Identifying the Origin of Rock Phosphates and Phosphorus Fertilisers Using Isotope Ratio Techniques and Heavy Metal Patterns

Sattouf, Mamdoh

doi:10.24355/dbbs.084-200709180200-0

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Identifying the Origin of Rock Phosphates and Phosphorus Fertilisers Using Isotope Ratio Techniques and Heavy Metal Patterns

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German

Rock phosphates, the main sources of P-fertilizers, vary considerably in their content of radioactive elements such as 238U, 235U and their daughters and non-radioactive toxic heavy metals such as Cd, Cr, Co, and Pb depending on their origin. To minimize the risks associated with the transfer of these hazardous metals into the environment, it is preferable to use rock phosphates from origins characterized by a low toxic elements-content. In this context, a reliable method is needed which allows to identify the origin of rock phosphates and P-fertilizers. In this study, heavy metal pattern, U/P2O5 and Sr/P2O5 as well as R(234U/238U) and R(87Sr/86Sr) are tested as a means to discriminate rock phosphates and P-fertilizers with regards to their origin. The application of isotope ratio technique as „fingerprinting method“ offers the possibility to identify the geographical origin of rock phosphates as well as P-fertilizers. While the heavy metal pattern of a rock phosphate may change during the acid attack applied in the fertilizer production process, U and Sr isotope ratios in rock phosphates and P-fertilizers from same origin are almost identical. This property makes R(234U/238U) and R(87Sr/86Sr) measurements a powerful tool for fingerprinting the origin of the raw material used in the production of P fertilizers. R(235U/238U) was used as indicator to anthropogenic U in investigated samples.

In Abhängigkeit von ihrer geographischen Herkunft können zur Produktion von P-Düngern eingesetzte Rohphosphate beträchtlich in ihren Gehalten radioaktiver Elemente wie 238U und 235U sowie weiterer toxischer Schwermetalle (Cd, Cr, Co, Pb u.a.) variieren. Um das Risiko eines Transfers dieser Schadstoffe in die Umwelt zu minimieren, sollten vorzugsweise Rohphosphate solcher Herkunft genutzt werden, die durch niedrige Schwermetallgehalte gekennzeichnet sind. In diesem Zusammenhang wird eine zuverlässige Methode zur Identifikation der geographischen Herkunft von Rohphosphaten und P-Düngern benötigt. In dieser Studie wurden Schwermetallmuster, die Verhältnisse U/P2O5 und Sr/P2O5 sowie die Isotopenverhältnisse R(234U/238U) und R(87Sr/86Sr) auf ihre Eignung als Fingerprint-Methode untersucht.Die Bestimmung der Isotopenverhältnisse als Fingerprint-Methode erlaubt es, sowohl die Herkunft von Rohphosphaten als auch jene von P-Düngern zu identifizieren. Während das Schwermetallmuster eines Rohphosphates sich durch den in der Düngemittelproduktion verwendeten Säureaufschluss verändern kann, sind die U- und Sr-Isotopenverhältnisse in Rohphosphat und daraus hergestelltem P-Dünger nahezu identisch. Diese Eigenschaft macht die Messung von R(234U/238U) und R(87Sr/86Sr) zu einem wertvollen Werkzeug zur Identifikation des Rohmaterials, welches in der P-Düngerproduktion verwendet wurde. R(235U/238U) wurde außerdem als Indikator für die Verunreinigung von Düngern mit anthropogenem Uran genutzt.