4.2.4.1 Bindungsverhältnisse der Spurenelemente

Die Bindungsverhälnisse der Spurenelemente an bestimmte Mineralphasen soll mit Hilfe der Faktoren- und Clusteranalyse deutlich gemacht werden, wie dies bereits für die Laterite vom Jebel Tawiga erfolgt ist (Kap. 3.1.3.5). Da die Gedaref-Kaoline durch diagenetische Prozesse der Silifizierung und Alunitisierung in ihrer ursprünglichen chemisch-mineralogischen Zusammensetzung stark verändert wurden, sollte dies auch im Ergebnis der Faktoren- und Clusteranalyse zum Ausdruck kommen.

Die Faktorenanalyse wurden mit insgesamt 113 Proben und 20 Variablen durchgeführt. Hierbei konnten 5 Faktoren bei einem KMO-Wert von 0,78 ermittelt werden (Tab. 26).

Im Faktor 1 lädt Al₂O₃ und Glühverlust hoch positiv, SiO₂ hingegen hoch negativ. Eine relativ starke Affinität zu diesem Faktor besitzen auch Ga, Cr und Sc. Dieser Faktor läßt sich als Kaolinitfaktor interpretieren. Das Silizium ist sowohl an den Kaolinit als auch an Opal-CT bzw. Chalzedon gebunden. Der hohe negative Wert zeigt somit die Bindung an zwei Mineralphasen an, die negativ miteinander korreliert sind, d.h. je mehr Kaolinit vorhanden ist, um so geringer ist der Opalgehalt. Gallium und Aluminium sind, wie in den meisten Fällen, positiv zueinander korreliert. Chrom ist sowohl an das Aluminium als auch an höhere Eisengehalte gebunden (Abb. 79). Trivalentes Chrom substituiert bevorzugt Aluminium bis ca. 1% Cr₂O₃ (WEDEPOHL 1987).

Tab. 26: Rotierte Faktor Matrix für 20 Variable und 113 Proben (r > 0,5) der Gedaref-Kaoline.

Die Zusammenfassung von Ce, Nd, Sm, Sr und P₂O₅ im Faktor 2 ist auf die gemeinsamen Eigenschaften der Lanthaniden einerseits und ihre Bindung an die APS-Mineralphasen, in diesem Fall Goyazit, zurückzuführen, wie dies bereits in ähnlicher Weise bei den Kaolinen vom Jebel Tawiga deutlich erkennbar war.

Der Faktor 3 mit Ga, Y, Nb, Zr und Ti kann als "Anreicherungsfaktor" interpretiert werden. Nach DEGENS (1965) und BARDOSSY & ALEVA (1990) reichern sich die genannten Elemente generell bei intensiver Verwitterung an. Die Konzentration von TiO₂ und Zr in Form von Anatas und Zirkon ist auf die Verwitterungsresistenz dieser Minerale zurückzuführen. Aufgrund der Isotypie zwischen Zirkon und Xenotim substituiert Yttrium das Zirkonium im Wirtsmineral Zirkon (RÖSLER 1988). Im allgemeinen besteht zwischen Gallium und Aluminium (Faktor 1) bei Verwitterungsprodukten eine positive Wechselbeziehung (McKENZIE 1957, LeRICHE & WEIR 1963, GILES 1964). Die Gedaref-Kaoline zeigen zusätzlich einen positiv linearen Zusammenhang zwischen Ga - Ti und Nb. (Abb. 80). Auch JESPEN & SCHELLMANN (1974) verweisen in bezug auf die Bauxitlagerstätte Weipa/Australien auf eine besonders enge Beziehung zwischen Al, Ti und Ga (r > 0,95) und vermuten den Einbau von Ti und Ga im Kaolinitgitter.

Abb. 79: Korrelationen zwischen Cr und Al2O3 und Fe2O3 im Gedaref-Kaolin		Abb. 80: Korrelation zwischen Ga und Al2O3, TiO2 und Nb im Gedaref-Kaolin.

Der Faktor 4 mit den Elementen Sr, P, S, K und Ba läßt sich den Mineralen Alunit und Goyazit zuordnen. Beide Mineralphasen gehören der APS-Gruppe an. Der hohe Verwandtschaftsgrad innerhalb dieser Gruppe ist u.a. durch die bivalente Diadochie in der Kationen- und Anionenposition gekennzeichnet.

Die generell enge Bindung des Vanadiums an das Eisen, wie sie im Faktor 5 auftritt, wird von MASON & MOORE (1985) und von SCHELLMANN (1986) beschrieben. Nach Untersuchungen von SCHWARZ (1992) an sudanesischen Eisenkrusten ist auch hier das Vanadium hauptsächlich an Hämatit gebunden.

Die Ergebnisse der Faktorenanalyse sind in der Abb. 81 durch die Faktorenräume graphisch dargestellt.

Abb. 81: Orthogonal rotierte Faktorladungen (Varimax-Methode) im Koordinatensystem.

Die Clusteranalyse für die Gedaref-Kaoline wurde mit der gleichen Proben- und Variablenanzahl wie die Faktorenanalyse durchgeführt. Da im Dendrogramm im Vergleich zur Faktorenanalyse keine alternativen Elementbeziehungen dargestellt werden können, kommt es teilweise zu einer abweichenden Gruppierung.

Ausgehend von den größten Clusterabständen lassen sich zunächst zwei Obergruppen erkennen (Abb. 82), die einerseits die Mineralphasen Kaolinit, Hämatit, Anatas und Zirkon und andererseits Alunit, Goyazit und Opal bzw. Chalzedon repräsentieren. Die erstgenannten Minerale entsprechen einer für kaolinitreiche Sedimente typischen "primären" Mineralparagenese. Alunit, Goyazit und Opal/Quarz hingegen können als "sekundäre", diagenetisch bedingte Bildungen charakterisiert werden. Demzufolge zeigt auch Silizium im Dendrogramm keine enge Beziehung zu den anderen Elementen. Auch in der Faktorenanalyse lädt SiO₂ im Faktor 1 hoch negativ, jedoch ist die Beziehung zum Kaolinit durch die Verbindung mit dem Aluminium und dem Glühverlust gegeben.

Abb. 82: Dendrogramm für Gedaref-Kaoline (Ward Methode, n = 113).