Production of Potassium Fertilizer from Verdete: A Review

Authors

  • Raquel Stavale Schimicoscki Research Center for Rheology and Non-Newtonian Fluids, Federal University of Technology - Paraná, Brazil https://orcid.org/0000-0002-5736-7095
  • Kátia Dionísio Oliveira Laboratory of Sustainable Catalytic Processes (proCatalis), Federal University of Paraná, Brazil
  • Gilberto de Oliveira Mendes Institute of Agricultural Sciences - Federal University of Uberlândia, Brazil https://orcid.org/0000-0003-3900-719X
  • Cícero Naves de Ávila Neto Laboratory of Sustainable Catalytic Processes (proCatalis), Federal University of Paraná, Brazil https://orcid.org/0000-0002-5835-6670

DOI:

https://doi.org/10.18540/jcecvl11iss1pp21569

Keywords:

K-feldspar, Micas, Leaching, Potassium, Verdete

Abstract

This review examines the geological and physicochemical properties of Verdete, a potassium-rich rock formation from the Serra da Saudade region (Minas Gerais state, Brazil), and evaluates its viability as a sustainable source of potassium for fertilizer production. The review discusses the composition of Verdete, characterized by mineral associations including glauconite, illite, and quartz, and highlights its potential nutrient profile, which consists of essential elements such as K, Mg, and Ca. The review focuses on various beneficiation methods, emphasizing thermal treatments, acid and alkaline leaching, biological and hydrometallurgical processes that have shown promise in optimizing potassium recovery. By synthesizing recent advancements in the field, this study aims to provide insights into the future of potassium extraction techniques, the environmental implications of mining practices, and the role of Verdete in sustainable agriculture. The findings suggest that further research and technological innovation are essential to maximize the economic and ecological benefits of Verdete as a potassium source.

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Cícero Naves de Ávila Neto, Laboratory of Sustainable Catalytic Processes (proCatalis), Federal University of Paraná, Brazil

http://lattes.cnpq.br/5876235459236551

References

Batista Teles, L. S., Guimarães Campos, J. E., & Ramos, T. G. (2022). Light on the origin of the verdete siltstone, Bambuí group, central Minas Gerais state, Brazil. Journal of South American Earth Sciences, 119, 103938. doi: https://doi.org/10.1016/j.jsames.2022.103938

Bower, W. R., Pearce, C. I., Smith, A. D., Pimblott, S. M., Mosselmans, J. F. W., Haigh, S. J., McKinley, J. P., & Pattrick, R. A. D. (2016). Radiation damage in biotite mica by accelerated ?-particles: A synchrotron microfocus X-ray diffraction and X-ray absorption spectroscopy studyk. American Mineralogist, 101(4), 928–942. doi: https://doi.org/10.2138/am-2016-5280CCBYNCND

Ciceri, D., Oliveira, M., & Allanore, A. (2017). Potassium fertilizer via hydrothermal alteration of K-feldspar ore. Green Chem., 19(21), 5187–5202. doi: https://doi.org/10.1039/C7GC02633A

Cordeiro, L. B. C., Oliveira, M. S., Oliveira, K. D., Barrozo, M. A. S., & Ávila-Neto, C. N. (2021). Feasibility of concentrating potassium minerals from Verdete ore by cell flotation. The Journal of Engineering and Exact Sciences, 7(2), 12338-01-12e. doi: https://doi.org/10.18540/jcecvl7iss2pp12338-01-12e

Costa, F. G., & Oliveira, F. A. (1970). O “verdete” – rocha potássica na região de Cedro do Abaeté. Congresso Brasileiro de Geología 24, 115–116.

Costa, L. M., & Silva, M. F. O. (2012). A indústria química e o setor de fertilizantes In: BNDES 60 anos: perspectivas setoriais. Rio de Janeiro : Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social, p. 12-60.

Dardenne, M. A. (1979). Les mineralizations de plomb, zinc, fluor du Proterozoique Superieur dans le Brésil Central. - Université Pierre & Marie Currie (Paris IV), Paris, France.

Dias, V. P., & Fernandes, E. (2006). Fertilizantes: uma visão global sintética. BNDES Setorial.

Freitas, L. R., Nascimento, M., & Almendra, E. R. (2007). A process for recovery of potassium values contained in verdete slates (No. WO2007137381).

Godfray, H. C. J., Beddington, J. R., Crute, I. R., Haddad, L., Lawrence, D., Muir, J. F., Pretty, J., Robinson, S., Thomas, S. M., & Toulmin, C. (2010). Food Security: The Challenge of Feeding 9 Billion People. Science, 327(5967), 812–818. doi: https://doi.org/10.1126/science.1185383

Harris, G. H., & Jia, R. (2000). An improved class of flotation frothers. International Journal of Mineral Processing, 58(1–4), 35–43. doi: https://doi.org/10.1016/S0301-7516(99)00070-8

Henne, A., Craw, D., Vasconcelos, P., & Southam, G. (2018). Bioleaching of waste material from the Salobo mine, Brazil: Recovery of refractory copper from Cu hosted in silicate minerals. Chemical Geology, 498, 72–82. doi: https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2018.08.029

Larsen, E., Kleiv, R. A. (2016). Flotation of quartz from quartz-feldspar mixtures by the HF method. Minerals Engineering, 98, 49-51. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2016.07.021

Leal Filho, L. S., Masini, E. A., & Moura, R. L. (2013). Flotação de cloreto de potássio (silvita). In Teoria e prática do tratamento de minérios: a flotação no Brasil. São Paulo: Oficina de Textos.

Lima, O. A., Leal Filho, L. S., & Barbosa, F. S. (2006). Caracterização hidrodinâmica de células mecânicas de flotação: capacidade de bombeamento de célula denver de laboratório. Rem: Revista Escola de Minas, 59(4), 415–419. doi: https://doi.org/10.1590/S0370-44672006000400011

Lima, O. N. B., Uhlein, A., & Britto, W. (2007). Estratigrafia do Grupo Bambuí na Serra da Saudade e geologia do depósito fosfático de Cedro do Abaeté, Minas Gerais. Revista Brasileira de Geociências, 37(S4), 204–215. doi: https://doi.org/10.25249/0375-7536.200737s4204215

Lira, H.L., & Neves, G.A. (2013). Feldspatos: conceitos, estrutura cristalina, propriedades físicas, origem e ocorrências, aplicações, reservas e produção. Revista Eletrônica de Materiais e Processos, 8(3), 110-117.

Liu, S. K., Han, C., Liu, J. M., & Li, H. (2015). Hydrothermal decomposition of potassium feldspar under alkaline conditions. RSC Advances, 5(113), 93301–93309. doi: https://doi.org/10.1039/C5RA17212H

MacKenzie, W. S. (1954). The orthoclase-microcline inversion. Mineralogical Magazine and Journal of the Mineralogical Society, 30(225), 354-366.

Martins, V., Gonçalves, A. S. F., Marchi, G., Guilherme, L. R. G., & Martins, E. S. (2015). Solubilização de potássio em misturas de verdete e calcário tratadas termoquimicamente. Pesquisa Agropecuária Tropical, 45(1), 66–72. doi: https://doi.org/10.1590/1983-40632015v4527917

Matias, P. C., Mattiello, E. M., Santos, W. O., Badel, J. L., & Alvarez V., V. H. (2019). Solubilization of a K-silicate rock by Acidithiobacillus thiooxidans. Minerals Engineering, 132, 69–75. doi: https://doi.org/10.1016/j.mineng.2018.11.050

Meena, V. S., Maurya, B. R., Verma, J. P., Aeron, A., Kumar, A., Kim, K., & Bajpai, V. K. (2015). Potassium solubilizing rhizobacteria (KSR): Isolation, identification, and K-release dynamics from waste mica. Ecological Engineering, 81, 340–347. doi: https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2015.04.065

Miranda, L. L. F., & Silva, J. G. (1978). Estratigrafia e mineralizações do Grupo Bambuí na Serra do Ramalho. Congresso Brasileiro de Geología, 30, Recife, 6, 2534–2547.

Moreira, D. S., Uhlein, A., Fernandes, M. L. S., Mizusaki, A. M., Galéry, R., & Delbem, I. D. (2016). Estratigrafia, Petrografia e Mineralização De Potássio Em Siltitos Verdes do Grupo Bambuí na Região de São Gotardo, Minas Gerais. Geosciences = Geociências, 35(2), 157–171.

Moretti, B. S. (2014). Calcinação do verdete e caracterização do seu potencial de uso agrícola como fonte de potássio, Diseertação de Mestrado, Universidade Federal de Lavras, Lavras, MG, Brasil.

Nascimento Monte, M., Bezerra De Mello, M., & Lapido, F. E. (2008). Agrominerais – Potássio In: Rochas e Minerais Industriais. CETEM, p. 175-209.

Nascimento, R. L., & Miranda, L. A. (2015). Exploração de potássio no Brasil. Câmara dos Deputados, Consultoria Legislativa, Brasília, DF, Brasil.

Olaniyan, F. T., Alori, E. T., Adekiya, A. O., Ayorinde, B. B., Daramola, F. Y., Osemwegie, O. O., & Babalola, O. O. (2022). The use of soil microbial potassium solubilizers in potassium nutrient availability in soil and its dynamics. Annals of Microbiology, 72(1), 1–12. doi: https://doi.org/10.1186/S13213-022-01701-8/FIGURES/3

Peixoto, R. A. O., Oliveira, K. D., & Ávila-Neto, C. N. (2022). Potassium-bearing species in fertiliser obtained by hydrothermal modification of glauconitic siltstones with calcium hydroxide. Mineral Processing and Extractive Metallurgy: Transactions of the Institute of Mining and Metallurgy, 131(2), 145–157. doi: https://doi.org/10.1080/25726641.2020.1843383

Pereira, A. C., Becheleni, E. M. A., Gomes, M. R. S., & Rocha, S. D. F. (2019). Fluoride aided potassium extraction from Verdete rock by thermal processing with ferrous sulfate heptahydrate. / Extração de potássio auxiliada por flúor da rocha de Verdete por processamento térmico com sulfato ferroso hepta-hidratado. Brazilian Applied Science Review, 3(2), 1373–1384. doi: https://doi.org/10.34115/BASR.V3I2.1565

Piza, P. d’A. T., Bertolino, L. C., Silva, A. A. S., Sampaio, J. A., & Luz, A. B. (2011). Verdete da região de Cedro de Abaeté (MG) como fonte alternativa para potássio. Geosciences = Geociências, 30(3), 345–356.

Radoslovich, E. (1960). The structure of muscovite, KAl2(Si3Al)O10(OH)2. Acta Crystallographica, 13(11), 919-932. doi: https://doi.org/10.1107/S0365110X60002259

Saath, K. C. O., & Fachinello, A. L. (2018). Crescimento da demanda mundial de alimentos e restrições do fator terra no Brasil. Revista de Economia e Sociologia Rural, 56(2), 195–212. doi: https://doi.org/10.1590/1234-56781806-94790560201

Safatle, F. A., Oliveira, K. D., & Ávila-Neto, C. N. (2020). Potassium recovery from Brazilian glauconitic siltstone by hydrothermal treatments. REM - International Engineering Journal, 73(2), 213–224. doi: https://doi.org/10.1590/0370-44672019730047

Santana, R. C. (2011). Efeito da Altura da Coluna na Flotação de Minério Fosfático em Diferentes Granulometrias Efeito da Altura da Coluna na Flotação de Minério Fosfático em Diferentes Granulometrias, Tese de Doutorado, Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, MG, Brasil.

Santos, W. O., Mattiello, E. M., Costa, L. M., Abrahão, W. A. P., Novais, R. F., & Cantarutti, R. B. (2015). Thermal and chemical solubilization of verdete for use as potassium fertilizer. International Journal of Mineral Processing, 140, 72–78. doi: https://doi.org/10.1016/j.minpro.2015.05.003

Santos, W. O., Mattiello, E. M., Vergutz, L., & Costa, R. F. (2016). Production and evaluation of potassium fertilizers from silicate rock. Journal of Plant Nutrition and Soil Science, 179(4), 547-556. doi: https://doi.org/10.1002/jpln.201500484

Schimicoscki, R. S., Oliveira, K. D., & Ávila-Neto, C. N. (2020). Potassium recovery from a Brazilian glauconitic siltstone via reaction with sulfuric acid in hydrothermal conditions. Hydrometallurgy, 191, 105251. doi: https://doi.org/10.1016/J.HYDROMET.2020.105251

Setiawati, T. C., & Mutmainnah, L. (2016). Solubilization of Potassium Containing Mineral by Microorganisms From Sugarcane Rhizosphere. Agriculture and Agricultural Science Procedia, 9, 108–117. doi: https://doi.org/10.1016/j.aaspro.2016.02.134

Shekhar, S., Mishra, D., Agrawal, A., & Sahu, K. K. (2017). Physical and chemical characterization and recovery of potash fertilizer from glauconitic clay for agricultural application. Applied Clay Science, 143, 50–56. doi: https://doi.org/10.1016/j.clay.2017.03.016

Silva, A. A. S. (2009). Caracterização de Flogopitito da Bahia para uso como fertilizante alternativo de potássio. Dissertação de Mestrado. Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, RJ, Brasil.

Silva, A. A. S., Medeiros, M. E., Sampaio, J. A., & Garrido, F. M. S. (2012a). Verdete de cedro do abaeté como fonte de potássio: caracterização, tratamento térmico e reação com CaO. Matéria (Rio de Janeiro), 17(3), 1061–1073. doi: https://doi.org/10.1590/S1517-70762012000300004

Silva, A. A. S., Medeiros, M. E., Sampaio, J. A., & Garrido, F. M. S. (2012b). Caracterização do verdete de cedro do abaeté para o desenvolvimento de um material com liberação controlada de potássio. Holos, 5, 42–51. doi: https://doi.org/10.15628/HOLOS.2012.1093

Silva, R. R. (2017). Liberação do potássio contido em siltito glauconítico por processo térmico. Dissertação de Mestrado, Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, MG, Brasil.

Sousa, D. M. G., & Lobato, E. (2004). Cerrado - Correção Do Solo e Adubação. Embrapa Cerrados.

Stein, R. T., Souza, T. F., Gonçalves, F. M., Pinto, L. N. O., Silva, L. A., Barbosa, N. A. (2022). Tratamento de Minérios. Sagah.

Sulaymonova, V. A., Fuchs, M. C., Gloaguen, R., Möckel, R., Merchel, S., Rudolph, M., Krbetschek, M. R. (2018). Feldspar flotation as a quartz-purification method in cosmogenic nuclide dating: A case study of fluvial sediments from the Pamir. MethodsX, 5, 717-726. doi: https://doi.org/10.1016/j.mex.2018.06.014

Teixeira, W. (1985). Evolução geotectônica da porção meridional do craton do São Francisco com base em interpretações geocronologicas. Tese de Doutorado, Universidade de São Paulo, São Paulo, SP, Brasil.

Tomaz, M. R. C., & Ávila-Neto, C. N. (2021). Kinetic model based on initial rates of alkali hydrothermal dissolution of Verdete rock. Hydrometallurgy, 202(April), 1–10. doi: https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2021.105620

Tuller, M. P., Ribeiro, J. H., Signorelli, N., Féboli, W. L., & Pinho, J. M. M. (2010). Projeto Sete Lagoas - Abaeté. CPRM.

Uhlein, A., Baptista, M. C., Seer, H. J., Caxito, F. A., Uhlein, G. J., & Dardenne, M. A. (2013). a Formação Lagoa Formosa, Grupo Bambuí (Mg): Sistema Deposicional De Leque Submarino Em Bacia De Ante-País. Geonomos, 19(2), 163–172. doi: https://doi.org/10.18285/geonomos.v19i2.51

United Nations Environment Programme, & International Fertilizer Industry Association (1998). Mineral Fertilizer Use and the Environment. https://wedocs.unep.org/20.500.11822/30146.

United Nations. (2024). World Population Prospects 2024. Retrieved from https://population.un.org/wpp/

Valarelli, J. V., & Guardani, R. (1981). Fertilizantes. CEFER-IPT.

Varadachari, C. (1992). An investigation on the reaction of phosphoric acid with mica at elevated temperatures. Industrial & Engineering Chemistry Research, 31(1), 357–364. doi: https://doi.org/10.1021/ie00001a048

Varadachari, C. (1997). Potash Fertilizer from Biotite. Industrial & Engineering Chemistry Research, 36(11), 4768–4773. doi: https://doi.org/10.1021/ie970220u

Yianatos, J. B. (2007). Fluid Flow and Kinetic Modelling in Flotation Related Processes. Chemical Engineering Research and Design, 85(12), 1591–1603. doi: https://doi.org/10.1016/S0263-8762(07)73204-5

Zhang, C., & Kong, F. (2014). Isolation and identification of potassium-solubilizing bacteria from tobacco rhizospheric soil and their effect on tobacco plants. Applied Soil Ecology, 82, 18–25. doi: https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2014.05.002

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Published

2025-02-28

How to Cite

Schimicoscki, R. S., Oliveira, K. D., Mendes, G. de O., & Ávila Neto, C. N. de. (2025). Production of Potassium Fertilizer from Verdete: A Review. The Journal of Engineering and Exact Sciences, 11(1), 21569. https://doi.org/10.18540/jcecvl11iss1pp21569

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Section

General Articles