當人造鑽石刷屏,我們應該好好了解下天然的

2019-11-12   galio319

由於消費需求轉疲弱,加上人工鑽石激增,全球鑽石產業自8月起就處於低迷邊緣,而且過去幾個月鑽石批發商一直要求相關供應商下調鑽石原礦現貨價格

當被包裝成浪漫化身的鑽石,遇到科學進步也不得不服啊

金伯利岩與鑽石

鑽石是已知的最堅硬的天然物質,它發現於一種被稱為金伯利岩的火成岩(火成岩或稱岩漿岩,地質學專業術語,三大岩類的一種,是指岩漿冷卻後,也就是地殼裡噴出的岩漿,或者被融化的現存岩石成形的一種岩石)中

金伯利岩

和其他火成岩一樣,金伯利岩是在地殼形成過程中,經過數千年的火山作用形成的,金伯利岩位於這些以前火山活動的圈層內,這些圈層通常位於延伸至地球內部深處的山脈附近

pipes:岩筒

金伯利岩內部有間歇性的鑽石沉積,鑽石是存在的幾種礦物之一,然而,並不是所有的金伯利岩都含有鑽石,其他經常與鑽石一起發現的石頭是雲母、石榴石和鋯石

雲母

世界上金伯利岩的研究是與原生金剛石(鑽石在化學和工業中稱為金剛石)的找礦工作同步進行的,大約公元前 800 年,在印度安得垃邦境內幾條河流及其支流的砂礫岩層中曾開採過砂礦 (次生)金剛石

晶體結構

直到 1870年在南非才首次發現了含原生金剛石的杜突依斯潘 (Dutoispan) 金伯利岩岩筒

次年相繼發現了金伯利 ( Kimberley ) 、的彼爾斯 ( DeBeers ) 、巴爾弗坦(Bultfontein)等著名的富含金剛石的岩筒(為發育在岩體中的一種構造,是後期同源岩漿向上涌動時在圍岩中留下的通道),自此揭開了人類研究金伯利岩及原生金剛石礦床的重要歷史階段

出露含礦金伯利岩的克拉通,(克拉通:大陸地殼上長期穩定的構造單元),具有以下特徵:

發育有岩石圈根或加厚的岩石圈, 一般可深達 200 km 左右;

這些克拉通穩定固結的時間早, 多數在太古代時期, 例如南非 Kaapvaal和 Zimbabwe 克拉通形成穩定於27 億年前[ 1 ] , 我國華北克拉通穩定於 18 億年前;

岩石圈的地溫低, 一般 < 40 mW /m 2 , 符合正常的地盾地溫和低的地表熱流值;

岩石圈地幔的氧逸度偏低

由於金剛石穩定於高壓和較低溫的條件, 因此如果該地區岩石圈厚度不夠大或氧逸度高, 其中的單質碳不能形成金剛石, 只能以石墨的狀態保存, 如果構造運動頻繁岩漿活動強烈, 則岩石圈地溫增高, 也不利於金剛石在金伯利岩中的保存, 他們會轉變為石墨或被燃燒形成 CO 2 逃逸

如此苛刻的構造環境, 是造成金伯利岩和金剛石分布十分稀少的主要原因

鑽石如何開採

鑽石要麼是從地表下的金伯利岩筒中開採出來的,要麼是從沖積物中開採出來的,當火山活動將金伯利岩和其他礦物從活動中心帶到自然形成的灌溉系統時,就會發生沖積(河床)沉積

金伯利岩筒

這種鑽石在離地球表面很近的地方被發現,在沖積礦開採中,首先需要從該地區清除大量的沙子,即使用大型機械刮刀將其移開,覆蓋層下面是一個礫石床,用推土機把碎石鏟起,成堆地放在一邊

然後這堆石頭被帶到篩選工廠,在那裡鑽石被篩出來,在沖積採礦中,為了挖掘鑽石礦床,有時需要到達礫石床下面的基岩--有時甚至在基岩下面

金伯利岩鑽石的地下開採也需要移動大量的岩石和其他材料,以便挖掘寶石,但規模要比沖積開採大得多,而與開採黃金或其他物質不同,工程師無法事先確定一個地區是否有大量的鑽石

分段崩落法是從金伯利岩礦床中開採鑽石最常用的方法,這種方法可以獲得最高的產量,因此是最具成本效益的

首先,挖掘一個大的垂直洞,通常直徑533米,標高大約每12米放置一次,沿著這些水平是水平隧道,稱為刮板巷道

在巷道中,每隔3米左右就有小的傾斜錐形開口,這些開口大約是四英尺乘四英尺,當水平切片在錐體上方切割時—通常高度約為1.8米—金伯利岩開始斷裂並落入錐體和刮刀巷道中,然後將材料推上卡車,卡車在地下穿過礦區,將收集到的金伯利岩帶到破碎設備

在地下採礦設施的破碎作業中,大塊金伯利岩被分解成更容易運輸的小塊,在最初的破碎之後,金伯利岩通過格篩條,如果被壓碎的塊沒有通過格篩條,說明它們仍然太大,尺寸不過關,就會被送回進一步壓碎

然後將破碎的金伯利岩帶到地表以上進行進一步加工,當沒有發現更多的金伯利岩進入錐體時,該區域將耗盡,工作將移到較低的水平

真正的鑽石必須與周圍的岩石分開,破碎是第一步,但這是在一個初步的形式,以免損壞潛在的寶石內部,接下來,使用基於重力的裝置,從尾礦或填充岩中對含有稱為精礦的鑽石部分進行分類

開採出來的天然金剛石晶體

最常用的分離方法之一是19世紀70年代在南非開發的一種洗滌鍋,將分解的金伯利岩和水混合放入鍋中,混合物的粘度是一個關鍵因素,因為較輕的顆粒會上升到頂部,而鑽石和其他重礦物會下降到底部

另一種分離鑽石的方法是使用介質分離器,將加水到壓碎的濃縮物和尾礦中,然後添加密度較大的矽鐵粉末,目前有三種介質分離器使用最多,第一種是錐形罐,內有錐形攪拌元件,攪拌器在罐的四周移動,但留有足夠的空間,使較輕的尾砂上升到頂部,較重的部分下沉到底部

在提升輪式介質分離器中,一個輪子被混合物填滿一半並在裡面攪動,從底部提起重顆粒,將它們與混合物的其餘部分分離

第三種介質分離器稱為水力旋流器,它是一個旋轉的大缸,通過離心力,較重的、富含鑽石的顆粒被分離出來

經過這種初步的分離,濃縮物轉移到一個潤滑區,這是19世紀末南非鑽石製造業的另一項創新

將金伯利岩和金剛石混合物與水混合,放置在潤滑帶或工作檯上,這個裝置通常是傾斜和振動的,這種方法的前提是新挖掘的鑽石遇水後不會變濕,相反,它們會粘在油脂上

然後,水帶走剩餘的非鑽石顆粒,接著將含鑽石的濃縮物從工作檯上掃下來,煮沸以除去油脂的痕跡,在一種新的方法中,X射線技術被用來確定哪種精礦是金剛石,哪種是流出物

開採出來的鑽石接下來就是進行精加工應用在各行各業和個人消費者

鑽石的切割方法

鑽石的應用

由於金剛石的硬度極高且導熱性極高,用於砂紙、鑽探、研磨工具之上,可以用來切削和刻畫其他物質,以及大型集成電路等散熱板上

然而,自從1955年GE通過高溫高壓獲得人造金剛石的技術後,科學家會利用高溫高壓製成金剛石微粒,而現在的細小顆粒的合成鑽石已經較同級天然鑽石便宜,所以天然鑽石的工業價值已經完全消失;目前天然鑽石的主要用途已經僅限於首飾與觀賞