Geomathematical and geochemical studies on Egyptian phosphorite deposits

In der vorliegenden Arbeit wurden 3 ägyptische Phosphatlagerstätten aus dem Oberkretazischen Tethys-Phosphoritgürtel untersucht. Insgesamt wurden 125 Phosphorit-Proben aus den 3 aktiven Untertage-Minen in Abu Tartur (Western Desert), El Mahamid (Nile Valley) und Abu Shigeila (Eastern Desert) genommen. Zur Bestimmung der Hauptmineralkomponenten und 35 Haupt-, Spuren- und Selten-Erden-Elemente der Phosphorite wurden detaillierte mineralogische und geochemische Untersuchen durchgeführt. Für die qualitative und quantitative Bestimmung der 5 Hauptmineralphasen (Karbonatfluorapatit, Calcit, Dolomit, Quarz und Gips) in den Phosphoriten wurde ein neues Verfahren auf der Basis der Infrarotspekroskopie entwickelt. Um einige der signifikanten geochemischen Charakteristika zu identifizieren und herauszustellen (Beziehungen zwischen den einzelnen Elementen) wurde eine Reihe von geochemischen Verhältnissen gegenübergestellt (z.B. CaO/P2O5, F/P2O5, Substituenten/P2O5, SEE-Verhältnisse). Neben uni- und bivariaten statistischen Verfahren wurden auch multivariate Analysen der gesamten geochemischen Daten berechnet, um Ähnlichkeiten und Eigenschaften im Ablagerungsmilieu der ägyptischen Phosphorite zu erkennen. Mit Hilfe der direkten und schrittweisen Diskriminanzanalyse gelingt die Unterteilung aller Phosphoritproben in 3 regionale Gruppen, die den 3 ausgewählten Bergbaugebieten zugeordnet werden können. Die Variablen Ba, SEE, Y und Zn waren für die Diskriminanzanalyse am höchsten signifikant. Jede Gruppe charakterisiert ein spezielles lokales Ablagerungsmilieu. Auf der Basis der Korrelation und Diskriminanzanalyse wurde abschließend auch unter Einbeziehung der mineralogischen Zusammensetzung eine R-Mode Faktoranalyse durchgeführt, um die geochemischen Charakteristika und die Ablagerungsgeschichte des Sediments zu rekonstruieren. Vier Hauptfaktoren wurden extrahiert: Faktor 1 ist ein Phosphat-Faktor, der auch alle substituierenden Elemente der Karbonatfluorapatit-Struktur (z.B. Na, Sr, Y, SEE) enthält. Die negative Ladung dieses Faktors bestimmt die unterschiedlichen Anteile der Zement-Materiale (tonige oder karbonatische Matrix). Faktor 2 wird hauptsächlich von der Menge der detritischen Fraktion charakterisiert (Kieselsäure und Tonminerale). Auch einige Spurenelemente sind mit diesen Materialien assoziiert (z.B. Cr, V, SEE und Zn). Faktor 3 beinhaltet die im Sediment vorhandenen Sulfide und Sulfate. Faktor 4 beschreibt das unterschiedliche Auftreten von Ba in den Phosphoritlagerstätten. Alle Faktoren werden durch das Ablagerungsmilieu der ägyptischen Phosphatlagerstätten kontrolliert und beeinflußt.

Three Egyptian phosphate deposits representing the broad Upper Cretaceous Tethyan phosphorite belt were investigated. A total of 125 phosphorite samples were collected from three underground mines that are exploited in Abu Tartur (Western Desert), El Mahamid (Nile Valley) and Abu Shigeila (Eastern Desert) localities. Detailed mineralogical and geochemical studies have been carried out in order to describe the distribution patterns of the principal mineral constituents and 35 major, trace and rare earth elements detected in the phosphate productive beds. In the course of the present work, a new infrared analytical method was developed for the qualitative and quantitative determinations of five mineral phases present in the Egyptian phosphorites: carbonate-fluorapatite, calcite, dolomite, quartz and gypsum. In order to identify and highlight some significant geochemical characteristics (inter-relationships of the detected elements) of these deposits, geochemical ratios (CaO/P2O5, F/P2O5, substituent/ P2O5 and REE ratios) have been determined. Advanced multivariate analyses on the bulk geochemical data, beside uni- and bivariate statistics, have been substantiated the similarities and dissimilarities of the different environmental conditions that prevailed during the deposition of Egyptian phosphorites. Discriminant function analyses (direct and stepwise) classify successfully the phosphorite samples into three distinct regional groups, which represent the three investigated deposits, using Ba, REE, Y and Zn as best discriminating variables. Each group identify a specific local depositional environment. On the basis of correlation and discriminant function analyses, R-mode factor analysis was then applied in conjunction with mineralogical variations to understand the geochemical signature and history of the sediments. Four main meaningful factors are extracted: Factor ONE is a phosphate factor, containing most of the substituent elements (e.g. Na, Sr, Y and REE) within the carbonate-fluorapatite structure. The negative loading in this factor shows the variability of cementing materials (carbonates or argillaceous). Factor TWO is predominantly a detrital rock fraction (silica and clay minerals) factor with some trace element associations (such as Cr, V, REE and Zn). Factor THREE represents the sulphides and sulphates that are associated with the sediments. Factor FOUR delineates the different modes of Ba occurrence in the phosphate deposits. These factors are controlled and influenced by the environmental conditions of the deposition of Egyptian phosphorites.