Kimzeyite

Kimzeyite
Classificazione Strunz (ed. 10)	9.AD.25[1]
Formula chimica	Ca3Zr2(SiAl2)O12[2] Ca3(Zr,Ti)2[(Al,Si,Fe3+)O4]3[3] Ca3Zr2[Al2SiO12][4]
Proprietà cristallografiche
Sistema cristallino	cubico[5]
Parametri di cella	a = 12,46 (naturale) Å, a = 12,456 (sintetica) Å, Z = 8[6]
Gruppo puntuale	4/m 3 2/m[7]
Gruppo spaziale	Ia3d (nº 230)[5]
Proprietà fisiche
Densità misurata	3,94,[6] 4,0[1] g/cm³
Densità calcolata	4,03[6] g/cm³
Durezza (Mohs)	7[8]
Colore	marrone scuro[6], il terminale del minerale sintetico è incolore[9]
Lucentezza	vitrea[6]
Opacità	trasparente[1]
Striscio	marrone chiaro[8]
Diffusione	rara
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La kimzeyite (simbolo IMA: Kmz^[10]) è un minerale e un silicato raro del supergruppo del granato e del gruppo della schorlomite^[11] con composizione chimica Ca₃Zr₂(SiAl₂)O₁₂.^[2] Strutturalmente appartiene ai nesosilicati.

La kimzeyite è stata scoperta nel 1953 da Joe W. Kimzey. L'alto contenuto di zirconio di questo granato non è stato determinato fino a 5 anni dopo, il che ha portato alla prima descrizione della kimzeyite nel 1958 come un nuovo minerale con la composizione Ca₃(Zr,Ti)₂(Al,Fe³⁺,Si)₃O₁₂.^[6][12] Nel 1967 è stato riconosciuto come nuovo minerale dall'Associazione Mineralogica Internazionale (IMA).^[13] Quando il supergruppo del granato fu riorganizzato, la formula per la kimzeyite pura fu cambiata in Ca₃Zr₂Al₂SiO₁₂.^[14]

Il minerale prende il nome dalla famiglia Kimzey, che ha mineralogicamente accompagnato lo sviluppo economico del complesso di "Magnet Cove" fin dai primi anni del 1870 e ha fornito numerose collezioni in tutto il mondo con i minerali di questo giacimento.^[6][12]

Nel corso di indagini sistematiche sul comportamento di miscelazione dei granati del gruppo della schorlomite, la kerimasite, allora ancora indicata come kinzeyite, è stata sintetizzata nel 1967^[15] e la kinzeyite nel 1993 da Yamakawa e dai suoi colleghi.^[9]

Minerali come kimzeyite, kerimasite, elbrusite e altri granati contenenti afnio e zirconio, sono studiati per quanto riguarda la loro idoneità allo smaltimento finale di scorie radioattive ad alto livello provenienti da centrali nucleari.^[16][17]

Secondo l'attuale classificazione dell'Associazione Mineralogica Internazionale (IMA), la kimzeyite appartiene al supergruppo del granato, dove forma il "gruppo della schorlomite" con 10 cariche positive sulla posizione reticolare coordinata tetraedrica, insieme a irinarassite, hutcheonite, schorlomite, kerimasite e toturite.^[14]

Nell'obsoleta 8ª edizione della sistematica minerale di Strunz, la kimzeyite apparteneva alla divisione dei "nesosilicati", dove, insieme a goldmanite, forma il sottogruppo dei "granati Ti, Zr e V" con il sistema nº VIII/A.06d all'interno della "serie del granato".

Nella Sistematica dei lapis (Lapis-Systematik) di Stefan Weiß, che è stata rivista e aggiornata l'ultima volta nel 2018 e che si basa ancora su questa vecchia forma della sistematica di Strunz per considerazione verso i collezionisti privati e le collezioni istituzionali, al minerale è stato assegnato il sistema e al minerale nº VIII/A.08-150; ciò corrisponde anche alla divisione "nesosilicati con gruppi [SiO₄]", per cui nei gruppi da VIII/A.08 a 12 sono classificati i minerali con cationi in coordinazione cubica e ottaedrica [8+6]. La kimzeyite si forma qui insieme ad almandino, andradite, calderite, eltyubyuite, eringaite, goldmanite, grossularia, henritermierite, holtstamite, hutcheonite, idrougrandite, irinarassite, jeffbenite, katoite, kerimasite, knorringite, majorite, menzerite-(Y), momoiite, morimotoite, piropo, schorlomite, spessartina, toturite, uvarovite e wadalite, con le quali forma il "gruppo del granato".^[3]

La nona edizione della sistematica minerale di Strunz, valida dal 2001 e aggiornata l'ultima volta dall'Associazione Mineralogica Internazionale (IMA) nel 2024,^[18] classifica la kimzeyite nella classe "9. Silicati (germanati)" e da lì nella sottoclasse "9.A Nesosilicati"; questa è ulteriormente suddivisa in base alla struttura del minerale, in modo che la kimzeyite possa essere trovata nel sistema nº 9.AD.25 nella sezione "9.AD Nesosilicati senza anioni aggiuntivi; cationi in coordinazione [6] e/o maggiore", dove è elencata insieme a bitikleite, dzhuluite, usturite, elbrusite, eltyubyuite, eringaite, goldmanite, grossularia, holtstamite, irinarassite, katoite, knorringite, majorite, menzerite-(Y), morimotoite, spessartina, uvarovite, wadalite, almandine, andradite, calderite, piropo, schorlomite, toturite, hibschite e henritermierite.^[14]

Anche la sistematica dei minerali secondo Dana, utilizzata principalmente nel mondo anglosassone, classifica la kimzeyite nella categoria dei "minerali nesosilicati". La si trova elencata insieme a schorlomite e morimotoite nel "gruppo del granato (serie della schorlomite-kimzeyite)" con il sistema nº 51.04.03c all'interno della suddivisione "nesosilicati: gruppi SiO₄ solo con cationi in coordinazione [6] e >[6]".^[5]

La kimzeyite è l'analogo dello zirconio-alluminio della schorlomite e forma cristalli misti complessi principalmente con kerimasite, schorlomite e andradite. La kimzeyite naturale di solito mostra zonazioni molto complesse e contiene alluminio e Fe³⁺ in quantità approssimativamente uguali. La kimzeyite e la kerimasite possono essere distinte solo con un'analisi chimica precisa e considerando la zonazione. La composizione empirica della località tipo è:

${\displaystyle \mathrm {^{[X]}Ca_{3,11}\,^{[Y]}(Zr_{1,42}^{4+}Ti_{0,40}^{3+}Mg_{0,07}^{2+}Fe_{0,07}^{2+}Nb_{0,05}^{5+})\,^{[Z]}(Al_{1,26}Fe_{0,98}^{3+}Si_{0,94})} }$^[6]

oppure:

${\displaystyle \mathrm {^{[X]}(Ca_{2,94}Mg_{0,05})\,^{[Y]}(Zr_{1,72}^{4+}Ti_{0,26}^{4+}Nb_{0,09}^{5+})\,^{[Z]}(Al_{0,87}Fe_{1,09}^{3+}Si_{0,94})} }$^[16]

oppure:

${\displaystyle \mathrm {^{[X]}Ca_{2,99}\,\,^{[Y]}(Zr_{1,48}^{4+}Ti_{0,37}^{4+}Fe_{0,15}^{3+})\,\,^{[Z]}(Al_{0,87}Fe_{0,98}^{3+}Si_{1,15})} }$^[19]

La prima composizione può essere distorta da inclusioni di altri minerali,^[16] gli altri due contengono più ferro in posizione Z rispetto all'alluminio, e in senso stretto rappresentano l'analogo del ferro kerimasite secondo la reazione di scambio:

${\displaystyle {\ce {^{[Z]}Al^{3+}=\, ^{[Z]}Fe^{3+}}}}$

A temperature superiori a 700 °C, si verifica una miscelazione senza soluzione di continuità di kimzeyite sintetica e kerimasite. A temperature più basse, la miscibilità di questi componenti è limitata e si formano due granati coesistenti.^[9] Questo è stato osservato anche nella kimzeyite naturale della località tipo.^[19]

Le composizioni complesse dei cristalli misti possono essere espresse con diverse combinazioni di membri terminali. Il contenuto di titanio in posizione Y può essere utilizzato come miscela di hutcheonite ^[X]Ca₃^[Y]Ti4+2 ^[Z](Al₂Si)O₁₂ secondo la reazione di scambio:

${\displaystyle {\ce {^{[Y]}Zr^{4+}=\,\,^{[Y]}Ti^{4+}}}}$

o schorlomite ^[X]Ca₃^[Y]Ti4+2 ^[Z](Fe3+2Si)O₁₂ corrispondente alla reazione di scambio:^[20][21]

${\displaystyle {\ce {^{[Y]}Zr^{4+}\, +\, ^{[Z]}Al^{3+}=\, ^{[Y]}Ti^{4+}\, +\, ^{[Z]}Fe^{3+}}}}$

Inoltre, la kimzeyite forma cristalli misti con l'andradite ^[X]Ca₃^[Y]Fe3+2 ^[Z]Si₃O₁₂ secondo la reazione di scambio:^[15][20]

${\displaystyle {\ce {^{[Y]}Zr^{4+}\, +\, ^{[Z]}Al^{3+}=\, ^{[Y]}Fe^{3+}\, +\, ^{[Z]}Si^{4+}}}}$

e con il granato morimotoite ^[X]Ca₃^[Y](Zr,Ti)^{4+ [Y]}(Fe,Mg)^{2+ [Z]}Si₃O₁₂ corrispondenti alla reazione di scambio:^[20][21][22]

${\displaystyle \mathrm {^{[Y]}Zr^{4+}\,+\,2\,^{[Z]}Al^{3+}=\,^{[Y]}(Fe,Mg)^{2+}\,+\,2\,^{[Z]}Si^{4+}} }$

La kimzeyite cristallizza nel sistema cubico nel gruppo spaziale Ia3d (gruppo nº 230) con 8 unità di formula per cella unitaria. Il membro finale sintetico ha il parametro reticolare a = 12,456 Å,^[9] il cristallo misto naturale dalla località tipo è a = 12,46 Å.^[6]

La struttura è quella del granato. Il calcio (Ca²⁺) occupa le posizioni X, che sono dodecaedriche circondate da 8 ioni ossigeno, lo zirconio (Zr⁴⁺) occupa la posizione Y, che è ottaedrica circondata da 6 ioni ossigeno, e la posizione Z, che è tetraedrica circondata da 4 ioni ossigeno, è occupata da alluminio (Al³⁺) e silicio (Si⁴⁺).^[6][19][16]

La kimzeyite si forma a bassa pressione e ad alte temperature, principalmente nelle magmatiti ultrabasiche e nelle carbonatiti. I granati ricchi di kimzeyite sono stati trovati anche negli skarn metamorfici da contatto.^[23][24]

La località tipo della kimzeyite è una carbonatite nella cava di calcite di Kimzey (Calcite Hill) nel complesso di "Magnet Cove" (contea di Hot Spring, Arkansas, Stati Uniti). Oltre a calcite, a apatite, monticellite, magnetite e perovskite, i minerali che la accompagnano sono la vesuvianite, la torbernite, la pirite e, come inclusione, l'anidrite.^[6]

Nella carbonatite vicino a Terni in Umbria, la kimzeyite si presenta sotto forma di cristalli tondeggianti di 10-25 μm in calcite a grana fine insieme a flogopite, perovskite, monticellite e ossidi di ferro-titanio.^[25]

Nel basalto dell'eruzione del 1975 a Stromboli, in Italia, la kimzeyite si trova insieme a plagioclasio, pirosseno, olivina, spinello verde scuro e monticellite.^[22]

Le aree ricche di carbonato dei Lamprofiri delle dighe di Marathon vicino a McKellar Harbour (Ontario, Canada) trasportano melaniti ricche di kimzeyite insieme a olivina, flogopite, andradite, calcite, perovskite, apatite e spinello.^[20]

In un eiettore da un flusso piroclastico vicino ad Anguillara Sabazia sul lago di Bracciano a nord di Roma, la kimzeyite si trova insieme a gehlenite, hercynite e pirite.^[21]

• (EN) Hugo Strunz e Ernest Henry Nickel, Strunz Mineralogical Tables. Chemical-structural Mineral Classification System, 9ª ed., Stoccarda, E. Schweizerbart’sche Verlagsbuchhandlung (Nägele u. Obermiller), 2001, ISBN 3-510-65188-X.
• (DE) Stefan Weiß, Das große Lapis Mineralienverzeichnis. Alle Mineralien von A – Z und ihre Eigenschaften. Stand 03/2018, 7ª ed., Monaco, Weise, 2018, ISBN 978-3-921656-83-9.

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• (EN) Kimzeyite Mineral Data, su webmineral.com.

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