Алмазы: история, добыча и современные применения

Основы

Алмазы — твержайший естественный материал, состоящий из кристаллической решетки атомов углерода. Они формируются в кимберлите, изверженной породе, созданной глубокомантийными вулканическими извержениями, формировавшими земную кору миллионы лет. Кимберлит находится в вертикальных шахтах под бывшими вулканическими зонами, часто рядом с горными хребтами. В этих трубах алмазы появляются как интермиттентные карманы среди других минералов, таких как мусковит, гранат и циркон. Кимберлит сам может демонсировать сине-серый тон «синего грунта» или желтоватый оттенок «желтого грунта» при контакте с воздухом.

История

Археологические свидетельства помещают первое открытие алмазов в речные наносы индийского субконтинента около 6000 лет назад. Оттуда торговцы несли драгоценные камни до Китая на востоке и до Рима на западе в классические и ранние средневековые периоды. Китайцы первыми использовали исключительную твердость алмаза для резки других камней. Плиний Старший документировал драгоценный камень в I веке н. е. Слово «алмаз» происходит от греческого адамас, означающего «непобедимый» или «непреодолимый».

Из-за своей редкости ранние алмазы обросли мифами. Некоторые культуры верили, что ношение алмаза может даровать победу в битве или отвратить яд, в то время как другие предостерегали, что помещение алмаза во рту может вызвать потерю зубов. Тонкий алмазный порошок 두려워ли как мощный яд, учитывая его способность создавать микроскопические перфорации в тканях. На протяжении истории алмазы запрашивали экстраординарные цены, служа переносимым хранилищем богатства в времена конфликтов и нестабильности.

Промышленная добыча алмазов началась в Индии около 800–600 гг. до н. е. Первые известные месторождения за пределами Индии открыли на Борнео в 600 г. н. е. К Средневековью драгоценный камень уступил место рубинам и изумрудам в европейских дворах, потому что технологии огранки еще не были достаточно продвинуты, чтобы раскрыть его блеск. Прорыв пришел в XVII веке, когда венецианский лапidaрий Винченцо Перуцци представил бриллиантовую огранку, раскрывающую полный потенциал камня.

Добыча алмазов расширилась в XVIII веке в Бразилию, Австралию, Россию и США. Бразильские камни изначально отправляли в Индию и продавали как «индийские алмазы» для соответствия рыночным восприятиям ценности. В XX веке новинка-шахта открылась بالقرب Марифсборо, Арканзас, предлагая публичную промывку алмазов за небольшую плату. Сибирские алмазы, хоть и обилованы, остаются в значительной степени нераскопанными из-за экстремального холода и логистических вызовов.

В 1866 году крупнейшее в мире алмазное месторождение открыли в Южной Африке, спровоцировав موجку проспекторов, создавшую шантайтауны. Региональные шахты консолидировались под конгломератом De Beers, который теперь контролирует примерно 80 % мировой добычи алмазов. Центральная продажная организация De Beers и Diamond Trading Company выпускают предварительно отобранные лоты избранной группе оптовиков каждые шесть недель, делая южноафриканские алмазы самыми востребованными на рынке.

Промышленные применения

В начале XX века Генри Форд стал кампанировать за промышленное использование алмазов как экономичных абразивов. Детройтский район быстро стал центром производителей алмазных инструментов. С тех пор авиакосмическая, нефтегазовая, оптическая и даже музыкальная аппаратура индустрии опираются на алмазные режущие инструменты за их беспримерной твердостью, точностью и долговечностью. Промышленные алмазы, хотя ниже в ювелирном качестве, сохраняют те же физические свойства, делающие их незаменимыми для резки, шлифовки и бурения.

Типичные применения включают:

• Фабрикацию зеркал и оптических линз
• Буровые коронки для нефти и газа
• Текстильные резальные станки
• Медицинские инструменты для костной и тканевой хирургии
• Инструменты для шлифовки бетона и асфальта
• Точные резальные инструменты для стерео проигрывателей

Физические характеристики

Алмазы — чистый углерод в тетраэдрической решетке. По шкале Мооса они набирают идеальные 10, максимальную возможную твердость. Драгоценные камни измеряют в каратах, один карат равен 0,2 г. Карат можно дальше подразделить на 100 пунктов для более тонкой градации. Хорошо ограненный алмаз отражает свет обратно наблюдателю, создавая его известный блеск — свойство, вытекающее из высокого коэффициента преломления. Алмазы также проводят электричество, черта, лежащая в основе определенных высокотехнологичных применений.

Структурно алмаз напоминает октаэдр, с двумя вкладывающимися четырехгранными пирамидами углеродных цепочек. Иногда внутри кристалла появляются небольшие треугольные карманы, называемые тригонами. Цветовые вариации варьируются от безцветных (самых распространенных) до окрашенных оттенков — желтого, синего, розового, зеленого, янтарного, и в Южной Африке оранжевого. Знаменитые цветные камни включают Дрезденский зеленый и Хоуп-алмаз, теперь в Смитсоновском институте.

Добыча и рафинирование

Алмазы добывают из кимберлитовых труб под поверхностью или из аллювиальных наносов в речных ложах. Аллювиальная добыча начинается с удаления перегрузочного песка и гравия. Крупные механические скреперы и бульдозеры отделяют гравий, который затем просеивают для изоляции алмазных фрагментов. В некоторых случаях коренная порода под гравием должна быть выкопана вакуумным устройством, известным как Vacuveyer.

Подземная добыча кимберлита требует перемещения огромных объемов породы — часто 15–30 млн тонн отвалов на каждую тонну извлеченного алмаза. Процесс начинается с блокового кэвинга: массивная вертикальная шахта (обычно 1750 футов или 533 м) выкапывают, и горизонтные тоннели (скреперные дрифты) прорубают через регулярные интервалы. Конусные отверстия позволяют сломанному кимберлите падать в дрифты, где грузовики транспортируют материал к дробилкам.

Добыча

• Блоковый кэвинг предлагает наивысший выход и стоимостную эффективность. После бурения вертикальных шахт создают горизонтальные тоннели, и конусные отверстия позволяют кимберлите ломаться и падать в дрифты для сбора.

Дробление

• Первичное дробление уменьшает кимберлит до управляемых фрагментов. Материал затем проходит через грохот; крупные куски передробивают до прохождения.

Разделение

• Гравитационные промывные тазы или современные медиа-сепараторы (конусные баки, колесные сепараторы, гидроциклоны) изолируют алмазно-богатый концентрат от хвостов. Процесс опирается на плотностную разницу между алмазами и окружающими минералами.

Смазывание

• В Южной Африке смазочный конвейер, покрытый вазелином, предотвращает намокание свежедобытых алмазов. Вода смывает неалмазные частицы, и алмазно-богатый концентрат позже вываривают для удаления смазки. Современные методы могут использовать рентгеновскую визуализацию для прямой идентификации алмазов.

Огранка

• После разделения алмазы точно ограняют алмазными пилами, смазанными смесью алмазной пыли и оливкового масла. Лапidaр отмечает желоб, вставляет расколотый железный клин и ударяет, чтобы расколоть вдоль естественных расщеплений. Последующее шлифование и полировка производят драгоценные камни для ювелирных изделий.

Будущее

Алмазы — конечный ресурс. Историческое производство Индии более 12 млн каратов сократилось примерно до 100 каратов в год, иллюстрируя пределы естественного запаса. Синтетические алмазы, впервые созданные в 1953 году, теперь сравниваются с натуральными по твердости и долговечности. Хотя они никогда не заменят натуральные алмазы на ювелирном рынке, они все чаще предпочитаются для промышленных и высокотехнологичных применений, обеспечивая наследие драгоценного камня в современной инженерии.