Алмаз — это твердая форма элемента углерода, атомы которого расположены в кристаллической структуре, называемой кубическим алмазом . Другая твердая форма углерода, известная как графит , является химически стабильной формой углерода при комнатной температуре и давлении , но алмаз метастабилен и в этих условиях превращается в него с незначительной скоростью. Алмаз обладает самой высокой твердостью и теплопроводностью среди всех природных материалов, и эти свойства используются в основных промышленных применениях, таких как инструменты для резки и полировки. Они также являются причиной того, что ячейки с алмазными наковальнями могут подвергать материалы давлению, обнаруженному глубоко под землей.
Поскольку расположение атомов в алмазе чрезвычайно жесткое, немногие типы примесей могут его загрязнить (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 очень высокий показатель преломления и относительно высокую оптическую дисперсию .
Возраст большинства природных алмазов составляет от 1 до 3,5 миллиардов лет. Большинство из них образовались на глубине от 150 до 250 километров (93–155 миль) в мантии Земли , хотя некоторые произошли с глубины до 800 километров (500 миль). Под высоким давлением и температурой углеродсодержащие жидкости растворяли различные минералы и заменяли их алмазами. Намного позже (сотни-десятки миллионов лет назад) они были вынесены на поверхность в результате извержений вулканов и отложены в магматических породах , известных как кимберлиты и лампроиты .
Синтетические алмазы можно выращивать из углерода высокой чистоты при высоких давлениях и температурах или из углеводородных газов методом химического осаждения из паровой фазы (CVD). Имитаторы алмазов также могут быть изготовлены из таких материалов, как фианиты и карбид кремния . Природные, синтетические и имитационные алмазы чаще всего различают с помощью оптических методов или измерений теплопроводности.
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. Двумя наиболее распространенными аллотропами чистого углерода являются алмаз и графит . В графите связи представляют собой sp 2- орбитальные гибриды , и атомы образуются в плоскостях, каждый из которых связан с тремя ближайшими соседями, расположенными на расстоянии 120 градусов друг от друга. В алмазе это sp 3 , и атомы образуют тетраэдры, каждый из которых связан с четырьмя ближайшими соседями. [4] [5] Тетраэдры жесткие, связи прочные, и из всех известных веществ алмаз имеет наибольшее количество атомов в единице объема, поэтому он одновременно самый твердый и наименее сжимаемый . [6] [7] Он также имеет высокую плотность: от 3150 до 3530 килограммов на кубический метр (более чем в три раза превышает плотность воды) в природных алмазах и 3520 кг/м 3 в чистом алмазе. [2] В графите связи между ближайшими соседями еще прочнее, но связи между параллельными соседними плоскостями слабы, поэтому плоскости легко скользят мимо друг друга. Таким образом, графит намного мягче алмаза. Однако более прочные связи делают графит менее воспламеняемым. [8]
Алмазы нашли широкое применение из-за исключительных физических характеристик материала. Он имеет самую высокую теплопроводность и самую высокую скорость звука. Он имеет низкую адгезию и трение, а коэффициент теплового расширения чрезвычайно низок. Его оптическая прозрачность простирается от дальнего инфракрасного диапазона до глубокого ультрафиолета и имеет высокую оптическую дисперсию . Он также имеет высокое электрическое сопротивление. Он химически инертен, не реагирует с большинством агрессивных веществ и обладает отличной биологической совместимостью. [9]
Равновесные давления и температурные условия перехода между графитом и алмазом хорошо установлены теоретически и экспериментально. Равновесное давление изменяется линейно с температурой, между1,7 ГПа при0 К и12 ГПа при5000 К ( тройная точка алмаз/графит/жидкость ). [10] [11] Однако фазы имеют широкую область вокруг этой линии, где они могут сосуществовать. При нормальной температуре и давлении 20 °C (293 К) и 1 стандартной атмосфере (0,10 МПа) стабильной фазой углерода является графит, но алмаз метастабилен, и скорость его превращения в графит незначительна. [7] Однако при температуре выше примерноПри температуре 4500 К алмаз быстро превращается в графит. Для быстрого превращения графита в алмаз требуется давление, значительно превышающее линию равновесия: при2000 К , давлениеНеобходимо 35 ГПа . [10]
Выше тройной точки графит-алмаз-жидкий углерод температура плавления алмаза медленно увеличивается с увеличением давления; но при давлениях в сотни ГПа оно уменьшается. [12] При высоких давлениях кремний и германий имеют объемно-центрированную кубическую кристаллическую структуру BC8 , аналогичная структура прогнозируется для углерода при высоких давлениях. В0 K , переход, по прогнозам, произойдет при1100 ГПа . [13]
Результаты исследований, опубликованные в статье в научном журнале Nature Physics в 2010 году, показывают, что при сверхвысоких давлениях и температурах (около 10 миллионов атмосфер или 1 ТПа и 50 000 °C) алмаз плавится в металлическую жидкость. Экстремальные условия, необходимые для того, чтобы это произошло, присутствуют у ледяных гигантов Нептуна и Урана . Обе планеты примерно на 10 процентов состоят 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. [14] [15]
Наиболее распространенная кристаллическая структура алмаза называется кубической алмазной структурой . Он состоит из сложенных вместе элементарных ячеек (см. рисунок). Хотя на рисунке 18 атомов, каждый угловой атом принадлежит восьми элементарным ячейкам, а каждый атом в центре грани — двум, поэтому всего на элементарную ячейку приходится восемь атомов. [16] Длина каждой стороны элементарной ячейки обозначается буквой a и составляет 3,567 ангстрем . [17]
Расстояние до ближайшего соседа в решетке алмаза составляет 1,732 a /4, где a — постоянная решетки, обычно выражаемая в ангстремах как a = 3,567 Å, что составляет 0,3567 нм.
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 каждым узлом решетки . [17] Если смотреть с кристаллографического направления <1 1 1> , он состоит из слоев, уложенных друг на друга в повторяющемся узоре ABCABC.... Алмазы также могут образовывать структуру ABAB…, известную как гексагональный алмаз или лонсдейлит , но она встречается гораздо реже и образуется в других условиях из кубического углерода. [18]
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 есть много граней , которые принадлежат кубу , октаэдру, ромбокосододекаэдру , тетракис-гексаэдру или дисдиакис-додекаэдру . Кристаллы могут иметь закругленные и невыразительные края, могут быть удлиненными. Бриллианты (особенно с закругленными гранями кристаллов) обычно покрыты nyf — непрозрачной оболочкой, напоминающей резину. [19]
Некоторые алмазы содержат непрозрачные волокна. Их называют непрозрачными , если волокна растут из прозрачной подложки, или волокнистыми , если они занимают весь кристалл. Их цвет варьируется от желтого до зеленого или серого, иногда с облачкообразными примесями белого или серого. Их наиболее распространенная форма — кубовидная, но они также могут образовывать октаэдры, додекаэдры, маклы или комбинированные формы. Структура является результатом многочисленных примесей размером от 1 до 5 микрон. Эти алмазы, вероятно, образовались в кимберлитовой магме и взяли пробы летучих веществ. [20]
Алмазы также могут образовывать поликристаллические агрегаты. Были попытки классифицировать их по группам с такими названиями, как боарт , баллас , стюартит и фреймсайт, но общепринятого набора критериев не существует. [20] Карбонадо, тип, в котором алмазные зерна были спечены (сплавлены без плавления под воздействием тепла и давления), имеет черный цвет и более прочный, чем монокристаллический алмаз. [21] Никогда не наблюдалось в вулканических породах. Существует множество теорий его происхождения, включая образование в звезде, но единого мнения нет. [20] [22] [23]
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 древности и послужила источником его названия. Это не означает, что он бесконечно тверд, неразрушим или нецарапаем. [24] Действительно, алмазы могут быть поцарапаны другими алмазами [25] и со временем изношены даже более мягкими материалами, такими как виниловые граммофонные пластинки . [26]
Твердость алмаза зависит от его чистоты, кристаллического совершенства и ориентации: твердость выше у безупречных, чистых кристаллов, ориентированных в направлении <111> (вдоль самой длинной диагонали кубической решетки алмаза). [27] Таким образом, хотя некоторые алмазы можно поцарапать другими материалами, такими как нитрид бора , самые твердые алмазы можно поцарапать только другими алмазами и нанокристаллическими агрегатами алмазов .
Твердость алмаза способствует его пригодности в качестве драгоценного камня. Поскольку его можно поцарапать только другими бриллиантами, он очень хорошо сохраняет полировку. В отличие от многих других драгоценных камней, он хорошо подходит для повседневного ношения из-за его устойчивости к царапинам, что, возможно, способствует его популярности в качестве предпочтительного камня для помолвочных или обручальных колец , которые часто носят каждый день.
Самые твердые природные алмазы в основном добываются на месторождениях Копетон и Бингара , расположенных в районе Новой Англии в Новом Южном Уэльсе , Австралия. Эти алмазы, как правило, небольшие, имеют форму октаэдров от идеального до полуидеального и используются для полировки других алмазов. Их твердость связана с формой выращивания кристаллов , которая представляет собой одностадийный рост кристаллов. У большинства других алмазов больше признаков множественных стадий роста, в результате которых образуются включения, дефекты и плоскости дефектов в кристаллической решетке, и все это влияет на их твердость. Обычные алмазы можно обрабатывать сочетанием высокого давления и высокой температуры, чтобы получить алмазы, которые тверже, чем алмазы, используемые в твердомерах. [28]
Алмазы режут стекло, но это не позволяет однозначно идентифицировать алмаз, поскольку другие материалы, например кварц, также лежат выше стекла по шкале Мооса и также могут его резать. Бриллианты могут поцарапать другие бриллианты, но это может привести к повреждению одного или обоих камней. Тесты на твердость нечасто используются в практической геммологии из-за их потенциально разрушительного характера. [29] Чрезвычайная твердость и высокая стоимость алмаза означают, что драгоценные камни обычно полируются медленно, с использованием кропотливых традиционных методов и большего внимания к деталям, чем в случае с большинством других драгоценных камней; [30] это, как правило, приводит к получению чрезвычайно плоских, тщательно отполированных граней с исключительно острыми краями. Алмазы также обладают чрезвычайно высоким показателем преломления и довольно высокой дисперсией. В совокупности эти факторы влияют на общий внешний вид бриллианта, и большинство диамантеров по-прежнему полагаются на умелое использование лупы ( увеличительного стекла) для идентификации бриллиантов «на глаз». [31]
В некоторой степени с твердостью связано еще одно механическое свойство — ударная вязкость , которая представляет собой способность материала сопротивляться разрушению от сильного удара. Твердость природного алмаза составляет 50–65 МПа ·м 1/2 . [ необходимы разъяснения ] [32] [33] Это значение хорошее по сравнению с другими керамическими материалами, но плохое по сравнению с большинством конструкционных материалов, таких как конструкционные сплавы, которые обычно демонстрируют ударную вязкость более 80 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 некоторых направлениях более хрупок, чем в других. Огранщики алмазов используют это свойство для раскалывания некоторых камней перед огранкой. [34] «Ударная вязкость» является одним из основных показателей качества синтетических технических алмазов.
Алмаз имеет предел текучести при сжатии 130–140 ГПа. [35] Это исключительно высокое значение, наряду с твердостью и прозрачностью алмаза, является причиной того, что ячейки с алмазными наковальнями являются основным инструментом для экспериментов под высоким давлением. [36] Эти наковальни достигли давления600 ГПа . [37] Гораздо более высокие давления могут быть возможны при использовании нанокристаллических алмазов. [36] [37]
Обычно попытка деформировать объемный кристалл алмаза путем растяжения или изгиба приводит к хрупкому разрушению. Однако когда монокристаллический алмаз имеет форму микро/наноразмерных проволок или игл ( диаметром ~100–300 нанометров и длиной микрометров), их можно упруго растянуть на 9–10 процентов без разрушения [38] . ] с максимальным локальным растягивающим напряжением от ~89 до 98 ГПа , [39] очень близко к теоретическому пределу для этого материала. [40]
Существуют или разрабатываются и другие специализированные применения, в том числе использование в качестве полупроводников : некоторые голубые алмазы являются природными полупроводниками, в отличие от большинства алмазов, которые являются отличными электрическими изоляторами . Проводимость и синий цвет обусловлены примесью бора. Бор замещает атомы углерода в решетке алмаза, отдавая дырку в валентную зону . [41]
Существенная проводимость обычно наблюдается в номинально нелегированных алмазах, выращенных методом химического осаждения из паровой фазы . Эта проводимость связана с адсорбированными на поверхности частицами, связанными с водородом , и ее можно удалить путем отжига или другой обработки поверхности. [42] [43]
Тонкие алмазные иглы могут изменять свою электронную запрещенную зону от обычных 5,6 эВ до почти нуля путем избирательной механической деформации. [44]
Алмазные пластины высокой чистоты диаметром 5 см обладают идеальным сопротивлением в одном направлении и идеальной проводимостью в другом, что создает возможность использования их для хранения квантовых данных. Материал содержит всего 3 части на миллион азота. Алмаз выращивался на ступенчатой подложке, что исключало растрескивание. [45]
Алмазы по своей природе липофильны и гидрофобны , что означает, что поверхность бриллиантов не может быть смачиваема водой, но может быть легко намочена и приклеена маслом. Это свойство можно использовать для извлечения алмазов с использованием нефти при изготовлении синтетических алмазов. Однако когда поверхности алмазов химически модифицируются определенными ионами, ожидается, что они станут настолько гидрофильными , что смогут стабилизировать несколько слоев водяного льда при температуре человеческого тела . [46]
Поверхность алмазов частично окислена. Окисленную поверхность можно восстановить термообработкой в токе водорода. То есть такая термическая обработка частично удаляет кислородсодержащие функциональные группы. Но алмазы (sp 3 C) неустойчивы к высокой температуре (выше примерно 400 °C (752 °F)) при атмосферном давлении. Выше этой температуры структура постепенно меняется на sp 2 C. Таким образом, алмазы следует восстанавливать ниже этой температуры. [47]
При комнатной температуре алмазы не вступают в реакцию ни с какими химическими реагентами, в том числе с сильными кислотами и основаниями.
В атмосфере чистого кислорода температура воспламенения алмаза колеблется от 690 ° C (1274 ° F) до 840 ° C (1540 ° F); кристаллы меньшего размера имеют тенденцию легче гореть. Его температура повышается от красного до белого каления, горит бледно-голубым пламенем и продолжает гореть после удаления источника тепла. Напротив, в воздухе горение прекратится, как только тепло будет отведено, поскольку кислород разбавлен азотом. Чистый, безупречный, прозрачный алмаз полностью превращается в углекислый газ; любые примеси останутся в виде золы. [48] Тепло, выделяющееся при огранке алмаза, не воспламенит алмаз, [49] и зажигалка тоже не воспламенится, [50] но домашние пожары и паяльные лампы достаточно горячие. Ювелиры должны быть осторожны при формовании металла в кольце с бриллиантом. [51]
Алмазный порошок подходящего размера зерна (около 50 микрон) после воспламенения от пламени горит градом искр. Следовательно, возможно получение пиротехнических составов на основе синтетического алмазного порошка. Образующиеся искры имеют обычный красно-оранжевый цвет, сравнимый с древесным углем, но имеют очень линейную траекторию, что объясняется их высокой плотностью. [52] Алмаз также вступает в реакцию с газообразным фтором при температуре выше 700 °C (1292 °F).
Алмаз имеет широкую запрещенную зону5,5 эВ , что соответствует длине волны глубокого ультрафиолета 225 нанометров. Это означает, что чистый алмаз должен пропускать видимый свет и выглядеть как чистый бесцветный кристалл. Цвет алмаза обусловлен дефектами решетки и примесями. Кристаллическая решетка алмаза исключительно прочна, и только атомы азота , бора и водорода могут быть внедрены в алмаз в процессе роста в значительных концентрациях (вплоть до атомных процентов). Переходные металлы никель и кобальт , которые обычно используются для выращивания синтетического алмаза с помощью методов высокого давления и высоких температур, были обнаружены в алмазе в виде отдельных атомов; максимальная концентрация составляет 0,01% для никеля [53] и еще меньше для кобальта. Практически любой элемент можно ввести в алмаз путем ионной имплантации. [54]
Азот, безусловно, является наиболее распространенной примесью, встречающейся в ювелирных алмазах, и отвечает за желтый и коричневый цвет бриллиантов. Бор отвечает за синий цвет. [55] Цвет алмаза имеет два дополнительных источника: облучение (обычно альфа-частицами), вызывающее цвет зеленых алмазов, и пластическая деформация кристаллической решетки алмаза. Пластическая деформация является причиной окраски некоторых коричневых [56] и, возможно, розовых и красных алмазов. [57] В порядке возрастания редкости за желтым алмазом следует коричневый, бесцветный, затем синий, зеленый, черный, розовый, оранжевый, фиолетовый и красный. [34] «Черные», или карбонадо , бриллианты не являются по-настоящему черными, а скорее содержат многочисленные темные включения, которые придают драгоценным камням темный вид. Цветные бриллианты содержат примеси или структурные дефекты, вызывающие окраску, тогда как чистые или почти чистые алмазы прозрачны и бесцветны. Большинство примесей алмаза замещают атом углерода в кристаллической решетке , что называется углеродным дефектом . Наиболее распространенная примесь, азот, вызывает желтую окраску от легкой до интенсивной в зависимости от типа и концентрации присутствующего азота. [34] Геммологический институт Америки (GIA) классифицирует желтые и коричневые бриллианты низкой насыщенности как бриллианты нормального цветового диапазона и применяет оценочную шкалу от «D» (бесцветный) до «Z» (светло-желтый). Желтые бриллианты высокой насыщенности цвета или другого цвета, например розового или голубого, называются бриллиантами фантазийного цвета и подпадают под другую шкалу оценок. [34]
В 2008 году бриллиант Виттельсбаха , голубой бриллиант весом 35,56 карата (7,112 г), когда-то принадлежавший королю Испании, был продан на аукционе Christie's за 24 миллиона долларов США. [58] В мае 2009 года голубой бриллиант массой 7,03 карата (1,406 г) был продан на аукционе за 10,5 миллионов швейцарских франков (6,97 миллиона евро, или 9,5 миллионов долларов США на аукционе) по самой высокой цене за карат, когда-либо уплаченной за него. время). [59] Однако в том же году этот рекорд был побит: ярко-розовый бриллиант весом 5 каратов (1,0 г) был продан за 10,8 миллиона долларов в Гонконге 1 декабря 2009 года. [60]
Чистота – это один из четырех критериев (цвет, чистота, огранка и вес в каратах), который помогает определить качество бриллиантов. Геммологический институт Америки (GIA) разработал 11 шкал чистоты, чтобы определить качество бриллианта по его продажной стоимости. Шкала чистоты GIA варьируется от безупречного (FL) до включенного (I) с внутренним безупречным (IF), очень, очень слегка включенным (VVS), очень слегка включенным (VS) и слегка включенным (SI) между ними. Примеси в природных алмазах обусловлены наличием природных минералов и оксидов. Шкала чистоты оценивает бриллиант по цвету, размеру, расположению примесей и степени чистоты, видимой при 10-кратном увеличении. [61] Включения в алмазе можно извлечь оптическими методами. Процесс заключается в получении изображений перед улучшением, определении части удаления включений и, наконец, удалении граней и шумов алмаза. [62]
От 25% до 35% природных алмазов проявляют некоторую степень флуоресценции при исследовании в невидимом длинноволновом ультрафиолетовом свете или источниках излучения более высокой энергии, таких как рентгеновские лучи и лазеры. [63] Лампа накаливания не вызывает флуоресценции бриллианта. Бриллианты могут флуоресцировать разными цветами, включая синий (наиболее распространенный), оранжевый, желтый, белый, зеленый и очень редко красный и фиолетовый. Хотя причины до конца не изучены, считается, что этому явлению способствуют изменения в атомной структуре, например, количество присутствующих атомов азота.
Алмазы можно идентифицировать по их высокой теплопроводности (900–2320 Вт·м -1 ·К -1 ). [64] Их высокий показатель преломления также является показательным, но другие материалы имеют аналогичную преломляющую способность.
Алмазы чрезвычайно редки, их концентрация в материнской породе составляет не более частей на миллиард. [20] До 20 века большинство алмазов находили в россыпных отложениях . Свободные алмазы также встречаются вдоль существующих и древних береговых линий , где они имеют тенденцию накапливаться из-за своего размера и плотности. [65] : 149 Редко их находили в ледниковых тиллах (особенно в Висконсине и Индиане ), но эти отложения не имеют коммерческого качества. [ 65] : 19 Эти типы отложений образовались в результате локализованных магматических вторжений в результате выветривания и переноса ветром или водой . [66]
Большинство алмазов происходит из мантии Земли , и большая часть этого раздела посвящена этим алмазам. Однако есть и другие источники. Некоторые блоки коры, или террейны , были погребены достаточно глубоко по мере утолщения коры, поэтому они подверглись метаморфизму сверхвысокого давления . В них равномерно распределены микроалмазы , не обнаруживающие никаких признаков переноса магмой. Кроме того, когда метеориты ударяются о землю, ударная волна может создавать достаточно высокие температуры и давления для образования микроалмазов и наноалмазов . [66] Микроалмазы ударного типа могут быть использованы в качестве индикатора древних ударных кратеров. [67] Ударная структура Попигай в России может иметь крупнейшее в мире месторождение алмазов, оцениваемое в триллионы каратов и образовавшееся в результате удара астероида. [68]
Распространенным заблуждением является то, что алмазы образуются из сильно сжатого угля . Уголь образуется из захороненных 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 способом, редки, а источником углерода скорее являются карбонатные породы и органический углерод в осадках, а не уголь. [69] [70]
Алмазы далеко не равномерно распределены по Земле. Эмпирическое правило, известное как правило Клиффорда, гласит, что они почти всегда обнаруживаются в кимберлитах самой старой части кратонов , стабильных ядер континентов с типичным возрастом 2,5 миллиарда лет и более. [66] [71] : 314 Однако бывают исключения. Алмазный рудник Аргайл в Австралии , крупнейший производитель алмазов по весу в мире, расположен в подвижном поясе , также известном как орогенный пояс , [72] более слабая зона, окружающая центральный кратон, подвергшийся тектонике сжатия. Вместо кимберлита вмещающей породой является лампроит . Лампроиты с алмазами, которые экономически нежизнеспособны, встречаются также в США, Индии и Австралии. [66] Кроме того, алмазы в поясе Вава провинции Супериор в Канаде и микроалмазы на островной дуге Японии встречаются в горной породе, называемой лампрофиром . [66]
Кимберлиты можно найти в узких (от 1 до 4 метров) дайках и силлах, а также в трубках диаметром от 75 м до 1,5 км. Свежая порода имеет цвет от темно-синевато-зеленого до зеленовато-серого цвета, но после воздействия быстро становится коричневой и крошится. [73] Это гибридная порода с хаотичной смесью мелких минералов и обломков породы ( обломков ) размером до арбуза. Они представляют собой смесь ксенокристов и ксенолитов (минералов и горных пород, вынесенных из нижней коры и мантии), кусков поверхностных пород, измененных минералов, таких как серпентин , и новых минералов, кристаллизовавшихся во время извержения. Текстура меняется в зависимости от глубины. Состав образует континуум с карбонатитами , но в последних слишком много кислорода, чтобы углерод мог существовать в чистом виде. Вместо этого он заключен в минеральном кальците ( Ca CO
3). [66]
Во всех трех алмазоносных породах (кимберлите, лампроите и лампрофире) отсутствуют некоторые минералы ( мелилит и кальсилит ), несовместимые с образованием алмазов. В кимберлите оливин крупный и заметный, в лампроите — тифлогопит, а в лампрофире — биотит и амфибол . Все они происходят из типов магмы, которые быстро извергаются из небольших количеств расплава, богаты летучими веществами и оксидом магния и менее окисляются , чем более распространенные мантийные расплавы, такие как базальт . Эти характеристики позволяют расплавам выносить алмазы на поверхность до того, как они растворятся. [66]
Кимберлитовые трубы бывает сложно найти. Они быстро выветриваются (в течение нескольких лет после воздействия) и, как правило, имеют более низкий топографический рельеф, чем окружающие породы. Если они и видны в обнажениях, то алмазы никогда не видны, потому что они очень редки. В любом случае кимберлиты часто покрыты растительностью, отложениями, почвами или озерами. В современных поисках геофизические методы , такие как аэромагнитные исследования , электросопротивление и гравиметрия , помогают выявить перспективные регионы для исследования. Этому способствуют изотопное датирование и моделирование геологической истории. Затем геодезисты должны отправиться на территорию и собрать образцы в поисках фрагментов кимберлита или минералов-индикаторов . Последние имеют составы, отражающие условия образования алмазов, такие как сильное истощение расплава или высокое давление в эклогитах . Однако минералы-индикаторы могут вводить в заблуждение; лучшим подходом является геотермобарометрия , при которой составы минералов анализируются так, как если бы они находились в равновесии с мантийными минералами. [66]
Поиск кимберлитов требует настойчивости, и лишь небольшая их часть содержит коммерчески выгодные алмазы. Единственные крупные открытия примерно с 1980 года были сделаны в Канаде. Поскольку срок эксплуатации существующих рудников составляет всего 25 лет, в будущем может возникнуть нехватка новых алмазов. [66]
Датирование алмазов осуществляется путем анализа включений с использованием распада радиоактивных изотопов. В зависимости от содержания элементов можно наблюдать распад рубидия на стронций , самария на неодим , урана на свинец , аргона-40 на аргон-39 или рения на осмий . Возраст тех, что обнаружены в кимберлитах, варьируется от 1 до 3,5 миллиардов лет , и в одном и том же кимберлите может быть несколько возрастов, что указывает на несколько эпизодов образования алмазов. Сами кимберлиты гораздо моложе. Возраст большинства из них составляет от десятков миллионов до 300 миллионов лет, хотя есть и более старые исключения (Аргайл, Премьер и Вава). Таким образом, кимберлиты формировались независимо от алмазов и служили лишь транспортом их на поверхность. [20] [66] Кимберлиты также намного моложе кратонов, через которые они прорвались. Причина отсутствия более древних кимберлитов неизвестна, но это позволяет предположить, что произошли некоторые изменения в химическом составе или тектонике мантии. В истории человечества не было ни одного кимберлита. [66]
Большинство алмазов ювелирного качества добывается на глубине 150–250 км в литосфере . Такие глубины встречаются под кратонами мантийных килей , самой толстой части литосферы. В этих регионах достаточно высокое давление и температура, чтобы позволить формироваться алмазам, и они не конвекционны, поэтому алмазы могут храниться миллиарды лет, пока извержение кимберлита не возьмет их образцы. [66]
Вмещающие породы мантийного киля включают гарцбургит и лерцолит , два типа перидотита . Перидотит, наиболее доминирующий тип породы 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 путешествие на поверхность. [66] Еще одним распространенным источником, который сохраняет алмазы в неприкосновенности, является эклогит , метаморфическая порода, которая обычно образуется из базальта , когда океаническая плита погружается в мантию в зоне субдукции . [20]
Меньшая часть алмазов (исследовано около 150) поступает с глубин 330–660 км — региона, включающего переходную зону . Они образовались в эклогите, но отличаются от алмазов более мелкого происхождения включениями мэйджорита ( разновидность граната с избытком кремния). Аналогичная доля алмазов поступает из нижней мантии на глубинах от 660 до 800 км. [20]
Алмаз термодинамически стабилен при высоких давлениях и температурах, при этом фазовый переход из графита происходит при более высоких температурах по мере увеличения 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 °С и давлении 3,5 гигапаскаля. На глубинах более 240 км присутствуют железо-никелевые металлические фазы и углерод, вероятно, либо растворен в них, либо в виде карбидов . Таким образом, более глубокое происхождение некоторых алмазов может отражать необычные условия роста. [20] [66]
В 2018 году первые известные природные образцы фазы льда под названием Ice VII были обнаружены в виде включений в образцах алмазов. Включения образовались на глубинах от 400 до 800 км, охватывая верхнюю и нижнюю мантию, и свидетельствуют о наличии богатой водой жидкости на этих глубинах. [75] [76]
В мантии содержится примерно один миллиард гигатонн углерода (для сравнения, в системе атмосфера-океан — около 44 000 гигатонн). [77] У углерода есть два стабильных изотопа , 12 C и 13 C , в соотношении примерно 99:1 по массе. [66] Это соотношение имеет широкий диапазон в метеоритах, а это 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 C , выраженное в частях на тысячу. Обычные породы мантии, такие как базальты, карбонатиты и кимберлиты, имеют соотношения от -8 до -2. На поверхности органические отложения имеют средний показатель -25, а карбонаты - в среднем 0. [20]
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 максимум распределения приходится на мантийный диапазон. Эта изменчивость означает, что они не образуются из изначального углерода (находившегося в мантии с момента образования Земли). Напротив, они являются результатом тектонических процессов, хотя (учитывая возраст алмазов) не обязательно тех же тектонических процессов, которые действуют в настоящее время. [66]
Алмазы в мантии образуются в результате метасоматического процесса, когда жидкость или расплав C–O–H–N–S растворяет минералы в породе и заменяет их новыми минералами. (Обычно используется расплывчатый термин C–O–H–N–S, поскольку точный состав неизвестен.) Алмазы образуются из этой жидкости либо за счет восстановления окисленного углерода (например, CO 2 или CO 3 ), либо окисления восстановленного углерода. фаза, такая как метан . [20]
Используя такие зонды, как поляризованный свет, фотолюминесценция и катодолюминесценция , в алмазах можно идентифицировать ряд зон роста. Характерная картина алмазов из литосферы включает в себя почти концентрическую серию зон с очень тонкими колебаниями люминесценции и чередующимися эпизодами, когда углерод резорбируется жидкостью, а затем снова растет. Алмазы из-под литосферы имеют более неправильную, почти поликристаллическую текстуру, что отражает более высокие температуры и давления, а также перенос алмазов конвекцией. [66]
Геологические данные подтверждают модель, согласно которой кимберлитовая магма поднимается со скоростью 4–20 метров в секунду, создавая восходящий путь за счет гидравлического разрыва породы. Когда давление снижается, паровая фаза выделяется из магмы, и это помогает сохранить магму текучей. На поверхности первоначальное извержение взрывается через трещины на высоких скоростях (более 200 м/с (450 миль в час)). Затем, при более низких давлениях, порода размывается, образуя трубку и образуя фрагментированную породу ( брекчию ). По мере того как извержение затухает, наступает пирокластическая фаза, а затем метаморфизм и гидратация образуют серпентиниты . [66]
В редких случаях обнаруживаются алмазы, содержащие полость, внутри которой находится второй алмаз. Первый двойной алмаз, « Матрешка» , был найден компанией «АЛРОСА» в Якутии , Россия, в 2019 году. [78] Еще один был найден на алмазном месторождении Эллендейл в Западной Австралии в 2021 году . [79]
Хотя алмазы на Земле встречаются редко, в космосе они очень распространены. В метеоритах около трёх процентов углерода находится в форме наноалмазов , имеющих диаметр в несколько нанометров. Достаточно маленькие алмазы могут образовываться в холодном космосе, поскольку их более низкая поверхностная энергия делает их более стабильными, чем графит. Изотопные характеристики некоторых наноалмазов указывают на то, что они образовались за пределами Солнечной системы в звездах. [80]
Эксперименты под высоким давлением предсказывают, что большое количество алмазов конденсируется из метана в «алмазный дождь» на ледяных планетах-гигантах Уране и Нептуне . [81] [82] [83] Некоторые внесолнечные планеты могут почти полностью состоять из алмаза. [84]
Алмазы могут существовать в богатых углеродом звездах, особенно в белых карликах . Одна из теорий происхождения карбонадо , самой твердой формы алмаза, заключается в том, что он возник в белом карлике или сверхновой . [85] [86] Алмазы, образовавшиеся в звездах, возможно, были первыми минералами. [87]
Сегодня алмазы наиболее широко используются в качестве драгоценных камней для украшения и в качестве промышленных абразивов для резки твердых материалов. Рынки ювелирных и технических бриллиантов оценивают алмазы по-разному.
Распределение белого света на спектральные цвета является основной геммологической характеристикой драгоценных алмазов. В 20 веке эксперты-геммологи разработали методы классификации алмазов и других драгоценных камней, основанные на характеристиках, наиболее важных для их ценности как драгоценного камня. В качестве основных характеристик бриллианта сейчас обычно используются четыре характеристики, неофициально известные как четыре C : это его масса в каратах (карат равен 0,2 грамма), огранка (качество огранки оценивается по пропорциям , симметрии и полировка ), цвет (насколько близок к белому или бесцветному; для фантазийных бриллиантов насколько интенсивен его оттенок) и чистота (насколько он свободен от включений ). Большой безупречный бриллиант известен как идеал . [88]
Существует крупная торговля алмазами ювелирного качества. Хотя большинство бриллиантов ювелирного качества продаются вновь отполированными, существует хорошо устоявшийся рынок перепродажи бриллиантов (например, ломбарды, аукционы, магазины подержанных ювелирных изделий, диамантеры, биржи и т. д.). Отличительной чертой торговли алмазами ювелирного качества является ее поразительная концентрация: оптовая торговля и огранка алмазов ограничены всего несколькими местами; в 2003 году 92% мировых алмазов было огранено и отполировано в Сурате , Индия . [89] Другими важными центрами огранки и торговли алмазами являются алмазный район Антверпена в Бельгии , где базируется Международный геммологический институт , Лондон , Алмазный район в Нью-Йорке , Район 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 карьер, способный добывать от 12 500 000 до 15 000 000 алмазов). каратов (2500 и 3000 кг) алмазов в год [90] ). С другой стороны, вторичные аллювиальные месторождения алмазов имеют тенденцию быть фрагментированными среди множества различных операторов, поскольку они могут быть рассредоточены на многих сотнях квадратных километров (например, аллювиальные месторождения в Бразилии). [ нужна цитата ]
Производство и распространение алмазов в значительной степени консолидированы в руках нескольких ключевых игроков и сконцентрированы в традиционных центрах торговли алмазами, наиболее важным из которых является Антверпен, где находится 80% всех необработанных алмазов , 50% всех ограненных алмазов и более 50 Обрабатывается % всех необработанных, ограненных и технических алмазов вместе взятых. [91] Это делает Антверпен де-факто «мировой алмазной столицей». [92] В Антверпене также находится Antwerpsche Diamantkring , созданная в 1929 году и ставшая первой и крупнейшей алмазной биржей, занимающейся торговлей необработанными алмазами. [93] Еще одним важным алмазным центром является Нью-Йорк, где продается почти 80% мировых алмазов, включая аукционные продажи. [91]
Компания De Beers , как крупнейшая в мире алмазодобывающая компания, занимает доминирующее положение в отрасли, причем с момента ее основания в 1888 году британским бизнесменом Сесилом Роудсом . De Beers в настоящее время является крупнейшим в мире оператором предприятий по добыче алмазов (рудников) и каналов сбыта алмазов ювелирного качества. Diamond Trading Company (DTC) является дочерней компанией De Beers и продает необработанные алмазы с рудников, управляемых 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 через De Beers проходило более 80% мирового алмазного сырья [94] , но к 2001–2009 гг. эта цифра снизилась примерно до 45% [95] , а к 2013 г. около 38% в стоимостном выражении и еще меньше в натуральном. [96] De Beers продала подавляющую часть своих запасов алмазов в конце 1990-х – начале 2000-х годов [97] , а оставшаяся часть в основном представляет собой оборотные запасы (алмазы, которые сортируются перед продажей). [98] Это было хорошо задокументировано в прессе [99] , но до сих пор мало известно 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, добытых крупнейшей российской алмазной компанией « АЛРОСА» . [100] По состоянию на январь 2011 года De Beers заявляет, что продает алмазы только из следующих четырех стран: Ботсвана, Намибия, Южная Африка и Канада. [101] АЛРОСА была вынуждена приостановить свои продажи в октябре 2008 года из-за глобального энергетического кризиса , [ нужна ссылка ] , но компания сообщила, что возобновила продажу алмазного сырья на открытом рынке к октябрю 2009 года. [102] Помимо АЛРОСА, другие В число важных алмазодобывающих компаний входят BHP , крупнейшая в мире горнодобывающая компания; [103] Rio Tinto , владелец алмазных рудников Аргайл (100%), Дайавик (60%) и Мурова (78%); [104] и Petra Diamonds , владелицей нескольких крупных алмазных рудников в Африке.
Далее по цепочке поставок члены Всемирной федерации алмазных бирж (WFDB) выступают в качестве посредника для оптовой алмазной биржи, торгуя как бриллиантами, так и необработанными алмазами. WFDB состоит из независимых алмазных бирж в крупных гранильных центрах, таких как Тель-Авив, Антверпен, Йоханнесбург и других городах США, Европы и Азии. [34] В 2000 году WFDB и Международная ассоциация производителей алмазов учредили Всемирный алмазный совет , чтобы предотвратить торговлю алмазами, используемыми для финансирования войны и бесчеловечных действий. Дополнительная деятельность WFDB включает спонсорство Всемирного алмазного конгресса каждые два года, а также создание Международного алмазного совета (IDC) для надзора за оценкой алмазов. [105]
После покупки сайтхолдерами (это товарный знак, относящийся к компаниям, имеющим трехлетний контракт на поставку с DTC), алмазы ограняются и полируются для подготовки к продаже в качестве драгоценных камней («промышленные» камни рассматриваются как побочный продукт рынок драгоценных камней; они используются для абразивов). [106] Огранка и полировка необработанных алмазов — это специализированный навык, который сосредоточен в ограниченном количестве мест по всему миру. [106] 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. [106] Ограночные центры с более низкой стоимостью рабочей силы, особенно Сурат в Гуджарате, Индия , обрабатывают большее количество алмазов меньшего карата, в то время как меньшие количества более крупных или более ценных алмазов, скорее всего, будут обрабатываться в Европе или Северной Америке. Недавнее расширение этой отрасли в Индии, использующей дешевую рабочую силу, позволило обрабатывать более мелкие алмазы как драгоценные камни в больших количествах, чем это было экономически целесообразно ранее. [91]
Алмазы, обработанные как драгоценные камни, продаются на алмазных биржах . В мире зарегистрировано 28 алмазных бирж. [107] Биржи являются последним, жестко контролируемым этапом в цепочке поставок алмазов; Оптовики и даже розничные торговцы имеют возможность покупать на биржах относительно небольшие партии бриллиантов, после чего они подготавливаются для окончательной продажи потребителю. Бриллианты можно продавать уже вправленными в ювелирные изделия или продавать в незакрепленном виде («свободно»). По данным Rio Tinto, в 2002 году добытые и выпущенные на рынок алмазы оценивались в 9 миллиардов долларов США в виде необработанных алмазов, 14 миллиардов долларов США после огранки и полировки, 28 миллиардов долларов США в оптовых продажах ювелирных изделий с бриллиантами и 57 миллиардов долларов США в розничных продажах. . [108]
_Diamond_from_the_collection_of_the_national_jewels_of_Iran_at_Central_Bank_of_Islamic_Republic_of_Iran.jpg/1280px-The_Daria-e_Noor_(Sea_of_Light)_Diamond_from_the_collection_of_the_national_jewels_of_Iran_at_Central_Bank_of_Islamic_Republic_of_Iran.jpg)
Добытые необработанные алмазы превращаются в драгоценные камни посредством многоэтапного процесса, называемого «огранкой». Алмазы чрезвычайно тверды, но при этом хрупки 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 бриллианта, то есть рассеивание белого света, тогда как количество и площадь граней будут определять вес конечного продукта. Снижение веса при резке существенное и может составлять порядка 50%. [109] Рассматриваются 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 ожерелье, отдельно или в окружении других драгоценных камней определенного цвета и формы. [110] Некоторые из них можно считать классическими, например круглые , грушевидные , маркизовые , овальные , сердечки и стрелы и т. д. Некоторые из них особенные, производятся определенными компаниями, например, бриллианты Phoenix, Cushion, Sole Mio. и т. д. [111]
Самая трудоемкая часть огранки – предварительный анализ необработанного камня. Оно требует решения большого количества вопросов, несет большую ответственность и поэтому в случае с уникальными бриллиантами может длиться годы. Рассматриваются следующие вопросы:
После первоначальной огранки алмазу придают форму в ходе многочисленных этапов полировки. В отличие от резки, которая является ответственной, но быстрой операцией, полировка удаляет материал путем постепенной эрозии и занимает чрезвычайно много времени. Соответствующая техника хорошо разработана; это считается рутинной процедурой и может выполняться техническими специалистами. [113] После полировки алмаз повторно осматривается на предмет возможных дефектов, оставшихся или вызванных процессом. Эти недостатки скрываются с помощью различных методов улучшения бриллиантов , таких как повторная полировка, заполнение трещин или умелое расположение камня в ювелирном изделии. Оставшиеся неалмазные включения удаляются путем лазерного сверления и заполнения образовавшихся пустот. [29]
Маркетинг существенно повлиял на имидж бриллианта как ценного товара.
NW Ayer & Son , рекламная фирма, нанятая De Beers в середине 20-го века, преуспела в возрождении американского алмазного рынка и создала новые рынки в странах, где раньше не существовало алмазных традиций. Маркетинг NW Ayer включал размещение продукта , рекламу, ориентированную на сам алмазный продукт, а не на бренд De Beers, а также ассоциации со знаменитостями и членами королевской семьи. Не рекламируя бренд De Beers, De Beers также рекламировала алмазную продукцию своих конкурентов, [114] но это не вызывало беспокойства, поскольку De Beers доминировала на алмазном рынке на протяжении всего 20-го века. Рыночная доля De Beers временно опустилась на второе место на мировом рынке после АЛРОСА после мирового экономического кризиса 2008 года, опустившись до менее 29% по количеству добытых, а не проданных каратов. [115] 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 продукции, а не полностью «обычную» алмазную продукцию. [115] Пожалуй, лучше всего эту кампанию выразил лозунг « бриллиант навсегда ». [116] Этот лозунг сейчас используется De Beers Diamond Jewellers, [117] ювелирной фирмой, которая является совместным предприятием 50/50% горнодобывающей компании De Beers и LVMH , конгломерата предметов роскоши.
Алмазы коричневого цвета составляли значительную часть добычи алмазов и преимущественно использовались в промышленных целях. Их считали бесполезными для ювелирных изделий (даже не оценивавшими по цветовой шкале бриллиантов ). После разработки алмазного рудника Аргайл в Австралии в 1986 году и его сбыта коричневые алмазы стали приемлемыми драгоценными камнями. [118] [119] Изменение произошло главным образом из-за цифр: рудник Аргайл с добычей 35 000 000 каратов (7 000 кг) алмазов в год составляет около одной трети мирового производства природных алмазов; [120] 80% алмазов Аргайл коричневого цвета. [121]
Промышленные алмазы ценятся главным образом за их твердость и теплопроводность, поэтому многие геммологические характеристики алмазов, такие как 4 Cs , не имеют значения для большинства применений. Восемьдесят процентов добытых алмазов (около 135 000 000 каратов (27 000 кг) в год) непригодны для использования в качестве драгоценных камней и используются в промышленности. [122] Помимо добытых алмазов, синтетические алмазы нашли промышленное применение почти сразу после их изобретения в 1950-х годах; в 2014 году было произведено 4 500 000 000 каратов (900 000 кг) синтетических алмазов, 90% из которых были произведены в Китае. Около 90% алмазного шлифовального зерна в настоящее время имеет синтетическое происхождение. [123]
Граница между бриллиантами ювелирного качества и техническими алмазами четко определена и частично зависит от рыночных условий (например, если спрос на бриллианты высок, некоторые камни более низкого качества будут перерабатываться в низкокачественные или мелкие драгоценные камни, а не продаваться). для промышленного использования). В категории технических алмазов есть подкатегория, состоящая из камней самого низкого качества, в основном непрозрачных, известных как борт . [124]
Промышленное использование алмазов исторически было связано с их твердостью, что делает алмаз идеальным материалом для режущих и шлифовальных инструментов. Будучи самым твердым из известных природных материалов, алмаз можно использовать для полировки, резки или стирания любого материала, включая другие алмазы. Обычное промышленное применение этого свойства включает сверла и пилы с алмазными напайками, а также использование алмазного порошка в качестве абразива . Для таких целей используются менее дорогие алмазы промышленного качества (борты), имеющие больше дефектов и худший цвет, чем драгоценные камни. [125] Алмаз не подходит для обработки ферросплавов 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 . [126]
Специализированные применения включают использование в лабораториях в качестве защитной оболочки для экспериментов под высоким давлением (см. ячейку с алмазной наковальней ), высокопроизводительные подшипники и ограниченное использование в специализированных окнах . [124] Благодаря продолжающемуся прогрессу в производстве синтетических алмазов, их применение в будущем становится возможным. Высокая теплопроводность алмаза делает его пригодным в качестве радиатора для интегральных схем в электронике . [127]
Ежегодно добывается около 130 000 000 каратов (26 000 кг) алмазов на общую стоимость почти 9 миллиардов долларов США, и ежегодно синтезируется около 100 000 кг (220 000 фунтов). [128]
Примерно 49% алмазов происходят из Центральной и Южной Африки , хотя значительные источники минерала были обнаружены в Канаде , Индии , России , Бразилии и Австралии . [123] Их добывают из кимберлитовых и лампроитовых вулканических трубок, которые могут доставлять на поверхность кристаллы алмаза, происходящие из глубин Земли, где высокое давление и температура позволяют им образовываться. Добыча и распространение природных алмазов являются предметом частых споров, таких как опасения по поводу продажи кровавых алмазов или конфликтных алмазов африканскими военизированными группировками. [129] Цепочка поставок алмазов контролируется ограниченным числом влиятельных предприятий, а также сильно сконцентрирована в небольшом количестве мест по всему миру.
Лишь очень небольшая часть алмазной руды состоит из настоящих алмазов. Руда измельчается, при этом требуется осторожность, чтобы не разрушить более крупные алмазы, а затем сортируется по плотности. Сегодня алмазы располагаются в богатой алмазами фракции плотности с помощью рентгеновской флуоресценции , после чего финальные этапы сортировки выполняются вручную. До того, как использование рентгеновских лучей стало обычным явлением, [109] разделение осуществлялось с помощью смазочных лент; алмазы имеют более сильную тенденцию прилипать к жиру, чем другие минералы в руде. [34]
Исторически алмазы находили только в россыпных месторождениях в районе Гунтур и Кришна в дельте реки Кришна на юге Индии . [130] Индия лидировала в мире по добыче алмазов с момента их открытия примерно в 9 веке до нашей эры [131] [132] 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 первые неиндийские алмазы были найдены в 1725 году. [131] В настоящее время одна из самых известных индийских рудников расположена в Панне . [133]
Добыча алмазов из коренных месторождений (кимберлитов и лампроитов) началась в 1870-х годах после открытия алмазных месторождений в Южной Африке. [134] Производство со временем увеличилось, и теперь с этой даты было добыто в общей сложности 4 500 000 000 каратов (900 000 кг). [135] Двадцать процентов этой суммы было добыто за последние пять лет, а за последние 10 лет девять новых шахт начали добычу; еще четыре ждут открытия в ближайшее время. Большая часть этих рудников расположена в Канаде, Зимбабве, Анголе и одна в России. [135]
В США алмазы были найдены в Арканзасе , Колорадо , Нью-Мексико , Вайоминге и Монтане . [136] [137] В 2004 году открытие микроскопического алмаза в США привело к массовому 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 представители общественности могут добывать алмазы. [137]
Сегодня наиболее коммерчески выгодные месторождения алмазов находятся в России (в основном в Республике Саха , например трубки «Мир» и «Удачная »), Ботсване , Австралии ( Северная и Западная Австралия ) и Демократической Республике Конго . [138] По данным Британской геологической службы , в 2005 году Россия произвела почти одну пятую мировой добычи алмазов . Австралия может похвастаться богатейшей алмазоносной трубкой: добыча на алмазном руднике Аргайл достигла пикового уровня в 42 метрических тонны в год в 1990-х годах. [136] [139] Есть также коммерческие месторождения, активно разрабатываемые на северо-западных территориях Канады и Бразилии. [123] Алмазоразведчики продолжают искать по всему миру алмазоносные кимберлитовые и лампроитовые трубки.
В некоторых политически нестабильных странах Центральной и Западной Африки революционные группы взяли под свой контроль алмазные рудники , используя доходы от продажи алмазов для финансирования своей деятельности. Алмазы, проданные посредством этого процесса, известны как конфликтные алмазы или кровавые алмазы . [129]
В ответ на обеспокоенность общественности тем, что закупки алмазов способствуют войне и нарушениям прав человека в Центральной и Западной Африке, Организация Объединенных Наций , алмазная промышленность и страны, торгующие алмазами, в 2002 году представили Кимберлийский процесс. [140] Кимберлийский процесс направлен на обеспечить, чтобы конфликтные алмазы не смешивались с алмазами, не контролируемыми такими повстанческими группировками. Это достигается путем требования к странам-производителям алмазов предоставить доказательства того, что деньги, которые они получают от продажи алмазов, не используются для финансирования преступной или революционной деятельности. Хотя Кимберлийский процесс добился умеренного успеха в ограничении количества алмазов из зон конфликтов, поступающих на рынок, некоторые из них все же попадают туда. По данным Международной ассоциации производителей алмазов, алмазы из зон конфликтов составляют 2–3% всех проданных алмазов. [141] 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 состоянии технической войны и чьи бриллианты поэтому считаются «чистыми». [140]
Правительство Канады создало орган, известный как «Канадский кодекс поведения в отношении алмазов» [142] , для помощи в проверке подлинности канадских алмазов. Это строгая система отслеживания алмазов, которая помогает защитить маркировку канадских бриллиантов как «бесконфликтную». [143]
Эксплуатация минеральных ресурсов в целом наносит необратимый ущерб окружающей среде, который необходимо сопоставлять с социально-экономическими выгодами для страны. [144]
Синтетические алмазы — это алмазы, изготовленные в лаборатории, в отличие от алмазов, добытых на Земле. Геммологическое и промышленное использование алмазов создало большой спрос на необработанные камни. Этот спрос в значительной степени удовлетворяется за счет синтетических алмазов, которые производятся различными способами уже более полувека. Однако в последние годы стало возможным производить синтетические алмазы ювелирного качества значительных размеров. [65] Можно создавать бесцветные синтетические драгоценные камни, которые на молекулярном уровне идентичны натуральным камням и настолько визуально похожи, что только геммолог со специальным оборудованием может заметить разницу. [145]
Большинство коммерчески доступных синтетических алмазов имеют желтый цвет и производятся с помощью так называемых процессов высокого давления и высоких температур ( HPHT ). [146] Желтый цвет вызван примесями азота . Также могут быть воспроизведены другие цвета, такие как синий, зеленый или розовый, которые являются результатом добавления бора или облучения после синтеза. [147]
Еще одним популярным методом выращивания синтетических алмазов является химическое осаждение из паровой фазы (CVD). Рост происходит при низком давлении (ниже атмосферного давления). Он включает в себя подачу смеси газов (обычно от 1 до 99 метана и водорода ) в камеру и расщепление ее на химически активные радикалы в плазме , воспламеняемой микроволнами , горячей нитью накала , дуговым разрядом , сварочной горелкой или лазером . [148] Этот метод в основном используется для покрытий, но также позволяет получать монокристаллы размером в несколько миллиметров (см. Рисунок). [128]
По состоянию на 2010 год почти все 5000 миллионов каратов (1000 тонн) синтетических алмазов, производимых в год, предназначены для промышленного использования. Около 50% из 133 миллионов каратов природных алмазов, добываемых ежегодно, в конечном итоге используются в промышленности. [145] [149] Затраты горнодобывающих компаний составляют в среднем от 40 до 60 долларов США за карат натуральных бесцветных алмазов, тогда как затраты производителей синтетических бриллиантов составляют в среднем 2500 долларов США за карат синтетических бесцветных алмазов ювелирного качества. [145] : 79 Однако покупатель с большей вероятностью встретит синтетический бриллиант при поиске бриллианта фантазийного цвета, поскольку только 0,01% природных бриллиантов имеют фантазийный цвет, в то время как большинство синтетических бриллиантов так или иначе окрашены. [150]
Имитатор алмаза — это неалмазный материал, который используется для имитации внешнего вида алмаза и может называться алмазом. Кубический цирконий является наиболее распространенным. Драгоценный камень муассанит (карбид кремния) можно рассматривать как имитатор алмаза, хотя его производство обходится дороже, чем кубический цирконий. Оба производятся синтетическим путем. [151]
Улучшение бриллиантов — это специальная обработка природных или синтетических алмазов (обычно уже ограненных и отполированных до состояния драгоценного камня), целью которой является улучшение геммологических характеристик камня одним или несколькими способами. К ним относятся лазерное сверление для удаления включений, нанесение герметиков для заполнения трещин, обработка для улучшения цветовой гаммы белого бриллианта и обработка для придания фантазийного цвета белому бриллианту. [152]
Покрытия все чаще используются для придания имитатору алмаза, такому как фианиты, более «алмазоподобного» внешнего вида. Одним из таких веществ является алмазоподобный углерод — аморфный углеродистый материал, имеющий некоторые физические свойства, аналогичные свойствам алмаза. Реклама предполагает, что такое покрытие передаст некоторые из этих алмазоподобных свойств камню с покрытием, тем самым улучшая имитатор алмаза. Такие методы, как рамановская спектроскопия, должны легко выявить такое лечение. [153]
.png/1280px-Diamond_(side_view).png)
Ранние тесты на идентификацию алмазов включали тест на царапины, основанный на превосходной твердости алмаза. Этот тест является разрушительным, поскольку один алмаз может поцарапать другой бриллиант, и в настоящее время он 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 в тонком медном наконечнике. Один термистор действует как нагревательное устройство, а другой измеряет температуру медного наконечника: если испытуемый камень является алмазом, он будет проводить тепловую энергию наконечника достаточно быстро, чтобы вызвать измеримое падение температуры. Этот тест занимает около двух-трех секунд. [154]
В то время как термический зонд может отделить алмазы от большинства их имитаций, 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 тест на теплопроводность. Оптические методы позволяют отличить природные алмазы от синтетических. Они также могут идентифицировать подавляющее большинство обработанных природных алмазов. [155] «Совершенные» кристаллы (на уровне атомной решетки) никогда не были найдены, поэтому как природные, так и синтетические алмазы всегда обладают характерными недостатками, возникающими из-за обстоятельств их роста кристаллов, которые позволяют отличить их друг от друга. [156]
Лаборатории используют такие методы, как спектроскопия, микроскопия и люминесценция в коротковолновом ультрафиолетовом свете, чтобы определить происхождение алмаза. [155] Они также используют специально изготовленные инструменты, помогающие им в процессе идентификации. Двумя приборами для скрининга являются DiamondSure и DiamondView , оба производятся DTC и продаются GIA. [157]
В зависимости от способа производства и цвета бриллианта можно использовать несколько методов идентификации синтетических алмазов. CVD-алмазы обычно можно идентифицировать по оранжевой флуоресценции. Алмазы цвета D–J можно проверить с помощью алмазного споттера [158] Швейцарского геммологического института . Камни цветового диапазона D–Z можно исследовать с помощью спектрометра УФ/видимой области DiamondSure, инструмента, разработанного De Beers. [156] Аналогичным образом, природные алмазы обычно имеют незначительные дефекты и дефекты, такие как включения посторонних материалов, которые не наблюдаются в синтетических алмазах.
Устройства скрининга, основанные на определении типа алмаза, можно использовать для различения алмазов, которые определенно являются природными, и алмазов, которые потенциально являются синтетическими. Эти потенциально синтетические алмазы требуют дополнительных исследований в специализированной лаборатории. Примерами коммерческих устройств для проверки являются D-Screen (WTOCD/HRD Antwerp), Alpha Diamond Analyser (Bruker/HRD Antwerp) и D-Secure (DRC Techno).
Название «алмаз» происходит от древнегреческого : ἀδάμας ( adamas ), «правильный, неизменный, нерушимый, необузданный», от ἀ- ( a- ), «не» + древнегреческого : δαμάω ( damáō ), «одолеть, приручить». . [159] Считается, что алмазы были впервые обнаружены и добыты в Индии , где значительные аллювиальные отложения камня можно было найти много веков назад вдоль рек Пеннер , Кришна и Годавари . Алмазы известны в Индии не менее 3000 лет, но, скорее всего, 6000 лет. [131]
Алмазы ценились как драгоценные камни с тех пор, как их использовали в качестве религиозных икон в древней Индии . Их использование в инструментах для гравировки также относится к ранней истории человечества . [160] [161] Популярность бриллиантов выросла с 19-го века из-за увеличения предложения, улучшения методов огранки и полировки, роста мировой экономики, а также инновационных и успешных рекламных кампаний. [116]
В 1772 году французский учёный Антуан Лавуазье с помощью линзы сконцентрировал солнечные лучи на алмазе в атмосфере кислорода , и показал, что единственным продуктом сгорания является углекислый газ , доказав, что алмаз состоит из углерода. [162] Позже, в 1797 году, английский химик Смитсон Теннант повторил и расширил этот эксперимент. [163] Доказав, что при горении алмаза и графита выделяется одинаковое количество газа, он установил химическую эквивалентность этих веществ. [30]
{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
Определения из Викисловаря
СМИ из Commons
Цитаты из Wikiquote