de Ca2+.

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Los dos tipos más frecuentes en la naturaleza son: 1.- El hidroxifluorapatito Ca5 (P04)3(F, OH), abundante en depósitos ígneos. 2.- La francolita, o carbonato-apatito Ca5 (P04, C03, OH)3 (F, OH), típico de sedimentos marinos. El apatito presenta habitualmente muchas sustituciones, tanto en los cationes como en los aniones. Las principales sustituciones isomórficas son:

La francolita es el principal mineral en las rocas fosfatadas sometidas a explotación. A pesar de su importancia, su composición y propiedades no son bien conocidas por dos razones: 

Se presenta como cristales submicroscópicos de composición poco homogénea.

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Su estructura, muy abierta, admite gran cantidad de sustituciones, lo que aumenta la complejidad.

2.3. GEOLOGÍA DE LOS DEPÓSITOS DE FOSFATO Los fosfatos de interés económico se dan en dos tipos de depósito: ígneos y sedimentarios. Cerca del 85 % de la producción se extrae de depósitos sedimentarios marinos, y el resto casi por completo de rocas ígneas. Existe un tercer tipo de depósito, aunque cada vez es menos importante, que es el guano.

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a)

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Depósitos ígneos

Aportan cerca del 20 % de la producción mundial. El apatito de origen ígneo se recupera de venas y cuerpos mineralizados de magnetita, donde aparece en pequeñas cantidades. Está asociado a rocas plutónicas alcalinas, generalmente sienitas nefelínicas, carbonatitas o complejos ultrabásicos alcalinos. Se cree que el apatito se habría concentrado por decantación dentro de la cámara magmática. Los complejos ígneos alcalinos de carbonatitas se consideraban antes como fenómenos raros y aislados, aunque actualmente se sabe de su amplia distribución por la mayoría de los continentes. Constituyen una asociación de rocas volcánicas y subvolcánicas distintiva, característica de zonas con fallas profundas en áreas de escudo y de plataforma continental. Se supone que este tipo de erupciones se origina en niveles subcorticales profundos, y que han tenido lugar desde el Precámbrico hasta la actualidad. El mayor depósito de este tipo se encuentra en el Macizo de Khibina (Península de Kola, Rusia), formado por sienitas nefelínicas. Se trata de un plutón circular de edad Carbonífero-Pérmico inferior, que tiene unos 40 km de diámetro.

b)

Depósitos Sedimentarios

Estos depósitos podemos agruparlos en 2 tipos: depósitos sedimentarios marinos y depósitos de guano. 

Depósitos sedimentarios marinos

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Constituyen más del 80 % de la producción mundial de fosfatos. En la mayoría de los casos el fosfato está presente como francolita, y se presenta como granos o pellets de tamaño variable (0,25 a 0,35 mm). Prácticamente todos los pellets estaban formados originalmente por aragonito, y fueron fosfatizados posteriormente en el agua de mar. Estas rocas incluyen generalmente otros materiales como cuarzo, arcilla, kerógeno, y pirita framboidal. El espesor de los depósitos puede variar desde pocos centímetros a decenas de metros, y pueden extenderse varios kilómetros lateralmente. El contenido en P2O5 varía desde un pequeño porcentaje hasta un 35 %. La teoría más aceptada durante años para la formación de "fosforitas" es la llamada del "up-welling" (ascenso de aguas profundas cargadas en nutrientes). En esencia, la teoría considera que la fuente del P se halla en corrientes oceánicas frías y profundas, ricas en dicho elemento. Estas corrientes ascenderían a zonas fóticas más someras, de plataforma, donde se supone que el apatito precipita directamente o bien reemplaza otras fases. Aunque existe controversia sobre el mecanismo preciso de formación, existe aceptación general sobre la necesidad de que se produzca movimiento de aguas marinas que aporten el fósforo.

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Ilustración 2:Esquema explicativo de los procesos que dan lugar a la formación de fosfatos sedimentario marinos

En resumen, la génesis de las fosforitas estaría ligada a aguas marinas frías, satura das en fósforo, que ascienden hasta la plataforma continental. Allí precipitan los fosfatos por acción microbiológica, en forma de barros micro-cristalinos, nódulos y costras. En algunos lugares, se producen también acumulaciones de huesos y dientes fósiles. Así mismo, es posible la percolación de soluciones fosfatadas a través del sustrato, que puede estar constituido por rocas carbonatadas, volcánicas.

Depósitos de guano Aportan una proporción muy pequeña de la producción mundial de fosfatos. Se forman a partir de la acumulación de excrementos de animales, principalmente de aves de gran tamaño. Los depósitos pueden ser de dos tipos: 

En cuevas: Por acumulación de excrementos de murciélagos. Se dan en zonas donde exista el tipo de roca adecuado (calizas y dolomías), y un clima húmedo y cálido.

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Guano insular: aportan aproximadamente el 2 % de la producción mundial. Constituyen depósitos en finas costras, situados en islas poco elevadas sobre el nivel del mar. Los mayores depósitos se dan en islas más elevadas sobre dicho nivel, aunque son menos frecuentes. Se forman, al menos en parte, por la fosfatización secundaria del lecho rocoso, constituido generalmente por material coralino. Los depósitos más importantes se encuentran en la isla de Pascua (Chile), donde hay más de 200 Mt de reservas.

2.4. ALTERACIÓN Los depósitos de fosforitas se han venido formando desde el Precámbrico, por lo que en muchos casos se ven afectados por esfuerzos tectónicos, fracturación, etc., lo que provoca cambios en su posición original. La mayoría de los depósitos de fosfatos son originalmente rocas en las que los pellets están cementados por calcita, dolomita, o menos frecuentemente cuarzo (chert, derivado de esqueletos de organismos marinos). La alteración superficial, con el lavado de los carbonatos que cementan, es el factor más importante en el desarrollo de depósitos económicos de fosfato. La eliminación de estos cementos carbonatados produce un material más blando, más rico en fosfato, y facilita la explotación y el tratamiento del material. La alteración superficial también produce la oxidación de las piritas dispersas y reduce la cantidad de hidrocarburos cuando están presentes, cambiando en este caso el color del depósito de negro a gris, o pardo.

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2.5. EXPLOTACIONES DE FOSFORITA Las explotaciones de fosforita más importantes se encuentran en Marruecos y en Estados Unidos (Florida y Carolina del Norte). Generalmente se explotan capas de poca potencia (2-10 m) y gran extensión. En la mayoría de los casos el grado de consolidación de estos sedimentos es bajo, lo que permite que sean explotadas por minería de transferencia y dragas. Hay que destacar que estas explotaciones llevan asociados frecuentemente graves problemas medioambientales, derivados por un lado del bombeo de aguas freáticas en cortas, que afectan a la formación y al infrayacente. Otro problema adicional está relacionado con la liberación de elementos radioactivos, ya que estos depósitos se asocian habitualmente con importantes concentraciones de uranio.

2.6. PROCESADO DE ROCAS FOSFATADAS El fosfato se trata con ácido sulfúrico para obtener los productos comerciales: 

Superfosfato simple (SSP): [Ca (H 2 P04)2 + CaSO4. 2 H2O] con 20 % de P2O5.

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Superfosfato concentrado (TSP): [Ca (H2P04)2 H2O] con 40-50 % de P2O5.

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Fosfato Monoamónico (MAP): NH4H2P04.

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Fosfato diamónico (DAP): (NH4)2HP04.

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El grado de los fertilizantes se especifica con tres números (N, P, K), que definen respectivamente el porcentaje de N, el de P2O5, y el de K2O. Así, el superfosfato normal (0-18-0), mientras que el fosfato diamónico (18-46-0), etc. La principal fuente de P asimilable proviene de la fabricación de los llamados superfosfatos. Los fosfatos se procesan comercialmente de tres formas diferentes:

a)

Tratamiento por acidificación 

Con ácido sulfúrico, para producir fertilizantes: superfosfato normal, concentrado, y ácido fosfórico (este último se emplea también para producir fosfato cálcico, para alimentos de animales).

b)

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Con ácido nítrico, para producir fertilizantes de fosfato nítrico.

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Con ácido clorhídrico (poco empleado).

Tratamiento en horno eléctrico

El fósforo se produce en hornos eléctricos cargados con roca fosfatada calcinada, sílice y coke. Se emplea en la producción de compuestos de gran pureza (fosfatos de Na, Ca, K y amonio). Los hornos eléctricos de P operan en atmósfera reductora (el coke es el agente reductor), de forma que el P vaporizado puede ser extraído en forma de gases que no entran en contacto con el oxígeno del aire. Se rocían con agua vaporizada para enfriarlos, lo que provoca la condensación del P en gotas que sedimentan bajo el agua.

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c)

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Tratamiento físico sencillo 

Tamizado fino para emplearse como fertilizante por aplicación directa a suelos ácidos.

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Eliminación de fluoruros mediante calentamiento, para producir fosfato cálcico, como suplemento alimenticio para animales.

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Tratamiento térmico de wavellita (fosfato alumínico), con el mismo fin.

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Calentamiento de rocas alcalinas (poco utilizado).

Términos comerciales 

Phosphate rock (Roca fosfatada): Roca con P20 S > 20 %.

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Fosforita: Depósito de origen sedimentario, y que tiene interés económico.

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Grado de roca fosfatada: el contenido en fosfato cálcico se expresa, según los distintos países.

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-Phosphate of Lime (BPL): Término que se mantiene como herencia histórica, y que hace referencia a la época en que los fertilizantes fosfatados se obtenían a partir de huesos de animales.

% TPL (Trifosfato de lima) % P2O5 (Pentóxido de fósforo) % P (Poco empleado habitualmente) La relación entre estos parámetros puede expresarse como: 80 % BPL = 80 % TPL = 36,66 % P2O5 = 16 % P.

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2.7. PRODUCCIÓN: La cantidad de fosfatos producidos al año (150 Mt) es similar a la de sal, y casi tres veces la de sulfuros. Sin embargo, el número de países productores es relativamente pequeño. Casi el 75 % viene de EE. UU., China, Marruecos y Rusia. Este último país es el principal exportador, dado que los dos primeros dedican gran parte a su propio consumo.

Ilustración 3: Datos de producción mundial de rocas fosfáticas para el año 2004 (fuente: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/)

Subproductos:

a) Yeso: Se produce en la manufactura de ácido fosfórico por vía húmeda, en proporción de 1,5 t de yeso por tonelada de roca tratada. El yeso no se elimina del fertilizante, de modo que el producto lleva normalmente un 12% de este mineral.

b) Uranio: Cerca del 10 % de la producción de uranio deriva de plantas de tratamiento de fosfatos.

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c) Fluoruros: Los depósitos de fosfato son las mayores fuentes conocidas de flúor, que se recupera en el proceso de tratamiento, para emplearlo en fluoración de aguas, etc.

2.8. USOS Y APLICACIONES 

Además de su empleo como fertilizantes, los fosfatos se utilizan en alimentos balanceados, bebidas, cerámicas, ablandadores de aguas, productos limpiadores, jabones, detergentes e insecticidas, etc.

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Agente de saponificación de grasas.

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A nivel industrial para limpiar metales.

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Dispersante en la fabricación de cementos y ladrillos.

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CAPÍTULO III POTASA 3.1

DEFINICIÓN La potasa se refiere a compuestos de potasio y materiales que llevan el potasio, la más común entre ellos siendo cloruro potasio (KCl). El término “potasa” viene de la práctica de extracción de fertilizantes de potasio (K2CO3) de lixiviación de las cenizas de madera y la evaporación de la solución en grandes peroles de hierro. La potasa, o carbonato de potasio, es el término común usado para las formas de fertilizantes del elemento potasio (K). El potasio, es el séptimo elemento más abundante de la corteza terrestre y que se puede extraer mediante minería, hoy en día el 80% de tipo subterránea, por disolución (lixiviación in-situ) o por medio de salmueras naturales.

Ilustración 4: Potasa

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3.2

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ORIGEN DE LA POTASA El potasio se produce abundantemente en la naturaleza. Es el elemento séptimo más frecuente en la corteza terrestre. Algunos de los minerales de arcilla asociadas a suelos pesados son fuentes ricas en K, que contienen hasta un 17% de potasa. El agua de mar contiene típicamente 390 mg / l de K representa una enorme cantidad total del elemento a nivel mundial. Pequeñas cantidades de K se producen naturalmente en la lluvia – hasta 4 ppm. Depósitos de roca que llevan la potasa se derivan de los minerales en los antiguos mares que se secaron hace millones de años. Fertilizantes de potasa se derivan principalmente de estas rocas de potasa. Sólo se requiere la separación de la sal y otros minerales.

Ilustración 5: Potasa en la naturaleza

La teoría de las barreras del geólogo Ochsenius indica que el agua salina de mar ingresó por estrechos de poca profundidad a zonas bajas en donde se evaporó debido a la fuerte irradiación solar. La concentración de sal aumentó y las sales de potasio, magnesio y sódicas se cristalizaron, depositándose según el orden de su solubilidad.

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Este proceso se repitió a lo largo de miles de años de tal forma que al final surgieron dos o más yacimientos superpuestos de potasa. Con el transcurso del tiempo, el yacimiento de sal fue cubierto por enormes sedimentos, sobre todo de arenisca abigarrada, caliza de conchas y marga.

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ILUSTRACIÓN: Formación de la potasa.

3.3

EXPLOTACIÓN DE LA POTASA A través de la minería subterránea, utilizando minería por disolución (lixiviación insitu) o por medio de las salmueras naturales

3.3.1 La minería subterránea: Actualmente este tipo de minería es la más utilizada, aproximadamente sobre un 80 % de las operaciones de extracción de potasa. Se llama minería subterránea a la explotación de recursos mineros que se desarrolla por debajo de la superficie del terreno.

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Para este tipo de minería se construyen túneles, pozos, chimeneas y galerías, así como cámaras y pilares. Los métodos más empleados pasan por la construcción de túneles y pilares, corte y relleno (cut and fill mining), realce por subniveles (Sublevel Stoping) y cámaras-almacén (Shrinkage). Por el tipo de yacimiento y dados los avances tecnológicos del momento, para los proyectos de Geoalcali la minería subterránea es la única opción viable.

3.3.2 La minería por disolución o lixiviación in-situ Este proceso de extracción consiste en bombear o inyectar una solución (agua y sal) hacia el nivel del mineral, donde se disuelve el cloruro de potasio y las mezclas salinas que forman las capas. Los minerales se extraen mediante pozos verticales, bombeando la solución a la superficie donde el cloruro de potasio se cristaliza y se purifica en un producto terminado, listo para su comercialización. Esta técnica no tiene nada que ver con la fractura de las piedras (fracking) que sí es utilizada en la explotación de otros materiales como el gas natural.

3.3.3 Evaporación de salmueras naturales Los depósitos naturales de salmuera salina son extraídos mediante la evaporación artificial del agua. La solución luego es almacenada en depósitos para su proceso. El mayor depósito actualmente operativo se encuentra en el Mar Muerto.

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3.4

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YACIMIENTOS DE LA POTASA Surgieron hace varios cientos de millones de años, pero fueron recién descubiertos en 1856: por primera vez en el mundo se halló sal de potasa en un depósito de sal gema en Alemania. Ya en 1861 se dio inicio a la extracción, ya que en poco tiempo las sales de potasa demostraron ser un potente fertilizante. Hasta principios del siglo XX, la minería de potasa se situó únicamente en Alemania; sobre todo a partir de los años treinta se empezaron a explotar muchos otros depósitos de potasa en otras regiones de Europa y en ultramar.

Ilustración 6: Yacimientos de potasa en el mundo.

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3.5

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USOS DE LA POTASA El 95% de la potasa extraída se utiliza para la producción de fertilizantes. Es un elemento vital de estos, ayuda a que las plantas retengan el agua, lo que genera un aumento del rendimiento de los cultivos y de su resistencia a las plagas y epidemias. Además, debido a sus propiedades alimenticias, la potasa se emplea como suplemento nutritivo en compuestos para animales. Por último, también se utiliza en diferentes procesos industriales como en la producción de vidrio, cerámica y jabones, entre otros productos. La potasa se utiliza principalmente en el cultivo de frutas y hortalizas (17%), maíz (15%), trigo (15%), arroz (14%), la producción de azúcar (4%), algodón (4%), soja (4%) y aceite de palma (2%). La potasa tiene tres usos principales: fertilizantes, suplementos alimenticios para ganado y los procesos industriales. De hecho, la potasa hace una contribución positiva al medio ambiente mediante el equilibrio de otros nutrientes, especialmente nitratos, para asegurarse de que son tomadas en marcha y utilizado por las plantas de manera eficaz para evitar las pérdidas que pudieran ser perjudiciales. En suplementos alimenticios, la función clave de la potasa es contribuir al crecimiento de los animales y la producción de leche. La potasa se utiliza también para producir vidrio, cerámica, jabones, etc.

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Ilustración 7: El uso de la potasa en la agricultura.

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MERCADO Ecoforce vende la potasa neutra al 40% a precio de mayorista. Desde 3,20€ / litro. Inductor de la maduración y mejorador de la calidad de los frutos. Se trata de una solución concentrada de potasio no iónico en estado casi molecular, por lo que su absorción es sistémica. Por su absorción sistémica puede aplicarse por pulverización o fertirrigación en cualquier cultivo, cuando se requiere intensificar la biosíntesis de azúcares y de pigmentos.

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CAPÍTULO IV NITRATOS 4.1. DEFINICIÓN Los nitratos son sales compuestas por uno o más átomos de algún metal y el radical NO3. Si bien su uso es variado, el presente texto se centrará en su aplicación como fertilizante como importante fuente de nitrógeno para la nutrición de cultivos. La mayor reserva natural de nitrógeno en la naturaleza se encuentra dentro de la atmósfera constituyendo el 78 % del aire, la cual no está disponible para ser consumida en forma directa por la mayoría de los organismos. Son muy pocos los organismos capaces de absorber nitrógeno directamente de este medio y utilizarlo en sus procesos; y, son ellos los encargados de captar este nutriente y cederlo al suelo para luego ser consumido por los demás organismos. Los únicos seres capaces de adquirir el nitrógeno directamente del aire son las algas y algunas bacterias y plantas leguminosas las cuales hacen asociaciones simbióticas con algunas de estas bacterias específicas tomando así nitrógeno de la atmósfera.

4.2. ORIGEN DE LOS NITRATOS: La fuente principal del nitrato en los depósitos de salitre es incierta porque las concentraciones promedio de HNO3 y NH3 en la atmósfera son muy bajas como para constituir la única fuente de nitratos. Aunque los nitratos pudieron acumularse por un tiempo geológico prolongado debe considerarse que:

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Solo parte del material salino que precipita a la superficie terrestre se incorpora en el suelo, puesto que parte es arrastrada por el viento, parte puede evaporarse como gas HNO3 o NO2 y parte es lavado por aguas lluvias.

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Los depósitos de nitratos una vez formados probablemente han sido destruidos parcialmente muchas veces por copiosas lluvias ocasionales (cabe recordar que los nitratos son sales altamente solubles.



La amplia distribución de los depósitos de nitratos, con poca relación con la topografía o tipo de sustrato sugiere que ha existido un transporte atmosférico de los componentes y depositacion desde el aire. La fuente local más probable para el NH3 y nitrógeno fijado orgánicamente, el cual por reacciones fotoquímicas u otros procesos puede transformarse en nitrato, son las aguas marinas ricas en nutrientes del Océano Pacífico. Algo de amonio podría haber sido de origen volcánico, pero las escasas cantidades de amonio detectadas en gases volcánicos actuales, indicaría que su aporte sería muy menor. T

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El rol de los microorganismos en la formación de los nitratos es difícil de evaluar, excepto que en general la baja actividad microbiana es esencial para la preservación de los depósitos.

4.3. EXPLOTACIÓN En principio se hacen estudios de reconocimiento y prospección de las áreas salitrales de manera de poder definir las zonas de mayor interés económico que luego serán explotadas y que se denominan “canteras”. Una vez superada esta etapa preliminar,

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se procede a la elaboración de los planes de producción y explotación correspondientes. Como consecuencia de la gran extensión de las áreas a explotar el trabajo se organiza mediante una delimitación de las áreas a tratar las cuales reciben la denominación de “manchas” ya que conforman como una zona de parches. En cuanto a su composición interna los “mantos calichosos” están conformados por

varios estratos entre los cuales se hallan: una capa de mineral estéril blando, no consolidado; otra de material estéril duro, la cual puede o no estar presente; una capa de caliche; y otra subyacente que es todo lo que se encuentra por debajo de la capa de caliche. De acuerdo a esta distribución y al reconocimiento de las distintas capas se procede a extraer el mineral estéril para posteriormente volcarse a la explotación del caliche que es el mineral de mena en cuestión.

4.4. PRODUCCIÓN DE NITRATOS Las operaciones unitarias actuales consisten principalmente en un proceso de molienda (en las oficinas de Pedro de Valdivia y María Helena) en donde se trabajan unas 50 mil toneladas separando el material fino de la granza. A través de un proceso de transporte con correas, el material fino se mezcla con agua, obteniéndose una solución de nitrato a la forma de pulpa, la que es bombeada para permitir la decantación de los sólidos y dejar en superficie un líquido claro que contiene nitratos y yodo.

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Luego este material, sufre un proceso de lixiviación en bateas que considera tres etapas: 1.

Lixiviación de nitrato del caliche (de cabeza), con agregación de solución de

retorno de cristalización a temperatura de 48º C con circulación por 20 horas. 2.

Desplazamiento de la solución fuerte a cristalización

3.

Lavado o cola de estruje.

La solución fuerte desde 41ºC es enfriada a 12º C mediante intercambiadores de tubos y empleo de estanques refrigeradores en base a amoníaco. Luego, parte del material cristaliza y la suspensión es separada mediante espesadores y centrífugas. Como la sal húmeda forma conglomerados, se efectúa un proceso de prilado con un procedimiento de fundición, ya sea de nitrato de potasio o sódico con calentadores a petróleo. El fundido se bombea a una torre de prilado. Las gotitas a caer y enfriarse en su trayectoria forman los priles.

Ilustración 8:Esquema de la obtención de nitratos por lixiviación. Agenda del Salitre, 2001.

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4.5. YACIMIENTO DE NITRATOS 4.5.1. Yacimientos de Chile: Los mayores yacimientos de nitratos del mundo se encuentran en la región desértica del norte de Chile. Dichos yacimientos fueron clasificados por Ericksen (1981) en dos tipos según fueran emplazados en roca o, en depósitos aluviales a lo cual deben sus denominaciones de “yacimientos en roca” y “yacimientos en depósitos aluviales (o sedimentarios)” respectivamente.

Los primeros, se caracterizan porque los minerales de mena se encuentran en sistemas de fracturas abiertas pudiendo tener localmente altas concentraciones de cloruro y nitrato de sodio (caliche blanco). En cuanto a los segundos, a diferencia de los primeros, los minerales de mena se encuentran rellenando porosidades de menor tamaño que en los yacimientos de roca, ya sean espacios por fractura o de origen sedimentario, en sedimentos terrígenos, siendo la porosidad sedimentaria o de alteración del orden de milímetros o menor. Así, su mena es de color pardo oscuro y recibe el nombre de “caliche negro”. Ambos yacimientos pueden encontrarse

separados o asociados uno al otro.El origen de estos yacimientos fue siempre muy controversial, postulándose así diversas teorías al respecto. Algunas de éstas planteaban que su origen se debía a la presencia de algas marinas; otros creían que estas sales se generaban por la fijación del nitrógeno atmosférico mediante la actividad de ciertas bacterias nitrificantes o bien a partir de plantas en lagos de agua dulce, empleando anhídrido carbónico de la atmósfera derivado del guano fósil, de la

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concentración de nieblas marinas mientras que otras corrientes, relacionaban el origen de estos yacimiento con el termalismo y vulcanismo, entre otras especulaciones. Si bien se han realizado varios estudios mineralógicos y químicos de la mena de nitrato, no se han llevado a cabo análisis petrográficos ni geoquímicos tanto de la mena como de las rocas de caja, lo cual permitiría obtener una interpretación más confiable de los procesos que derivaron en la precipitación de las sales que dieron lugar a los yacimientos como así también, a la procedencia de las salmueras. Es decir, que ninguna de estas teorías cuenta con algún tipo de sustento geológico en lo que respecta al medio ambiente, rocas mineralizadas y emplazamiento de los yacimientos que les den sustento a sus aseveraciones. Sin embargo, la teoría que al presente es la más aceptada es aquella que relaciona a los depósitos de nitratos con la actividad volcánica- magmática del Terciario, la cual se ve resumida en los esquemas. (Maurice Le-Fort Rudloff, 2001).

Ilustración 9:Depósitos de nitratos con la actividad volcánica - magmática.

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4.5.2. Yacimientos del Perú: 

PROYECTO: Nitratos del Perú.

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TITULAR: Nitratos del Perú S.A

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PERFIL DEL PROYECTO: El proyecto contará con una planta para producir Amoniaco, una planta para producir Nitrato de Amonio y sistemas auxiliares para el funcionamiento de estas plantas. Este proyecto también considera la construcción y operación de una plataforma marítima.

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LOCALIZACIÓN DEL PROYECTO: Distrito de Paracas, provincia de Pisco, Región Ica.

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ÁREA: El área total definida para el proyecto es de 1200 hectáreas, aproximadamente.

PRODUCCIÓN:

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Tabla 1: Producción del proyecto CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DEL PROYECTO Producción de Planta de Amoniaco 2,060 Tn/día de amoniaco

Producción de Planta de Ácido Nítrico Producción de Planta de Nitrato de Amonio

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925 Tn/día de ácido nítrico 1,050 Tn/día de nitrato de amonio

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4.6. USOS DE LOS NITRATOS 

Los nitratos como ya se ha indicado forman también parte esencial de muchas formulaciones de abonos. Un compuesto especialmente útil en este contexto es el nitrato de amonio. Desgraciadamente aparte de ser un buen abono se descompone de forma explosiva a la hora de calentarlo y es responsable de un gran número de accidentes. Mezclado con petróleo es utilizado como explosivo en minería. En condiciones más controladas la descomposición del nitrato de amonio se utiliza para generar el óxido de dinitrógeno. Este se aprovecha como anestésico y por ejemplo para espumar la nata batida vendida en lata.

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Como intermedio los nitratos están presentes en el proceso de nitrificación desnitrificación que se utiliza en las plantas depuradoras de aguas residuales. Se aprovecha el hecho que algunos microorganismos pueden reducir en condiciones anaeróbicas el nitrato directamente a nitrógeno elemental. Así se eliminan los compuestos de nitrógeno de las aguas donde producirían problemas de eutrofización. Los problemas de H2S (ácido sulfhídrico) que se generan en las depuradoras, fosas sépticas y redes de saneamiento, también se pueden solucionar con la adición de nitratos.

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4.7. MERCADO La demanda mundial de fertilizantes está aumentando como consecuencia del incremento de la población mundial y el uso de prácticas modernas en agricultura en países desarrollados.

Ilustración 10: Consumo de fertilización de nitrógeno 2016-2017.

4.8. NITRATOS MAS COMÚNES: 4.8.1. Urea Agrícola: PROCESO QUÍMICO: La síntesis de urea a nivel industrial se realiza a partir de amoníaco (NH3) líquido y anhídrido carbónico (CO2) gaseoso. La reacción se verifica en 2 pasos. En el primer paso, los reactivos mencionados forman un producto intermedio llamado carbonato de amonio y, en la segunda etapa, el carbonato se deshidrata para formar urea.

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Surge un problema dado que las velocidades de las reacciones son diferentes. La primera etapa es mucho más rápida que la segunda, con lo cual el carbonato intermedio se acumula. Además, la primera reacción no se verifica por completo, por lo que también quedan amoníaco y dióxido libres. En adición a esto, debe mencionarse que el carbonato es un producto altamente corrosivo, por lo cual lo que se hace es degradar la parte de carbonato no convertida a urea en sus reactivos de origen, y luego volver a formarlo. El proceso completo de producción de la urea puede separarse en las siguientes etapas:

Ilustración 11:proceso de urea.

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USOS Y APLICACIONES: a) Fertilizante: Debido a su alto contenido en nitrógeno, la urea preparada comercialmente se utiliza en un 90% como fertilizante. Se aplica al suelo y provee nitrógeno a la planta. También se utiliza la urea de bajo contenido de biuret como fertilizante de uso foliar. b) En dermatología: La urea se utiliza como humectante natural por sus excelentes propiedades hidratantes. Otro uso importante en la industria química es la fabricación de resinas Urea-Formaldehído, teniendo como uso principal la aglomeración de madera para la fabricación de Triplay; también tiene usos en resinas Fenol- Formaldehído para la industria de la fundición entre otras. c) Suplemento alimenticio para el ganado: Se mezcla en el alimento del ganado y aporta nitrógeno, el cual es vital en la formación de las proteínas.

4.8.2. Nitrato De Amonio Estabilizado El nitrato de amonio es un fertilizante muy utilizado, ya que proporciona la mitad del N en forma de nitrato y la otra mitad en forma de amonio. La forma nitrato se mueve fácilmente con el agua del suelo hacia las raíces, donde está inmediatamente disponible para su toma por la planta. La fracción de amonio es absorbida por las raíces o es convertida gradualmente en nitrato por los microorganismos del suelo. Es menos susceptible a las pérdidas por volatilización que los fertilizantes a base de urea cuando se aplica sobre la superficie del suelo.

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PROCESO DE PRODUCCIÓN: El proceso de obtención de nuestro granulado poroso de nitrato de amonio consta de tres pasos: 

En primer lugar, el amoniaco se hace reaccionar con el oxígeno del aire y se absorbe en agua para crear ácido nítrico.

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El ácido nítrico se combina con el amoniaco en un reactor tubular (pipe reactor) para producir Solución de Nitrato de Amonio (ANsol).

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Esta solución (ANsol) es utilizada para producir productos con base de emulsión de nitrato de amonio y fertilizantes líquidos.

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La solución de nitrato de amonio se pulveriza en una torre de ¨prilling¨ (granulación) para producir gránulos secos antes de acopiarse en amplias instalaciones de almacenamiento.

Una vez el nitrato de amonio ha sido granulado, es directamente transportado y acopiado en almacenes de última generación, antes de ser distribuido a las minas.

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Ilustración 12: Diagrama de formación de nitrato de amonio.

USOS:

a)

Uso en industria

El nitrato de amonio se utiliza para modificación de la zeolita. En el intercambio de iones, las zeolitas tienen sus iones del sodio cambiados con el protón en el NH4+ en nitrato de amonio. Esto forma la zeolita catalizadores cuáles tienen muchas aplicaciones en varios campos, incluido refinación de petróleo.

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b)

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Uso en fertilizante

La sal altamente soluble en agua es la fuente preferida de nitrógeno en fertilizantes. La mayor parte del nitrato de amonio producido termina por lo tanto en la producción de fertilizantes. Sin embargo, la salida de exceso del nitrato de amonio es una fuente principal de la basura ambiental. Durante Los apuros, el fertilizante del nitrato de amonio era ilegal en Irlanda del Norte porque fue utilizado como oxidante para los explosivos por IRA (véase abajo).

c)

Uso en explosivos

Como agente que oxida fuerte, el nitrato de amonio hace una mezcla explosiva cuando está combinado con un hidrocarburo, generalmente combustible diésel (aceite), o a veces Queroseno. El Nitrato de amonio y fuel-oil (ANFO) las mezclas se han utilizado según se informa para bombas en terrorismo, por ejemplo el Bombardeo de la ciudad de Oklahoma, porque el nitrato de amonio es fácilmente disponible en bulto.

4.8.3. Sulfato De Amonio: El sulfato de amonio desde tiempos muy antiguos fue utilizado como fertilizantes y hasta ahora sigue siendo muy utilizado; y no solo para la agricultura si no en la mejora de suelos para crecimientos de plantas, césped. También se usa en la industria del acero.

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En este laboratorio determinaremos un proceso de neutralización para la obtención de sulfato de amonio cristalizado; para su preparación realizaremos cálculos estequiometricos, para la neutralización del ácido fuerte y base débil. Para la parte experimental se colocó la solución de hidróxido de amonio en un matraz Erlenmeyer (baño en frio) y el ácido sulfúrico en una pera de decantación con el fin de agregar lentamente el ácido sulfúrico sobre el matraz (en agitación). Luego de ello se calentó hasta obtener los cristales de sulfato de amonio. Esta experiencia se realizó en el mismo laboratorio a una temperatura de 26 ° C y a una presión aproximadamente 1 atmosfera. PROCESAMIENTO:

Ilustración 13: Diagrama de flujo de producción de sulfato de amonio.

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USOS: Es un componente en polvo de extintores de incendio y agentes ignífugos. También se usa en la producción de cosméticos y pinturas Se recomienda aplicarlo en suelos arenosos donde hay una gran percolación o aquellos suelos que se encuentran localizados a orillas de los ríos que tienden a desbordarse, igualmente se lo debe aplicar en suelos con pH alcalino, para contrarrestar la alcalinidad del suelo por el NH4 que contiene.

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CONCLUSIONES 

Se detalló cada uno de los minerales fertilizantes primarios que se utilizan en la actualidad en las actividades productivas.

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Los nitratos, potasa y fosfatos son de gran importancia como materia prima en el uso de fertilizantes, además se observa que hay grandes yacimientos de estos en el mundo y es un gran mercado en lo que es minería no metálica.

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Sabemos y comprendemos los métodos de explotación de los fosfatos, entendiendo así mismo su tratamiento hasta sus productos finales, finalmente comprendimos su impacto ambiental que ocasiona y sus controles adecuados para esta.

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Los fosfatos tienes muchas aplicaciones y muy variadas, lo que hace que se mueva una gran industria a su alrededor, ya sea en lo referente al niquelado químico o a la fabricación de fertilizantes; su aplicación más extendida.

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Minerales Fertilizantes Fosfatos, Potasa y Nitratos

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