Доклад об алмазе как полезном ископаемом — описание, свойства и месторождение

507-каратный алмаз Cullinan Heritage

Алмаз

– самый твёрдый минерал, кубическая полиморфная (аллотропная) модификация углерода(C), устойчивая при высоком давлении. При атмосферном давлении и комнатной температуре метастабилен, но может существовать неограниченно долго, не превращаясь в стабильный в этих условиях графит. В вакууме или в инертном газе при повышенных температурах постепенно переходит в графит.

1. Структура
2. Свойства
3. Морфология
4. Происхождение
5. Применение
6. Классификация
7. Физические свойства
8. Оптические свойства
9. Кристаллографические свойства

Смотрите так же:

Алмаз

– цена и лечебные, магические свойства

Физические свойства и структура агата

СТРУКТУРА

Кристаллическая структура алмаза

Сингония алмаза кубическая, пространственная группа Fd3m. Элементарная ячейка кристаллической решетки алмаза представляет собой гранецентрированный куб, в котором в четырех секторах расположенных в шахматном порядке, находятся атомы углерода. Иначе алмазную структуру можно представить как две кубических гранецентрированных решетки, смещенных друг относительно друга по главной диагонали куба на четверть её длины. Структура аналогичная алмазной установлена у кремния, низкотемпературной модификации олова и некоторых других простых веществ. Кристаллы алмаза всегда содержат различные дефекты кристаллической структуры (точечные, линейные дефекты, включения, границы субзерен и тп.). Такие дефекты в значительной степени определяют физические свойства кристаллов.

Критерии оценивания алмазов

При добыче алмазов лишь 60 % процентов минералов пригодны для обработки, их называют ювелирными. Естественно, стоимость необработанных камней значительно уступает цене бриллиантов (более чем в два раза). Оценка стоимости бриллиантов проводится по системе 4C:

1. Carat (вес в каратах) — 1 карат равен 0,2 г.
2. Color (цвет) — чисто белых алмазов практически не встречается, большинство минералов имеют определенный оттенок. От окраски алмаза во многом зависит его стоимость, большинство встречающихся в природе камней имеют желтый или коричневый оттенок, реже можно обнаружить розовые, голубые и зеленые камни. Наиболее редкими, красивыми, а оттого и дорогими являются минералы насыщенных оттенков, их называют фантазийными. Наиболее редкие из них — зеленый, фиолетовый и черный.
3. Clarity (чистота) — также важный показатель, который определяет присутствие дефектов в камне и значительно влияет на его стоимость.
4. Cut (огранка) — от огранки сильно зависит внешний вид бриллианта. Преломление и отражение света, своеобразное «бриллиантовое» сияние делают этот камень столь ценным, а неправильная форма или соотношение пропорций при обработке могут напрочь его испортить.

СВОЙСТВА

Неограненный алмаз

Алмаз может быть бесцветными водянопрозрачным или окрашенным в различные оттенки желтого, коричневого, красного, голубого, зеленого, черного, серого цветов. Распределение окраски часто неравномерное, пятнистое или зональное. Под действием рентгеновских, катодных и ультрафиолетовых лучей большинство алмазов начинает светиться (люминесцировать) голубым, зелёным, розовым и др. цветами. Характеризуется исключительно высоким светопреломлением. Показатель преломления (от 2,417 до 2,421) и сильная дисперсия (0,0574 ) обуславливают яркий блеск и разноцветную “игру” огранённых ювелирных алмазов, называемых бриллиантами. Блеск сильный, от алмазного до жирного.Плотность 3,5 г/см3. По шкале Мооса относительная твердость алмаза равна 10, а абсолютная – в 1000 раз превышает твёрдость кварца и в 150 раз – корунда. Она самая высокая как среди всех природных, так и искусственных материалов. Вместе с тем довольно хрупок, легко раскалывается. Излом раковистый. С кислотами и щелочами в отсутствие окислителей не взаимодействует. На воздухе алмаз сгорает при 850° С с образованием СО2; в вакууме при температуре свыше 1.500° С переходит в графит.

Как отличить натуральный камень от подделки

Справка. Алмаз – дорогостоящий и красивый камень, соответственно, подделка происходит чаще, чем у других камней. Фианит – главная подделка, которая очень похожа на алмаз.

Существуют несколько способов определения подделки:

• 57 граней у природного минерала, у подделок – обычно меньше;
• у природного камня четкие грани, в отличие от скругленных в подделке;
• при помощи лупы можно увидеть в подделке удвоение граней, в настоящем такого не может быть;
• при направлении УФ лучей природный начинает светиться;
• при проведении маркером по камню можно увидеть прямую линию;
• алмаз не запотевает.

МОРФОЛОГИЯ

Морфология алмаза очень разнообразна. Он встречается как в виде монокристаллов, так и в виде поликристаллических срастаний (“борт”, “баллас”, “карбонадо”). Алмазы из кимберлитовых месторождений имеют только одну распространенную плоскогранную форму – октаэдр. При этом во всех месторождениях распространены алмазы с характерными кривогранными формами – ромбододекаэдроиды (кристаллы похожие на ромбододекаэдр, но с округлыми гранями), и кубоиды (кристаллы с криволинейной формой ). Как показали экспериментальные исследования и изучение природных образцов в большинстве случаев кристаллы в форме додекаэдроида возникают в результате растворения алмазов кимберлитовым расплавом. Кубоиды образуются в результате специфического волокнистого роста алмазов по нормальному механизму роста.

Алмаз Куллинан разбитый на 9 частей

Синтетические кристаллы, выращенные при высоких давлениях и температурах, часто имеют грани куба и это является одни их характерных отличий от природных кристаллов. При выращивании в метастабильных условиях алмаз легко кристаллизуется в виде пленок и шестоватых агрегатов. Размеры кристаллов варьируют от микроскопических до очень крупных, масса самого крупного алмаза “Куллинан”, найденного в 1905г. в Южной Африке 3106 карат (0,621кг). На изучение огромного алмаза было потрачено несколько месяцев и в 1908 году он был расколот на 9 крупных частей. Алмазы массой более 15 карат – редкость, а массой от сотни карат – уникальны и считаются раритетами. Такие камни очень редки и часто получают собственные имена, мировую известность и своё особое место в истории.

Химический состав

Алмаз – природный углерод. Особенность структуры дает прозрачный вид минерала. Природа редко создает идеальные камни, поэтому в большинстве присутствуют дефекты и примеси. В химический состав кристалла входят: азот, алюминий, бор, магний, кальций, железо, медь, барий и кремний. В компоненты алмаза могут входить: твердые, жидкие и газообразные включения.

Формула алмаза

Химическая формула алмаза проста — элемент C. Обусловлено это тем, что алмаз — это чистый углерод, и входящие в его состав примеси очень малы, менее 15%, и поэтому в формулу не включаются. Порядковый номер в таблице – 6.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ

Хотя при нормальных условиях алмаз метастабилен, он в силу устойчивости своей кристаллической структуры может существовать неопределенно долго, не превращаясь в устойчивую модификацию углерода – графит. Алмазы, которые вынесены на поверхность кимберилитами или лампроитами кристаллизуется в мантии на глубине 200 км. и более при давлении более 4 Гпа и температуре 1000 – 1300° С. В некоторых меторождениях встречаются и более глубинные алмазы, вынесенные из переходной зоны или из нижней мантии. Наряду с этим, они выносятся к поверхности Земли в результате взрывных процессов, сопровождающих формирование кимберлитовых трубок, 15-20% которых содержит алмаз.

Алмазы встречаются также в метаморфических комплексах сверхвысоких давлений. Они ассоциируют с эклогитами и глубокометаморфизованными гранатовыми гнейсами. Мелкие алмазы в значительных количествах обнаружены в метеоритах. Они имеют очень древнее, досолнечное происхождение. Также они образуются в крупных астроблемах – гигантских метеоритных кратерах, где переплавленные породы содержат значительные количества мелкокристаллического алмаза. Известным месторождением такого типа является Попигайская астроблема на севере Сибири.

Алмазы

Алмазы редкий, но вместе с тем довольно широко распространённый минерал. Промышленные месторождения алмазов известны всех континентах, кроме Антарктиды. Известно несколько видов месторождений алмазов. Уже несколько тысяч лет алмазы добывались из россыпных месторождений. Только к концу XIX века, когда впервые были открыты алмазоносные кимберлитовая трубка, стало ясно, что алмазы не образуются в речных отложениях. Кроме этого алмазы были найдены в коровых породах в ассоциациях метаморфизма сверхвысоких давлений, например в Кокчетавском массиве в Казахстане.

И импактные, и метаморфические алмазы иногда образуют весьма масштабные месторождения, с большими запасами и высокой концентрацией. Но в этих типах месторождений алмазы настолько мелкие, что не имеют промышленной ценности. Промышленные месторождения алмазов связаны с кимберлитовыми и лампроитовыми трубками, приуроченными к древним кратонам. Основные месторождения этого типа известны в Африке, России, Австралии и Канаде.

Процесс добычи руды в Якутии

Кимберлитовая трубка «Мир» была открыта 13 июня 1955 года, а разработка началась в 1957 году. Её глубина составляет 525 метров, что немного недостает до высоты Останкинской телебашни. За период с 1957 по 2001 год здесь добыли алмазов на семнадцать с половиной миллиардов долларов. До 2001 года добыча алмазов в нём велась открытым способом, а сейчас шахтным, то есть под землей.

Подземным способом идет добыча и в кимберлитовой трубке «Интернациональная», которая находится в 15 километрах от Мирного. Она славится очень высоким качеством алмазов. Добыча идет на глубине примерно одного километра. Протяженность всех выработок составляет 37 километров. С этого рудника началась добыча минералов подземным способом в Якутии, несмотря на то, что месторождения находятся в зоне вечной мерзлоты.

Работа на шахте ведется в три смены без выходных и праздников. За сутки добываются полторы тысячи тонн породосодержащей руды. Пустой руды тут быть не может потому, что возможности месторождения специалисты просчитывают заранее, чтобы не было убытков.

Добытую породу отправляют на обогатительную фабрику, где извлекают сами алмазы. Этот процесс довольно длительный и многоэтапный. Щёковая дробилка работает круглосуточно. За 24 часа через нее проходит шесть тысяч тонн сырья, добытого в карьерах и шахтах.

С дробилки по ленточному конвейеру сырье перемещается внутрь огромной мельницы диаметром в 7 метров. Тут измельчение происходит при помощи воды, с которой смешивается алмазосодержащий материал, далее он попадает на так называемые грохоты.

Камни просеивают как муку, пропуская через сито. В процессе они делятся на группы в зависимости от размера. В сепараторе происходит выделение крупных кристаллов. Алмаз имеет свойство светиться в рентгеновских лучах и затем некоторое время после облучения он еще продолжать светиться. Фотоэлемент видит это свечение и отсекает крупные камни.

Всех этих процедур может оказаться недостаточно, и в итоге среди алмазов иногда могут попадаться обычные камни. Отделить драгоценный материал окончательно и бесповоротно могут только люди. Они вручную заканчивают то, что начали машины.

ПРИМЕНЕНИЕ

Хорошие кристаллы подвергаются огранке и используются в ювелирном деле. Ювелирными считаются около 15% добываемых алмазов, еще 45% считаются околоювелирными, то есть уступают ювелирным по размеру, цвету или чистоте. В настоящее время общемировой объем добычи алмазов составляет порядка 130 миллионов карат в год. Бриллиант

(от франц. brillant – блестящий), – алмаз, которому посредством механической обработки (огранки) придана специальная форма, бриллиантовая огранка, максимально раскрывающая такие оптические свойства камня, как блеск и цветовая дисперсия. Совсем мелкие алмазы и осколки, непригодные для огранки, идут в качестве абразива для изготовления алмазного инструмента, необходимого для обработки твёрдых материалов и огранки самих алмазов. Скрытокристаллическая разновидность алмаза чёрного или тёмно-серого цвета, образующая плотные или пористые агрегаты, носит название
Карбонадо
, обладает более высоким сопротивлением истиранию, чем у кристаллов алмаза и благодаря этому особенно ценится в промышленности.

Мелкие кристаллы также в больших количествах выращиваются искусственным путём. Синтетические алмазы получают из различных углеродсодержащих веществ, главным образом из графита, в спец. аппаратах при 1200-1600°С и давлениях 4,5-8,0 ГПа в присутствии Fe, Co, Сr, Мn или их сплавов. Они пригодны для использования только в технических целях.

Алмаз (англ. Diamond) – C

Обработка алмазов

Обработка алмазов требует огромного опыта, знаний и умений. Прежде чем приступать к работе, необходимо досконально изучить камень, чтобы впоследствии максимально сохранить его вес и избавиться от вкраплений. Наиболее распространенный тип огранки алмазов — круглый, он позволяет камню заиграть всеми красками и максимально выгодно отражать свет. Но такая работа является и самой сложной: круглый бриллиант имеет 57 плоскостей, и при его огранке важно соблюдать точнейшие пропорции. Также популярными типами огранки являются: овал, слеза, сердце, маркиза, изумрудная и другие. Выделяют несколько этапов обработки минералов:

• разметка;
• раскалывание;
• распиловка;
• закругление;
• огранка.

До сих пор считается, что после обработки алмаз теряет около половины своего веса.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Изготовление искусственных алмазов

Сейчас технологии позволяют «выращивать» алмазы, практически неотличимые от натуральных. Существует несколько способов синтеза:

1. Создание HPHT-алмазов — наиболее близкая к природным условиям методика. Минералы создаются из графита и затравочного алмаза при температуре 1400 °С под давлением в 50 000 атмосфер. Этот метод позволяет синтезировать камни ювелирного качества.
2. Создание CVD-алмазов (пленочный синтез) — изготовление камней в вакуумных условиях с использованием затравки и газов метана и водорода. Этот способ позволяет синтезировать чистейшие минералы, однако крайне маленьких размеров, потому в основном они имеют промышленное назначение.
3. Взрывной синтез — это способ позволяет получить мелкие кристаллы алмаза посредством детонации взрывчатых веществ и последующего охлаждения.

ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА