Fontes fosfáticas: diferenciação por espectroscopia IV e reciclagem por precipitação de estruvita a partir de solução aquosa

O fósforo é um elemento de múltiplas funções perante a manutenção da vida. Suas principais atribuições estão relacionadas ao seu papel de nutriente, em que atua nos organismos como componente estrutural de moléculas e na produção de energia. Por essas atribuições, o elemento é fundamentalmente requerido dentro da cadeia alimentar, sendo essencial no desenvolvimento dos vegetais, e por isso, altamente demandado no setor primário da economia. Por sua elevada reatividade com oxigênio, o fósforo encontra-se na crosta terrestre sob a forma iônica de ortofosfato 􁈺PO􀬸 􀬷􀬿􁈻, distribuído como minerais fosfáticos que constituem as rochas, principais fontes para a produção de fertilizantes de fósforo. Por ser um recurso natural finito com crescente e acelerado consumo, suas reservas tendem a uma premente escassez. Devido a isso, busca-se cada vez mais por inovação e otimização de processos de produção secundária (reciclagem de fósforo), além de estratégias inteligentes de uso das fontes primárias. Nesse contexto, buscou-se nesse trabalho ampliar os estudos sobre fosfatos amazônicos no que concerne caracterização-diferenciação, e ainda, propor uma otimização na reciclagem de fósforo por precipitação de estruvita a partir de solução aquosa. Para alcançar o primeiro objetivo, fosfatos de três diferentes origens geológicas (ígnea, intempérica e biogenética), na região amazônica, foram diferenciados por espectroscopia de infravermelho com transformadas de Fourier (FTIR). As medidas foram realizadas nas regiões do infravermelho próximo e médio pelos métodos de: transmissão, reflectância difusa (DRIFT) e total atenuada (ATR). Além disso, análises complementares de difratometria de raios-X e fluorescência de raios-X também foram realizadas. Os resultados revelaram que os métodos por transmissão e DRIFT são os mais adequados e recomenda-se utilizá-los, quando possível, de maneira conjunta. As bandas características de PO4 foram observadas em todos os espectros nas faixas entre 1200 – 984 cm- 1 e 634 – 450 cm-1. A diferenciação dos materiais foi dada pela presença de bandas: (CO3)2- nos fosfatos ígneos, Al2OH nos fosfatos intempéricos e NH4 no de origem biogenética. Ao final, um banco de dados espectral para fosfatos foi estabelecido e as assinaturas espectrais catalogadas. Para alcançar o segundo objetivo, uma otimização do processo de recuperação de P de soluções aquosas por meio de síntese de estruvita foi realizada, e para tal, uma metodologia de planejamento experimental sequencial (DOE) foi aplicada. Um planejamento Plackett- Burman seguido de um Doehlert atuaram na definição dos fatores significativamente influentes no processo de precipitação de estruvita e para otimização empregou-se a metodologia de superfície de resposta em conjunto com a função desejabilidade. As respostas foram: recuperação de fósforo (medida química usual), padrão difratométrico e entalpia de decomposição da estruvita (medidas físicas não usuais nesse tipo de estudo, portanto uma inovação). Além disso, análises complementares de espectroscopia de fluorescência de raios-X, espectroscopia de infravermelho, granulometria a laser e microscopia eletrônica de varredura foram realizadas nos produtos. Os resultados permitiram definir as melhores condições de síntese: pH (10,2), razão N/P (≥4) e concentração inicial de fósforo (183,5 mg/L), com recuperação de fósforo superior à 70% e formação de estruvita e K-estruvita. Por fim, pode-se dizer que propostas avançadas relacionadas a caracterização química e estrutural, e otimização de processo concernentes a fosfatos foram estabelecidas com base em dois métodos: um analítico (espectroscopia IV) e outro físico-químico (precipitação). Ambas as metodologias de investigação explanadas neste estudo contribuem na busca de soluções alternativas de geração e uso dos recursos fosfáticos.