Основные химические свойства алмаза: его формула, технические и физические свойства

Доброго времени суток, друзья. Мир камней настолько разнообразен и ярок, что невозможно оторвать глаз. Но один камень заслуживает особенного внимания. Как вы догадываетесь, речь сейчас идет об алмазе. Сегодня вас ждут физические свойства алмаза и основные сведения о них.

Физические свойства алмаза и графита

К физическим свойствам любого вещества относят прежде всего температуру кипения, вязкость, плотность, цвет, абсорбцию, теплопроводность, электропроводность, твердость и т.п. В этой статье рассмотрим самые основные свойства камня.

Например, у минерала очень высокая теплопроводность. В этом он превосходит многие металлы и даже серебро с медью. Это свойство делает камень незаменимым во многих отраслях промышленности, науки и медицины.

При этом это вещество достаточно износостойко как с точки зрения воздействия других веществ, так и с точки зрения времени.

Действительно, если уронить материал, то у него появятся заметные повреждения. А при усиленном воздействии косметических и моющих веществ внешний вид камня также может не улучшиться. По этим причинам с имеющимся экземпляром надо обращаться очень бережно и тщательно соблюдать основные правила ухода.

Строение и структура минерала

Чтобы лучше понимать устройство камня и особенности его свойств, необходимо хорошо представлять себе строение и структуру минерала.

Если вкратце, то атомы его связаны между собой ковалентными связями и располагаются друг относительно друга тетраэдрическим образом.

Алмаз имеет кубическую кристаллическую решетку, то есть все атомы располагаются самым плотным образом, из-за чего алмаз такой твердый и прочный.

Твердость алмаза

Самое главное качество алмаза, которое всегда упоминается при его описании, – это исключительная твердость минерала. Она составляет 10 из 10 по шкале Мооса. Помимо этого коэффициент трения минерала также составляет совсем маленькую цифру. Этими качествами часто пользуются для определения реальности экземпляра, делают выводы о его неподдельности.

Благодаря таким качествам, алмаз можно пытаться царапать и повреждать любыми материалами – ему все будет нипочем.

При этом твердость камня по всей поверхности является неоднородной, чем пользуются при огранке. Ведь, как известно, алмаз можно обработать только другим алмазом. Для этого в правильном соотношении берутся разные грани.

Плотность

Плотность камня или его удельный вес составляет серьезные 3,47-3,55 г/см3. Это означает, что экземпляр при равных объемах, будет тяжелее воды в 3,5 раза. Ведь удельным весом является отношение веса вещества к весу воды того же объема.

Вес и масса алмаза

Массу алмаза, как и других драгоценных камней и жемчуга, определяют с помощью меры, называемой каратами. Один карат имеет массу в 200 мг.

В зависимости от размера, алмазы распределяют на три большие группы:

  • мелкие (до 0,29 карат)
  • средние (от 0,3 до 0,99)
  • крупные (более 1 карата)

Массу алмаза можно установить и в зависимости от размера. Например, при классической огранке и диаметре 4,1 мм алмаз составляет 0,25 карат, а при диаметре в 11 мм уже 5 карат.

Вес камня – это произведение объема минерала на удельный вес. При наличии одинаковой круглой правильной формы объем экземпляра пропорцинален кубу диаметра.

Дисперсия и преломление

Свойство дисперсии очень важно, здесь она составляет порядка 0,06, а показатель преломления достигает 2,421.

Эти показатели очень высоки, за счет чего мы можем наслаждаться игрой света в гранях алмазов, вернее уже бриллиантов, в которых, благодаря огранке, это выглядит куда красивее.

Тут очень важен подход мастера, который должен справиться со своей задачей «на все сто», чтобы не повредить минерал и создать идеальную симметрию граней.

А помните переливание и игру «огня» внутри камней? За это как раз отвечает дисперсия.

Форма камня

Минералы чрезвычайно разнообразны с точки зрения существующих форм. Можно встретить вытянутые, деформированные, сплющенные и многие другие формы. Вот только несколько видов наиболее распространенных форм минерала:

  • октаэдроид,
  • додекаэдроид,
  • псевдокуб,
  • гексаэдроид и др.

В природе у алмазов есть множество дефектов вроде трещин, сростков и т.п. Именно поэтому алмазы необходимо огранять, чтобы придать им тот прекрасный вид, какой мы привыкли видеть в бриллиантах.

Еще больше об этом удивительном камне и его свойствах вы можете услышать из небольшой лекции Виктора Бескрованова, доктора геолого-минералогических наук, преподающего в Северо-Восточном федеральном университете Якутии:

Алмаз – удивительное явление. Но существует немало и других прекрасных разновидностей драгоценных камней, о которых будет идти речь в дальнейшем. До скорых встреч, дорогие друзья!

Команда ЛюбиКамни

Источник: https://lubikamni.ru/almaz/fizicheskie-svojstva.html

Состав, формула и свойства алмазов

Алмаз — это драгоценный минерал, который одновременно является самым твердым веществом на Земле. А также среди драгоценностей алмаз выступает одним из самых дорогих камней, привлекающих внимание девушек.

Поэтому многим интересно, как образуется камень, какая формула алмаза и можно ли его вырастить в лаборатории.

Ученые по-прежнему после столетия опытов не могут ответить на все вопросы с точностью, поскольку в некоторых ситуациях камень ведет себя аномально.

Формула вещества

Состоит алмаз полностью из углерода. Этого элемента содержится около 0,15% в Земной коре. Атомный номер вещества — 6, что говорит о количестве протонов в ядре. Соответственно, у алмазов, которые полностью состоят из углерода, то есть являются аллотропной формой этого вещества, атомный номер такой же.

Расположение атомов у алмаза и графита

Такое понятие, как форма аллотропной модификации, означает, что из простого вещества, например, углерода, могут формироваться другие простые вещества, которые будут отличаться между собой свойствами и строением атомов. То есть содержание одно, а форма и вид — абсолютно разные, взять хотя бы противоположности: графит и алмаз. При этом углерод — один из немногих веществ, которое имеет несколько форм модификаций.

Выделяют такие вещества, которые состоят только из углерода:

  • алмаз;
  • графит;
  • карбин;
  • лонсдейлит;
  • фуллерены;
  • углеродные нанотрубки для изготовления микроволокон;
  • графен;
  • уголь, сажа.

Интересным вопросом для ученых является вопрос, можно ли превратить одну аллотропную модификацию в другую. Как раз этим они и занимаются по отношению к графиту и другим веществам из этой группы. Поскольку стоимость алмаза — самая высокая, а цена других модификаций ниже.

Пока процесс возможен только лишь в обратную сторону: если алмаз нагреть без воздуха до температуры свыше 500 градусов по Цельсию, то камень взорвется и превратится в графит. При этом дальнейшее плавление камня показывает аномальные результаты, отличные от других веществ.

А вот в обратном направлении реакция не происходит.

Разница между модификациями объясняется строением кристаллической решетки вещества. Химическая формула тут не играет никакой роли. Вся суть заключается в пространственной конфигурации атомов углерода и связи между ними. Так, в строении алмаза решетка имеет кубическое строение.

Связь между атомами — самая прочная, с точки зрения химии, ковалентная. При этом кубическая система использует всего 18 атомов и считается самой плотной формой упаковки этих частиц. Поэтому алмаз и является самым твердым веществом планеты.

В центрах граней тетраэдра также располагаются атомы, связанные между собой ковалентно. А вот если рассматривать тот же графит, то в его кристаллической решетке часть связей ковалентная, а часть дисульфидная, которая имеет свойство разрываться. Вследствие этого электроны могут мигрировать, и вещество получает металлические свойства.

Но это разбор атомных форм углерода, поскольку именно атомы и формируют кристаллическую решетку. А вот недавно ученые обнаружили и молекулярные формы вещества в составе фуллеренов, многогранников из углерода. Сейчас обнаружили новые молекулярные соединения с содержанием углерода — от С60 до С540, над которыми проводятся исследования.

На основе формулы, а также конфигурации атомов, ученые пытаются воссоздать картину в лабораторных условиях. В природе алмазы находят в кимберлитовых и лампроитовых трубках, а также на россыпях. Камни формируются миллионы лет в определенных условиях с участием магматических пород, сейсмоактивности, а также под действием высоких температур.

Существует и версия о занесении алмаза вместе с метеоритами, поскольку углерода достаточно много в космическом пространстве. А также одну из его модификаций — лосдейлит — ученые обнаружили в составе метеоритов.

На сегодняшний день алмазы изготавливают такими способами:

  • Под давлением и высокой температурой в специальных машинах. Ученые добиваются от графита образования новых ковалентных связей. Такой тип камней называют HPHT.
  • Пленочный способ происходит также с участием графита, осаждение которого происходит под действием паров метана.
  • Производство камней вследствие взрывного синтеза.

Даже несмотря на то, что все знают формулу бриллианта, ну или его не ограненного вещества (алмаза), никто из ученых не смог с точностью воспроизвести камень с таким же строением кристаллической решетки, как это сделала природа. Поэтому стоимость камня держится на высоком уровне, а добыча из недр Земли не прекращается.

Примеси в составе алмаза

Конечно, в природе не бывает ничего идеального. Так, и в алмазы входят определенные примеси, которые никак не отображаются на формуле вещества, хотя они влияют на его внешний вид.

В частности, меняется оттенок и прозрачность камня, но не его свойства. Количество таких примесей может достигать 1018 атомов на 1 см3.

И в зависимости от вида примесей, камень приобретает оттенок, а также меняется стоимость алмаза. Среди таких примесей выделяют:

  • кремний;
  • кальций;
  • магний;
  • азот;
  • бор;
  • алюминий.

Чтоб не нарушить формулу и состав камня, таких веществ должно быть не более 2% одного вида, и не более 5% в целом. Если количество примесей в алмазе больше, то камень значительно меняет внешний вид и не используется в ювелирном деле, а отправляется на нужды промышленности.

Благодаря этим свойствам камень и приобрел такую высокую стоимость. Он широко используется в технике, промышленности, ювелирном далее, участвует в разработке нанотехнологических устройств. Перспективы работы с алмазом все еще есть, благодаря отличным физическим свойствам камня: твердости, высокой теплопроводности, изоляционным характеристикам.

В целом формула вещества хоть и изучена, но все равно ученые продолжают вести поиски в особенностях алмаза, поскольку хотелось бы получать идентичные минералы искусственным путем, воссоздавая кристаллическую решетку камня. Ну а пока такие разработки находятся на стадии экспериментальной науки.

Рекомендуем похожие статьи

Источник: https://okaratah.com/dragocennye/almaz/formula-almaza.html

Формула алмаза как аллотропной модификации углерода

Что такое алмаз известно почти каждому человеку в мире. Это безумно дорогой драгоценный камень. В сознании людей все, что связано с алмазами признаки богатства (алмазные украшения, алмазный фонд). И только специалисты могут с точностью ответить, какой химический состав алмаза, какие его свойства.

Алмаз в идеальном представлении — кристаллическая форма углерода. Формула строения алмаза и химическая формула углерода эквивалентны. Углерод — представитель распространённых элементов во вселенной и входил в газовое облако, из чего по предположению учёных образовались планеты солнечной системы.

Углерод — не металлический элемент. Около 0,14 % земной коры состоит из углерода. Обозначен в таблице Менделеева буквой С (carboneum), и химическая формула минерала алмаза имеет такой же вид. Кроме того, углерод имеет и другие аллотропные модификации с различными формами связывания атомов углерода между собой, точное число указать трудно.

Наиболее известные модификации:

  • алмаз;
  • графит;
  • карбин;
  • лонсдейлит;
  • фуллерены;
  • углеродные нанотрубки;
  • графен;
  • уголь;
  • сажа и другие.

Новые свойства углерод приобретает при изменении ковалентной связи. Рассмотрим алмаз и графит, как самые распространенные и внимательно изученные аллотропные модификации углерода.

Редкий алмаз и привычный графит — вещества, образованные одним и тем же элементом и могут превращаться друг в друга. Нагретый до 2000оС без доступа кислорода в специальной печи технический алмаз превращается в черный порошок графит. Значит ли это что алмаз и графит одно и то же вещество? И да, и нет. Алмаз и графит представляют собой различные аллотропные модификации углерода.

Атом углерода состоит из 6 электронов, расположенных на 2 энергетических уровнях: на первом 2 S-электрона, на втором 2 S-электрона и 2 P-электрона. При возбуждении атома (переход на более высокий уровень энергии) происходит перемещение 1 S-электрона на Р подуровень. Арбиталии двух электронов гибридизируются и атом приобретает форму тетраэдра.

Возможны и другие формы гибридизации. Например SP2. Если в перестройке участвует не 1, а 2 P-электрона, то гибридные облака располагаются симметрично в плоскости, а не затронутые гибридизацией Р-облака в перпендикулярной области. Атомы углерода образуют двойные связи между собой: сигма связи (прочный тип ковалентной связи) и пи связи (менее прочный тип ковалентной связи).

При такой гибридизации образуется кристаллическая решетка графита. В ней связи атомов, лежащих в одной плоскости чрезвычайно прочны, а связи в другой плоскости — нет. Это обусловлено силами межмолекулярного взаимодействия и блуждающими свободными электронами. Такой вид кристаллической решетки графита объясняет его металлические свойства, таких как электропроводность.

Он применяется для изготовления электродов для электродуговых приборов и электропечей.

Читайте также:  Минерал гелиодор: история происхождения, лечебные и магические свойства камня, связь со знаками зодиака и фото

Графит способен расслаиваться под действием приложенных сил, что позволяет использовать его в качестве сухой смазки для уменьшения трения. Графит обладает свойствами замедлять нейтроны. Поэтому его используют в урано-графитовых реакторах ядерных электростанций. Крупные месторождения графита находятся на юге Украины и в Краснодарском крае.

Алмаз — другая аллотропная форма углерода. Природные минералы могут иметь самую различную форму. Кристаллическая решетка алмаза для всех форм одинаковая.

Элементарная ячейка кристалла алмаза представлена в виде тетраэдра, где в вершинах расположены атомы углерода, имеющие прочные сигма связи. Атомы в вершинах тетраэдров образуют центры новых тетраэдров.

Хотя связи направлены к вершинам тетраэдра, решетка алмаза имеет кубическую симметрию. Расстояние между атомами равно 154 пика метрам.

Итак, аллотропные модификации углерода графит и алмаз отличаются тем, что у графита прочные плоскостные связи, а у алмаза пространственные.

При описании химических решеток используются всего два вида: молекулярный тип и атомный тип. Нужно отметить, что понятие молекула не входит в описание химического строения алмаза, так как именно атом, а не молекула является ячейкой кристаллической решетки. Кстати, нет и понятия молекула углерода, в природе элемент создает химические соединения.

Если рассмотреть другие химические модификации углерода, то молекула углерода найдена в фуллеренах. Она имеет форму замкнутых многогранников. Открытие фуллерена произошло в 1985 году, когда была открыта 60-атомная молекула С60, по своей форме очень похожу на футбольный мяч.

Молекула — это плоская сетка из шестиугольников (графит), сшитая в замкнутую сферу (сфероид), изменяющиеся связи часть шестиугольников преобразуется в пятиугольники. Открытие помогли сделать исследования масс-спектра паров графита при лазерном облучении. Далее была найдена молекула С70, отличающаяся от С60 10 атомной вставкой.

На сегодняшний день молекула фуллерена представлена формулами от С60 до С540.

Свойства алмаза

Алмаз мог появиться в период формирования центрального ядра земли, под влиянием гигантских давлений и температур. На поверхность земли камни попали при процессах горообразования с глубинными породами.

В результате образовались глубинный тип месторождения — алмазная трубка. Согласно другой теории кимберлитовые трубки создавались в результате взрывов при поднятии магмы, богатой газами и парами.

Алмаз обладает следующими уникальными свойствами:

  1. Наивысшая твердость среди минералов. В шкале твердости алмаз занимает первое место. Ни один минерал не может повредить поверхность алмаза. Сам же минерал может наносить царапины на любой материал. При исследовании его на твердомере было получено значение в 4,8 раза больше, чем твердость корунда.
  2. Алмаз великолепный изолятор.
  3. Он чрезвычайно стоик химически. На него не действуют кислоты, в которых активно растворяются металлы.
  4. Горюч. Температура плавления алмаза — 4000оС. С доступом кислорода горит при температуре 850-1000 °С, а при нагреве более 1800°C без доступа воздуха переходит в графит.
  5. Показатель теплопроводности — 20-24 Вт/см, самый высокий среди твердых тел. Если камень сжать в ладони, он не нагреется.
  6. Редкостное преломление света алмаза (люминесценция). Любые по происхождению лучи заставляют камень светиться.

Алмаз и графит считаю представителями чистого углерода, но это очень условное понятие. На самом деле они содержат множество разных примесей.

Долгое время поставщиком алмазов считалась Индия. Сейчас центр добычи алмазов находится в Южной Африке. Здесь был найден самый большой алмаз весом 3 106 карат. В России первая алмазная трубка была открыта в Якутии.

Добыча алмазов ведется открытым способом. Алмазы определяют в породе с помощью рентгеновских лучей, в потоке которых они светятся. Только малая часть из них считаются ювелирными.

В качестве промышленных используют три их вида:

  1. Борт, мелкозернистый тип минерала.
  2. Баллас, круглый, овальный, грушевидный тип камней.
  3. Карбонадо, камень черного цвета, назван в честь угля (от слова карбо). Цвет угля образуется из-за большого количества примесей: примеси самородного железа и сульфидов придают темную, серую или черную окраску.

Они различаются своей кристаллографической формой и широко применяются в промышленности, в качестве резцов для обработки цветных металлов и сплавов, мелкие чистые алмазы без пузырьков воздуха применяют при изготовлении тонкой проволоки. Один шлифовальный круг с 10 граммами порошка может сделать такой же объем, что и 500 кг корундовых абразивных кругов.

То обстоятельство, что аллотропные модификации переходят одна в другую, используется при создании искусственных алмазов. Сделать синтетический алмаз непросто. В этом случае, графит должен приобрести прочные пространственные связи — сигма-связи. Для выращивания синтетического алмаза используются следующие способы:

  1. Использование колоссального давления и огромной температуры (HPHT тип). Специальные приборы могут сделать условия для создания алмаза близкими к природным. Графит, растворяясь в металлическом катализаторе, оседает на поверхность затравочного алмаза, выстраивая кристаллические связи.
  2. Пленочный способ химического осаждения графита (CVD тип). Получение чистого алмаза из паров метана.
  3. Способ взрывного синтеза, метод создания алмаза за счет детонации взрывчатого вещества.

Сделать процесс выращивания искусственных алмазов быстрым, дешевым и в больших объемах пока не получается. Еще не создан такой тип оборудования, который с легкостью создаст давление порядка 6000 атм и температуру близкую к 2000оС. Наука не стоит на месте и еще порадует новыми открытиями.

Источник: http://AzbukaKamnej.ru/dragocennye-kamni/formula-almaza-kak-allotropnoy-modifikatsii-ugleroda.html

Свойства алмаза

Этот удивительный минерал известен людям уже более 5000 лет. Описывая алмаз, десятки раз употребляют слово «самый» — самый твёрдый, самый блестящий, самый износостойкий, самый дорогой, самый редкий, самый теплопроводный… Название алмаз произошло от искажённого греческого адамас – неодолимый, несокрушимый.

Алмаз кристаллизуется в кубической сингонии. В тоже время в зависимости от способа компенсации магнитных моментов выделяют от двух до четырёх структурных разностей.

Кроме того, симметрия структуры может изменяться от изоморфных примесей, входящих либо на место центрального атома углерода в тетраэдре, либо в его вершины, что приводит к гемиморфности структуры и снижению симметрии.

Это сказывается на габитусе кристаллов в развитии лишь половины октаэдрических граней. Установлен также гексагональный политип алмаза – лонсдэлеит с вюртцитовой структурой.

Для алмаза характерны кривогранные формы октаэдроиды, додекаэдроиды, гексаэдроиды, тетраэдроиды, на гранях которых наблюдается параллельная, вальцеобразная или сноповидная штриховки, микрослоистость, пирамидальные и каплевидные холмики, ямки травления, дисковая и черепитчатая структуры.

Иногда алмазы имеют каналы травления, покрываются тончайшими приповерхностными трещинами, создающими матовость при коррозии, несут следы механического износа. Внутреннее строение монокристаллов алмаза чаще зональное или волокнистое, устанавливается невооружённым глазом или специальными исследованиями. Распространены и пластически деформированные кристаллы.

Детально изучая морфологию и внутреннее строение кристаллов алмаза, можно восстановить историю его образования.

Кроме монокристаллов, алмазы часто образуют закономерные и незакономерные сростки. Первые разделяются на двойники и параллельные сростки. Иногда встречаются двойники, образующие многолучевые звёзды.

Незакономерные сростки весьма типичны для алмаза. Срастаться могут два-три индивида различной или одинаковой величины или множество индивидов, образующих различные поликристаллические агрегаты.

Выделяют несколько их разновидностей: борт, баллас и карбонадо.

Борт – это мелкозернистые неправильной формы агрегаты беспорядочно ориентированных кристаллов, различимые невооружённым глазом или под микроскопом. Тёмная окраска объясняется присутствием графита.

Выделения борта могут достигать нескольких сотен граммов. Борт встречается практически на всех месторождения алмазов.

В технике бортом часто называют низкокачественные алмазы с большим числом трещин и включений, монокристаллы алмаза пониженного качества и агрегаты.

Разновидность алмазов карбонадо была обнаружена в 1813 году. Название получила от португальского «carbonados» — карбонатизированный. Карбонадо представляет собой скрытокристаллические образования из разупорядоченных индивидов алмазов размером 5-10 мкм, иногда в них присутствует аморфный углерод и графит.

Форма образования неправильная, угловатая или округлая. Они непрозрачны, имеют тёмно-серый, чёрный, зелеоватый, серый или коричневый цвета, блестящую, эмалевидную, антрацитоподобную или матовую шлаковидную поверхность. Обычно их масса 0,1-1 карат, но встречаются и более крупные.

Так, в 1825 году в Бразилии был найден камень массой 3167 карат. Карбонадо обладают очень большой прочностью, поэтому они используются для изготовления коронок, предназначенных для бурения особо твёрдых горных пород. Применяется карбонадо и для правящего инструмента.

В Африке встречена разновидность карбонадо с магнитными свойствами, названная стюаритом. Его магнитные свойства обусловлены большим числом включений магнетита.

Балласы, дробеобразный борт, алмазы Кунца – под таким названием известны поликристаллические образования округлой, овальной или грушеобразной формы с радиально-лучистым строением кристаллитов размером 10-200 мкм.

Диаметр агрегатов колеблется от нескольких миллиметров до 20 мм, реже более. Известны находки балласов массой до 75 карат.

Балласы могут быть непрозрачными, полупрозрачными или просвечивающими, с сильным блеском или матовые, бесцветные, серые, чёрные или зеленоватые.

В настоящее время известна ещё одна разновидность поликристаллических образований алмаза ударно-взрывного происхождения. Такие алмазы приурочены к своеобразным кольцевым воронковидным структурам – астроблемам, которые получаются при ударе космического тела о земную кору.

Возникшие при этом высокие температура и давление способствовали образованию алмазов. Размеры угловатых, неправильной формы агрегатов, как правило, 1-2 мм, размер кристаллитов – 20-40 мкм. Алмазы непрозрачные, чёрные, желтоватые или зеленоватые. Строение их слоистое или волокнистое.

При рентгеновских исследованиях агрегатов, помимо алмаза, устанавливаются другие модификации углерода: графит, лонсдейлит и карбин.

Твёрдость алмаза – 10 (по шкале Мооса), самая высокая среди всех минералов; микротвёрдость (в МПа) – 93 157 – 98 648. Однако у алмаза наблюдается анизотропия твёрдости, выражающаяся в том, что на разных гранях и в различных направлениях твёрдость несколько отличается.

Наименее износоустойчивыми направлениями, по которым и обрабатывают алмаз, являются следующие: в плоской сетке куба – направления, параллельные сторонам кубических граней, в плоской сетке октаэдра – направления, соответствующие высотам треугольных граней.

В свою очередь, твёрдость октаэдрических граней больше твёрдости ромбододекаэдрических, но ниже, чем кубических.

Износостойкость алмазов колеблется в широких пределах, средняя её величина в несколько раз выше износостойкости широко известных абразивных материалов – карбида бора и кремния.

Абразивная способность материала определяется отношением массы сошлифованного материала к массе израсходованного абразива. Если принять абразивную способность алмаза за единицу, то абразивная способность карбида бора составит 0,5-0,6, а карбида кремния – 0,2-0,3.

Теоретическая плотность алмаза 3,515 г/см3. Однако встречаются алмазы, у которых наблюдаются значительные отклонения от этой величины, что связано с наличием различных включений, трещин, пор, а также агрегативным строением. Наименьшую плотность имеют карбонадо (до 3,4 г/см3). Плотность балласов уменьшается от светлых разностей к тёмным.

У монокристаллов с различимым невооружённым глазом зональным строением – «алмазов в оболочке» и графитизированных кристаллов плотность ниже среднего значения.

Плотность прозрачных с зелёными пятнами пигментации или дымчато-коричневых алмазов несколько ниже, чем у бесцветных или жёлтых, но эти колебания выражаются в тысячных, реже сотых долях единиц плотности.

Алмаз имеет совершенную спайность по {III}, излом ровный, ступенчатый, раковистый. Модуль упругости алмаза равен 88 254 МПа, что объясняет деформацию алмаза при его воздействии на обрабатываемый материал. В связи с этим при алмазной обработке материалов удельное давление и температура должны быть в несколько раз ниже, чем при использовании других абразивов.

Предел прочности на изгиб у алмаза 206-490 МПа, что в три-четыре раза меньше, чем у твёрдого сплава (1079-1471 МПа). Предел прочности алмазов при сжатии зависит от их формы и дефектности. В среднем он составляет 1961 МПа, что в два раза меньше предела прочности для твёрдых сплавов (3922-4903 МПа). Плотность на разрыв 7 746 740 МПа (теоретическая).

Коэффициент сжатия алмаза и модуль сжимаемости в четыре раза меньше, чем у железа.

Алмаз состоит из углерода (96 – 99,8 %). В качестве примесей в нём установлены в различных количествах (от  % до 0,3 %) более 25 элементов: H, B, N, O, Na, Mg, Al, Si, P, Ca, Sc, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Sr, Ba, Zr, TR, Pt, Au, Ag, Pb и другие.

Совершенно бесцветные алмазы довольно редки. Обычно у них наблюдается какой-либо оттенок. Встречаются интенсивно окрашенные алмазы жёлтого, оранжевого, зелёного, голубого, синего, розового, коричневого, молочно-белого, серого, чёрного цвета.

Читайте также:  Камень сапфир — как определить стоимость? цена за 1 карат, фото камня

Окраска алмазов связана с различными дефектно-примесными центрами в структуре кристаллов, а иногда – с включениями ряда минералов. Наиболее распространённая жёлтая окраска может иметь различное происхождение.

Равномерная лимонно- или соломенно-жёлтая окраска прозрачных кристаллов октаэдрической или додекаэдрической формы обусловлена наличием дефектно-примесного центра N3 (интерпретируемого как донорно-акцепторная пара [N –Al] или три атома азота и вакансия), с которым связана система линий (головная 415 нм) в спектрах поглощениях.

Жёлтая, янтарно-жёлтая окраска прозрачных кристаллов кубического габитуса и периферийной зоны «алмазов в оболочке» связана с одиночными атомами азота, изоморфно замещающими в структуре алмаза атомы углерода. В таких алмазах наблюдается поглощение с 550 нм.

Зелёные пятна пигментации, окрашивающие поверхность кристаллов в зеленоватый или голубоватый цвет, появляются в результате природного радиоактивного облучения. При нагревании в процессе метаморфизма они становятся жёлтыми. Встречаются алмазы с синей и голубой окраской.

Предполагается, что этот тип окраски обусловлен вхождением в структуру алмаза бора. Очень распространены дымчато-коричневые и реже розовато-сиреневые алмазы, окраска которых связана с дефектами на плоскостях скольжения. Молочно-белая окраска объясняется наличием мелкодисперсных включений граната во внешней части кристалла, а серая и чёрная – включениями графита.

Алмаз при обычных температурах химически инертен. Кислоты, даже самые сильные на него не действуют. При высоких температурах алмаз приобретает химическую активность.

При температуре выше 450-500о С (микропорошки) – 600-700о С (кристаллы) алмаз может окисляться кислородом, CO2, NO, водяным паром.

При температурах 600-800о С и выше кристаллы алмаза травятся в расплавах щелочей, кислородосодержащих солей и металлов.

Алмаз не смачивается водой, но прилипает к жировым смесям. Высокий показатель преломления (2,417) объясняет его яркий, алмазный блеск.

Для лучей разного цвета показатель преломления неодинаков: для красного – 2,402; жёлтого – 2,417; зелёного – 2,427; фиолетового – 2,465. Таким образом, дисперсия показателя преломления алмаза – 0,063, что намного выше, чем у других минералов.

Высокой дисперсией объясняется «игра» бриллиантов. Угол внутреннего отражения для алмаза при n= 2,42 составляет 24о51/.

Кристаллы алмаза оптически изотропны, однако довольно часто в них возникают упругие напряжения, приводящие к появлению аномального двупреломления.

Узоры двупреломления могут быть различными: полосчатыми, соответствующими зональному строению кристаллов или связанными с плоскостями скольжения; радиально-лучистыми, вызванными дислокациями роста кристаллов; звёздо- и крестообразными, связанными с неравномерным распределением примесей; в виде изоклин, вызванных объёмными напряжениями в алмазе; в виде фантомов, обусловленных напряжениями, направленными в разные стороны; вызваны включениями посторонних минералов; напоминающими рисунок соломенных ковриков.

Под воздействием катодных, рентгеновских и ультрафиолетовых лучей некоторые алмазы люминесцируют, что вызвано дефектами их структуры. Цвет люминесценции различен – от зелёного и жёлтого до голубого или синего.

Алмазы с различным свечением имеют разные физико-механические свойства. Так при статическом однородном сжатии наибольшей прочностью отличаются несветящиеся алмазы, затем голубые, зелёные, жёлтые и розовые.

Самая большая динамическая прочность у кристаллов с розовым свечением, ниже у кристаллов с зелёным, жёлтым и голубым свечением. Наименьшая прочность на удар у несветящихся алмазов.

При испытании алмазов с различным свечением на истирание наибольшая износостойкость установлена у алмазов, светящихся зелёным цветом, ниже – у голубых, жёлтых алмазов, с розовым свечением и у несветящихся.

В 1934 году Р.Робертсон, Дж. Фокс, А. Мартин выяснили, что алмазы по физическим свойствам делятся на два типа. В 1959 году В. Кайзер и В. Бонд связали эти отличия с разным содержанием в них азота.

В алмазах I типа оно достигает 0,25 %, в алмазах II типа не превышает 0,001 %.

Алмазы I типа резко преобладают во всех месторождениях, однако в южноафриканских кимберлитовых трубках «Премьер», «Де Брис» и «Финч» много и алмазов II типа, а среди мелких кристаллов из трубки «Премьер» они составляют до 90 % от всей массы алмазов.

Алмазы I и II типа отличаются и по характеру поглощения в ультрафиолетовой и инфракрасной областях. Граница фундаментального поглощения в ультрафиолетовой области в алмазах II типа находится в пределах 220-225 нм, а в алмазах I типа – 300-320 нм.

В инфракрасных спектрах алмазов наблюдается двухфононное решётчатое поглощение в области 3-6 мкм, связанное с температурным колебанием атомов углерода в решётке алмаза. В алмазах, содержащих различные дефектно-примесные центры, установлены системы поглощения A, B1, B2и C с соответствующими основными линиями (см-1) – A – 1282, B1 – 1175, B2 – 1370, C – 1130.

Алмазы I и II типа отличаются и по своим электронным свойствам. При комнатной температуре алмазы являются диэлектриками, но среди алмазов II типа выделяется отдельный подтип IIb – алмазы, обладающие полупроводниковыми свойствами.

При облучении ультрафиолетовыми лучами (210-300 нм) в алмазах появляется фотопроводимость, которая вдвое увеличивается при дополнительном одновременном облучении их инфракрасными лучами.

При одинаковых условиях фотопроводимость алмазов II типа на порядок выше, чем I типа.

Алмаз характеризуется очень высокой теплопроводностью. Она не одинакова при различной температуре. В интервале температур 20-1200 К теплопроводность алмаза выше теплопроводности меди. Линейное расширение алмазов при температуре 0-1400о С составляет 0,58 %, коэффициент теплового расширения при 25о С равен 1,3*10-6, а при 1400о С – 7*10-6.

Физические свойства алмазов (цвет, твёрдость, электропроводность) изменяются при их облучении: цвет становится синим, сине-зелёным, а при увеличении времени облучения – тёмно-зелёным и чёрным. Изменения в структуре алмазов приводят и к изменению механических свойств. На 20-30 % увеличивается статистическая прочность, однако динамическая прочность уменьшается.

В зависимости от свойств алмазы делят на ювелирные и технические. К ювелирным относят прозрачные алмазы (бесцветные или с нацветом) с небольшим количеством дефектов. К техническим алмазам в зависимости от назначения предъявляются соответствующие требования.

Технические алмазы низкого сорта и поликристаллические их разновидности обязательно проходят предварительную обработку с целью разделения их по форме и размерам, а также для выделения алмазов с более высокими значениями прочности.

При этом алмазы дробят, овализируют, полируют, а также подвергают термической обработке и металлизации.

Источник: http://biofile.ru/geo/3302.html

Физические свойства алмаза, Справочник, Новиков Н.В., 1987

Физические свойства алмаза, Справочник, Новиков Н.В., 1987.В справочнике изложены основные сведения о фазовых равновесиях углерода, термодинамических условиях образования алмаза и его реальной кристаллической структуре. Изложены современные представления о природе химической связи в алмазе и его зонной структуре.

Систематизированы данные о механических, электрофизических, магнитных, теплофизических и оптических свойствах природных и синтетических алмазов. Приведены классификация алмазов и характеристика их физических свойств, а также данные о взаимосвязи физико-химических и эксплуатационных свойств синтетических алмазов.

Справочник содержит сведения о примесях в природных и синтетических алмазах, полученные на основе исследований методом электронного парамагнитного резонанса, ИК-спектроскопин и измерений магнитной восприимчивости. Предназначен для инженеров и научных работников, в частности работающих в области материаловедения и физики алмаза.

Может быть использован работниками заводских лабораторий и аспирантами соответствующих специальностей.

Морфология кристаллов природного алмаза.

Гониометрическими измерениями на крупных (размером более 1 мм) кристаллах алмаза установлены простые формы: октаэдр, куб, ромбододекаэдр, тригонтриоктаэдр, тетрагонтриоктаэдр, гексоктаэдр и тетрагексаэдр (рис. 30, табл. I, 2). Из них только октаэдр является габитусной плоскогранной формой с зеркально-гладкими гранями.

Грани куба, имеющие габитусное или второстепенное значение, в большинстве случаев неровные, грубоскульптурированные. Плоские грани остальных форм на кристаллах алмаза встречаются редко и. как правило, не играют роли в формировании габитуса.

Обычно они наблюдаются в виде узких притуплений на ребрах и вершинах октаэдрических кристаллов и лишь в редких случаях (всегда в комбинации с октаэдром и округлыми поверхностями) имеют значение габитусных форм.

Грани тригонтриоктаэдра образуют ступенчатость и грубую параллельную штриховку близ ребер октаэдра; грани ромбододекаэдра нередко являются только миниатюрными площадками в этой серии ступенек; мельчайшие грани тетрагонтриоктаэдра образуют ступенчатую штриховку близ вершин кристалла, параллельную ребру (III) : (100) (105).

Морфологическое значение отдельных форм и частоту их появления в качестве габитусных характеризует табл. 3. Второстепенные грани, наблюдавшиеся на кристаллах алмаза, группируются вблизи некоторых средних точек, соответствующих координатам важнейших в структурном отношении форм алмаза 1105].

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПредисловиеСписок принятых сокращений

I. Фазовые равновесия алмаза

I.1.Р — Т-диаграмма углеродаI.2.Фазовые равновесия алмаза с металламиI.2.1.Двойные системы углерод—металлI.2.1.1.Система С — NiI.2.1.2.Система С —СоI.2.1.3.Система С — FeI.2.1.4.Система С — МпI.2.1.5.Система С — ТаI.2.2.Тройные системы С — Me' — Me''I.2.2.1.Система С — Ni — MnI.2.2.2.Система С — Ni — FeI.2.2.3.Системы С — Fe — Al и С — Fe — Si

II.Кристалломорфология алмаза

II.1.Морфология кристаллов природного алмазаII.2.Габитус крупных кристалловII.2.1.Плоскогранные кристаллыII.2.2.Кривогранные кристаллыII.2.3.Комбинационные плоскогранно-кривогранные кристаллыII.2.4.Двойники и параллельные сростки кристаллов алмазаII.2.5. Морфология мелких кристаллов природного алмазаII.2.6. Морфология кристаллов синтетического алмаза

III.Природа химической связи в алмазе

IV.Строение алмазаIV.I. Реальная пространственная структура совершенных кристалловIV.2. Реальная пространственная структура несовершенных кристаллов

V.Механические свойства алмаза

V.1 Упругость, податливость, сжимаемостьV.2. Энергетические характеристикиV.3. ПрочностьV.3.1 Прочность на сжатиеV.4. Хрупкость. Критерии хрупкого разрушенияV.5. ПластичностьV.6. ТвердостьV.7. УсталостьV.8. Трение и износ

VI.Зонная структура алмаза

VII.Электрофизические свойства алмазаVII.1. ЭлектропроводностьVII.2. Диэлектрическая проницаемостьVII.3. Зависимость удельного сопротивления от напряженности магнитного поля

VIII.Магнитные свойства алмаза

VIII.1. Выбор магнитной характеристикиVIII.2. Методика измерения магнитной восприимчивостиVIII.3. Зависимость магнитной восприимчивости от напряженности поляVIII.4. Намагниченность насыщения и магнитная восприимчивостьVIII.5. Влияние химических элементов включений на магнитную восприимчивость синтетических алмазовVIII.6. Магнитный метод определения включенийVIII.7. Влияние температуры на магнитные свойства синтетических алмазов. Точки КюриVIII.8. Влияние температуры и времени термообработки иа магнитную восприимчивость VIII.9. Влияние на магнитные свойства синтетических алмазов химической обработки кислотамиVIII.10. Магнитные свойства синтетических алмазов разной зернистостиVIII.11. Магнитный фракционный состав алмазных порошковVIII.12. Физико-механические свойства синтетических алмазов с размой магнитной восприимчивостью

IX. Теплофизические свойства алмаза

IX. 1. ТеплопроводностьIX.1.1. Алмазы типа II а IX.1.2. Алмазы типа II bIX. 1.3. Алмазы типа Iа IX. 1.4. Алмазы типа lb IX. 1.5. Синтетические алмазыIX. 1.6. Влияние облучения на теплопроводность алмазовIX.1.7. Алмазы с лонсдейлитомIX. 1.8. Поликристаллические алмазыIX.2. ТемпературопроводностьIX.3. Удельная теплоемкостьIX.4. Коэффициент теплового расширения

X.Оптические свойства алмаза

Х.1. Динамика алмазной решеткиХ.2. Спектры КР алмазаХ.З. Спектры поглощения алмаза в ИК-области. Классификация алмазовХ.3.1. Алмазы типа IаХ.З.2. Алмазы типа I6X.3.3. Алмазы типа IIаХ.3.4. Алмазы типа II6Х.4. Оптические свойства алмаза в УФ- и видимой областях спектраХ.4.1. Спектры поглощенияХ.4.2. Люминесценция алмазаХ.5.

Электронно- колебательные спектры примесно- дефектных центров в алмазеХ.5.1. Система N3 (415 нм)Х.5.2. Система NДIХ.5.3. Система НЗ (503 нм)Х.5.4. Система Н4 (495 нм)Х.5.5. Система S1Х.5.6. Система S2Х.5.7. Система 575 нмХ.5.8. Система 640 нмX.5.9. Система GRХ.5.10. Система 484 нмХ.6. Показатель преломления алмаза

XII.

Классификация производственных марок синтетических алмазов и их физико-химические свойства

XII.1. Адсорбционные свойстваXII.2. Удельная поверхностьXII.3. ПлотностьXII.4. ПористостьXII.5. Поверхностные примеси и включенияXIII.Высокотемпературное окисление углеродных материаловСписок литературыПредметный указатель.
Бесплатно скачать электронную книгу в удобном формате и читать:

Скачать книгу Физические свойства алмаза, Справочник, Новиков Н.В., 1987 — fileskachat.com, быстрое и бесплатное скачивание.

Скачать

Источник: http://nashol.com/2017031693570/fizicheskie-svoistva-almaza-spravochnik-novikov-n-v-1987.html

Алмаз

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 м2/В•с.

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.

Читайте также:  Описание свойств камня, минерала и химическая формула алмаза

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.

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/м3, полупрозрачных и непрозрачных — 3500 кг/м3, у некоторых австралийских алмазов — 3560 кг/м3; у борта и карбонадо из-за их пористости может снижаться до 3000 кг/м3. 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 1012-1014 Ом•м. Среди безазотных алмазов типа II иногда встречаются кристаллы, у которых r ниже 106 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).

Месторождения алмазов. Промышленное значение имеют алмазоносные кимберлитовые породы и формирующиеся за счёт их размыва россыпные месторождения. Кимберлиты встречаются преимущественно на древних щитах и платформах; для них характерны главным образом тела трубчатой формы, а также жилы, лайки и сиплы.

Размеры кимберлитовых трубок от одного до нескольких тысяч метров в поперечном сечении (например, трубка Мвадуи в Танзании с параметрами 1525х1068 м). На всех платформах известно свыше 1500 кимберлитовых тел, но промышленное содержание алмазы имеют лишь единичные. Алмазы распределены в кимберлитах крайне неравномерно.

Промышленными считаются трубки с содержанием алмазов от 0,4 карат/ м3 и выше. В исключительных случаях, когда трубки содержат повышенный процент высококачественных алмазов, рентабельной может быть эксплуатация и с более низким содержанием, например 0,08-0,10 карат/м3 (Ягерсфонтейн в ЮАР).

В кимберлитах преобладают кристаллы размером 0,5-4,0 мм (0,0025-1,0 карат). Весовая доля их обычно составляет 60-80% от всей массы извлекаемых алмазов. Запасы на отдельных месторождениях исчисляются десятками млн. карат.

Наиболее крупные коренные месторождения алмазов разведаны в Заире, ЮАР, Ботсване, Танзании, Лесото, Анголе, Сьерра-Леоне и др.

Основная добыча алмазов ведётся из россыпей (80-85%) различных генетических типов, которые эксплуатируются при содержании 0,25-0,50 карат/м3. Среди россыпей выделяют элювиально-делювиальные (Заир, ЮАР, Гана, Берег Слоновой Кости), аллювиальные (Заир, Ангола, ЦАР, Сьерра-Леоне, Венесуэла и др.

), прибрежно-морские и морские (Намакваленд в ЮАР, Намибия и Ангола). Прибрежно-морские и морские россыпи отличаются хорошей сортностью, относительно равномерным содержанием и высоким качеством алмазов. Запасы в крупных протяжённых россыпях исчисляются десятками млн. карат (например, в бассейне р.

Бушимае, Заир, первоначальные запасы оцениваются в 109 карат). Главные месторождения алмазов находятся в Африке; кроме того, промышленные месторождения известны и разрабатываются в Южной Америке, Азии (Индия и Индонезия).

Приблизительная оценка запасов алмазов в промышленно развитых капиталистических и развивающихся странах 1,2 млрд. карат, из которых на технические алмазы приходится около 75%. Основные запасы технических алмазов сосредоточены в Заире (около 1/2 всех зарубежных запасов алмазов), Ботсване, ЮАР, Гане.

Основные ресурсы ювелирного сырья сосредоточены в ЮАР, Намибии, Анголе, Заире и Сьерра-Леоне (см. также Алмазная промышленность).

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: http://www.mining-enc.ru/a/almaz

Ссылка на основную публикацию