Происхождение алмазов

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ  ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕТСИТЕТ»

Геолого-географический факультет

Кафедра петрографии

 

  

 

 

 

                                                                                                      

 

 

 

 

 

                                                                                                       Допустить к защите:

                                                                                                  «____»____________2013 г.

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

Происхождение алмазов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                                  Автор работы:

                           студент  группы

                                                                                                                      ________

 

 

 

 

 

 

Томск 2013

Содержание

 

 

 Введение…………………………………………………………………………………………3

 

1. Общая характеристика……………………………………………………………..…………4

2. Распространенность…………………………………………………………………………..9

3. Основные месторождения  мира и России…………………………………………………12

3.1. Ресурсы и добыча  алмазов………………………………………………………………...12

3.2. Ресурсы и добыча  алмазов в России…………………………………………………...…14

4. Происхождение………………………………………………………………………………16

4.1. Гипотезы происхождении природных алмазов………………………………………….16

4.2. Алмазы кимберлитов  и лампроитов………………………………………………….…..20

5. Перспективы открытия  новых месторождений…………………………………………...23

Заключение……………………………………………………………………………………..25

Список литературы………………………………………………………………..…………...26

Приложение А. Черный алмаз………………………………………………………………...27

Приложение Б. Знаменитые алмазы мира…………………………………………………....28

Приложение В. Кимберлитовая трубка «Мир»……………………………………………...30

Приложение Г. Строение кимберлитовой  трубки…………………………………………...31

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Алмазы образуются в земных недрах на больших глубинах при высоких  давлениях и температурах, что  обуславливает плотную упаковку атомов в структуре алмаза, на создание которой затрачивается большое  количество внутренней энергии Земли. В поверхностных условиях вследствие исключительной химической устойчивости и крайне высокой твердости алмаз  сохраняется неизменным в течение длительных геологических периодов, измеряемых сотнями миллионов лет. [2]

Алмаз - достаточно редкий минерал  и встречается далеко не повсеместно. Неравномерное размещения алмазов коррелируется с возрастом и составом алмазоносных пород.

Неравномерность размещения запасов  алмазов предопределила неравномерность  их добычи. Большую часть этих минералов  добывают Россия, страны Африки и Австралия. Производство бриллиантов размещено  в Голландии, Сингапуре и в  Израиле. А основными потребителями  алмазов являются развитые страны мира.

Алмазы являются важным сырьем и  широко используются в народном хозяйстве. В последние годы спрос на алмазное сырьё резко возрастает во всем мире. Алмазы находят всё большее применение в разных областях промышленности: используются в сложной космической  технике (оптические приборы), в горной добывающей и обрабатывающей промышленности.

Алмаз обладает уникальными свойствами, он имеет максимальную твердость (10 - по шкале Мооса), которая позволяет его использовать, как буры в различной технике, а также для огранки других алмазов. Алмаз - минерал весьма устойчивый. Эти свойства алмаза находят применение в промышленности и космических технологиях.

Цель работы - проанализировать основные гипотезы происхождения алмазов, их свойства, запасы и добычу в связи  с особенностями и закономерностями их размещения.

Мной были рассмотрены общая  характеристика минерала, распространенность , проблемы происхождения алмазов, их свойства и географическое размещение основных алмазоносных провинций. Объектом исследования являлись природные алмазы.

 

1. Общая характеристика  алмазов.

Свойства алмазов многогранны, как и сам алмаз. Кратко рассмотрим основные физические и оптические свойства алмаза. Это самый твердый из естественных драгоценных камней; шлифуется лишь алмазным порошком; в чистом виде бесцветный, водяно-прозрачный, с сильной игрой  цветов .

Твёрдость является основным свойством  алмазов, она замечена ещё в древние  времена. Уникальность данного минерала отражена в самом названии: «адамас» по-гречески означает «нерушимый», «непреодолимый», [2].

Обладая высокой твердостью, алмаз  в то же время хрупок, что объясняется  наличием у него спайности, т.е. способности  раскалываться по определенным плоскостям [2].

Эта кристаллическая форма углерода отличается высочайшей твёрдостью, и  никакой другой минерал не может  оставить на нём царапину , абсолютная твердость в 1000 раз превышает твердость кварца и в 150 раз - твердость корунда [7]. Это свойство алмазов широко используется в промышленности и в быту. Изготовление оборудования, основанное на этом свойстве, увеличивает срок работы инструмента во много раз [7].

Для алмаза также характерны самый  высокий (по сравнению со всеми известными в природе материалами) модуль упругости  и самый низкий коэффициент сжатия.

Плотность. 3,5-3,52. Излом. Раковистый.

Химический состав. Бесцветные разности алмаза представляют собой чистый углерод. Но есть окрашенные и непрозрачные алмазы, они содержат примеси двуокиси кремния (Si0₂), окиси магния (MgO), окиси кальция (СаО), закиси железа (FeO), окиси железа       (Fе ₂0з), окиси алюминия (АlОз), окиси титана (Тi₂); в виде включений встречаются графит и другие минералы [7].

Окраска. Алмазы бывают бесцветными, водянопрозрачными или желтоватыми, а также могут иметь буроватую, зеленоватую окраску. Реже встречаются голубые, серые, синие, розовые алмазы.Алмазы сапфирово-синего цвета представляют собой исключительное явление и ценятся очень высоко. Бывают даже чёрные алмазы (Приложение А). Почему окрашивается алмаз, до конца не ясно. Это обусловлено разнообразными причинами - разными термодинамическими условиями их образования, присутствием разных химических примесей, наличием дефектных центров, природным радиоактивным излучением, распылением тонкодисперсного графита наличием включений и другими [8].

 

 

Блеск. Алмазный.

Прозрачность. Прозрачный, мутный.

Сингония. Кубическая.

Форма кристаллов. Алмазы встречаются  в виде отдельных хорошо выраженных кристаллов или в виде обломков кристаллов, или в виде скоплений мелких зерен  и сросшихся многочисленных мелких кристалликов-агрегатов. Обломки кристаллов алмазов в породе образуются в  результате взрывных явлений, которые  возникают в полуостывшей магме при ее движении из глубин к земной поверхности. Агрегаты мелких зерен формируются в случаях быстрой кристаллизации близко расположенных многочисленных центров зарождения алмазов. Алмазы образуют кристаллы кубической сингонии: октаэдры, кубы, додекаэдры (тетраэдры), ромбододекаэдры. Встречаются двойники срастания; кристаллы иногда характеризуются фигурами травления, штриховкой, искривлением граней, наблюдаются неправильные, искажённые кристаллы [2,5,7]. Кристаллы часто с округлыми гранями [2]. Размеры кристаллов алмазов варьируются от долей миллиметра до десятков сантиметров. Самый крупный известный алмаз «Куллинан» был найден в Южной Африке в 1905 г., его масса составляла 3106 карат (Приложение Б).

Кристаллическая структура. Гранецентрированная  решётка куба; каждый атом окружен  четырьмя другими, расположенными по тетраэдру. Спайность. Совершенная по октаэдру, хрупкий.

Термические свойства. Температура  плавления алмаза составляет 3700-4000°С. 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 счёте, в углекислый газ [2]. При нагреве до 2000-3000°С без доступа воздуха алмаз переходит в графит [7].

Этот уникальный минерал обладает исключительно высокой теплопроводностью: теплопроводность некоторых алмазов  при комнатной температуре выше теплопроводности меди в 4 раза; средние  её значения при 180 (Вт/мК), что обусловливает быстрый отвод 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). Показатель преломления в пределах одного кристалла может быть различен; среднее значение его для природных алмазов 2,4165, для синтетических алмазов 2,4199 (для кристалла октаэдрической формы). Эти алмазы, как правило, голубого цвета. Они очень высоко ценятся и исключительно редки [7].

У алмаза «игра» - самое эффектное  свойство: он дробит белый свет на ярчайшие спектрально-чистые искры, вспархивающие  и веером рассыпающиеся вокруг гранёной сердцевины. Это свойство алмаза связано  с тем, что показатель его преломления  резко различается для лучей  видимого света с разной длиной волны. Он разлагает белый луч подобно  оптической призме на расходящиеся веером лучики всех цветов спектра [7].

     Способность кристаллов  разлагать белый цвет на отдельные  составляющие называется дисперсией. Для алмаза дисперсия равна  0,044-0,063. Как показатели преломления,  так и дисперсия алмаза намного  превышают аналогичные свойства  всех других природных прозрачных  веществ, что и обусловливает  в сочетании с твердостью непревзойденные  качества алмазов как драгоценных  камней. Высокое преломление в  совокупности с чрезвычайно сильной  дисперсией вызывает характерный  блеск отполированного алмаза, названный  алмазным .

     Одним из важнейших  свойств алмазов является люминесценция.  Под действием видимого света  и особенно катодных, ультрафиолетовых  и рентгеновских лучей алмазы  начинают люминесцировать - светиться  различными цветами. Установлено,  что под действием катодных  и рентгеновских лучей светятся  всех разновидности алмазов, а  ультрафиолетовых - только некоторые  [2]. Рентгенолюминесценция широко применяется на практике для извлечения алмазов из природы: на обогатительных фабриках с помощью рентгеновских лучей алмазы отделяют от вмещающей породы [2,7].

Магнитные свойства. Алмаз относится  к немагнитным минералам, но некоторые  их разновидности имеют слабые парамагнитные  свойства, которые в основном связаны  с присутствием примеси азота. Иногда магнитные свойства придают алмазам  и механические включения в них  магнитных минералов - магнетита  и ильменита. Это необходимо учитывать  при извлечении алмазов из породы, так как при магнитной сепарации  алмазы будут попадать в магнитную  фракцию и могут быть пропущены [2].

Электрические свойства. Алмаз относится  к изоляторам: его удельное электрическое  сопротивление очень велико. Некоторые  кристаллы, однако, имеют низкое удельное сопротивление и обладают свойствами полупроводников. Удельное электрическое  сопротивление алмазов (полупроводниковые) составляет 1-10 Ом/см, других алмазы - до 1010 Ом/см.

Прочие свойства. Алмаз - минерал  весьма устойчивый. Он не поддается  воздействию самых сильных кислот и их смесей (соляной, серной, азотной, плавиковой, «царской водки»), даже доведённых до температуры кипения. Не реагирует  он и со щелочами [2,7].

Однако алмаз легко окисляется и сгорает в смеси соды с  расплавленной натриевой или калиевой селитрой. В порошке он сгорает на платиновой проволочке с образованием двуокиси углерода (С0₂).

Расплавленные карбонаты щелочей  при 1000-1200°С также окисляют алмаз. При нагревании до 800°С в присутствии железа или сплавов на его основе алмаз растворяется, поэтому алмазные резцы не применяются при обработке стали и чугуна .

Алмаз с чистой поверхностью гидрофобен, т.е. не смачивается водой. Из-за этого свойства он может проникать сквозь влажные слои гравийно-песчаных отложений и концентрироваться вместе с минералами значительно большей плотности - гранатами, ильменитами. Последние называют минералами-спутниками алмаза и обычно используются при геологической разведке алмазных месторождений [2, 7].

Иногда для извлечения алмазов  из раздробленной алмазоносной породы используется необычный способ. В  то же время алмазы способны прилипать  к некоторым видам жиров, на чём  основаны некоторые способы их извлечения из раздробленной горной породы. Алмазы прилипают к жиру, а остальные  минералы и обломки пород в  основном уносятся водой. Прилипшие  алмазы извлекают, растапливая жир. Такова в принципе схема данного  технологического способа извлечения алмазов.

Классификация алмазов. Попытки классифицировать алмазы предпринимались с незапамятных времен. Так, древние индусы разделяли  алмазы, как и людей, на четыре касты: брахманы, кшатрии, вайшии и шудры. К брахманам относились прозрачные высококачественные кристаллы, к кшатриям и вайшиям - камни более низкокачественные алмазы серого цвета. Соответственно шудры оценивались в четверть, вайшии - в половину, а кшатрии - в три четверти стоимости брахманов [2].