Алмаз

Введение

Одно из самых замечательных полезных ископаемых - алмазы.

Алмазы известны с глубокой древности. Уже тысячи лет назад они привлекали внимание людей своей красотой. Короны и скипетры царей были украшены сверкающими бриллиантами - гранеными алмазами. Но с конца XIX в. алмазы стали ценить уже не только за их красоту, но и за твердость. Был изобретен алмазный бур - и оказалось, что он бурит твердый камень много быстрее любого другого бура. Появились шлифовальные круги с алмазной крошкой - и оказалось, что они шлифуют неподатливые металлы лучше любых других шлифовальных кругов. Были созданы алмазные резцы - непревзойдённый инструмент для обработки сверхтвердых сплавов. Из драгоценной безделушки алмаз превратился в важнейший и притом незаменимый материал для промышленности. Для технических надобностей широко используются такие алмазы, которые непригодны для ювелирных изделий - мелкие, не очень чистые и т. д.

Алмазы родились глубоко под землей, когда раскаленная магма прорывала земную кору, образуя в ней своеобразные трубы, похожие на жерла вулканов. Эти жерла (геологи называют их трубками взрыва) бывают заполнены глиной голубоватого цвета. По имени Кимберли - места в Южной Африке, где ее впервые обнаружили, голубоватую глину назвали кимберлитом. Именно здесь прячутся драгоценные кристаллы, образовавшиеся при застывании расплавленной магмы в толще богатых углеродом пород.

Долгое время алмазоносные трубки были известны только в Южной Африке - здесь кимберлит выходил прямо на поверхность. А во всех других местах - в Бразилии, Индонезии, Австралии, у нас на Урале - алмазы находили только по берегам рек, в каменных россыпях. Вода унесла алмазы далеко от того места, где они когда-то находились, и разбросала вдоль русла рек. Лишь почти через сто лет после открытия алмазов в Южной Африке удалось найти новые алмазные трубки - в краю, который меньше всего похож на южноафриканские степи,- в Якутии.

  1. Область эксплуатации и основные свойства алмаза.
    1.  Основные свойства алмазов.

Практически все современные отрасли промышленности, в первую очередь электротехническая, радиоэлектронная и приборостроительная, в огромных колличествах используют тонкую проволку, изготавливаемую из различных материалов. При этом предъявляются строгие требования к круговой форме и неизменности диаметра поперечного сечения проволки при высокой чистоте поверхности.Такая проволка из твердых металлов и сплавов (вольфрама, хромоникелевой стали и др.) может быть изготовлена лишь с помощъю алмазных фильер. Фильеры представляют собой пластинчатые алмазы с просверленными в них тончайшими оверстиями.

Широкое применение в промышленности находят и алмазные порошки. Их получают путем дробления низкосортных природных алмазов, а также изготавливают на специальных предприятиях по производству синтетических алмазов. Алмазные порошки используются в дисковых алмазных пилах, мелкоалмазных буровых коронках, специальных напильниках и в качестве абразива. Только с применением алмазных порошков удалось создать уникальные сверла, которые обеспечивают получение глубоких тонких отверстий в твердых и хрубких материалах.

Алмазные порошки находят применение на гранильных фабриках, где все самоцветы, и в том числе алмазы, подвергаются огранке и шлифовке, благодаря чему невзрачные до этого камни становятся таинственно светящимися или ослепительно сверкающими драгоценностями, к не повторимой красоте котрых никто не останется равнодушным. В алмазе под действием заряженной частицы происходит световая вспышка и возникает импульс тока. Эти свойства позволяют использовать алмазы в качестве детекторов ядерного излучения. Свечение алмазов и возникновение импульсов электрического тока при облучении позволяет применять их в счетчиках быстрых частиц. Алмаз в качестве такого счетчика обладает неоспоримыми преимуществами по сравнению с газовыми и другими кристаллическими приборами.

В России  после открытия якутских месторождений была создана алмазодобывающая промышленность. В значительных масштабах у нас производятся и синтетические алмазы.

Алмазом, как и другим кристаллическим телам, свойственна анизотропия некоторых характеристик в том числе и анизотропия твердости, что обусловленно особенностями внутреннего строения кристаллов. Твердость меняется не только от грани к грани, но и не редко в пределах одной грани кристалла, что необходимо учитывать при обработке алмаза и при работе с алмазным инструментом.

Прочие физико-механические свойства. Важное значение имеет очень низкий коэффициент трения алмаза по металлу на воздухе - всего 0.1, что связано с образованием на поверхности кристалла тонких пленок адсорбированного газа, играющих роль своеобразной смазки. Когда такие пленки не образуются, коэффициент трения возрастает и достигает 0.5-0.55. Низкий коэффициент трения обуславливает исключительную износостойкость алмаза на стирание, которая превышает износостойкость корунда в 90 раз, а других абразивных материалов - в сотни и тысячи раз. В результате, например, при шлифовании изделий из твердых сплавов алмазного порошка расходуется в 600-3000 раз меньше, чем любого другого абразива.

Для алмаза также характерны самый высокий (по сравнению с другими известными материалами) модуль упругости и самый низкий коэффициент сжатия.

Термические свойства. Температура плавления алмаза составляет 3700-4000’C. На воздухе алмаз сгорает при 850-1000’С, а в струе чистого кислорода горит слабо-голубым пламенем при 720-800’С, полностью превращаясь в конечном счете в углекислый газ. При нагреве до 2000-3000’С без доступа воздуха алмаз переходит в графит.

Рассматриваемый минерал обладает исключительно высокой теплопроводностью, что обусловливает быстрый отход тепла, возникающего в процессе обработки деталей инструментом, изготовленным из него. Кроме того, для алмаза характерен низкий температурный коэффициент линейного расширения (ниже, чем у твердых сплавов и стали). Это свойство алмаза учитывается при вставке его в оправу из разных металлов и других материалов.

Оптические свойства. Средний показатель преломления бесцветных кристаллов алмаза в желтом цвете равен примерно 2.417, а для различных цветов спектра он варьирует от 2.402 (для красного) до 2.465 (для фиолетового). Способность кристалов разлагать белый цвет на отдельные составляющие называется дисперсией. Для алмаза дисперсия равна 0.063. Как показатели преломления, так и дисперсия алмаза намного превышают аналогичные свойства всех других природных прозрачных веществ, что и обусловливает в сочетании с твердостью непревзайденные качества алмазов как драгоценных камней. Высокое преломление в совокупности с чрезвычайно сильной дисперсией вызывает характерный блеск отполированного алмаза, названным алмазным.

Одним из важных свойств алмазов является люминесценция. Под действием солнечного света и особенно катодных, ультрафиолетовых и рентгеновских лучей алмазы начинают люминесцировать - светиться различными цветами. Под действием катодного и рентгеновского излучения светятся все разновидности алмазов, а под действием ультрафиолетового - только некоторые. Рентгенолюминесценция широко применяется на практике для извлечения алмазов из породы.

Форма кристаллов. Большая часть алмазов встречается в природе в виде отдельных хорошо оформленных кристаллов или их обломков. Преобладают октаэдры, ромбододекаэдры и кубы, а также их комбинации. Это кристаллы с ровными плоскими гранями. Так их и называют - плоскогранными. Реже встречаются кривогранные, округлые кристаллы, однако в некоторых месторождениях они преобладают. Зачастую кристаллы алмаза срастаются друг с другом или же как бы “прорастают” друг друга, образуя соответственно так называемые двойники срастания и прорастания.

Практически во всех алмазных месторождениях присутствуют микро- и скрытокристаллические агрегаты, сложенные сотнями тесно сросшихся мельчайших зерен алмаза. Они подразделяются на борт, баллас и карбонадо. Бортом обычно называют неправильные мелкозернистые сростки. Балласы представляют собой шарообразные агрегаты, радиально-лучистого строения, карбонадо - тонкозернистые агрегаты, имеющие массивное, пористое, коксовидное и шлаковидное строение. Наиболее ценятся массивные карбонадо, покрытие эмалевидной корочкой, которая тверже самого алмазного ядра. Карбонадо незаменимы для изготовления алмазных буровых коронок.

  1. Применение алмазов.

Благодаря своим уникальным свойствам алмаз используют не только в ювелирных украшениях, но так же широко применяют в науке и технике. Причем большая часть из добываемых алмазов как раз идет на последние две сферы применения этого минерала. В основном это очень мелкие или дефектные камни, не имеющие ювелирной ценности.

Вот ряд уникальных свойств алмаза, которые использует современная наука и промышленность:

Алмаз является самым твердым природным материалом известным на Земле.

Алмаз проводит тепло в 5 раз быстрее, чем медь и именно поэтому он кажется холодным на ощупь.

Чистый алмаз является самым прозрачным из известных материалов. Он пропускает видимый, ультрафиолетовый и инфракрасный свет.

Алмаз может быть и проводником и изолятором, поэтому он может пропускать электрический ток или нет.

Алмаз может остаться целым в среде, которая разрушит другие материалы. Он может выдержать большие физические, химические и радиоактивные воздействия.

Если алмаз поместить внутрь человеческого тела, он не будет вызывать иммунной реакции.

Благодаря этим уникальным свойствам, а также возможности выращивать синтетические алмазы этот минерал прочно завоевал свое место в различных сферах деятельности человека.

Медицина.

Алмазные лезвия скальпелей имеют сверхтонкие края, что уменьшает ширину разрезов, это очень важное свойство для современной хирургии. Плюс такие лезвия остаются острыми гораздо дольше, чем стальные. Алмазы также применяются в лазерных устройствах для прижигания разрезов и ран.

Алмаз состоят из углерода, и по этой причине он является идеальным материалом для использования в наших телах, так как не вызывает в организме иммунной реакции. Ученые в настоящий момент разрабатывают алмазные имплантаты, которые будут контролировать здоровье пациента или смогут взять на себя роль недееспособных тканей. Также ученые мечтают о крошечных машинах из алмазов, который в один прекрасный день позволят ускорить лечение и диагностику пациентов.

Телекоммуникация.

Кристалл алмаза может позволить нескольким сигналам на разных частотах пройти одновременно по кабелю. Это дает возможность использовать его в области телекоммуникаций. Кроме того алмаз способен выдерживать высокое напряжение и изменение температуры.

Электроника.

Тепло проходит через алмаз гораздо быстрее, чем через медь. Это делает его применение полезным в местах, где много тепла генерируется на небольшом пространстве. Микроэлектронные устройства один из таких примеров.

Наука.

Алмазные окна обеспечивают защиту в некоторых научных экспериментах, например в испытаниях с использованием кислот или расплавленной пластмассы. Алмазные окна также очень прозрачны, что позволяет следить за состоянием вещества, применяя инфракрасные измерительные приборы.

Горное дело.

Алмазное бурение – это наиболее эффективный и экономичный способ бурения горных пород. Рабочая часть современного бурового долота представляет собой отлитое из стали кольцо. На его торце (коронке) имеется ряд правильно расположенных углублений, в которые вставлены алмазы. При вращении бурового долота разбуривается кольцеобразная зона горных пород, а внутри остается твердый столбик породы – керн, который затем извлекается на поверхность.

Промышленность.

Из-за своей необычной твердости алмаз прочно занял место в промышленности, не одно современное производство не обходится без алмазных инструментов: сверил, фрез, резцов, шлифовальных кругов, стеклорезов и т.д.

  1. Анализ аналогов материала

С незапамятных времен алмаз называют царским камнем и королем драгоценных, камней. Вряд ли когда-нибудь люди утратят интерес к этому великолепному минералу. И вряд ли когда-нибудь, исчезнут мифы о нем.

Многие думают, чти лучший способ определить подлинность бриллианта — надрезать им стекло. Однако лее не так просто. Алмаз стекло действительно режет, дело в том что точно так же режут стекло и его четыре синтетических аналога, которые часто выдаются за алмазы. Поэтому самый простой метод диагностики — это положить .камень без оправы на черную полированную поверхность основанием «низ и шипом вверх. Имитация в; таком случае как бы гаснет и перестает играть. Она пропускает свет. А бриллианты остаются бриллиантами. Но, конечно же, лучше всего, чтобы подлинность камней определял профессионал. Иногда вопрос решается только с помощью рентгена — многие прославленные «алмазы» позднее были разоблачены как менее ценные камни. например, бразильский драгоценный камень браганна (Г680 карат.1 оказался топазом, а знаменитый «бриллиант» матанского раджи с острова Борнео /267' карат) — всего лишь горным хрусталем».

Помимо природных алмазов на рынке встречаются их синтетические аналоги. Синтетический аналог — это алмаз, выращенный человеком. Природный и синтетический алмаз имеют практически идентичные свойства. Кроме того, существуют природные алмазы, к котором были применены особые методы обработки (кроме огранки). Такие алмазы (бриллианты) называются облагороженными. Природный (или натуральный) алмаз обладает уникальными свойствами. Прежде всего, это самый твердый минерал. Он обладает высокой теплопроводностью (на уровне металлов), а в ультрафиолетовых лучах люминесцирует с разной интенсивностью и различными цветами. Круглая бриллиантовая огранка обеспечивает характерное полное внутреннее отражение света. Синтетические алмазы по своему химическому составу, свойствам и структуре не отличаются от природных. В настоящее время процесс выращивания синтетических алмазов ювелирного качества находится в стадии изучения, и на рынке такие камни присутствуют в ограниченном количестве. Большинство синтетических ювелирных алмазов — желто-коричневого цвета, однако, уже появились бесцветные, красные и синие камни. Часто отличить синтетические алмазы от природных можно только в лабораторных условиях с использованием специального оборудования. Синтетические алмазы отличаются от природных:

  • Формой кристаллов (в сырье). У синтетических алмазов почти всегда присутствуют грани октаэдра, куба, ромбододекаэдра, тетрагонтриоктаэдра. У природных алмазов основной формой является октаэдр, остальные очень редки.
  • В необработанных искусственных кристаллах обычно остается "затравка" или заметно место, где она находилась.
  • Рельефом. Грани искусственных необработанных алмазов обычно гладкие, а ребра острые, в отличие от природных. Ребра природных алмазов почти всегда округлые, а грани покрыты фигурками травления или ступенями роста. Ограненный синтетический алмаз отличить от природного бриллианта очень сложно. Определение природного или искусственного происхождения алмазов проводится путем последовательного изучения следующих основных признаков, отличающихся у природных и синтетических алмазов (бриллиантов):
  •  цветовые характеристики (основной цвет, дополнительный цвет, насыщенность (интенсивность) окраски;
  •  видимые под микроскопом включения, распределение окраски (зональность, секториальность), грейнинг и другие неоднородности;
  • УФ-флюоресценция и фосфоресценция;
  • магнитные свойства.

3.Обзор рынка алмазов

В России первый алмаз был найден 4 июля 1829 года на Урале в Пермской губернии на Крестовоздвиженском золотом прииске четырнадцатилетним крепостным Павлом Поповым, который нашёл кристалл, промывая золото в шлиховом лотке. За полукаратный кристалл Павел получил вольную. Павел привёл учёных, участников экспедиции немецкого учёного Александра Гумбольдта, на то место, где он нашёл первый алмаз (сейчас это место называется Алмазный ключик (по одноимённому источнику) и расположено приблизительно в 1 км от пос. Промысла́ недалеко от старой автомобильной дороги, связывающей посёлки Промысла́ и Тёплая Гора Горнозаводского района Пермского края), и там было найдено ещё два небольших кристалла. За 28 лет дальнейших поисков был найден только 131 алмаз общим весом в 60 карат.

Первый алмаз в Сибири был намыт также из шлиха неподалеку от города Енисейска в ноябре 1897 года на реке Мельничной. Размер алмаза составлял 2/3 карата. Из-за малого размера обнаруженного алмаза, и недостатка финансирования разведка алмазов не велась. Следующий алмаз был обнаружен в Сибири в 1948 году.

Поиск алмазов в России вёлся почти полтора века, и только в середине 1950-х годов были открыты богатейшие коренные месторождения алмазов в Якутии.

21 августа 1954 года геолог Лариса Попугаева открыла первую кимберлитовую трубку за пределами Южной Африки. Её название было символично — «Зарница».

Следующей стала трубка «Мир», что тоже было символично после Великой Отечественной войны. Была открыта трубка «Удачная». Такие открытия послужили началом промышленной добычи алмазов на территории СССР. На данный момент львиная доля добываемых в России алмазов приходится на якутские горнообрабатывающие комбинаты. Кроме того, крупные месторождения алмазов находятся на территории Красновишерского района Пермского края, и в Архангельской области: Ломоносовское месторождение на территории Приморского района и месторождение Верхотина (им. В.Гриба) на территории Мезенского района.

Первые промышленные алмазы были получены в 1957 году. АК «Алмазы России-Саха» была создана на базе предприятий алмазной промышленности бывшего СССР (ПНО «Якуталмаз») в 1992 году.

В 2001 году между «АЛРОСА» и международной корпорацией De Beers, монополистом мирового алмазного рынка было заключено соглашение о сотрудничестве сроком до 2006 года, в соответствии с которым De Beers получала монопольное право на продажу алмазов «АЛРОСЫ» за границей на сумму $800 млн ежегодно. Затем действие данного договора было продлено, а в декабре 2008 года его действие было прекращено: с 2009 года «АЛРОСА» продаёт алмазы за рубежом самостоятельно.

Россия на своих алмазных рудниках в Якутии, на Урале и в Архангельской области, а также на совместном предприятии в Анголе «Катока» обеспечивает 26-27% мировой добычи алмазов в денежном выражении.

В этом отношении алмазная отрасль России процентов на 10 отстает от Ботсваны, мирового лидера по добыче этих драгоценных камней, и намного опережает другие алмазодобывающие страны.

Заключение

Алмазы — редкий, но вместе с тем довольно широко распространённый минерал. Промышленные месторождения алмазов известны на всех континентах, кроме Антарктиды. Известно несколько видов месторождений алмазов. Уже несколько тысяч лет назад алмазы в промышленных масштабах добывались из россыпных месторождений. Только к концу XIX века, когда впервые были открыты алмазоносные кимберлитовые трубки, стало ясно, что алмазы не образуются в речных отложениях.

Итак, за несколько десятилетий XX века люди узнали об алмазных месторождениях значительно больше, чем за предшествующие тысячелетия.

Особенно плодотворными оказались последние 20-25 лет, когда стали развиваться количественное изучение условий образования и количественное прогнозирование алмазных месторождений. В итоге к настоящему времени установлены основные черты строения и образования кимберлитовых провинций, главнейшие закономерности пространственного распределения богатых и бедных алмазами кимберлитов, условия возникновения богатых россыпных месторождений. На базе теоретических исследований разработаны принципиально новые методические приемы прогнозирования.

Однако все эти результаты следует считать лишь началом новейшего этапа изучения алмазных месторождений. Не вызывает сомнений, что развитие современной науки в скором времени приведет к открытиям, которые еще больше приблизят нас к познанию сокровенных тайн глубинных процессов на нашей планете и позволят еще эффективнее вести поиски месторождений полезных ископаемых.

Эти и другие важные в научном и практическом отношении проблемы ждут своих «колумбов»! Решение их будет способствовать развитию народного хозяйства, укреплению и повышению экономического потенциала России.

Список использованных источников и литературы.

1. Епифанов В. И., Песина А. Я., Зыков Л. В. Технология обработки алмазов в бриллианты. М., 2006

2. Ефремов И. А. Рассказы о необыкновенном. - Новый Мир, 2005

3. Леонов Н. И. Русский самородок Евграф Быханов .- Труды института истории естествознания, 2002

4. Милашев В. А. Кимберлитовые провинции. Л., 2004

5. Мишкевич Г. И. Его величество Алмаз. Л., 2002

6. Орлов Ю. Л. Минералогия алмаза. М., 2003

7. Пыляев М. И. Драгоценные камни, их свойства и употребление. СПб., 2007

8. Ферсман А. Е. Очерки по истории камня. М., 2004

9. Шафрановский И. И. Алмазы. М. - Л., 2003.