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Kimzeyit

Mineral, Silikat aus der Obergruppe der Granate

Das Mineral Kimzeyit ist ein seltenes Silikat aus der Obergruppe der Granate mit der Endgliedzusammensetzung Ca3Zr2Al2SiO12. Es kristallisiert im kubischen Kristallsystem mit der Struktur von Granat. Die oft einschlussreichen, dunkelbraunen Kristalle sind selten größer als 1 mm und zeigen eine Kombination von Rhombendodekaeder- und Deltoidikositetraederflächen.[6]

Kimzeyit
Kimzeyit (braun-schwarz, Größe 6 mm) auf Magnetit (grau/silber) vom Perovskite Hill, Magnet Cove, Hot Spring County, Arkansas, USA
Allgemeines und Klassifikation
IMA-Nummer

1967 s.p.[1]

IMA-Symbol

Kmz[2]

Chemische Formel
  • Ca3Zr2(SiAl2)O12[1]
  • Ca3(Zr,Ti)2[(Al,Si,Fe3+)O4]3[3]
  • Ca3Zr2[Al2SiO12][4]
Mineralklasse
(und ggf. Abteilung) 		Silikate und Germanate – Inselsilikate
System-Nummer nach
Strunz (8. Aufl.)
Lapis-Systematik
(nach Strunz und Weiß)
Strunz (9. Aufl.)
Dana
VIII/A.06d
VIII/A.08-150[3]

9.AD.25[5]
51.04.03c.02
Kristallographische Daten
Kristallsystem kubisch
Kristallklasse; Symbol hexakisoktaedrisch; 4/m32/m
Raumgruppe Ia3d (Nr. 230)Vorlage:Raumgruppe/230
Gitterparameter a = 12,46 (natürlich)[6]
12,456 (synthetisch)[7] Å[6]
Formeleinheiten Z = 8[6]
Physikalische Eigenschaften
Mohshärte 7
Dichte (g/cm3) gemessen: 3,94; berechnet: 4,03[6]
Spaltbarkeit Bitte ergänzen!
Farbe dunkelbraun[6], synthetisches Endglied ist farblos[7]
Strichfarbe hellbraun
Transparenz Bitte ergänzen!
Glanz Glasglanz[6]
Kristalloptik
Brechungsindex n = 1,94 (gemessen); 1,946 (berechnet)[6]
Doppelbrechung isotrop,[6] selten geringe Doppelbrechung durch Gitterspannungen[8]

Außer in seiner Typlokalität, einem Karbonatit aus dem Kimzey Calcit-Steinbruch (Calcite Hill) im Magnet-Cove-Komplex, Hot Spring County, Arkansas, USA, wurde Kimzeyit bislang (2017) nur an rund 14 weiteren Fundorten beschrieben, darunter einige Karbonatite, basische bis ultrabasische Magmatite sowie Skarne.[9]

Etymologie und Geschichte

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Entdeckt wurde Kimzeyit 1953 von Joe W. Kimzey aus Malvern in Arkansas. Die hohen Zr-Gehalte dieser Granate wurden erst 5 Jahre später ermittelt, was 1958 zur ersten Beschreibung von Kimzeyit als neues Mineral mit der Zusammensetzung Ca3(Zr,Ti)2(Al,Fe3+,Si)3O12 führte.[10][6] 1967 wurde es von der International Mineralogical Association (IMA) als neues Mineral anerkannt.[11] Bei der Neuordnung der Granat-Supergruppe wurde die Formel für reinen Kimzeyit geändert auf Ca3Zr2Al2SiO12.[12]

Benannt wurde es zu Ehren der Familie Kimzey, die die wirtschaftliche Erschließung des Magnet-Cove-Komplexes seit den frühen 1870er Jahren mineralogisch begleitete und zahlreiche Sammlungen weltweit mit Mineralen dieser Lagerstätte versorgte.[10][6]

Im Zuge systematischer Untersuchungen des Mischungsverhaltens von Granaten der Schorlomitgruppe wurde Kerimasit, damals noch als Kinzeyit bezeichnet, 1967 durch Ito und Frondel[13] sowie Kinzeyit 1993 durch Yamakawa und seine Mitarbeiter synthetisiert.[7]

Aktuelle Arbeiten untersuchen Kimzeyit, Kerimasit, Elbrusit und andere Hafnium- und Zirkonium-haltige Granate in Hinblick auf ihre Tauglichkeit zur Endlagerung hochradioaktiver Abfälle aus Kernkraftwerken.[14][15]

Klassifikation

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Die aktuelle Klassifikation der International Mineralogical Association (IMA) zählt den Kimzeyit zur Granat-Obergruppe, wo er zusammen mit Irinarassit, Hutcheonit, Schorlomit, Kerimasit und Toturit die Schorlomit-Gruppe mit 10 positiven Ladungen auf der tetraedrisch koordinierten Gitterposition bildet.[12]

In der veralteten 8. Auflage der Mineralsystematik nach Strunz gehörte der Kimzeyit zur Abteilung der „Inselsilikate (Nesosilikate)“, wo er zusammen mit Goldmanit die Untergruppe der „Ti-, Zr- und V-Granate“ mit der System-Nr. VIII/A.06d innerhalb der „Granat-Reihe“ (VIII/A.06) bildete.

Im zuletzt 2018 überarbeiteten und aktualisierten Lapis-Mineralienverzeichnis nach Stefan Weiß, das sich aus Rücksicht auf private Sammler und institutionelle Sammlungen noch nach dieser alten Form der Systematik von Karl Hugo Strunz richtet, erhielt das Mineral die System- und Mineral-Nr. VIII/A.08-150. In der „Lapis-Systematik“ entspricht dies ebenfalls der Abteilung „Inselsilikate mit [SiO4]-Gruppen“, wobei in den Gruppen VIII/A.08 bis 12 die Minerale mit Kationen in kubischer und oktaedrischer Koordination [8+6] eingeordnet sind. Kimzeyit bildet hier zusammen mit Almandin, Andradit, Calderit, Eltyubyuit, Eringait, Goldmanit, Grossular, Henritermierit, Holtstamit, Hutcheonit, Hydrougrandit, Irinarassit, Jeffbenit, Katoit, Kerimasit, Knorringit, Majorit, Menzerit-(Y), Momoiit, Morimotoit, Pyrop, Schorlomit, Spessartin, Toturit, Uwarowit, Wadalit die „Granatgruppe“.[3]

Die seit 2001 gültige und von der International Mineralogical Association (IMA) zuletzt 2009 aktualisierte[5] 9. Auflage der Strunz’schen Mineralsystematik ordnet den Kimzeyit ebenfalls in die Abteilung der „Inselsilikate (Nesosilikate)“ ein. Diese ist weiter unterteilt nach der möglichen Anwesenheit weiterer Anionen und der Koordination der beteiligten Kationen, so dass das Mineral entsprechend seiner Zusammensetzung in der Unterabteilung „Inselsilikate ohne zusätzliche Anionen; Kationen in oktaedrischer [6]er- und gewöhnlich größerer Koordination“ zu finden ist, wo es zusammen mit Almandin, Andradit, Calderit, Goldmanit, Grossular, Henritermierit, Hibschit, Holtstamit, Katoit, Knorringit, Majorit, Momoiit, Morimotoit, Pyrop, Schorlomit, Spessartin und Uwarowit die „Granatgruppe“ mit der System-Nr. 9.AD.25 bildet. Ebenfalls zu dieser Gruppe gezählt wurden die mittlerweile nicht mehr als Mineral angesehenen Granatverbindungen Blythit, Hibschit, Hydroandradit und Skiagit. Wadalit, damals noch bei den Granaten eingruppiert, erwies sich als strukturell unterschiedlich und wird heute mit Chlormayenit und Fluormayenit einer eigenen Gruppe zugeordnet.[12] Die nach 2001 beschriebenen Granate Irinarassit, Hutcheonit, Kerimasit, Toturit, Menzerit-(Y) und Eringait wären hingegen in die Granatgruppe einsortiert worden.

Auch die vorwiegend im englischen Sprachraum gebräuchliche Systematik der Minerale nach Dana ordnet den Kimzeyit in die Abteilung der „Inselsilikatminerale“ ein. Hier ist er zusammen mit Schorlomit und Morimotoit in der „Granatgruppe (Schorlomit-Kimzeyit-Reihe)“ mit der System-Nr. 51.04.03c innerhalb der Unterabteilung „Inselsilikate: SiO4-Gruppen nur mit Kationen in [6] und >[6]-Koordination“ zu finden.

Chemismus

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Kimzeyit ist das Zr-Al-Analog von Schorlomit und bildet komplexe Mischkristalle vor allem mit Kerimasit, Schorlomit und Andradit. Natürlicher Kinzeyit zeigt meist sehr komplexe Zonierungen und enthält Al und Fe3+ in ungefähr gleichen Mengen. Kimezeyit und Kerimasit können nur mit genauen chemischen Analysen und Berücksichtigung der Zonierung unterschieden werden. Die empirische Zusammensetzung aus der Typlokalität ist

  • [X]Ca3,11[Y](Zr4+1,42Ti3+0,40Mg2+0,07Fe2+0,07Nb5+0,05)[Z](Al1,26Fe3+0,98Si0,94)[6]

bzw.

  • [X](Ca2,94Mg0,05)[Y](Zr4+1,72Ti4+0,26Nb5+0,09)[Z](Al0,87Fe3+1,09Si0,94)[14]

oder

  • [X]Ca2,99[Y](Zr4+1,48Ti4+0,37Fe3+0,15)[Z](Al0,87Fe3+0,98Si1,15).[8]

Die erste, nasschemisch bestimmte Zusammensetzung von Milton et al. ist möglicherweise durch Einschlüsse anderer Minerale verfälscht,[14] die anderen beiden enthalten mehr Fe auf der Z-Position als Al und repräsentieren genau genommen das Fe-Analog Kerimasit entsprechend der Austauschreaktion

  • [Z]Al3+ = [Z]Fe3+

Bei Temperaturen oberhalb von 700 °C besteht eine lückenlose Mischbarbeit von synthetischen Kimzeyit und Kerimasit. Bei tieferen Temperaturen ist die Mischbarkeit dieser Komponenten begrenzt und es bilden sich zwei koexistierende Granate, ein Kinzeitreicher und ein Kerimasitreicher.[7] Diese Entmischung wurde auch bei natürlichen Kimzeyit aus der Typlokalität beobachtet.[8]

Die komplexen Zusammensetzungen der Mischkristalle können mit verschiedenen Kombinationen von Endgliedern ausgedrückt werden. Die Ti-Gehalte auf der Y-Position können als Beimischung von Hutcheonit [X]Ca3[Y]Ti4+2[Z](Al2Si)O12 entsprechend der Austauschreaktion

  • [Y]Zr4+ = [Y]Ti4+

oder Schorlomit [X]Ca3[Y]Ti4+2[Z](Fe3+2Si)O12 entsprechend der Austauschreaktion[16][17]

  • [Y]Zr4+ + [Z]Al3+ = [Y]Ti4+ + [Z]Fe3+

beschrieben werden. Weiterhin bildet Kimzeyit Mischkristalle mit Andradit [X]Ca3[Y]Fe3+2[Z]Si3O12 entsprechend der Austauschreaktion[13][16]

  • [Y]Zr4+ + [Z]Al3+ = [Y]Fe3+ + [Z]Si4+

und mit Morimotoitartigen Granaten [X]Ca3[Y](Zr,Ti)4+[Y](Fe,Mg)2+[Z]Si3O12 entsprechend der Austauschreaktion[16][18][17]

  • [Y]Zr4+ + 2[Z]Al3+ = [Y](Fe,Mg)2+ + 2[Z]Si4+

Kristallstruktur

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Kimzeyit kristallisiert mit kubischer Symmetrie in der Raumgruppe Ia3d (Raumgruppen-Nr. 230)Vorlage:Raumgruppe/230 mit 8 Formeleinheiten pro Elementarzelle. Das synthetische Endglied hat dem Gitterparameter a = 12,456 Å[7], der natürliche Mischkristall aus der Typlokalität a = 12,46 Å.[6]

Die Struktur ist die von Granat. Calcium (Ca2+) besetzt die dodekaedrisch von 8 Sauerstoffionen umgebenen X-Positionen, Zirkonium (Zr4+) die oktaedrisch von 6 Sauerstoffionen umgebene Y-Position und die tetraedrisch von 4 Sauerstoffionen umgebenen Z-Position ist mit Aluminium (Al3+) und Silicium (Si4+) besetzt.[6][14][8]

Bildung und Fundorte

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Kimzeyit-Kristall mit Oberflächenverwitterung zu Baddelyit, darüber ein Perowskit-Kristall vom Perovskite Hill, Magnet Cove, Hot Spring County, Arkansas, USA
 
Kimzeyit-Kristall auf Fluorapatit aus derselben Lagerstätte

Kimzeyit bildet sich bei niedrigem Druck und hohen Temperaturen vorwiegend in ultrabasischen Magmatiten und Karbonatiten. Auch in kontaktmetamorphen Skarnen wurden Kimzeyitreiche Granate gefunden.[9]

Karbonatite

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Die Typlokalität von Kimzeyit ist ein Karbonatit im Kimzey Calcit-Steinbruch (Calcite Hill) im Magnet-Cove-Komplex, Hot Spring County, Arkansas, USA. Er tritt hier in hellen Bereichen des Karbonatits auf, die mit Ijolith assoziiert sind. Begleitminerale sind neben Calcit, Apatit, Monticellit, Magnetit und Perowskit auch Vesuvianit, grüner Glimmer, Pyrit und als Einschluss Anhydrit.[6]

Im Polino-Karbonatit nahe Terni in Umbrien, Italien tritt Kimzeyit in Form 10–25 µm großer, rundlicher Kriställchen in feinkörnigen Calcit zusammen mit Phlogopit, Perowskit, Monticellit und Fe-Ti-Oxiden auf.[19]

Basische Magmatite

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In dem shoshonitischen Basalt des Ausbruchs von 1975 auf Stromboli, Italien tritt Kimzeyit zusammen mit Plagioklas, Pyroxen, Olivin, dunkelgrünem Spinell und Monticellit auf.[18]

Die carbonatreichen Bereiche der Lamprophyre der Marathon Dikes bei McKellar Harbour, Ontario, Kanada führen Kimzeyitreiche Melanite zusammen mit Olivin, Phlogopit, Andradit, Calcit, Perowskit, Apatit und Spinell.[16]

Sonstige

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In einem Auswürfling aus einem pyroklastischen Strom nahe Anguillara Sabazia am Braccianosee nördlich von Rom in Latium, Mittelitalien tritt Kimzeyit zusammen mit Gehlenit, Hercynit und Pyrit auf.[17]

Siehe auch

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Commons: Kimzeyite – Sammlung von Bildern

Einzelnachweise

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  1. ↑ a b Malcolm Back, Cristian Biagioni, William D. Birch, Michel Blondieau, Hans-Peter Boja und andere: The New IMA List of Minerals – A Work in Progress – Updated: July 2024. (PDF; 3,6 MB) In: cnmnc.units.it. IMA/CNMNC, Marco Pasero, Juli 2024, abgerufen am 13. August 2024 (englisch).
  2. ↑ Laurence N. Warr: IMA–CNMNC approved mineral symbols. In: Mineralogical Magazine. Band 85, 2021, S. 291–320, doi:10.1180/mgm.2021.43 (englisch, cambridge.org [PDF; 320 kB; abgerufen am 5. Januar 2023]).
  3. ↑ a b c Stefan Weiß: Das große Lapis Mineralienverzeichnis. Alle Mineralien von A – Z und ihre Eigenschaften. Stand 03/2018. 7., vollkommen neu bearbeitete und ergänzte Auflage. Weise, München 2018, ISBN 978-3-921656-83-9.
  4. ↑ Hugo Strunz, Ernest H. Nickel: Strunz Mineralogical Tables. Chemical-structural Mineral Classification System. 9. Auflage. E. Schweizerbart’sche Verlagsbuchhandlung (Nägele u. Obermiller), Stuttgart 2001, ISBN 3-510-65188-X, S. 542 (englisch).
  5. ↑ a b Ernest H. Nickel, Monte C. Nichols: IMA/CNMNC List of Minerals 2009. (PDF; 1,9 MB) In: cnmnc.units.it. IMA/CNMNC, Januar 2009, archiviert vom Original am 29. Juli 2024; abgerufen am 30. Juli 2024 (englisch).
  6. ↑ a b c d e f g h i j k l m n C. Milton, B. L. Ingram, L. V. Blade: Kimzeyite, a zirconium garnet from Magnet Cove, Arkansas. In: American Mineralogist. Band 46, Nr. 5–6, 1961, S. 533–548 (minsocam.org [PDF; 914 kB; abgerufen am 11. Oktober 2021]).
  7. ↑ a b c d e Junji Yamakawa, Chiyoko Henmi, Akira Kawahara: Syntheses and X-ray studies of Kimzeyite, Ca3Zr2(Al,Fe)2SiO12. In: Mineralogical Journal. Band 16, Nr. 7, 1993, S. 371–377, doi:10.2465/minerj.16.371 (jstage.jst.go.jp [PDF; 660 kB; abgerufen am 11. Oktober 2021]).
  8. ↑ a b c d S. M. Antao, L. A. Cruickshank: Two cubic phases in kimzeyite garnet from the type locality Magnet Cove, Arkansas. In: Acta Crystallographica Section B. Band 72, 2016, S. 846–854 (scripts.iucr.org [abgerufen am 5. August 2017]).
  9. ↑ a b Fundortliste für Kimzeyit beim Mineralienatlas (deutsch) und bei Mindat (englisch), abgerufen am 11. Oktober 2021.
  10. ↑ a b Charles Milton, Lawrence V. Blade: Preliminary Note on Kimzeyite, a New Zirconium Garnet. In: Science. Band 127, Nr. 3310, 1958, S. 1343, doi:10.1126/science.127.3310.1343.
  11. ↑ International Mineralogical Association: Commission on new minerals and mineral names: Report. In: Mineralogical Magazine. Band 36, 1967, S. 131–136 (rruff.info [PDF; 210 kB; abgerufen am 11. Oktober 2021]).
  12. ↑ a b c Edward S. Grew, Andrew J. Locock, Stuart J. Mills, Irina O. Galuskina, Evgeny V. Galuskin and Ulf Hålenius: IMA Report Nomenclature of the garnet supergroup. In: American Mineralogist. Band 98, Nr. 4, 2013, S. 785–811, doi:10.2138/am.2013.4201 (rruff.info [PDF; 2,3 MB; abgerufen am 31. August 2024]).
  13. ↑ a b Jun Ito, Clifford Frondel: Synthetic zirconium and titanium garnets. In: American Mineralogist. Band 52, Nr. 5–6, 1967, S. 773–781 (minsocam.org [PDF; 545 kB; abgerufen am 11. Oktober 2021]).
  14. ↑ a b c d Karl R. Whittle, Gregory R. Lumpkin, Frank J. Berry, Gordon Oates, Katherine L. Smith, Sergey V. Yudintsev, Nestor John Zaluzec: The structure and ordering of zirconium and hafnium containing garnets studied by electron channelling, neutron diffraction and Mössbauer spectroscopy. In: Journal of Solid State Chemistry. Band 180, 2007, S. 785–791 (researchgate.net [PDF; 577 kB; abgerufen am 11. Oktober 2021]).
  15. ↑ Florie A. Caporuscio, Brion L. Scott, H. Xu, Russell K. Feller: Garnet nuclear waste forms – Solubility at repository conditions. In: Nuclear Engineering and Design. Band 266, 2014, S. 180–185, doi:10.1016/j.nucengdes.2013.10.029 (researchgate.net [abgerufen am 11. Oktober 2021]).
  16. ↑ a b c d R. Garth Platt, Roger H. Mitchell: The Marathon Dikes. I: Zirconium-rich titanian garnets and manganoan magnesian ulviispinel-magnetite spinel. In: American Mineralogist. Band 64, Nr. 5–6, Teil 1, 1979, S. 546–550 (minsocam.org [PDF; 479 kB; abgerufen am 11. Oktober 2021]).
  17. ↑ a b c Emanuela Schingaro, Fernando Scordari, Flavio Capitanio, Giancarlo Parodi, David C. Smith, Annibale Mottana: Crystal chemistry of kimzeyite from Anguillara, Mts. Sabatini, Italy. In: European Journal of Mineralogy. Band 13, Nr. 4, 2001, doi:10.1127/0935-1221/2001/0013-0749.
  18. ↑ a b Rosalba Munno, Giuseppe Rossi, Carla Tadini: Crystal chemistry of kimzeyite from Stromboli, Aeolian Islands, Italy. In: American Mineralogist. Band 65, Nr. 1–2, 1980, S. 188–191 (minsocam.org [PDF; 599 kB; abgerufen am 11. Oktober 2021]).
  19. ↑ L. Lupini, C. T. Williams, A. R. Woolley: Zr-rich garnet and Zr- and Th-rich perovskite from the Polino carbonatite, Italy. In: Mineralogical Magazine. Band 56, 1992, S. 581–586 (rruff.info [PDF; 370 kB; abgerufen am 11. Oktober 2021]).
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