Алмазный

Алмазный
Слегка деформированная октаэдрическая форма этого необработанного кристалла алмаза в матрице типична для минерала. Его блестящие грани также указывают на то, что это кристалл из первичного месторождения.
Общий
Категория	Самородные минералы
Формула (повторяющаяся единица)	C
Классификация Струнца	1.CB.10a
Классификация Дана	1.3.6.1
Кристаллическая система	Кубический
Кристалл класс	Шестиугольник (м 3 м) Символ HM : (4 / м 3 2 / м)
Космическая группа	Ж д 3 м (№ 227)
Структура
Джмол (3D)	Интерактивное изображение
Идентификация
Формула массы	12,01  г / моль
Цвет	Обычно от желтого, коричневого или серого до бесцветного. Реже голубой, зеленый, черный, полупрозрачный белый, розовый, фиолетовый, оранжевый, пурпурный и красный.
Хрустальная привычка	Восьмигранный
Twinning	Шпинельный закон обыкновенный (дающий "макле")
Расщепление	111 (идеально в четырех направлениях)
Перелом	Нерегулярный / неравномерный
Твердость по шкале Мооса	10 (определяющий минерал)
Блеск	Адамантин
Полоса	Бесцветный
Прозрачность	Прозрачный для subtransparent в полупрозрачной
Удельный вес	3,52 ± 0,01
Плотность	3.5–3,53  г / см 3
Польский блеск	Адамантин
Оптические свойства	Изотропный
Показатель преломления	2,418 (при 500 нм)
Двулучепреломление	Никто
Плеохроизм	Никто
Дисперсия	0,044
Температура плавления	В зависимости от давления
Рекомендации	[1] [2]

Алмаз - это твердая форма элемента углерода, атомы которого расположены в кристаллической структуре, называемой кубическим алмазом . При комнатной температуре и давлении другая твердая форма углерода, известная как графит, является химически стабильной формой углерода, но алмаз почти никогда не превращается в нее. Алмаз имеет самую высокую твердость и теплопроводность среди всех природных материалов, свойства, которые используются в основных промышленных приложениях, таких как режущие и полировальные инструменты. Они также являются причиной того, что ячейки с алмазными наковальнями могут подвергать материалы давлению, обнаруженному глубоко в Земле.

Поскольку расположение атомов в алмазе чрезвычайно жесткое, несколько типов примесей могут загрязнять его (два исключения - бор и азот ). Небольшое количество дефектов или примесей (около одного на миллион атомов решетки) окрашивает алмаз в синий (бор), желтый (азот), коричневый (дефекты), зеленый (радиационное воздействие), фиолетовый, розовый, оранжевый или красный цвет. Алмаз также имеет относительно высокую оптическую дисперсию (способность рассеивать свет разных цветов).

Возраст большинства природных алмазов составляет от 1 до 3,5 миллиардов лет. Большинство из них образовалось на глубинах от 150 до 250 километров (93 и 155 миль) в мантии Земли , хотя некоторые из них пришли с глубины 800 километров (500 миль). Под высоким давлением и температурой углеродсодержащие флюиды растворяли различные минералы и заменяли их алмазами. Гораздо позже (десятки и сотни миллионов лет назад) они были вынесены на поверхность в результате извержений вулканов и отложились в вулканических породах, известных как кимберлиты и лампроиты .

Синтетические алмазы можно выращивать из высокочистого углерода при высоких давлениях и температурах или из углеводородного газа путем химического осаждения из паровой фазы (CVD). Имитация алмазов также может быть изготовлена ​​из таких материалов, как кубический цирконий и карбид кремния . Природные, синтетические и имитационные алмазы чаще всего различают с помощью оптических методов или измерений теплопроводности.

Свойства материала

Алмаз - это твердая форма чистого углерода, атомы которого расположены в кристалле. Твердый углерод бывает разных форм, известных как аллотропы, в зависимости от типа химической связи. Два наиболее распространенных аллотропа чистого углерода - это алмаз и графит . В графите связи представляют собой sp ² орбитальные гибриды, и атомы образуются в плоскостях, каждая из которых связана с тремя ближайшими соседями, разнесенными на 120 градусов. В алмазе это sp ^3, и атомы образуют тетраэдры, каждый из которых связан с четырьмя ближайшими соседями. ^{[3] [4]}Тетраэдры жесткие, связи крепкие, и из всех известных веществ алмаз имеет наибольшее количество атомов в единице объема, поэтому он и самый твердый, и наименее сжимаемый . ^{[5] [6]} Он также имеет высокую плотность, от 3150 до 3530 килограммов на кубический метр (более чем в три раза больше плотности воды) в природных алмазах и 3520 кг / м ³ в чистом алмазе. ^[1] В графите связи между ближайшими соседями еще сильнее, но связи между плоскостями слабые, поэтому плоскости могут легко проскользнуть мимо друг друга. Таким образом, графит намного мягче алмаза. Однако более прочные связи делают графит менее горючим. ^[7]

Алмазы были адаптированы для многих целей из-за исключительных физических характеристик материала. Из всех известных веществ это самое твердое и наименее сжимаемое. У него самая высокая теплопроводность и самая высокая скорость звука. Он имеет низкую адгезию и трение, а коэффициент теплового расширения чрезвычайно низкий. Его оптическая прозрачность простирается от дальнего инфракрасного до глубокого ультрафиолета и имеет высокую оптическую дисперсию . Он также имеет высокое электрическое сопротивление. Он химически инертен, не вступает в реакцию с большинством агрессивных веществ и обладает отличной биологической совместимостью. ^[8]

Термодинамика

Условия равновесия давления и температуры для перехода от графита к алмазу хорошо установлены теоретически и экспериментально. Давление изменяется линейно между1,7  ГПа при0 К и12 ГПа при5000 К ( тройная точка алмаз / графит / жидкость ). ^{[9] [10]} Однако фазы имеют широкую область вокруг этой линии, где они могут сосуществовать. При нормальной температуре и давлении , 20 ° C (293 K) и 1 стандартная атмосфера (0,10 МПа) стабильной фазой углерода является графит, но алмаз является метастабильным, и скорость его превращения в графит незначительна. ^[6] Однако при температурах выше примерно4500 К , алмаз быстро превращается в графит. Для быстрого превращения графита в алмаз требуется давление значительно выше линии равновесия: при2000 К , давлениеНеобходимо 35 ГПа . ^[9]

Выше тройной точки точка плавления алмаза медленно увеличивается с увеличением давления; но при давлениях в сотни ГПа он уменьшается. ^[11] При высоких давлениях кремний и германий имеют объемно -центрированную кубическую кристаллическую структуру BC8 , и аналогичная структура предсказывается для углерода при высоких давлениях. В0 К переход прогнозируется при1100 ГПа . ^[12]

Результаты исследований, опубликованные в статье в научном журнале Nature в 2010 году, показывают, что при сверхвысоких давлениях и температурах (около 10 миллионов атмосфер или 1 ТПа и 50 000 ° C) алмаз ведет себя как металлическая жидкость. Условия , необходимые для экстремальных , чтобы это произошло, присутствуют в газовых гигантах от Нептуна и Урана . Обе планеты состоят примерно на 10 процентов из углерода и гипотетически могут содержать океаны жидкого углерода. Поскольку большие количества металлической жидкости могут влиять на магнитное поле, это может служить объяснением того, почему географические и магнитные полюса двух планет не совпадают. ^{[13] [14]}

Кристальная структура

Самая распространенная кристаллическая структура алмаза называется алмазной кубической . Он состоит из элементарных ячеек (см. Рисунок), уложенных друг на друга. Хотя на рисунке 18 атомов, каждый угловой атом делится на восемь элементарных ячеек, а каждый атом в центре грани - на два, так что всего на элементарную ячейку приходится восемь атомов. ^[15] Каждая сторона элементарной ячейки имеет длину 3,57  ангстрем . ^[16]

Кубическую решетку алмаза можно представить как две взаимопроникающие гранецентрированные кубические решетки, одна из которых смещена на 1/4 диагонали вдоль кубической ячейки, или как одну решетку с двумя атомами, связанными с каждой точкой решетки. ^[16] Если смотреть с кристаллографического направления <1 1 1> , он состоит из слоев, уложенных в повторяющийся узор ABCABC .... Алмазы также могут образовывать структуру ABAB ..., которая известна как гексагональный алмаз или лонсдейлит , но это встречается гораздо реже и образуется в условиях, отличных от кубического углерода. ^[17]

Хрустальная привычка

Алмазы чаще всего встречаются в виде идиоморфных или округлых октаэдров и двойниковых октаэдров, известных как маклы . Поскольку кристаллическая структура алмаза имеет кубическое расположение атомов, у них много граней, которые принадлежат кубу , октаэдру, ромбикосододекаэдру , тетракис-гексаэдру или дисдиакис-додекаэдру . Кристаллы могут иметь закругленные и невыразительные края, а могут быть удлиненными. Алмазы (особенно с закругленными кристаллическими гранями) обычно покрыты nyf , непрозрачной кожей , похожей на резину. ^[18]

Некоторые алмазы имеют непрозрачные волокна. Их называют непрозрачными, если волокна растут из прозрачной подложки, или волокнистыми, если они занимают весь кристалл. Их цвета варьируются от желтого до зеленого или серого, иногда с облачными белыми или серыми примесями. Их наиболее распространенная форма - кубоидальная, но они также могут образовывать октаэдры, додекаэдры, маклы или комбинированные формы. Структура является результатом большого количества примесей размером от 1 до 5 микрон. Эти алмазы, вероятно, образовались в кимберлитовой магме и отобрали летучие вещества. ^[19]

Алмазы также могут образовывать поликристаллические агрегаты. Там были попытки классифицировать их в группы с такими названиями, как BOART , балласы , борт железистый и framesite, но не существует общепринятого набора критериев. ^[19] Карбонадо, вид, в котором алмазные зерна были спечены (сплавлены без плавления под действием тепла и давления), имеет черный цвет и более твердый, чем монокристаллический алмаз. ^[20] Это никогда не наблюдалось в вулканической породе. Существует множество теорий его происхождения, включая образование звезды, но единого мнения нет. ^{[19] [21] [22]}

Механические свойства

Твердость

Алмаз - самый твердый из известных природных материалов как по шкале Виккерса, так и по шкале Мооса . Высокая твердость алмаза по сравнению с другими материалами известна с древних времен и является источником его названия. Это не означает, что он бесконечно твердый, неразрушимый или царапаемый. ^[23] Действительно, алмазы могут быть поцарапаны другими алмазами ^[24] и со временем изнашиваться даже более мягкими материалами, такими как виниловые пластинки . ^[25]

Твердость алмаза зависит от его чистоты, кристаллического совершенства и ориентации: твердость выше для безупречных чистых кристаллов, ориентированных в направлении <111> (вдоль самой длинной диагонали кубической решетки алмаза). ^[26] Таким образом, хотя некоторые алмазы можно поцарапать другими материалами, такими как нитрид бора , самые твердые алмазы можно поцарапать только другими алмазами и агрегатами нанокристаллического алмаза .

Твердость алмаза способствует его пригодности в качестве драгоценного камня. Поскольку его можно поцарапать только другими бриллиантами, он очень хорошо сохраняет свой блеск. В отличие от многих других драгоценных камней, он хорошо подходит для повседневного ношения из-за своей устойчивости к царапинам, что, возможно, способствует его популярности в качестве драгоценного камня для помолвки или обручальных колец , которые часто носят каждый день.

Самые твердые природные алмазы в основном происходят из месторождений Копетон и Бингара, расположенных в районе Новой Англии в Новом Южном Уэльсе , Австралия. Эти алмазы обычно маленькие, от идеальных до полусовершенных октаэдров, и используются для полировки других алмазов. Их твердость связана с формой роста кристаллов , которая представляет собой одностадийный рост кристаллов. Большинство других алмазов демонстрируют больше доказательств множественных стадий роста, которые вызывают включения, дефекты и плоскости дефектов в кристаллической решетке, и все это влияет на их твердость. Можно обрабатывать обычные алмазы при сочетании высокого давления и высокой температуры для получения алмазов, которые тверже, чем алмазы, используемые в датчиках твердости.^[27]

Стойкость

В некоторой степени с твердостью связано другое механическое свойство - вязкость , то есть способность материала сопротивляться разрушению при сильном ударе. Ударная вязкость природного алмаза была измерена как 7,5-10  МПа · м ^1/2 . ^{[28] [29]} Это хорошее значение по сравнению с другими керамическими материалами, но плохое по сравнению с большинством технических материалов, таких как технические сплавы, которые обычно имеют ударную вязкость более 100  МПа · м ^1/2 . Как и в случае с любым другим материалом, макроскопическая геометрия алмаза способствует его устойчивости к разрушению. Алмаз имеет плоскость спайности и поэтому в одних ориентациях более хрупок, чем в других. Алмазные фрезыиспользуйте этот атрибут, чтобы расколоть несколько камней перед огранкой. ^[30] «Ударная вязкость» - один из основных показателей качества синтетических промышленных алмазов.

Предел текучести

Алмаз имеет предел текучести при сжатии 130–140  ГПа. ^[31] Это исключительно высокое значение, наряду с твердостью и прозрачностью алмаза, является причиной того, что ячейки с алмазными наковальнями являются основным инструментом для экспериментов с высоким давлением. ^[32] Эти наковальни достигли давления600 ГПа . ^{[33] Для} нанокристаллических алмазов возможно гораздо более высокое давление. ^{[32] [34]}

Эластичность и прочность на разрыв

Обычно попытка деформировать объемный кристалл алмаза растяжением или изгибом приводит к хрупкому разрушению. Однако, когда монокристаллический алмаз имеет форму проволок или иголок нанометрового размера (~ 100–300  нанометров в диаметре), они могут быть упруго растянуты до 9% деформации растяжения без разрушения ^[35] с максимальной локальной величиной. растягивающее напряжение от ∼89 до 98 ГПа , что очень близко к теоретическому пределу для этого материала. ^[36]

Электрическая проводимость

Также существуют или разрабатываются другие специализированные приложения, в том числе использование в качестве полупроводников : некоторые голубые алмазы являются естественными полупроводниками, в отличие от большинства алмазов, которые являются отличными электрическими изоляторами . Электропроводность и синий цвет обусловлены примесью бора. Бор замещает атомы углерода в решетке алмаза, оставляя дырку в валентной зоне . ^[37]

Существенная проводимость обычно наблюдается у номинально нелегированного алмаза, выращенного методом химического осаждения из газовой фазы . Эта проводимость связана с частицами, связанными с водородом, адсорбированными на поверхности, и ее можно удалить путем отжига или другой обработки поверхности. ^{[38] [39]}

В статье 2020 года сообщается, что можно сделать чрезвычайно тонкие иглы из алмаза, чтобы изменять их электронную запрещенную зону от нормальных 5,6 эВ до почти нуля путем избирательной механической деформации. ^[40]

Свойство поверхности

Алмазы по своей природе липофильны и гидрофобны , что означает, что поверхность алмазов не может смачиваться водой, но может легко намокать и прилипать к маслу. Это свойство можно использовать для извлечения алмазов с использованием масла при производстве синтетических алмазов. Однако, когда поверхности алмаза химически модифицированы определенными ионами, ожидается, что они станут настолько гидрофильными , что смогут стабилизировать несколько слоев водяного льда при температуре человеческого тела . ^[41]

Поверхность алмазов частично окислена. Окисленную поверхность можно восстановить путем термообработки в токе водорода. Иными словами, при этой термической обработке частично удаляются кислородсодержащие функциональные группы. Но алмазы (sp ³ C) нестабильны к высоким температурам (выше 400 ° C (752 ° F)) при атмосферном давлении. Структура постепенно изменяется на sp ² C выше этой температуры. Таким образом, алмазы следует восстанавливать при этой температуре. ^[42]

Химическая стабильность

При комнатной температуре алмазы не вступают в реакцию с какими-либо химическими реагентами, включая сильные кислоты и основания.

В атмосфере чистого кислорода алмаз имеет температуру воспламенения от 690 ° C (1274 ° F) до 840 ° C (1540 ° F); более мелкие кристаллы легче горят. Его температура повышается от красного до белого, и он горит бледно-голубым пламенем и продолжает гореть после удаления источника тепла. Напротив, на воздухе горение прекратится, как только тепло будет удалено, потому что кислород разбавлен азотом. Чистый, безупречный, прозрачный алмаз полностью превращается в двуокись углерода; любые примеси останутся в виде золы. ^[43] Тепло, выделяемое при огранке алмаза, не приведет к возгоранию ^{[44], как} и зажигалка, ^[45]но домашние огни и паяльные лампы достаточно горячие. Ювелиры должны быть осторожны при формовании металла в бриллиантовом кольце. ^[46]

Алмазный порошок с соответствующим размером зерна (около 50  микрон) горит ливнем искр после воспламенения от пламени. Следовательно, могут быть приготовлены пиротехнические композиции на основе синтетического алмазного порошка. Получающиеся искры имеют обычный красно-оранжевый цвет, сравнимый с углем, но имеют очень линейную траекторию, что объясняется их высокой плотностью. ^[47] Алмаз также вступает в реакцию с газообразным фтором при температуре выше 700 ° C (1292 ° F).

Цвет

Алмаз имеет широкую запрещенный из5,5  эВ, что соответствует длине волны глубокого ультрафиолета 225  нанометров. Это означает, что чистый алмаз должен пропускать видимый свет и выглядеть как прозрачный бесцветный кристалл. Цвета алмаза возникают из-за дефектов решетки и примесей. Кристаллическая решетка алмаза исключительно прочная, и только атомы азота , бора и водорода могут быть введены в алмаз во время роста в значительных концентрациях (до атомных процентов). Переходные металлы никель и кобальт, которые обычно используются для выращивания синтетического алмаза методами высокого давления и высокой температуры, были обнаружены в алмазе как отдельные атомы; максимальная концентрация составляет 0,01% для никеля ^[48] и еще меньше для кобальта. Практически любой элемент можно ввести в алмаз с помощью ионной имплантации. ^[49]

Азот является наиболее распространенной примесью, обнаруживаемой в драгоценных алмазах, и отвечает за желтый и коричневый цвет алмазов. За синий цвет отвечает бор. ^[50] Цвет в алмазе имеет два дополнительных источника: облучение (обычно альфа-частицами), которое вызывает цвет в зеленых алмазах, и пластическая деформация кристаллической решетки алмаза. Пластическая деформация является причиной окраски некоторых коричневых ^[51] и, возможно, розовых и красных алмазов. ^[52] В порядке возрастания редкости за желтым алмазом следуют коричневый, бесцветный, затем синий, зеленый, черный, розовый, оранжевый, фиолетовый и красный. ^[30] «Черный» или Карбонадо, бриллианты не являются действительно черными, а скорее содержат многочисленные темные включения, которые придают драгоценным камням темный вид. Цветные алмазы содержат примеси или структурные дефекты, вызывающие окрашивание, тогда как чистые или почти чистые алмазы прозрачны и бесцветны. Большинство алмазных примесей заменяют атом углерода в кристаллической решетке , что называется углеродным дефектом . Наиболее распространенная примесь, азот, вызывает окрашивание в желтый цвет от слабого до интенсивного в зависимости от типа и концентрации присутствующего азота. ^[30] Геммологический институт Америки (GIA) классифицирует низкую насыщенность желтые и коричневые алмазы , как алмазы в нормальном диапазоне цветового, и применяет шкалу оценок от «D» (бесцветный) до «Z» (светло-желтый). Бриллианты другого цвета, например голубого, называются бриллиантами фантазийного цвета и подпадают под другую шкалу оценок. ^[30]

В 2008 году бриллиант Wittelsbach , голубой бриллиант весом 35,56 карата (7,112 г), когда-то принадлежавший королю Испании, был продан на аукционе Christie's за 24 миллиона долларов. ^[53] В мае 2009 года голубой алмаз массой 7,03 карата (1,406 г) был продан на аукционе за 10,5 млн швейцарских франков (6,97 млн ​​евро или 9,5 млн долларов США на аукционе) за самую высокую цену за карат, когда-либо уплаченную за бриллиант. время). ^[54] Этот рекорд, однако, был побит в том же году: ярко-розовый бриллиант весом 5 карат (1,0 г) был продан за 10,8 млн долларов в Гонконге 1 декабря 2009 года. ^[55]

Идентификация

Алмазы можно отличить по их высокой теплопроводности (900–2320 Вт · м ⁻¹ · K ⁻¹ ). ^[56] Их высокий показатель преломления также является показательным, но другие материалы имеют аналогичную преломляющую способность. Алмазы ограняют стекло, но это не позволяет однозначно идентифицировать алмаз, потому что другие материалы, такие как кварц, также лежат над стеклом по шкале Мооса и также могут его разрезать. Алмазы могут поцарапать другие алмазы, но это может привести к повреждению одного или обоих камней. Тесты на твердость нечасто используются в практической геммологии из-за их потенциально разрушительного характера. ^[57]Чрезвычайная твердость и высокая ценность алмаза означает, что драгоценные камни обычно полируются медленно, с использованием кропотливых традиционных методов и большего внимания к деталям, чем в случае с большинством других драгоценных камней; ^[58] они, как правило, приводят к получению чрезвычайно плоских, хорошо отполированных граней с исключительно острыми гранями. Алмазы также обладают чрезвычайно высоким показателем преломления и довольно высокой дисперсией. Взятые вместе, эти факторы влияют на общий вид бриллианта, и большинство диамантеров по- прежнему полагаются на умелое использование лупы (увеличительного стекла) для идентификации бриллиантов «на глаз». ^[59]

Геология

Алмазы чрезвычайно редки, их концентрация в нефтематеринских породах не превышает миллиардных долей. ^[19] До 20 века большинство алмазов находили в аллювиальных отложениях . Неупакованные алмазы также встречаются вдоль существующих и древних береговых линий , где они имеют тенденцию накапливаться из-за своего размера и плотности. ^{[60] : 149} Редко их находили в ледниковом тилле (особенно в Висконсине и Индиане ), но эти отложения не промышленного качества. ^{[60] : 19} Эти типы отложений образовались в результате локализованных вулканических интрузий в результате выветривания.и транспортировать с помощью ветра или воды . ^[61]

Большинство алмазов происходит из мантии Земли , и большая часть этого раздела посвящена именно этим алмазам. Однако есть и другие источники. Некоторые блоки земной коры или террейны были погребены достаточно глубоко, поскольку кора утолщалась, поэтому они испытали метаморфизм сверхвысокого давления . В них равномерно распределены микроалмазы, которые не демонстрируют никаких признаков переноса магмы. Кроме того, когда метеориты ударяются о землю, ударная волна может создавать достаточно высокие температуры и давления для образования микроалмазов и наноалмазов . ^[61] Микроалмазы ударного типа можно использовать как индикатор древних ударных кратеров. ^[62] Кратер Попигайв России может располагаться крупнейшее в мире месторождение алмазов, оцениваемое в триллионы каратов, образовавшееся в результате удара астероида. ^[63]

Распространенное заблуждение состоит в том, что алмазы образуются из сильно сжатого угля . Уголь образуется из погребенных доисторических растений, и большинство датированных алмазов намного старше первых наземных растений . Возможно, что алмазы могут образовываться из угля в зонах субдукции , но алмазы, образующиеся таким образом, встречаются редко, и источником углерода, скорее, являются карбонатные породы и органический углерод в отложениях, а не уголь. ^{[64] [65]}

Распределение по поверхности

Алмазы далеко не равномерно распределены по Земле. Эмпирическое правило, известное как правило Клиффорда, гласит, что они почти всегда находятся в кимберлитах самой старой части кратонов , стабильных ядер континентов с типичным возрастом 2,5  миллиарда лет и более. ^{[61] [66] : 314} Однако бывают исключения. Алмазный рудник Argyle в Австралии , является крупнейшим производителем алмазов по весу в мире, находится в подвижном поясе , также известный как орогенный ремень , ^[67] слабее зону , окружающую центральный кратон, подвергнутая компрессионную тектоника. Вместо кимберлита вмещающая породалампроит . Лампроиты с невыгодными с экономической точки зрения алмазами также встречаются в США, Индии и Австралии. ^[61] Кроме того, алмазы в поясе Вава провинции Сьюпириор в Канаде и микроалмазы в островной дуге Японии обнаружены в породе, называемой лампрофиром . ^[61]

Кимберлиты встречаются в узких (от 1 до 4 метров) дайках и порогах, а также в трубках диаметром от 75 до 1,5 км. Свежая порода имеет цвет от темно-синевато-зеленого до зеленовато-серого, но после воздействия быстро становится коричневым и крошится. ^[68] Это гибридная порода с хаотичной смесью мелких минералов и обломков ( обломков ) горных пород размером до арбуза. Они представляют собой смесь ксенокристов и ксенолитов (минералов и горных пород, перенесенных из нижней коры и мантии), кусочков поверхностной породы, измененных минералов, таких как серпентин , и новых минералов, кристаллизовавшихся во время извержения. Текстура меняется в зависимости от глубины. Состав образует континуум с карбонатитами., но у последних слишком много кислорода, чтобы углерод существовал в чистом виде. Вместо этого он заключен в минеральном кальците ( Ca C O
₃). ^[61]

Все три из алмазоносных пород (кимберлитовые, лампроитовые и лампрофиров) отсутствуют некоторые минералы ( мелилят и кальсилит ), которые несовместимы с ромбом. В кимберлите оливин крупный и заметный, в лампроите присутствует титан- флогопит, а в лампрофире - биотит и амфибол . Все они происходят из типов магм, которые быстро изливаются из небольшого количества расплава, богаты летучими веществами и оксидом магния и обладают меньшей окислительной способностью, чем более распространенные мантийные расплавы, такие как базальт . Эти характеристики позволяют расплавам выносить алмазы на поверхность до того, как они растворятся.^[61]

Исследование

Кимберлитовые трубки найти сложно. Они быстро выветриваются (в течение нескольких лет после воздействия) и, как правило, имеют более низкий топографический рельеф, чем окружающие скалы. Если они видны на обнажениях, алмазы никогда не будут видны, потому что они очень редки. В любом случае кимберлиты часто покрыты растительностью, отложениями, почвами или озерами. В современных поисках такие геофизические методы , как аэромагнитная съемка , удельное электрическое сопротивление и гравиметрия , помогают определить перспективные регионы для исследования. Этому способствует изотопное датирование и моделирование геологической истории. Затем геодезисты должны отправиться на место и собрать образцы в поисках обломков кимберлита или индикаторных минералов.. Последние имеют состав, который отражает условия, в которых образуются алмазы, такие как крайнее истощение расплава или высокое давление в эклогитах . Однако индикаторные минералы могут вводить в заблуждение; Лучшим подходом является геотермобарометрия , когда состав минералов анализируется так, как если бы он находился в равновесии с минералами мантии. ^[61]

Поиск кимберлитов требует настойчивости, и лишь небольшая их часть содержит коммерчески жизнеспособные алмазы. Единственные крупные открытия примерно с 1980 года были сделаны в Канаде. Поскольку срок службы существующих рудников составляет всего 25 лет, в будущем может возникнуть нехватка новых алмазов. ^[61]

Возраст

Алмазы датируются путем анализа включений с использованием распада радиоактивных изотопов. В зависимости от содержания элементов можно посмотреть на распад рубидия на стронций , самария на неодим , урана на свинец , аргона-40 на аргон-39 или рения на осмий . Те, что обнаружены в кимберлитах, имеют возраст от 1 до 3,5 миллиардов лет , и в одном и том же кимберлите может быть несколько возрастов, что указывает на множественные эпизоды образования алмазов. Сами кимберлиты намного моложе. Возраст большинства из них составляет от десятков миллионов до 300 миллионов лет, хотя есть и более старые исключения (Argyle, Premierи Wawa). Таким образом, кимберлиты образовывались независимо от алмазов и служили только для их выноса на поверхность. ^{[19] [61]} Кимберлиты также намного моложе кратонов, через которые они прорвались. Причина отсутствия более старых кимберлитов неизвестна, но можно предположить, что произошли некоторые изменения в химическом составе или тектонике мантии. В истории человечества не было извержений кимберлитов. ^[61]

Происхождение в мантии

Большинство алмазов ювелирного качества добывают в литосфере с глубин 150–250 км. Такие глубины встречаются под кратонами в килях мантии , самой толстой части литосферы. В этих регионах достаточно высокое давление и температура, чтобы позволить алмазам образовываться, и они не обладают конвекцией, поэтому алмазы могут храниться миллиарды лет, пока их не обнаружит кимберлитовое извержение. ^[61]

Вмещающие породы в мантийном киле включают гарцбургит и лерцолит , два типа перидотита . Перидотит, наиболее распространенный тип горных пород в верхней мантии , представляет собой магматическую породу, состоящую в основном из минералов оливина и пироксена ; в нем мало кремнезема и много магния . Однако алмазы в перидотите редко переживают выход на поверхность. ^[61] Еще одним распространенным источником, который действительно сохраняет алмазы нетронутыми, является эклогит , метаморфическая порода, которая обычно образуется из базальта, когда океаническая плита погружается в мантию призона субдукции . ^[19]

Меньшая часть алмазов (изучено около 150) поступает с глубин 330–660 км, в регион, включающий переходную зону . Они образовались в эклогите, но отличаются от алмазов более мелкого происхождения включениями мажорита (форма граната с избытком кремния). Аналогичная доля алмазов поступает из нижней мантии на глубинах от 660 до 800 км. ^[19]

Алмаз термодинамически стабилен при высоких давлениях и температурах, причем фазовый переход из графита происходит при более высоких температурах с увеличением давления. Таким образом, под континентами он становится стабильным при температуре 950  градусов Цельсия и давлении 4,5 гигапаскалей, что соответствует глубине 150  километров и более. В более холодных зонах субдукции он становится стабильным при температуре 800 ° C и давлении 3,5  гигапаскалей. На глубинах более 240 км присутствуют металлические фазы железо-никель, и углерод, вероятно, растворен в них или в форме карбидов . Таким образом, более глубокое происхождение некоторых алмазов может отражать необычную среду роста. ^{[19] [61]}

В 2018 году первые известные природные образцы фазы льда под названием Ice VII были обнаружены в виде включений в образцах алмазов. Включения, образовавшиеся на глубинах от 400 до 800 км, перекрывая верхнюю и нижнюю мантию, свидетельствуют о наличии на этих глубинах богатой водой жидкости. ^{[70] [71]}

Источники углерода

В мантии содержится примерно один миллиард гигатонн углерода (для сравнения, в системе атмосфера-океан содержится около 44 тысяч гигатонн). ^[72] Углерод имеет два стабильных изотопа , 12 C и 13 C , в соотношении примерно 99: 1 по массе. ^[61] Это соотношение имеет широкий диапазон в метеоритах, что означает, что оно также сильно варьировалось на ранней Земле. Он также может быть изменен поверхностными процессами, такими как фотосинтез . Фракцию обычно сравнивают со стандартным образцом, используя соотношение δ 13 Cвыражается в частях на тысячу. Обычные породы мантии, такие как базальты, карбонатиты и кимберлиты, имеют соотношение от –8 до –2. На поверхности органические отложения имеют в среднем –25, а карбонаты - в среднем 0. ^[19]

Популяции алмазов из разных источников имеют распределения δ ¹³ C, которые заметно различаются. Перидотитовые алмазы в основном находятся в пределах типичного мантийного диапазона; Эклогитовые алмазы имеют значения от -40 до +3, хотя пик распределения находится в мантийном диапазоне. Эта изменчивость означает, что они не образованы из первичного углерода (находящегося в мантии с момента образования Земли). Напротив, они являются результатом тектонических процессов, хотя (учитывая возраст алмазов) не обязательно те же тектонические процессы, которые действуют в настоящее время. ^[61]

Становление и рост

Алмазы в мантии образуются в результате метасоматического процесса, когда флюид или расплав COHNS растворяет минералы в породе и заменяет их новыми минералами. (Расплывчатый термин COHNS обычно используется, потому что точный состав неизвестен.) Алмазы образуются из этой жидкости либо за счет восстановления окисленного углерода (например, CO ₂ или CO ₃ ), либо путем окисления восстановленной фазы, такой как метан . ^[19]

Используя зонды, такие как поляризованный свет, фотолюминесценция и катодолюминесценция , в алмазах можно идентифицировать ряд зон роста. Характерный узор в алмазах из литосферы включает почти концентрическую серию зон с очень тонкими колебаниями люминесценции и чередующимися эпизодами, когда углерод резорбируется флюидом, а затем снова растет. Алмазы из-под литосферы имеют более неправильную, почти поликристаллическую текстуру, отражающую более высокие температуры и давления, а также перенос алмазов за счет конвекции. ^[61]

Транспорт на поверхность

Геологические данные подтверждают модель, согласно которой кимберлитовая магма поднимается со скоростью 4–20 метров в секунду, создавая восходящий путь за счет гидроразрыва породы. При понижении давления паровая фаза выделяется из магмы, и это помогает удерживать магму в жидком состоянии. На поверхности начальное извержение прорывается через трещины на высоких скоростях (более 200 м / с (450 миль в час)). Затем при более низких давлениях порода размывается, образуя трубу и образуя фрагментированную породу ( брекчию ). По мере того, как извержение ослабевает, наступает пирокластическая фаза, а затем метаморфизм и гидратация приводят к образованию серпентинитов . ^[61]

В космосе

Хотя алмазы на Земле редки, они очень распространены в космосе. В метеоритах около трех процентов углерода находится в форме наноалмазов , имеющих диаметр в несколько нанометров. Достаточно маленькие алмазы могут образовываться в холодном космосе, потому что их более низкая поверхностная энергия делает их более стабильными, чем графит. Изотопные сигнатуры некоторых наноалмазов указывают на то, что они образовались вне Солнечной системы в звездах. ^[73]

Эксперименты под высоким давлением предсказывают, что большие количества алмазов конденсируются из метана в «алмазный дождь» на ледяных планетах-гигантах Уран и Нептун . ^{[74] [75] [76]} Некоторые внесолнечные планеты могут почти полностью состоять из алмаза. ^[77]

Алмазы могут присутствовать в богатых углеродом звездах, особенно в белых карликах . Одна из теорий происхождения карбонадо , самой твердой формы алмаза, заключается в том, что он произошел от белого карлика или сверхновой звезды . ^{[78] [79]} Алмазы, образованные в виде звезд, могли быть первыми минералами. ^[80]

Промышленность

Сегодня алмазы чаще всего используются в качестве драгоценных камней для украшения и в качестве промышленных абразивов для резки твердых материалов. Рынки ювелирных и промышленных алмазов оценивают алмазы по-разному.

Бриллианты ювелирного качества

Дисперсия белого света в спектральные цветы является основной характеристикой геммологической драгоценных алмазов. В 20 веке специалисты в области геммологии разработали методы оценки алмазов и других драгоценных камней на основе характеристик, наиболее важных для их ценности как драгоценного камня. Четыре характеристики, неофициально известные как четыре C , теперь обычно используются в качестве основных дескрипторов алмазов: это его масса в каратах (карат равен 0,2  грамма), огранка (качество огранки оценивается по пропорциям , симметрия и полировка ), цвет(насколько близок к белому или бесцветному; для фантазийных бриллиантов насколько интенсивен его оттенок) и чистоты (насколько он свободен от включений ). Большой безупречный бриллиант известен как образец . ^[81]

Существует большая торговля бриллиантами ювелирного качества. Хотя большинство драгоценных камней продаются недавно ограненными, существует хорошо налаженный рынок перепродажи бриллиантов (например, ломбард, аукционы, магазины подержанных ювелирных изделий, диамантеры, биржи и т. Д.). Отличительной чертой торговли бриллиантами ювелирного качества является ее поразительная концентрация: оптовая торговля и огранка алмазов ограничены лишь несколькими точками; в 2003 году 92% алмазов в мире были огранены и обработаны в Сурате , Индия . ^[82] Другими важными центрами огранки и торговли алмазами являются алмазный район Антверпен в Бельгии , где находится Международный геммологический институт , Лондон, Алмазный район.в Нью-Йорке, районе Алмазной биржи в Тель-Авиве и Амстердаме. Одним из факторов, способствующих этому, является геологическая природа месторождений алмазов: на несколько крупных рудников с первичными кимберлитовыми трубками приходится значительная доля рынка (например, рудник Джваненг в Ботсване, который представляет собой единственный крупный рудник, который может производить от 12 500 000 до 15 000 000 месторождений. карат (2500 и 3000 кг) алмазов в год ^[83] ). С другой стороны, вторичные аллювиальные месторождения алмазов имеют тенденцию быть фрагментированными среди множества различных операторов, поскольку они могут быть рассредоточены на многие сотни квадратных километров (например, аллювиальные месторождения в Бразилии).

Производство и распределение алмазов в значительной степени сосредоточено в руках нескольких ключевых игроков и сосредоточено в традиционных центрах торговли алмазами, наиболее важным из которых является Антверпен, где 80% всех алмазов, 50% всех ограненных алмазов и более 50 % всех вместе взятых необработанных, ограненных и технических алмазов. ^[84] Это делает Антверпен де-факто «мировой алмазной столицей». ^[85] В Антверпене также находится Antwerpsche Diamantkring , созданная в 1929 году, чтобы стать первой и крупнейшей алмазной биржей, посвященной необработанным алмазам. ^[86] Еще одним важным алмазным центром является Нью-Йорк , где продается почти 80% алмазов в мире, включая аукционные продажи. ^[84]

Компания De Beers , как крупнейшая в мире алмазодобывающая компания, занимает доминирующее положение в отрасли, причем вскоре после ее основания в 1888 году британским бизнесменом Сесилом Родсом . De Beers в настоящее время является крупнейшим в мире оператором алмазодобывающих предприятий (рудников) и каналов сбыта алмазов ювелирного качества. Компания Diamond Trading Company (DTC) является дочерней компанией De Beers и занимается сбытом необработанных алмазов с шахт, принадлежащих De Beers. De Beers и ее дочерние компании владеют рудниками, на которых добывается около 40% годовой мировой добычи алмазов. На протяжении большей части 20-го века более 80% мирового алмазного сырья проходило через De Beers ^[87], но к 2001–2009 гг. Эта цифра снизилась примерно до 45%, ^[88]а к 2013 году рыночная доля компании снизилась до 38% в стоимостном выражении и даже меньше в натуральном выражении. ^[89] De Beers продала подавляющую часть своих алмазных запасов в конце 1990-х - начале 2000-х ^[90], а оставшаяся часть в основном представляет собой оборотные запасы (алмазы, которые сортируются перед продажей). ^[91] Это было хорошо задокументировано в прессе ^[92], но остается малоизвестным широкой публике.

В рамках снижения своего влияния De Beers отказалась от покупки алмазов на открытом рынке в 1999 году и прекратила в конце 2008 года закупку российских алмазов, добываемых крупнейшей российской алмазной компанией АЛРОСА . ^[93] По состоянию на январь 2011 года De Beers заявляет, что продает алмазы только из следующих четырех стран: Ботсваны, Намибии, Южной Африки и Канады. ^[94] Алроса пришлось приостановить продажи в октябре 2008 года в связи с глобальным энергетическим кризисом , ^[95] , но компания сообщила , что она возобновила продажи необработанных алмазов на открытом рынке в октябре 2009 года ^[96] Помимо Алроса, другие важные алмазодобывающие компании включают BHP Billiton, которая является крупнейшей горнодобывающей компанией в мире; ^[97] Rio Tinto Group , владелец алмазных рудников Argyle (100%), Diavik (60%) и Murowa (78%); ^[98] и Petra Diamonds , владелец нескольких крупных алмазных рудников в Африке.

Далее по цепочке поставок члены Всемирной федерации алмазных бирж (WFDB) действуют как посредники для оптовой алмазной биржи, торгуя как бриллиантами, так и необработанными алмазами. WFDB состоит из независимых алмазных бирж в крупных центрах огранки, таких как Тель-Авив, Антверпен, Йоханнесбург и других городах США, Европы и Азии. ^[30] В 2000 году WFDB и Международная ассоциация производителей алмазов учредили Всемирный алмазный совет для предотвращения торговли алмазами, используемыми для финансирования войн и бесчеловечных действий. Дополнительные мероприятия WFDB включают спонсирование Всемирного алмазного конгресса каждые два года, а также создание Международного алмазного совета. (IDC) для надзора за оценкой алмазов.

После покупки сайтхолдерами (этот товарный знак относится к компаниям, имеющим трехлетний контракт на поставку с DTC), алмазы ограняются и полируются при подготовке к продаже в качестве драгоценных камней (`` промышленные '' камни рассматриваются как побочный продукт рынок драгоценных камней; они используются для абразивов). ^[99] Огранка и полировка необработанных алмазов - это специализированный навык, который сосредоточен в ограниченном количестве мест по всему миру. ^[99] Традиционными центрами огранки алмазов являются Антверпен, Амстердам , Йоханнесбург, Нью-Йорк и Тель-Авив. Недавно центры огранки алмазов были созданы в Китае, Индии, Таиланде , Намибии и Ботсване. ^[99] Режущие центры с более низкой стоимостью рабочей силы, особенно Сурат вГуджарат, Индия , обрабатывает большее количество алмазов меньшего размера, в то время как меньшее количество более крупных или более ценных алмазов с большей вероятностью будет обрабатываться в Европе или Северной Америке. Недавнее расширение этой отрасли в Индии с использованием дешевой рабочей силы позволило обрабатывать более мелкие алмазы в виде драгоценных камней в больших количествах, чем это было ранее экономически целесообразно. ^[84]

Алмазы , полученные , как драгоценные камни продаются на алмазных биржах , называемых биржами . В мире зарегистрировано 28 алмазных бирж. ^[100] Биржи - это последний жестко контролируемый этап в цепочке поставок алмазов; оптовые и даже розничные торговцы могут покупать относительно небольшие партии алмазов на биржах, после чего их готовят для окончательной продажи потребителю. Бриллианты могут быть проданы уже в оправе в украшения или проданы без упаковки («без упаковки»). По данным Rio Tinto Group, в 2002 году произведенные и выпущенные на рынок алмазы были оценены в 9 миллиардов долларов США в виде необработанных алмазов, 14 миллиардов долларов США после огранки и полировки, 28 миллиардов долларов США в виде ювелирных изделий с бриллиантами оптом и 57 миллиардов долларов США в розничной торговле. продажи. ^[101]

Резка

Добытые необработанные алмазы превращаются в драгоценные камни посредством многоступенчатого процесса, называемого «огранкой». Алмазы чрезвычайно твердые, но также хрупкие, и их можно расколоть одним ударом. Поэтому огранка алмазов традиционно считается деликатной процедурой, требующей навыков, научных знаний, инструментов и опыта. Его конечная цель - создать ограненный драгоценный камень, в котором определенные углы между гранями оптимизируют блеск алмаза, то есть рассеивание белого света, а количество и площадь граней будут определять вес конечного продукта. Снижение веса при резке значительно и может составлять порядка 50%. ^[102]Рассматривается несколько возможных форм, но окончательное решение часто определяется не только научными, но и практическими соображениями. Например, бриллиант может быть предназначен для демонстрации или ношения в кольце или ожерелья, отдельно или в окружении других драгоценных камней определенного цвета и формы. ^[103] Некоторые из них можно считать классическими, например, круглые , грушевые , маркизные , овальные , бриллианты в форме сердечек и стрел и т. Д. Некоторые из них являются специальными, производятся определенными компаниями, например, Phoenix , Cushion , Sole Mio diamonds и др. ^[104]

Самая трудоемкая часть огранки - это предварительный анализ необработанного камня. Он требует решения большого количества вопросов, несет большую ответственность и, следовательно, может длиться годами в случае уникальных алмазов. Рассмотрены следующие вопросы:

• Твердость алмаза и его способность раскалывать сильно зависят от ориентации кристалла. Поэтому кристаллографическая структура разрезаемого алмаза анализируется с помощью дифракции рентгеновских лучей для выбора оптимальных направлений резки.
• Большинство алмазов содержат видимые неалмазные включения и кристаллические дефекты. Резак должен решить, какие дефекты следует удалить при резке, а какие оставить.
• Алмаз можно расколоть одним хорошо рассчитанным ударом молотка по остроконечному инструменту, что быстро, но рискованно. Как вариант, его можно разрезать алмазной пилой , что является более надежной, но утомительной процедурой. ^{[103] [105]}

После первоначальной огранки алмазу придают форму в несколько этапов полировки. В отличие от резки, которая является ответственной, но быстрой операцией, полировка удаляет материал путем постепенной эрозии и занимает очень много времени. Сопутствующая техника хорошо проработана; это считается обычным делом и может выполняться техническими специалистами. ^[106] После полировки алмаз повторно исследуется на предмет возможных дефектов, оставшихся или вызванных процессом. Эти недостатки скрываются с помощью различных методов улучшения бриллиантов , таких как повторная полировка, заполнение трещин или грамотное расположение камня в ювелирных изделиях. Оставшиеся неалмазные включения удаляются путем лазерного сверления и заполнения образовавшихся пустот. ^[57]

Маркетинг

Маркетинг существенно повлиял на имидж бриллианта как ценного товара.

Рекламная фирма NW Ayer & Son , оставленная De Beers в середине 20-го века, преуспела в возрождении американского алмазного рынка, и эта фирма создала новые рынки в странах, где раньше не существовало алмазных традиций. Маркетинг NW Ayer включал в себя продакт-плейсмент , рекламу, ориентированную на сам алмазный продукт, а не на бренд De Beers, и ассоциации со знаменитостями и членами королевской семьи. Не рекламируя бренд De Beers, De Beers также рекламировала алмазную продукцию своих конкурентов ^[107].но это не было проблемой, поскольку De Beers доминировала на алмазном рынке на протяжении всего 20 века. Доля рынка De Beers временно упала до 2-го места на мировом рынке после АЛРОСА после глобального экономического кризиса 2008 года, до менее 29% с точки зрения добытых, а не проданных каратов. ^[108] Кампания длилась десятилетия, но была фактически прекращена к началу 2011 года. De Beers по-прежнему рекламирует бриллианты, но теперь реклама в основном продвигает свои собственные бренды или лицензионные линейки продуктов, а не полностью «универсальные» алмазные продукты. ^[108] Кампания, пожалуй, лучше всего отражала слоган « бриллиант - это навсегда ». ^[109] Этот слоган сейчас используется De Beers Diamond Jewelers, ^[110]ювелирная фирма, которая на 50% / 50% является совместным предприятием горнодобывающей компании De Beers и LVMH , конгломерата предметов роскоши.

Алмазы коричневого цвета составляли значительную часть добычи алмазов и в основном использовались в промышленных целях. Они считались бесполезными для ювелирных изделий (даже не оценивались по цветовой шкале бриллиантов ). После разработки алмазного рудника Аргайл в Австралии в 1986 году и маркетинга коричневые бриллианты стали приемлемыми драгоценными камнями. ^{[111] [112]} Изменение произошло в основном из-за цифр: рудник Аргайл, с его 35 000 000 каратов (7 000 кг) алмазов в год, составляет около одной трети мировой добычи природных алмазов; ^[113] 80% алмазов Argyle коричневого цвета. ^[114]

Промышленные бриллианты

Промышленные алмазы ценятся в основном за их твердость и теплопроводность, поэтому многие геммологические характеристики алмазов, такие как 4 Cs , не имеют значения для большинства применений. 80% добываемых алмазов (около 135 000 000 каратов (27 000 кг) ежегодно) непригодны для использования в качестве драгоценных камней и используются в промышленности. ^[115] Помимо добытых алмазов, синтетические алмазы нашли промышленное применение почти сразу после их изобретения в 1950-х годах; еще 570 000 000 каратов (114 000 кг) синтетических алмазов ежегодно добывается для промышленного использования (в 2004 г .; в 2014 г. - 4 500 000 000 карат (900 000 кг), 90% из которых производится в Китае). Приблизительно 90% алмазного шлифовального зерна в настоящее время имеет синтетическое происхождение. ^[116]

Граница между бриллиантами ювелирного качества и техническими алмазами плохо определена и частично зависит от рыночных условий (например, если спрос на бриллианты высок, некоторые камни более низкого качества будут обрабатываться до низкокачественных или мелких драгоценных камней, а не продаваться для промышленного использования). В категории промышленных алмазов есть подкатегория, в которую входят камни самого низкого качества, в основном непрозрачные, известные как бортовые . ^[117]

Промышленное использование алмазов исторически связано с их твердостью, что делает алмаз идеальным материалом для режущих и шлифовальных инструментов. Как самый твердый из известных материалов природного происхождения, алмаз можно использовать для полировки, огранки или истирания любого материала, включая другие алмазы. Общие промышленные применения этого свойства включают алмазные сверла и пилы, а также использование алмазного порошка в качестве абразива . Для таких целей используются менее дорогие промышленные алмазы, известные как борты, с большим количеством дефектов и более плохим цветом, чем драгоценные камни. ^[118] Алмаз не подходит для обработки черных сплавов.на высоких скоростях, поскольку углерод растворяется в железе при высоких температурах, создаваемых высокоскоростной обработкой, что приводит к значительному увеличению износа алмазных инструментов по сравнению с альтернативами. ^[119]

Специализированные применения включают использование в лабораториях в качестве защитной оболочки для экспериментов с высоким давлением (см. Ячейку с алмазной наковальней ), высокопроизводительные подшипники и ограниченное использование в специализированных окнах . ^[117] В связи с постоянным прогрессом, достигнутым в производстве синтетических алмазов, становится возможным применение в будущем. Высокая теплопроводность алмаза делает его пригодным в качестве радиатора для интегральных схем в электронике . ^[120]

Добыча полезных ископаемых

Ежегодно добывается около 130 000 000 каратов (26 000 кг) алмазов общей стоимостью около 9 миллиардов долларов США, и ежегодно синтезируется около 100 000 кг (220 000 фунтов). ^[121]

Примерно 49% алмазов происходят из Центральной и Южной Африки , хотя значительные источники этого минерала были обнаружены в Канаде , Индии , России , Бразилии и Австралии . ^[116] Они добываются из кимберлитовых и лампроитовых вулканических трубок, которые могут приносить кристаллы алмаза, происходящие из глубины Земли, где высокое давление и температура позволяют им формироваться на поверхность. Добыча и распределение природных алмазов часто являются предметом споров, например, озабоченность по поводу продажи кровавых алмазов или алмазов из зон конфликтов африканскими военизированными формированиями.группы. ^[122] Цепочка поставок алмазов контролируется ограниченным числом влиятельных предприятий, а также в значительной степени сконцентрирована в небольшом количестве мест по всему миру.

Только очень небольшая часть алмазной руды состоит из настоящих алмазов. Руда измельчается, во время которой требуется осторожность, чтобы не разрушить более крупные алмазы, а затем сортируется по плотности. Сегодня алмазы находятся в богатой алмазами плотной фракции с помощью рентгеновской флуоресценции , после чего заключительные этапы сортировки выполняются вручную. До того, как использование рентгеновских лучей стало обычным явлением ^[102], разделение производилось с помощью смазочных лент; алмазы имеют более сильную тенденцию к прилипанию жира, чем другие минералы в руде. ^[30]

Исторически алмазы находили только в аллювиальных месторождениях в районе Гунтур и Кришна в дельте реки Кришна на юге Индии . ^[123] Индия лидировала в мире по добыче алмазов с момента их открытия примерно в 9 веке до нашей эры ^{[124] [125]} до середины 18 века нашей эры, но коммерческий потенциал этих источников был исчерпан к концу 18 века. века, и в то время Индию затмила Бразилия, где в 1725 году были обнаружены первые неиндийские алмазы. ^[124] В настоящее время одна из самых известных индийских шахт находится в Панна . ^[126]

Добыча алмазов из первичных месторождений (кимберлитов и лампроитов) началась в 1870-х годах после открытия алмазных полей в Южной Африке. ^[127] Добыча росла с течением времени, и теперь с этой даты было добыто в общей сложности 4 500 000 000 каратов (900 000 кг). ^[128] Двадцать процентов этого количества было добыто за последние пять лет, а в течение последних 10 лет добыча началась на девяти новых рудниках; еще четыре ждут своего открытия в ближайшее время. Большинство из этих шахт находится в Канаде, Зимбабве, Анголе и одна в России. ^[128]

В США алмазы были найдены в Арканзасе , Колорадо , Нью-Мексико , Вайоминге и Монтане . ^{[129] [130]} В 2004 году открытие микроскопического алмаза в США привело к отбору проб в январе 2008 года из кимберлитовых трубок в отдаленной части Монтаны. Государственный парк « Кратер алмазов» в Арканзасе открыт для публики и является единственной шахтой в мире, где люди могут добывать алмазы. ^[130]

Сегодня наиболее коммерчески жизнеспособных месторождений алмазов в России ( в основном , в Республике Саха , например , Мир трубы и трубки Удачная ), Ботсвана , Австралия ( Северная и Западная Австралия ) и Демократическая Республика Конго . ^[131] По данным Британской геологической службы, в 2005 году Россия произвела почти одну пятую мировой добычи алмазов . Австралия может похвастаться самой богатой алмазной трубкой: добыча на алмазном руднике Аргайл достигла пикового уровня в 42  метрических тонны в год в 1990-х годах. ^{[129] [132]}Также активно разрабатываются коммерческие месторождения на Северо-Западных территориях Канады и Бразилии. ^[116] Разведчики алмазов продолжают поиски на земном шаре алмазоносных кимберлитовых и лампроитовых трубок.

Экологические последствия

Прогнозная масса хвостов алмазных глин ( сапонит), выгружаемого после переработки руды, составляет миллионы тонн. Вызывает тревогу тот факт, что когда макро- и микрокомпоненты обнаруживаются в неопасных концентрациях, меньше усилий прилагается к экологическому управлению хвостохранилищами, хотя техногенные отложения открывают перспективы для повторного использования и повышения ценности за пределами их традиционного захоронения. Сапонит является наглядным примером составляющей хвостов, с которой часто несправедливо обращаются. Снижение воздействия хвостов может быть достигнуто за счет повторного использования хранящихся глино-магнезиальных пород, полученных из суспензии, содержащей сапонит. Электрохимическое разделение позволяет получать модифицированные сапонитсодержащие продукты с высокими концентрациями минералов группы смектита, меньшим размером минеральных частиц, более компактной структурой и большей площадью поверхности.Эти характеристики открывают возможности для производства высококачественной керамики и сорбентов на основе тяжелых металлов из сапонитсодержащих продуктов.^[134] Кроме того, шлифование хвоста происходит во время подготовки сырья для керамики; такая переработка отходов имеет большое значение для использования глиняной пульпы в качестве нейтрализующего агента, поскольку для реакции требуются мелкие частицы. Эксперименты понейтрализации гистозоля с помощью щелочной глинистой суспензии показали, что нейтрализация со средним уровнем pH 7,1 достигается при добавлении 30% пульпы, а экспериментальный участок с многолетними травами доказал эффективность этого метода. Более того, рекультивация нарушенных земель является неотъемлемой частью социальной и экологической ответственности горнодобывающей компании, и этот сценарий отвечает потребностям сообщества как на местном, так и на региональном уровнях. ^[133]

Политические вопросы

В некоторых из наиболее политически нестабильных стран Центральной и Западной Африки революционные группы взяли под свой контроль алмазные рудники , используя выручку от продажи алмазов для финансирования своей деятельности. Алмазы, проданные в рамках этого процесса, известны как конфликтные алмазы или кровавые алмазы . ^[122]

В ответ на обеспокоенность общественности тем, что их покупка алмазов способствует войне и нарушениям прав человека в Центральной и Западной Африке, Организация Объединенных Наций , алмазная промышленность и страны, торгующие алмазами, в 2002 году начали Кимберлийский процесс ^[135].Кимберлийский процесс направлен на то, чтобы алмазы из зон конфликтов не смешивались с алмазами, не контролируемыми такими повстанческими группировками. Для этого от стран-производителей алмазов требуется предоставить доказательства того, что деньги, которые они получают от продажи алмазов, не используются для финансирования преступной или революционной деятельности. Хотя Кимберлийский процесс был умеренно успешным в ограничении количества алмазов из зон конфликтов, поступающих на рынок, некоторые из них все же попадают на рынок. По данным Международной ассоциации производителей алмазов, алмазы из зон конфликтов составляют 2–3% от всех торгуемых алмазов. ^[136]Два основных недостатка по-прежнему препятствуют эффективности Кимберлийского процесса: (1) относительная легкость контрабанды алмазов через африканские границы и (2) насильственный характер добычи алмазов в странах, которые не находятся в техническом состоянии войны и чьи алмазы находятся в поэтому считается "чистым". ^[135]

Канадское правительство создало орган, известный как Канадский алмазный кодекс поведения ^[137], для помощи в проверке подлинности канадских алмазов. Это строгая система отслеживания алмазов, которая помогает защитить канадские бриллианты как «бесконфликтные». ^[138]

Синтетика, симуляторы и улучшения

Синтетика

Синтетические алмазы - это алмазы, произведенные в лаборатории, в отличие от алмазов, добытых на Земле. Геммологическое и промышленное использование алмаза создало большой спрос на необработанные камни. Этот спрос в значительной степени удовлетворяется за счет синтетических алмазов, которые производятся с помощью различных процессов более полувека. Однако в последние годы появилась возможность производить синтетические алмазы ювелирного качества значительных размеров. ^[60] Можно изготавливать бесцветные синтетические драгоценные камни, которые на молекулярном уровне идентичны натуральным камням и настолько похожи визуально, что только геммолог со специальным оборудованием может определить разницу. ^[139]

Большинство имеющихся в продаже синтетических алмазов желтого цвета и производятся с помощью так называемых процессов высокого давления и высокой температуры ( HPHT ). ^[140] Желтый цвет вызван примесями азота . Также могут воспроизводиться другие цвета, такие как синий, зеленый или розовый, которые являются результатом добавления бора или облучения после синтеза. ^[141]

Еще один популярный метод выращивания синтетического алмаза - химическое осаждение из газовой фазы (CVD). Рост происходит при низком давлении (ниже атмосферного). Он включает подачу смеси газов (обычно от 1 до 99 метана на водород ) в камеру и разделение их на химически активные радикалы в плазме, воспламененной микроволнами , горячей нитью накала , дуговым разрядом , сварочной горелкой или лазером . ^[142] Этот метод в основном используется для покрытий, но может также производить монокристаллы размером несколько миллиметров (см. Рисунок). ^[121]

По состоянию на 2010 год почти все 5 000 миллионов каратов (1 000  тонн) синтетических алмазов, производимых в год, предназначены для промышленного использования. Около 50% из 133 миллионов каратов природных алмазов, добываемых в год, попадают в промышленное использование. ^{[139] [143]} Затраты горнодобывающих компаний в среднем составляют от 40 до 60 долларов США за карат природных бесцветных алмазов, в то время как расходы производителей синтетических материалов составляют в среднем 2500 долларов США за карат синтетических бесцветных алмазов ювелирного качества. ^{[139] : 79} Однако покупатель с большей вероятностью столкнется с синтетическим бриллиантом, когда будет искать бриллиант фантазийного цвета, потому что почти все синтетические бриллианты имеют фантазийный цвет, в то время как только 0,01% природных алмазов имеют такой цвет. ^[144]

Симуляторы

Имитатор алмаза - это неалмазный материал, который используется для имитации внешнего вида алмаза и может называться диамантом. Кубический цирконий - самый распространенный. Драгоценный муассанит (карбид кремния) можно рассматривать как имитатор алмаза, хотя его производство дороже, чем кубический диоксид циркония. Оба производятся синтетическим путем. ^[145]

Улучшения

Улучшение алмазов - это особая обработка природных или синтетических алмазов (обычно это уже ограненные и отполированные до драгоценных камней), которые предназначены для улучшения геммологических характеристик камня одним или несколькими способами. К ним относятся лазерное сверление для удаления включений, нанесение герметиков для заполнения трещин, обработки для улучшения цветового качества белого алмаза и обработки для придания причудливого цвета белому алмазу. ^[146]

Покрытия все чаще используются для придания имитирующего алмазы вещества, такого как кубический цирконий, более «алмазоподобного» вида. Одним из таких веществ является алмазоподобный углерод - аморфный углеродный материал, который имеет некоторые физические свойства, аналогичные свойствам алмаза. Реклама предполагает, что такое покрытие передаст некоторые из этих алмазоподобных свойств камню с покрытием, тем самым улучшив имитатор алмаза. Такие методы, как спектроскопия комбинационного рассеяния, должны легко идентифицировать такое лечение. ^[147]

Идентификация

Первые тесты на идентификацию алмаза включали тест на царапину, основанный на превосходной твердости алмаза. Этот тест является разрушительным, так как алмаз может поцарапать другой алмаз, и в настоящее время используется редко. Вместо этого идентификация алмаза основана на его превосходной теплопроводности. Электронные термозонды широко используются в геммологических центрах для отделения алмазов от их имитаций. Эти датчики состоят из пары термисторов с батарейным питанием, установленных на тонком медном наконечнике. Один термистор работает как нагревательное устройство, а другой измеряет температуру медного наконечника: если исследуемый камень является алмазом, он будет проводить тепловую энергию наконечника достаточно быстро, чтобы вызвать измеримое падение температуры. Этот тест занимает около двух-трех секунд. ^[148]

В то время как термозонд может отделять алмазы от большинства их имитаторов, различение различных типов алмазов, например синтетических или природных, облученных или необлученных и т. Д., Требует более совершенных оптических методов. Эти методы также используются для некоторых имитаторов алмазов, таких как карбид кремния, которые проходят испытание на теплопроводность. Оптические методы позволяют различать природные алмазы и синтетические алмазы. Они также могут идентифицировать подавляющее большинство обработанных природных алмазов. ^[149] «Совершенные» кристаллы (на уровне атомной решетки) никогда не были обнаружены, поэтому как природные, так и синтетические алмазы всегда обладают характерными недостатками, возникающими из-за обстоятельств их роста кристаллов, которые позволяют их отличать друг от друга. ^[150]

Для определения происхождения алмаза лаборатории используют такие методы, как спектроскопия, микроскопия и люминесценция в коротковолновом ультрафиолетовом свете. ^[149] Они также используют специально изготовленные инструменты, чтобы помочь им в процессе идентификации. Два скрининговых инструмента - это DiamondSure и DiamondView , оба производятся DTC и продаются GIA. ^[151]

Можно использовать несколько методов идентификации синтетических алмазов в зависимости от метода производства и цвета алмаза. CVD-алмазы обычно можно идентифицировать по оранжевой флуоресценции. DJ цветные бриллианты могут быть обследованы через швейцарский геммологической институт «s ^[152] Алмазный Spotter. Камни в цветовой гамме DZ можно исследовать с помощью спектрометра DiamondSure UV / visible, разработанного De Beers. ^[150] Точно так же природные алмазы обычно имеют незначительные дефекты и изъяны, такие как включения инородных материалов, которые не наблюдаются в синтетических алмазах.

Устройства для скрининга, основанные на определении типа алмаза, могут использоваться для различения алмазов, которые безусловно являются натуральными, и алмазами, которые потенциально являются синтетическими. Эти потенциально синтетические алмазы требуют дополнительных исследований в специализированной лаборатории. Примерами коммерческих устройств для скрининга являются D-Screen (WTOCD / HRD Antwerp), Alpha Diamond Analyzer (Bruker / HRD Antwerp) и D-Secure (DRC Techno).

Кража

Иногда имеют место крупные кражи алмазов. В феврале 2013 года вооруженные грабители совершили рейд в аэропорту Брюсселя и скрылись с драгоценными камнями, которые оцениваются в 50 миллионов долларов США (32 миллиона фунтов стерлингов; 37 миллионов евро). Банда прорвалась через забор по периметру и совершила налет на грузовой отсек самолета, летевшего в Швейцарию. С тех пор банда была арестована, и были возвращены большие суммы денег и алмазов. ^[153]

Выявление украденных алмазов представляет собой ряд сложных проблем. Необработанные алмазы будут иметь отличительную форму в зависимости от того, является ли их источник рудником или из аллювиальной среды, такой как пляж или река - аллювиальные алмазы имеют более гладкую поверхность, чем те, которые были добыты. Гораздо сложнее определить происхождение ограненных и полированных камней.

Кимберлийский процесс был разработан , чтобы следить за торговлей необработанными алмазами и не допустить их использования насилия фонда. Перед экспортом необработанные алмазы сертифицируются правительством страны происхождения. Некоторые страны, например Венесуэла, не являются участниками соглашения. Кимберлийский процесс не распространяется на местные продажи необработанных алмазов внутри страны.

На бриллиантах можно вытравить лазером отметки, невидимые невооруженным глазом. Этот метод разработала американская компания Lazare Kaplan . Однако все, что отмечено на алмазе, можно легко удалить. ^{[154] [155]}

Этимология, раннее использование и открытие состава

Название « алмаз» происходит от древнегреческого ἀδάμας (адамас ), «собственный», «неизменный», «нерушимый», «необузданный», от ἀ- (a-), «un-» + δαμάω ( damáō ), «I осилить »,« приручить ». ^[156] Считается, что алмазы были впервые обнаружены и добыты в Индии , где много веков назад у рек Пеннер , Кришна и Годавари были обнаружены значительные россыпи камня . Алмазы были известны в Индии не менее 3000 лет, но, скорее всего, 6000 лет. ^[124]  

Алмазы ценились как драгоценные камни с момента их использования в качестве религиозных символов в древней Индии . Их использование в гравировальных инструментах также восходит к ранней истории человечества . ^{[157] [158]} Популярность алмазов возросла с 19 века из-за увеличения предложения, улучшения методов огранки и полировки, роста мировой экономики и инновационных и успешных рекламных кампаний. ^[109]

В 1772 году французский ученый Антуан Лавуазье использовал линзу, чтобы сконцентрировать солнечные лучи на алмазе в атмосфере кислорода , и показал, что единственным продуктом горения был углекислый газ , доказав, что алмаз состоит из углерода. ^[159] Позже, в 1797 году, английский химик Смитсон Теннант повторил и расширил этот эксперимент. ^[160] Демонстрируя, что горящие алмаз и графит выделяют одинаковое количество газа, он установил химическую эквивалентность этих веществ. ^[58]

Смотрите также

• Глубокий углеродный цикл
• Алмазоид
• Список бриллиантов
  • Список крупнейших алмазов
• Список минералов
• Сверхтвердый материал
• Внеземные алмазы

Рекомендации

Книги

• К. Эвен-Зохар (2007). От шахты до хозяйки: корпоративные стратегии и политика правительства в международной алмазной промышленности (2-е изд.). Горный журнал Press.
• Дж. Дэвис (1994). Свойства и рост алмаза . INSPEC. ISBN 978-0-85296-875-8.
• М. О'Донохью (2006). Самоцветы . Эльзевир. ISBN 978-0-7506-5856-0.
• М. О'Донохью и Л. Джойнер (2003). Идентификация драгоценных камней . Великобритания: Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 978-0-7506-5512-5.
• А. Фельдман и Л. Х. Робинс (1991). Применение алмазных пленок и родственных материалов . Эльзевир.
• Дж. Э. Филд (1979). Свойства алмаза . Лондон: Academic Press. ISBN 978-0-12-255350-9.
• Дж. Э. Филд (1992). Свойства природного и синтетического алмаза . Лондон: Academic Press. ISBN 978-0-12-255352-3.
• У. Херши (1940). Книга бриллиантов . Hearthside Press New York. ISBN 978-1-4179-7715-4.
• С. Коидзуми, CE Небель и М. Несладек (2008). Физика и применение CVD-алмаза . Wiley VCH. ISBN 978-3-527-40801-6.
• Л.С. Пан и Д.Р. Кани (1995). Алмаз: электронные свойства и приложения . Kluwer Academic Publishers. ISBN 978-0-7923-9524-9.
• Пагель-Тайзен, Верена (2001). Diamond Grading ABC: Учебное пособие . Антверпен: Рубин и сын. ISBN 978-3-9800434-6-5.
• Р.Л. Радович, П.М. Уокер и П.А. Троуэр (1965). Химия и физика углерода: серия достижений . Нью-Йорк: Марсель Деккер. ISBN 978-0-8247-0987-7.
• М. Толковский (1919). Алмазный дизайн: исследование отражения и преломления света в алмазе . Лондон: E. & FN Spon.
• Р. В. Мудрый (2016). Секреты торговли драгоценными камнями: Руководство знатока драгоценных камней (второе изд.). Brunswick House Press. ISBN 978-0-9728223-2-9.
• Зайцев А.М. (2001). Оптические свойства алмаза: Справочник . Springer. ISBN 978-3-540-66582-3.

внешняя ссылка

• Свойства алмаза: база данных Иоффе
• «Вклад в понимание синей флуоресценции на внешнем виде алмазов» . (2007) Геммологический институт Америки (GIA)
• Тайсон, Питер (ноябрь 2000 г.). «Бриллианты в небе» . Проверено 10 марта 2005 года.
• Вы когда-нибудь пытались продать алмаз?