Из чего делают алмазы

Как делают алмазы?

Алмаз — самый твердый минерал по шкале твердости Мооса. Тверже его нет. При этом алмаз — это всего лишь углерод. Как уголь или графит. Только, в отличие от них, атомы углерода в алмазе приняли кубическую аллотропную форму.

Сожмите кусок угля достаточно сильно — и вы получите алмаз.

С тех пор, как люди узнали о том, что алмаз — углерод, как уголь, попытки сжать кусок угля достаточно сильно, чтобы получить алмаз, проводились регулярно.

В чем отличие заменителей алмаза от искусственных рубинов, сапфиров. изумрудов? Искусственные рубины, сапфиры, шпинели, изумруды люди создают такими же методами, какими природа когда-то создала настоящие рубины и изумруды. А заменители алмаза, искусственные алмазы — это кристаллы другого состава, нежели кристаллы алмаза. Они просто похожи на настоящие алмазы по преломлению, по игре света, но имеют совершенно другой химический состав.

Алмазы | Как это устроено | Discovery

Можно ли получить алмаз из угля?
Фото: pixabay.com

С того момента, как люди научились шлифовать алмазы, получая из них сверкающие бриллианты, развивается подделка бриллиантов. Вначале подделки делали из простого стекла, потом из стекла свинцового. Вскоре отличить стразы от бриллиантов стало сложной задачей.

Довольно часто удавалось придумать очень удачные заменители ювелирных алмазов.

Звезды Голливуда и некоторые королевы, владелицы уникальных бриллиантов, часто предпочитали на светские рауты надевать искусно сделанные стразы — заменители их уникальнейших алмазов.

Просто из экономии: такой, почти не отличимый от оригинала, страз стоил чуть дороже, чем страховка у Ллойда такого супербриллианта от кражи на один вечер.

Но никогда не существовало искусственного бриллианта, полностью идентичного оригиналу. Подделки выдавала не такая, как у бриллианта, игра света (дисперсия), все без исключения были значительно менее прочными, очень многие из них по-другому, нежели алмаз, были видны в рентгеновских лучах… Отличить подделку можно было всегда. Правда, иногда — только при помощи сложного оборудования. Лучшие друзья девушек — это бриллианты
Кадр из фильма «Как выйти замуж за миллионера»

Но вот в 1956 году компания General Electric сообщила об успешном синтезе алмазов. Прошло несколько лет — и производство синтетических технических алмазов встало на поток. На сложнейшем оборудовании производили тысячи и миллионы карат.

Синтетические алмазы стали важной частью развития технологий. Армированные мелкими кристалликами алмаза режущие инструменты оказались намного более стойкими, чем аналогичные инструменты из самых лучших сплавов. Спрос на технические алмазы рос.

Как делают алмазы. Производство синтетических алмазов

Перед Второй мировой войной в технике потреблялось до 7 млн. карат технических алмазов ежегодно. Как только было налажено производство синтетических алмазов, потребление технических алмазов начало быстро расти.

В 1970 году в технике было использовано уже 70 млн. карат, к 1990 году — около 250 млн. карат. К 2010 году производство технических алмазов выросло до 5 млрд. карат. А в настоящее время в мире ежегодно производят около 10 млрд. карат синтетических технических алмазов.

Причем с начала XXI века в производстве синтетических алмазов лидирует Китай, производя порядка 80% от общемирового производства алмазов. При этом ювелирных алмазов в 2014 г. добыли 131.1 миллион карат…

По большей части сейчас синтезируют очень мелкие кристаллики алмаза, алмазную пыль. Их используют в производстве всевозможных шлифовальных паст, а кроме этого синтетические алмазы входят в состав многочисленного камнерезного инструмента и инструмента для металлообработки. Алмазные стеклорезы, сверла, буровые головки, пилы, резцы и фильеры работают в разы дольше и лучше, чем их предшественники из специальных стальных сплавов. Тем более что цена синтетических алмазов уже опустилась примерно до $ 1 за карат.

Сейчас, по оценкам экспертов, во всем мире работает всего около 1000 установок синтеза алмазов. Самые первые установки работали по технологии синтеза с использованием высоких давления и температуры (HPHT), но в конце XX века была открыта технология производства алмазов методом осаждения углерода из газовой среды (CVD). Оба эти метода связаны друг с другом.

Методом HPHT производят маленький кристаллик, который впоследствии служит затравкой для метода CVD.

Используя сочетание обоих методов, ученые разработали методики производства алмазных пластинок, которые уже нашли применение в электронике. При увеличении размеров этих пластинок станет возможным их широкое применение — в том числе в качестве стекол для часов. Считается, что алмазные пластинки — возможная будущая основа электроники.

Помимо производства технических алмазов, уже давно и надежно занявших свою нишу в мировых технологиях, продолжаются попытки синтеза алмазов ювелирного качества. Собственно, принципиальная возможность этого была доказана еще в 70-е годы, когда в СССР на пробу произвели несколько ювелирных алмазов (ювелир, их шлифовавший, принял их за мелкие алмазы из Сьерра-Леоне). Однако, очевидно, цена их была настолько высока, что опыт не получил продолжения, ювелирные алмазы практически до сих пор добываются только «из земли» — что произвела природа много сотен миллионов лет назад. Совсем скоро искусственные алмазы будут неотличимы от настоящих
Фото: pixabay.com

Но ученые не отчаиваются. Уже появились новые технологии синтеза алмазов. Чтобы по технологии HPHT получить алмаз размером в 1 карат, установка должна проработать непрерывно примерно 5 дней (что сильно повышает цену полученного алмаза). В настоящее время в Китае, объединяя технологии HPHT и CVD, получают «алмазные заготовки» цилиндрической и кубической формы. Это алмазы, но по сравнению с настоящими кристаллами алмаза они имеют неправильное строение.

Но технологии не стоят на месте. Можно уверенно утверждать, что со временем алмазы, синтезированные человеком, вовсе не будут отличаться от настоящих, ибо любовь людей к бриллиантам уж очень сильна.

Источник

Алмаз

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

Смотрите так же:

СТРУКТУРА

Кристаллическая структура алмаза

Сингония алмаза кубическая, пространственная группа Fd3m. Элементарная ячейка кристаллической решетки алмаза представляет собой гранецентрированный куб, в котором в четырех секторах расположенных в шахматном порядке, находятся атомы углерода. Иначе алмазную структуру можно представить как две кубических гранецентрированных решетки, смещенных друг относительно друга по главной диагонали куба на четверть её длины. Структура аналогичная алмазной установлена у кремния, низкотемпературной модификации олова и некоторых других простых веществ.

Кристаллы алмаза всегда содержат различные дефекты кристаллической структуры (точечные, линейные дефекты, включения, границы субзерен и тп.). Такие дефекты в значительной степени определяют физические свойства кристаллов.

СВОЙСТВА

Алмаз может быть бесцветными водянопрозрачным или окрашенным в различные оттенки желтого, коричневого, красного, голубого, зеленого, черного, серого цветов.
Распределение окраски часто неравномерное, пятнистое или зональное. Под действием рентгеновских, катодных и ультрафиолетовых лучей большинство алмазов начинает светиться (люминесцировать) голубым, зелёным, розовым и др. цветами. Характеризуется исключительно высоким светопреломлением.

Показатель преломления (от 2,417 до 2,421) и сильная дисперсия (0,0574 ) обуславливают яркий блеск и разноцветную “игру” огранённых ювелирных алмазов, называемых бриллиантами. Блеск сильный, от алмазного до жирного.Плотность 3,5 г/см 3 . По шкале Мооса относительная твердость алмаза равна 10, а абсолютная – в 1000 раз превышает твёрдость кварца и в 150 раз – корунда.

Она самая высокая как среди всех природных, так и искусственных материалов. Вместе с тем довольно хрупок, легко раскалывается. Излом раковистый. С кислотами и щелочами в отсутствие окислителей не взаимодействует.
На воздухе алмаз сгорает при 850° С с образованием СО2; в вакууме при температуре свыше 1.500° С переходит в графит.

МОРФОЛОГИЯ

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

Алмаз Куллинан разбитый на 9 частей

Синтетические кристаллы, выращенные при высоких давлениях и температурах, часто имеют грани куба и это является одни их характерных отличий от природных кристаллов. При выращивании в метастабильных условиях алмаз легко кристаллизуется в виде пленок и шестоватых агрегатов.

Размеры кристаллов варьируют от микроскопических до очень крупных, масса самого крупного алмаза “Куллинан”, найденного в 1905г. в Южной Африке 3106 карат (0,621кг).
На изучение огромного алмаза было потрачено несколько месяцев и в 1908 году он был расколот на 9 крупных частей.
Алмазы массой более 15 карат – редкость, а массой от сотни карат – уникальны и считаются раритетами. Такие камни очень редки и часто получают собственные имена, мировую известность и своё особое место в истории.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ

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

Алмазы встречаются также в метаморфических комплексах сверхвысоких давлений. Они ассоциируют с эклогитами и глубокометаморфизованными гранатовыми гнейсами. Мелкие алмазы в значительных количествах обнаружены в метеоритах. Они имеют очень древнее, досолнечное происхождение.

Также они образуются в крупных астроблемах – гигантских метеоритных кратерах, где переплавленные породы содержат значительные количества мелкокристаллического алмаза. Известным месторождением такого типа является Попигайская астроблема на севере Сибири.

Алмазы редкий, но вместе с тем довольно широко распространённый минерал. Промышленные месторождения алмазов известны всех континентах, кроме Антарктиды. Известно несколько видов месторождений алмазов. Уже несколько тысяч лет алмазы добывались из россыпных месторождений.

Только к концу XIX века, когда впервые были открыты алмазоносные кимберлитовая трубка, стало ясно, что алмазы не образуются в речных отложениях. Кроме этого алмазы были найдены в коровых породах в ассоциациях метаморфизма сверхвысоких давлений, например в Кокчетавском массиве в Казахстане.

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

ПРИМЕНЕНИЕ

Хорошие кристаллы подвергаются огранке и используются в ювелирном деле. Ювелирными считаются около 15% добываемых алмазов, еще 45% считаются околоювелирными, то есть уступают ювелирным по размеру, цвету или чистоте. В настоящее время общемировой объем добычи алмазов составляет порядка 130 миллионов карат в год.
Бриллиант (от франц. brillant – блестящий), – алмаз, которому посредством механической обработки (огранки) придана специальная форма, бриллиантовая огранка, максимально раскрывающая такие оптические свойства камня, как блеск и цветовая дисперсия.
Совсем мелкие алмазы и осколки, непригодные для огранки, идут в качестве абразива для изготовления алмазного инструмента, необходимого для обработки твёрдых материалов и огранки самих алмазов. Скрытокристаллическая разновидность алмаза чёрного или тёмно-серого цвета, образующая плотные или пористые агрегаты, носит название Карбонадо, обладает более высоким сопротивлением истиранию, чем у кристаллов алмаза и благодаря этому особенно ценится в промышленности.

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

Источник

Алмазы: происхождение, добыча, классификация. Справка

Алмаз – минерал, кристаллическая модификация чистого углерода, наиболее твердое вещество из всех, встречающихся в природе и наболее извстный драгоценный камень. Об абсолютно прозрачных и свободных от изъянов алмазах говорят, что они "чистой воды". Такие алмазы, если они не обладают каким-либо цветовым оттенком, за исключением, голубоватого, ценятся наиболее высоко.

Министерство финансов РФ в результате открытого аукциона по реализации на внутреннем рынке алмазов специальных размеров массой 10,8 карата и более, проведенного на территории Гохрана России, реализовало камней общей массой 3,4 тысячи карата на общую сумму около 12,8 миллиона долларов, сообщили РИА Новости в Гохране.

Алмаз – минерал, кристаллическая модификация чистого углерода, считается одним из самых ценных драгоценнных камней.

Алмазы образуются в геологически стабильных районах континентов, на глубинах 100-200 км, где температура достигает 1100-1300 градусов Цельсия, а давление 35-50 килобар. Такие условия способствуют переходу углерода из графита в другую модификацию – алмаз, имеющую плотно упакованную атомами кубическую структуру. Пробыв миллиарды лет на больших глубинах, алмазы выносятся на поверхность кимберлитовой магмой во время вулканических взрывов, образуя при этом коренные месторождения алмазов – кимберлитовые трубки. Первая из таких трубок была обнаружена на юге Африки в провинции Кимберли, по имени этой провинции и стали называть трубки кимберлитовыми, а породу, содержащую драгоценные алмазы, – кимберлит. На сегодняшний день по всему миру найдены тысячи кимберлитовых трубок, но только несколько десятков из них являются промышленно алмазоносными, в которых рентабельно проводить добычу.

В настоящее время алмазы добывают из двух типов месторождений: коренных (кимберлитовые и лампроитовые трубки) и вторичных – россыпи.

Добыча алмазов – сложный и трудоемкий процесс, требующий значительных финансовых вложений на начальных этапах. В среднем из одной тонны породы добывается около 1 карата алмазов из коренных месторождений и 3-5 – из россыпных.

Алмаз кристаллизуется в виде октаэдров (правильный многогранник, имеющий восемь треугольных граней) со сверкающими гладкими гранями и реже – в виде кубов с грубо протравленными гранями.

Алмаз – наиболее твердое вещество из всех, встречающихся в природе. Он отмечен немецким минералогом и геологом Моосом в его шкале твердости баллом 10, но различие в твердости между алмазом и корундом, который имеет твердость 9 по шкале Мооса, огромно. Трудно измерить абсолютную твердость алмаза, но различные методы определения относительной твердости дали цифры, указывающие, что алмаз в 90-180 раз тверже корунда. Гранильщики опытным путем нашли, что твердость алмаза меняется в зависимости от направления в кристалле, причем направление, соответствующее грани октаэдра, характеризуется наибольшей твердостью, а направление, отвечающее грани куба, – наименьшей.

Несмотря на свою исключительную твердость, алмаз под воздействием сильного удара легко раскалывается по плоскостям, параллельным граням правильного октаэдра. Это свойство алмаза используется для того, чтобы придать камням определенную форму еще до их огранки и шлифовки.

Об абсолютно прозрачных и свободных от изъянов алмазах говорят, что они "чистой воды". Такие алмазы, когда они не обладают каким-либо цветовым оттенком, за исключением, голубоватого, ценятся наиболее высоко. Камни со слабым желтоватым оттенком называются камнями "нечистой воды" и ценятся значительно ниже.

Чаще всего алмазы не имеют цвета, но существуют исключения. Таинственно исчезнувший в начале столетия "Фиорентино" весом 137 карат был золотисто-желтого цвета. Знаменитый "Орлов" весом 199,6 карат имеет зеленовато-голубой отлив. Бриллиант "Хоуп" массой всего 45,5 карата (или 9,1 г) имеет редчайший глубокий сапфирово-синий цвет замечательной чистоты.

Очень ценятся красные алмазы, которых существует всего лишь 10 в мире, в том числе единственный известный в мире пурпурно-малиновый алмаз.

Для измерения веса алмазов принят метрический карат – 0,2 грамма или 200 миллиграммов. Алмазы массой более 15 карат – редкость, массой в сотни карат – величайшая редкость.

Самый крупный из найденных алмазов получил имя "Куллинан". Он был обнаружен в 1905 году около города Претории в Южной Африке. Масса "Куллинана" составляла 3106 карат (или 621 г), и стоил он 9 млн фунтов стерлингов. При обработке "Куллинан" был расколот на 105 частей; самая крупная из них массой 516,5 карата (или 103,3 г) получила название "Звезда Африки".

Один из самых известных бриллиантов в мире – "Регент" – хранится в Лувре. Алмаз "Регент" массой 400 карат (80 г) был найден в 1701 году в Голконде (Индия). Сейчас он весит после огранки 27,35 г и оценивается в 3 млн долларов.

Бриллиант (от франц. "brillant" – блестящий) – алмаз, которому посредством обработки придана специальная форма, так называемая бриллиантовая огранка, максимально раскрывающая оптические свойства камня.

Алмазы, как отпечатки пальцев, уникальны – не бывает двух полностью идентичных камней. Бриллианты же наоборот, изготавливаются по строго определенным правилам.

Круглые бриллианты из всех форм огранки наиболее популярны, возможно, благодаря их сильной "игре" и большему возврату белого света к наблюдателю, чем в других огранках.

Круглая огранка устанавливает стандарты для других форм и составляет более 75% всех проданных на сегодняшний день бриллиантов. Эта 57- или 58-гранная форма состоит из короны (верхняя часть), рундиста (самая широкая часть) и павильона (низ). Для достижения максимальной игры в круглом бриллианте необходимо строго выдерживать определенные пропорции.

Фантазийные формы огранки бриллиантов можно разделить на две группы клиньевые, по своим пропорциям приближенные к круглому бриллианту (маркиз, груша, овал, сердце, принцесса, радиант и т.д.) и ступенчатые (изумруд, багет и т.д.). Ступенчатая огранка сложена ярусами (ступеньками). У бриллиантов фантазийной клиньевой формы огранки иногда может наблюдаться эффект "галстука-бабочки", когда на площадке появляется крупный темный блик (пятно). Его появление связано с отклонениями в пропорциях огранки и симметрии камня. Этот эффект негативно сказывается на внешнем виде бриллианта.

Первая "С" – carat weight (вес). На этом этапе идет точное определение веса камня путем взвешивания на весах или расчета по формулам, если бриллиант закреплен в изделии. Вес бриллианта выражается в каратах.

Вторая "С" – color (цвет). Совершенно бесцветные алмазы встречаются довольно редко, и практически все камни имеют оттенки различных цветов и интенсивностей. В задачу эксперта входит точное определение интенсивности и цвета бриллианта при стандартном освещении с использованием эталонов цвета.

Третья "С" – clarity (чистота). На этом этапе выявляются все внутренние несовершенства (дефекты) камня.

Четвертая "С" – cut (качество огранки). На этом этапе дается характеристика формы бриллианта, качества огранки и финишной обработки.
На основании этих параметров можно судить о том, как данный бриллиант выделяется среди других бриллиантов, на основании чего он может быть дороже, или, наоборот, дешевле.

Мировыми лидерами по добыче алмазов являются Африка и Россия. Главные африканские страны-алмазодобытчики – Ботсвана, Южноафриканская Республика и Конго (Демократическая Республика), Ангола и Намибия.

По данным Министерства финансов РФ, объем добычи алмазов в России в 2008 году составил 36,925 млн каратов общей стоимостью в 2,509 млрд долларов. Средняя стоимость одного карата добытых в РФ алмазов составила 67,95 доллара.

Согласно материалам Кимберлийского процесса (в рамках Кимберлийского процесса мировое сообщество ведет борьбу с нелегально добытыми в зонах конфликтов алмазами, мировым лидером по добыче алмазов в стоимостном выражении в 2008 году стала Ботсвана. В этой стране были добыты алмазы на сумму 3,273 млрд долларов. Россия по добыче в стоимостном выражении заняла 2-е место в мире. В мировом рейтинге по добыче в каратах (36,925 млн) Россия заняла первое место в мире.

Материал подготовлен на основе информации РИА Новости и открытых источников

Источник