АЛМАЗ (тюрк. алмас, от греч. adamas — несокрушимый, непобедимый * а. diamond; н. Diamant; ф. diamant; и. diamante) — минерал, кристаллическая кубическая модификация самородного углерода.
Структура алмаза. Элементарная ячейка пространственной кристаллической решётки алмаза представляет собой гранецентрированный куб с 4 дополнительными атомами, расположенными внутри куба (рис.).
Размер ребра элементарной ячейки а0 = 0,357 нм (при t = 25°С и Р = 1 атм). Кратчайшее расстояние между двумя соседними атомами С = 0,154 нм. Атомы углерода в структуре алмаза образуют прочные ковалентные связи, направленные под углом 109°28′ относительно друг друга, благодаря чему алмаз — самое твёрдое из известных в природе веществ. В зонной структуре алмаза ширина запрещённой зоны для невертикальных переходов равна 5,5 эВ, для вертикальных — 7,3 эВ, ширина валентной зоны 20 эВ. Подвижность электронов mn = 0,18 м 2 /В•с, дырок mr = 0,15 м 2 /В•с.
Кимберлиты — особый тип горных пород, содержащих алмазы.
Морфология алмаза. Кристаллы алмаза имеют форму октаэдра, ромбододекаэдра, куба и тетраэдра с гладкими и пластинчато-ступенчатыми гранями или округлыми поверхностями, на которых развиты разнообразные акцессории.
Характерны уплощённые, удлинённые и сложноискажённые кристаллы простой и комбинированной форм, двойники срастания и прорастания по шпинелевому закону, параллельные и произвольно ориентированные сростки. Разновидности алмаза представляют собой поликристаллические образования: борт — сростки многочисленных мелких огранённых кристаллов и зёрен неправильной формы, серого и чёрного цвета; баллас — сферолиты радиально-лучистого строения; карбонадо — скрытокристаллические, плотные, с эмалевидное поверхностью или шлакоподобные пористые образования, состоящие преимущественно из субмикроскопических (около 20 мкм) зёрен алмаза, тесно сросшихся друг с другом. Размер природных алмазов колеблется от микроскопических зёрен до весьма крупных кристаллов массой в сотни и тысячи карат (1 карат = 0,2 г). Масса добываемых алмазов обычно 0,1-1,0 карат; крупные кристаллы (свыше 100 карат) встречаются редко. В таблице приведены крупнейшие в мире алмазы, извлечённые из недр.
Химический состав. В алмазе присутствуют примеси Si, Al, Mg, Ca, Na, Ba, Mn, Fe, Cr, Ti, В номером. С помощью а-частиц радиоизотопных Н, N, О, Ar и других элементов. Азот является главной примесью, оказывающей большое влияние на физические свойства алмаза. Кристаллы алмаза, непрозрачные к ультрафиолетовому излучению, называются алмазом I типа; все остальные относятся к типу II.
Содержание азота в подавляющем большинстве кристаллов алмаза, относящихся к типу I, составляет около 0,25%. Реже встречаются безазотные алмазы, относящиеся к типу II, в которых примесь азота не превышает 0,001%. Азот изоморфно входит в структуру алмаза и образует самостоятельно или в совокупности со структурными дефектами (вакансиями, дислокациями) центры, ответственные за окраску, люминесценцию, поглощение в ультрафиолетовой, оптической, инфракрасной и микроволновой областях, характер рассеивания рентгеновских лучей и др.
Специальный репортаж Месторождения алмазов возле Мирного
Физические свойства. Алмазы могут быть бесцветными или с едва заметным цветовым оттенком, а также в различной степени ясно окрашенными в жёлтый, коричневый, розовато-лиловый, зелёный, голубой, синий, молочно-белый и серый (до чёрного) цвета. При облучении заряжёнными частицами алмаз приобретает зелёный или голубой цвет.
Обратный процесс — превращение окрашенного алмаза в бесцветный — до сих пор не удалось провести. Для алмаза характерны сильный блеск, высокий показатель преломления (n = 2,417) и сильно выраженный эффект дисперсии (0,063), что обуславливает разноцветную игру света в бриллиантах.
Как правило, в кристаллах алмаза проявляется аномальное двулучепреломление из-за напряжений, возникающих в связи со структурными дефектами и включениями. Кристаллы алмаза прозрачны, полупрозрачны или непрозрачны в зависимости от насыщенности микроскопическими включениями графита, других минералов и газово-жидких вакуолей.
При освещении ультрафиолетовыми лучами значительная часть прозрачных и полупрозрачных кристаллов алмаза люминесцирует синим, голубым и реже жёлтым, жёлто-зелёным, оранжевым, розовым и красным цветами. Кристаллы алмаза (за редким исключением) люминесцируют под действием рентгеновских лучей. Свечение алмаза возбуждается катодными лучами и при бомбардировке быстрыми частицами. После снятия возбуждения часто наблюдается послесвечение различной длительности (фосфоресценция). В алмазе проявляется также электро-, трибе- и термолюминесценция.
Алмаз как самое твёрдое вещество в природе используется в разнообразных инструментах для распиловки, сверления и обработки всех других материалов. Относительная твёрдость по шкале Mоcca 10, максимальная абсолютная микротвёрдость, измеренная индентором на грани (111), 0,1 ТПа.
Твёрдость алмаза на различных кристаллографических гранях не одинакова; наиболее твёрдой является октаэдрическая грань (111). Алмаз очень хрупок, обладает весьма совершенной спайностью по грани (111). Модуль Юнга 0,9 ТПа. Плотность прозрачных кристаллов алмаза 3515 кг/м 3 , полупрозрачных и непрозрачных — 3500 кг/м 3 , у некоторых австралийских алмазов — 3560 кг/м 3 ; у борта и карбонадо из-за их пористости может снижаться до 3000 кг/м 3 . Чистая поверхность кристаллов алмаза обладает высокой гидрофобностью (краевой угол 104-105°). В природных алмазах, особенно в алмазах из россыпных месторождений, на поверхности образуются тончайшие плёнки, которые повышают её смачиваемость.
Алмаз — диэлектрик. Удельное сопротивление r у всех азотных кристаллов алмаза типа I равно 10 12 -10 14 Ом•м.
Среди безазотных алмазов типа II иногда встречаются кристаллы, у которых r ниже 10 6 Ом•м, иногда до 10-10 -2 . Такие алмазы обладают проводимостью r-типа и фотопроводимостью, причём при одинаковых условиях фототок в алмазе типа II на порядок больше фототока, возбуждаемого в алмазе типа I. Алмаз диамагнитен: магнитная восприимчивость, отнесённая к единице массы, составляет 1,57•10 -6 единиц СИ при 18°С. Алмаз стоек по отношению ко всем кислотам даже при высокой температуре.
В расплавах щелочей KOH, NaOH и других веществ в присутствии О, OH, CO, CO2, Н2О происходит окислительное растворение алмаза. Ионы некоторых элементов (Ni, Co, Cr, Mg, Ca и др.) обладают каталитической активностью и ускоряют этот процесс. Алмаз обладает высокой теплопроводностью (особенно безазотные алмазы типа II).
При комнатной температуре теплопроводность их в 5 раз выше Си, причём коэффициент теплопроводности уменьшается с увеличением температуры в интервале 100-400 К от 6 до 0,8 кДж/м•К. Полиморфный переход алмаза в графит при атмосферном давлении происходит при температуре 1885±5°С по всему объёму кристалла. Образование плёнок графита на поверхности граней (III) кристаллов алмаза под влиянием кислорода может происходить начиная с 650°С. На воздухе алмаз сгорает при температуре 850°С.
Распространённость и происхождение. Алмазы обнаружены в метеоритах, импактных породах, связанных с метеоритными кратерами (астроблемами), в Кимберлитах и находящихся в них небольшого размера ксенолитах глубинных мантийных пород передо-гитового и эклогитового составов, а также во вторичных источниках — различных по возрасту и генезису россыпях (аллювиальных, делювиальных, элювиальных, прибрежно-морских, пролювиальных и др.).
По вопросам происхождения алмазов нет единого мнения. Некоторые учёные полагают, что алмазы кристаллизуются в самих кимберлитовых трубках при их становлении или в промежуточных очагах, возникающих на небольших (3-4 км) глубинах (субвулканические очаги). Другие считают, что алмазы образуются на большой глубине в родоначальном кимберлитовом расплаве и продолжают кристаллизоваться при подъёме его в верхнюю часть земной коры. Наиболее обоснованно развиваются представления о том, что алмазы генетически связаны с разнообразными перидотитовыми и эклогитовыми породами верхней мантии и выносятся из них вместе с другим ксеногенным материалом, находящимся в кимберлитах. Существуют и другие представления о генезисе алмаза (например, кристаллизация при низких давлениях с использованием углерода из метана глубинного происхождения и карбонатов вмещающих пород).
В CCCP известны как коренные, так и россыпные месторождения алмазов (например, в Западной Якутии, на Урале).
Добыча алмазов. Верхние горизонты кимберлитовых трубок разрабатываются открытым способом, нижние — подземным (вскрытие вертикальным стволом и квершлагами); разработка — с магазинированием кимберлитовой породы и выдачей её через рудоспуски на транспортные горизонты. Россыпные месторождения разрабатываются открытым способом с применением экскаваторов, скреперов или драг.
Обогащение. На россыпных месторождениях порода сначала промывается в гидровашгердах для удаления связующей глинистой массы и отделения крупного обломочного материала; выделенный, рыхлый материал разделяется на четыре класса: -16+8, -8+4, -4+2, -2+0,5 мм.
Обогащение производится гравитационными методами (мокрая и воздушная отсадка, обогащение в тяжёлых суспензиях, в концентрационных чашах). Для извлечения мелких алмазов и алмазной крошки применяются плёночная и пенная флотация с предварительной очисткой поверхности. Реагенты: амины, аэрофлоты, жирные кислоты, керосин, крезиловая кислота.
Для извлечения алмазов наибольшее распространение получил жировой процесс (для зёрен с крупностью 2-0,2 мм), основанный на избирательной способности алмазов прилипать к жировым поверхностям. В качестве жирового покрытия используют вазелин, нефть, автол и его смесь с парафином, олеиновую кислоту, нигрол и др. Наряду с жировым процессом применяют (для зёрен крупностью 3-0,1 мм) электростатическую сепарацию, основанную на различной проводимости минералов (алмаз — плохой проводник электричества). Используется рентгенолюминесцентный метод извлечения относительно крупных алмазов, основанный на способности кристаллов алмаза люминесцировать (рентгенолюминесцентные автоматы).
Применение. Алмазы разделяются на ювелирные и технические. Первые обладают высокой прозрачностью. Наиболее ценными являются алмазы бесцветные («чистой воды») или с хорошей окраской. К техническим относятся все прочие добываемые алмазы вне зависимости от их качества и размеров.
В CCCP сортировка алмазов производится по техническим условиям, которые дополняются по мере расширения областей применения алмазов. В зависимости от видов и назначения алмазное сырьё по качеству классифицируется на категории; в каждой категории выделяются группы и подгруппы, которые определяют размер, форму, конкретные условия назначения кристаллов алмазов. Около 25% добываемых в мире алмазов используется в ювелирной промышленности для изготовления бриллиантов.
Обладая исключительно высокой твёрдостью, алмазы незаменимы для изготовления различных инструментов и приборов (буровые коронки и долота, инденторы для измерения твёрдости материалов, волоки, иглы к профилометрам, профилографам, пантографам, свёрла, резцы, накладные камни к морским хронометрам, стеклорезы и т.д.). Алмазы широко используются для изготовления абразивных порошков и паст, для заправки алмазных пил.
Алмазным инструментом обрабатываются некоторые металлы, полупроводниковые материалы, керамика, строительные железобетонные материалы, хрусталь и др. По совокупности ряда уникальных свойств алмазы могут быть использованы для создания электронных приборов, предназначенных для работы в сильных электрических полях, при высоких температурах, в условиях повышенного уровня радиации, в агрессивных химических средах. На основе алмазов созданы детекторы ядерных излучений, теплоотводы в электронных приборах, термисторы и транзисторы. Прозрачность алмазов для инфракрасного излучения и слабое поглощение рентгеновских лучей позволяют применять их в инфракрасных приёмниках, в камерах для исследования фазовых переходов при высоких температурах и давлениях.
Синтетические алмазы. В середине 50-х гг. началось освоение промышленного синтеза технических алмазов. Синтезируются в основном мелкие монокристаллы и более крупные поликристаллические образования типа балласа и карбонадо.
Основные способы синтеза: статический — в системе металл — графит при высоких давлениях и температурах; динамический — полиморфный переход графита в алмазах при воздействии ударной волны; эпитаксиальный — наращивание алмазных плёнок на алмазные затравки из газообразных углеводородов при низких давлениях и температуре около 1000°С. Синтетические алмазы используются также, как природные технические. Общий объём производства синтетических алмазов значительно превышает объём добычи природных.
Источник: www.mining-enc.ru
Что такое алмаз виды, химические и физические свойства
Вопрос о том, что такое алмаз, подчас откровенно вводит людей в заблуждение, заставляя их воображение представлять волшебную игру солнечных бликов на его гранях.
Этот кристалл, побывавший в руках профессионального ювелира, изначально не столь прекрасен.
Встретив на своем пути безликий минерал, мало кто поверит, что это будущая драгоценность.
Что такое алмаз и как он выглядит
На самом деле, алмаз – природный минерал, возникший в процессе уплотнения углерода на огромной глубине при условиях большой температуры и сильного давления.
Имеет прозрачную, плотную и прочную структуру, позволяющую существовать ему неограниченное количество времени. Также обладает высокой проводимостью тепла по сравнению с другими веществами, встречающимися в природе.
Внешне необработанный материал имеет совершенно непривлекательный вид с шероховатой поверхностью, разнообразными вкраплениями и тусклым цветом из-за прикипевших к нему инородных частиц. Обычно представляется в форме двенадцатигранника, восьмигранника и куба.
Происхождение алмаза
Людям об алмазе известно уже не одно тысячелетие. Первые данные о «волшебном» камне упоминаются в индийских скрижалях, где говорится о небесном даре, включающем в себя пять природных начал. Люди собирали и обрабатывали его, украшая им божественные статуи и приписывая им мистические свойства.
Никто, естественно, не задумывался, что именно благодаря многотонному давлению скальных пород с кипящей лавой внутри, с непомерной температурой, создаются условия для его возникновения, с магмой, транспортирующейся на поверхность.
Иными словами, такая углеродная порода зарождается только в магматических горных местах, кимберлитовых трубках вулканах. Иногда, при разрушении скальных пород, его россыпи встречаются на морских и речных берегах.
Именно благодаря появившимся в старину любознательным умельцам, минерал, путем проб и ошибок, был представлен свету во всей своей красе.
Первым таким драгоценным камнем, который появился в свете около 60 г. до нашей эры в Индии, стал 800 каратный самородок «Кохинор», известный любимчик всех королей мира.
Первоначально это был неогранённый желтый алмаз, который стал чисто белым, после приобретения новой огранки в более позднее время.
Позже, в начале 18 века, первым большим зарождением углеродного минерала стало место в Бразилии, ныне городе Диамантино.
Но по историческим данным, все первые углеродные находки, среди аллювиальных отложений, приводят в Индию, из которой вышли в свет самые известные и крупные драгоценности мира.
Виды алмазов
При оценке кристалла особое внимание уделяется не только весу, но и качеству, наличию или отсутствию дефектов. В связи с полученными данными разделяют два вида: ювелирный и технический (непригодный для ювелирных изделий).
После обработки также делят на виды, зависящие от огранки: грушевидные, овальные, круглые, каплевидные, прямоугольные и так далее. Ограненные алмазы называются бриллиантами.
Существует деление бриллиантов и по цвету. Всем конечно привычнее думать, что единственный цвет чисто белый и прозрачный, но на самом деле ему присущи и другие оттенки, зависящие от места и условия происхождения.
Так, кроме белого, известны дымчатые, коричневые, бледно-желтые, и самые редкие цвета – красный алмаз, розовый алмаз, синий и голубой, ярко-желтый, зеленый и черный. Такой бриллиант именуют фантазийным.
Что такое искусственный алмаз
Бытует неверное мнение, что искусственный алмаз – качественная подделка под натуральный, природный камень.
На самом деле, искусственный материал ничем не уступает по своим качествам природному, а даже превышает по идеальной красоте граней, хоть и выращен в других условиях, с соблюдением всех правил.
Лабораторный и природный кристаллы выглядят одинаково невзрачно, пока их не предадут обработке.
Еще в конце XVIII столетия опытным методом, при сжигании минерала, было обнаружено, что он состоит из углерода. Для ученых это послужило началом дальнейших продолжительных опытов по созданию данной породы в лабораторных условиях, но эксперименты были безуспешными из-за отсутствия необходимого оборудования.
Лишь в XX веке была полностью изучена кристаллическая решетка и ученым удалось синтезировать камень, соблюдая температуру и силу давления, но для затравки которого все же требовался натуральный кристалл.
Работа над выращиванием кристаллов продолжалась и продолжается с большим энтузиазмом. Знания ученых и технологии с каждым днем становятся все более совершенными, что позволяет искусственному алмазу становиться по своей кристаллической решетке и свойствам все больше схожим с природной драгоценностью.
Физико-механические свойства алмаза
Алмаз классифицируется как самородный элемент и имеет простейшую химическую формулу C (углерод) и свою кристаллическую решетку, состоящую из ковалентной связи между атомами углерода, что позволило занять по твердости 10 место в шкале Мооса.
Ковалентная связь самая прочная, что делает его крепким, но строение вещества иногда может допускать еще металлическую, ионную и водородную связи. Связь имеет два подвида – пи-связь и сигма-связь, из которых первый подвид менее прочный.
Ковалентные сигма-связи, соединяющие атомы и расположенные по одному в каждой грани кристаллической решетки, обеспечивают одинаковое между ними расстояние, делая упаковку и структуру более плотной. Благодаря этому обеспечивается твердость алмаза, а в его характеристике присутствует свойство отличного диэлектрика, низкой электропроводности.
К дополнительным характеристикам углеродной породы относятся:
- люминесценция,
- низкая сжимаемость при всестороннем внешнем давлении,
- хрупкость, бриллиант чувствителен к резким ударам,
- плотность неравномерная, способствует расколу по граням,
- прозрачность,
- чувствительность к рентгеновским лучам, нарушающим твердость структуры, придающим способность светиться в синей и зеленой спектральной части,
Свойственная температура плавления для алмазов:
- плавится в температуре по Цельсию от 3700 до 4000,
- при смеси газов в воздухе, от 850 до 1000 градусов сгорает,
- превращаясь на кислороде в углекислый газ, бриллиант горит синим пламенем от 700 до 800 градусов.
Добытый в природе минерал бывает кристаллической формы, с гранями, расколотый, с углублениями и наростами.
Огранка алмазов
Единственным отличием алмаза от бриллианта является огранка, которая придает природному камню благородный и волшебный вид. Верным считается, что чем идеальной подобрана форма и нанесено больше граней, тем ярче сияет и преломляет лучи.
Существует 8 основных видов огранок:
- «Принцесса» – квадратная форма и острые углы,
- «Круглый»,
- «Маркиза» аристократичный, в форме лодочки,
- «Груша» каплевидная форма,
- «Овал»,
- «Сердце»,
- «Изумруд» прямоугольная и восьмиугольная форма,
- «Ашер» квадратная форма, но с большим количеством ступенек, чем «Изумруд».
Процесс перехода алмаза в бриллиант очень долог и требует особого мастерства:
- Для начала делают осмотр самого кристалла на наличие дефектов, при обнаружении которых его раскалывают для их удаления.
- Следующим этапом служит обдирка, где придаются грани и углы.
- Шлифовка на полировальном круге, на который насыпается алмазный порошок, позволяющий довести камень до идеального состояния.
- На финальном этапе происходит полировка, которая придает уже бриллианту лоск.
Полезно знать: главным в создании бриллианта служат правильно наложенные грани. Если не учитывать преломление, игру света, то бриллиант будет смотреться тускло, а такие камни считаются браком.
История добычи алмазов в России
Существуют данные о том, что месторождение алмазов в России было обнаружено в XVIII веке на территории Якутии и Сибири. До 1917 года было найдено всего около 300 камней, но попытки на этом не прекращались. На время Великой Отечественной войны разработка минеральных залежей была приостановлена и продолжилась только после ее завершения.
Геологическая экспедиция, посланная в Якутию в 1949 году, обнаружила самое крупное месторождение кристалла.
На этом месте, названном Мирным, среди тайги, постепенно вырос город, чье население задействовано в добыче руды.
Карьер, в котором его добывают, считается самым глубоким в мире. Глубина карьера составляет около 530 метров, а внутренняя серпантинная дорога достигает 8 километров.
Предприятия России, по сравнению с конкурентами в этом деле, добывают около 97% качественного алмазного сырья.
Где и как добываются алмазы в настоящее время
До развития индустрии алмазы добывались во всех странах только старательными способами. Сейчас в России, Анголе, Канаде, Ботсване, ЮАР и других странах, промышляющих добычей руды, извлечение минерала во многом технически облегчено.
Добыча в основном происходит на местах так называемых древних кратонов, на которых находятся лампроитовые и кимберлитовые трубки, и иногда в кровлевых породах.
| Страны лидеры по добыче алмазов | Ведущие экспортеры алмазов | ||
| 1 место | Россия | 1 | Евросоюз |
| 2 место | Ботсвана | 2 | Объединенные Арабские Эмираты |
| 3 место | Канада | 3 | Ботсвана |
| 4 место | Ангола | 4 | Россия |
| 5 место | Южно-Африканская республика | 5 | Израиль |
| 6 | Индия | ||
Самыми крупными залежами в России на данный момент является Якутск и Архангельская область. Недавно были открыты в Пермском крае еще небольшие залежи минерала.
По процентному соотношению и качеству добытых минеральных камней Россия остается лидирующей страной.
Области применения алмазов
Бриллиант исполняет не только свою декоративную функцию, как украшение, но и имеет свое практическое применение. Благодаря ученым и появившимся технологиям из забракованных минералов научились извлекать выгоду в других сферах жизни.
Так как не весь добываемый материал подходит для огранки под ювелирные украшения, около 50% бракуется, то его используют для производственных и промышленных нужд:
- из-за способности выдерживать температуру и скачки в напряжении, алмаз используют в телекоммуникации,
- применяют в изготовлении медицинских приборов и инструментов (скальпелей, имплантат),
- Almaz добавляют в буровое долото,
- со свойством низкой теплопроводности его используют в производстве электроники.
По своей популярности бриллиант находится на первом месте среди других драгоценностей, но это не только благодаря привнесенной ювелирами в него красотой, а большей частью за то, что его необычайные природные качества очень высоко ценятся. Скорее всего, этот кристалл никогда не уступит свое первенство и навсегда останется таинственной и красивой загадкой.
Источник: tarologiay.ru
Алмазы в породе как выглядит
Бесплатные экскурсии в музей Пиявки!
Международный Центр Медицинской Пиявки приглашает посетить музей и узнать о пользе и вреде пиявок, их выращивании, гирудотерапии, лечебной косметике и многом другом. Подробнее >>>
АгроБиоФерма «Велегож» в Подмосковье приглашает!
Принимаются организованные группы школьников и родители с детьми (от 12 до 24 чел.) по учебно-познавательной программе «Введение в природопользование» Подробнее >>>
Зимние учеты птиц России!
Приглашаем биологические кружки, профессиональных орнитологов и просто любителей птиц принять участие в программах зимних учетов птиц «Parus» и «Евроазиатские Рождественские учеты» в зимний сезон 2020-2021 годов. Подробнее >>>
Биологический кружок ВООП приглашает!
Биологический кружок при Государственном Дарвиновском музее г.Москвы (м.Академическая) приглашает школьников 5-10 классов на занятия в музее, экскурсии по вечерам, учебные выезды в природу по выходным и дальние полевые экспедиции в каникулы! Подробнее >>>
Соревнования по полевой ботанике «ВЕСЕННЯЯ ФЛОРА» пройдут в мае-июне 2020 года в онлайн-формате (определение растений по фотографиям). К участию в соревновании приглашаются школьники и взрослые любители природы, проживающие в средней полосе Европейской части России. Подробнее >>>
Международные дни наблюдений за птицами!
Союз охраны птиц России приглашает российских любителей птиц принять участие в акции и загрузить результаты своих наблюдений на www.biodat.ru Подробнее >>>
Здесь может быть бесплатно размещено Ваше объявление о проводимом Всероссийском конкурсе, Слёте, Олимпиаде, любом другом важном мероприятии, связанном с экологическим образованием детей или охраной и изучением природы. Подробнее >>>