Происхождение алмазов
Федеральное государственное
бюджетное образовательное
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
Геолого-географический факультет
Кафедра петрографии
Курсовая работа
Происхождение алмазов
студент группы
Томск 2013
Содержание
Введение………………………………………………………
1. Общая характеристика…………………………………………
2. Распространенность………………………………
3. Основные месторождения
мира и России……………………………………………
3.1. Ресурсы и добыча
алмазов……………………………………………………………
3.2. Ресурсы и добыча
алмазов в России……………………………………
4. Происхождение……………………………………………
4.1. Гипотезы происхождении природных алмазов………………………………………….16
4.2. Алмазы кимберлитов
и лампроитов………………………………………………
5. Перспективы открытия
новых месторождений……………………………
Заключение……………………………………………………
Список литературы…………………………………
Приложение А. Черный алмаз……………………………………………………………….
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
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
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
Одним из важнейших
свойств алмазов является
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
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
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].
В настоящее время существует множество классификаций алмазов, основанных на различных принципах. В одних классификационных схемах сделаны попытки учесть все свойства алмазов, в других - в основу положен генетический принцип, т.е. представления об условиях образования тех или иных - групп алмазов. Ювелиры разделяют алмазы почти на тысячу сортов в зависимости от прозрачности, тона, густоты и равномерности окраски.
Некоторые зарубежные фирмы используют классификацию, в основу которой положены качество и ценность алмазов. В нашей стране принята классификация, где учитывается качество алмазов, их масса, размерность и сфера применения. По качеству выделяется девять категорий природного алмазного сырья. К категориям 1 и 2 отнесены ювелирные алмазы, к остальным - различные сорта технических. В свою очередь, категории подразделяются на группы с учетом массы и размеров кристаллов, а группы - на подгруппы с указанием области использования алмазов [2].
Поскольку алмазы являются самыми твёрдыми минералами на Земле (сходные минералы отсутствуют), их обработка весьма сложна и требует большого времени. Особенно это касается огранки ювелирных алмазов.
Всемирно известны крупные индийские алмазы - «Регент», «Орлов», «Шах», «Великий Могол» и др. (Приложение Б). Знаменитый алмаз «Кохинур» (в переводе - «Гора света»; сейчас то, что осталось от камня в результате многочисленных огранок, украшает корону британского монарха). Самый крупный алмаз - «Куллинан» - был найден в Трансваале в 1905 г. и весил 3106 карат [4]. Карат - мера веса, использующаяся для алмазов, она равна 0,2 г. Масса каждого добываемого алмаза обычно составляет 0,1-1 карат, крупные кристаллы (свыше 100 карат) встречаются редко [2].
При обработке алмаза различаются следующие операции: раскалывание или распиловка, обдирка, шлифовка и полировка [2,5,7].
2. Распространенность
К настоящему времени алмазы найдены на всех континентах Земли, в том числе и в Антарктиде, где обнаружены осколки железного метеорита с алмазами. Возраст природных алмазов, согласно оценкам, насчитывает более 100 млн. лет.
Месторождения алмазов подразделяются на две большие группы: коренные (первичные), связанные с магматическими горными породами, и россыпные (вторичные), возникшие при разрушении коренных месторождений. Коренными месторождениями алмазов являются кимберлиты и лампроиты, во всем мире они приурочены к древним платформам Индийской, Китайской, Сибирской, Восточно-Европейской, Австралийской. Из россыпей можно выделить следующие геолого-генетические типы, источники которых могут быть объектами рентабельной добычи алмазов: делювиальные, пролювиальные, аллювиальные и морские (прибрежно-морские и шельфовые). Первоначально алмазы находили только в россыпях и практически всегда случайно.
Первое коренное месторождение алмазов было найдено в Индии задолго до открытия южноафриканских кимберлитов. Старейшими из действующих коренных месторождений алмазов являются индийские, но, по некоторым оценкам, ежегодно там добывают всего лишь около 15 тысяч карат.
Примерное распределение алмазных ресурсов между коренными источниками и россыпями — соответственно 85% и 15%, поэтому важнейшими источниками промышленной добычи алмазов являются кимберлитовые и лампроитовые трубки [4]. Трубками они называются, потому что алмазоносная порода сосредоточена в объеме, напоминающем конусообразную трубку (Приложение Г).
Кимберлитовая трубка представляет
собой гигантских размеров столб, оканчивающийся
в верхней части раздувом конической
формы. С глубиной коническое тело сужается,
напоминая по форме гигантскую морковь,
и на какой-то глубине переходит
в жилу. Кимберлитовые трубки —
своеобразные древние вулканы, наземная
часть которых в большой
По оценкам специалистов, около 90% запасов алмазов коренных источников сосредоточены в кимберлитовых трубках, а около 10% — в лампроитовых трубках.
Алмазоносный лампроит впервые открыт в Австралии в 1976 году. Это отличный от кимберлитов генетический тип месторождений алмазов. Лампроиты географически бывают связаны с кимберлитами, в составе тех и других много общего, но есть и существенные различия. Лампроит отличается от кимберлита высокой концентрацией титана, калия, фосфора и некоторых других элементов. Вместе с этим, нет существенных различий между алмазами этих двух типов магматитов. Месторождение трубки Аргайл обладает самыми большими запасами алмазов в мире. Только около 5% алмазов из лампроитов могут быть использованы в ювелирной промышленности, остальные используются в технических целях. При этом трубка Аргайл является главным источником редких розовых алмазов. Помимо Австралии лампроиты известны в Бразилии, в нашей стране —Урале, Карелии и Кольском полуострове.
Существует особенность
размещения коренных месторождений
алмазов — их приуроченность к
труднодоступным необжитым
Немногочисленные выходы алмазоносных кимберлитов Индии локализованы в пределах пустынной территории шт. Мадхья-Прадеш и других штатов. Даже в такой перенаселенной стране, как Китай, и то алмазоносные кимберлиты располагаются в относительно необжитых местах.
В особенно неблагоприятных климатических и географических условиях сосредоточены алмазоносные кимберлиты в северном полушарии. Якутия — территория вечной мерзлоты, Архангельск — заболоченная тайга, низкие температуры зимой. Алмазные месторождения Канады находятся на севере Американского континента, в местности, где отсутствовали населенные пункты и какая-либо инфраструктура. К тому же там 75% кимберлитовых тел располагаются под озерами.
Россыпные месторождения алмазов образуются в основном за счет размыва коренных кимберлитовых трубок. Россыпи размещаются возле коренных месторождений в пределах кимберлитовых районов и полей или возникают на удалении от этих районов в благоприятных для россыпеобразования геолого-структурных условиях, создавая самостоятельные алмазоносные россыпные районы и поля. При этом изменяется морфология кристаллов, происходит их дифференциация по крупности и пр. Ввиду того, что алмаз обладает особой абразивной стойкостью, он может переноситься на большие расстояния от коренного источника, иногда на тысячи километров (например, прибрежно- морские россыпи Юго-Западной Африки). Если рассматривать всю совокупность находящихся в коренном источнике по абразивной стойкости кристаллы и их сростки, то при транспортировке их неустойчивая часть разрушается. Поэтому алмазы из россыпей, даже расположенных вблизи от коренного источника, по качеству превосходят алмазы из кимберлитов этой трубки.
3. Основные алмазные
3.1. Ресурсы и добыча алмазов в мире.
Африка. Африканский континент известен как классическая область распространения коренных алмазовмещающих пород-кимберлитов . Коренные и россыпные месторождения Африки занимают первое место в мире по размерам добычи алмазов. Наиболее важные алмазоносные районы располагаются в Южной, Западной и Восточной Африке. Основные страны, в которых добываются алмазы это: Ботсвана (19% мировой добычи алмазов). Демократическая Республика Конго (17%), ЮАР (8%), Ангола (4%), а также алмазы добываются в Танзании, Намибии, Гане, Гвинее и Сьерра-Леоне .
Австралия. Алмазы в Австралии были открыты раньше, чем в Африке (в 1851 г.), но добыча здесь никогда не была велика и, с промышленной точки зрения, австралийские месторождения являются второстепенными. Приурочены они к западной и южной частям Австралийского материка . Хотя на мировой рынок Австралия поставляет 20% алмазов.
Индия. Алмазы из россыпных
месторождений Индии добывают
в течение многих столетий. Коренные
месторождения алмазов долго
были неизвестны, хотя некоторые
исследователи считали, что
Южная Америка. В Южной Америке алмазы встречаются в Бразилии (в 1725 г. были найдены первые алмазы), а также в Венесуэле и Гайане . Но объём добычи алмазов в этих районах пока невелик. Хотя Южная Америка в последнее время считается одним из самых перспективных районов в мире.
Европа. На территории Европы (без России), как указывает В. С. Соболев; отдельные находки алмазов были зарегистрированы, однако коренных алмазоносных пород не найдено. В Чехии имеются содержащие пиропы вулканические породы, которые по своей форме проявления в земной коре напоминают трубки сибирских кимберлитов. В дальнейшем на территории Чехии были найдены 3 кристалла алмаза (первый в 1869 г., второй в 1927 г. и третий в 1959 г.). Теоретически алмазы могут быть обнаружены на территории Скандинавии.
Другие страны мира. Также незначительные месторождения алмазов есть в таких странах, как Индонезия и Китай. Но добыча алмазов в этих странах постоянно расширяется, особенно в Китае.
3.2. Ресурсы и добыча алмазов в России. Россия занимает одно из ведущих мест в мире по запасам алмазов, которые заключены в 51 месторождении (19 коренных и 32 россыпных). Они обнаружены в Якутии, Архангельской и Пермской областях (Приложение Ж). Почти 95% сосредоточено в коренных месторождениях (кимберлитовых трубках), из них более 80% в 4 наиболее крупных: «Удачная», «Мир», «Юбилейная» (Якутия), им. Ломоносова (Архангельская область) . Около 5% запасов сосредоточено в аллювиальных россыпях. Другие типы месторождений (ударно-метаморфическое Попигайское) не освоены. В перспективе выявление коренных месторождений алмазов на Русской платформе (Карелия, Воронежская, Мурманская, Ленинградская, Тверская области), на Урале и в других регионах .
За время геологических
Сейчас в России добывается 21,4 млн. карат алмазов (2004 г.). Главными месторождениями являются трубки «Удачная» и «Юбилейная». Крупное месторождение имени М. В. Ломоносова расположено на территории Приморского района Архангельской обл. в 100 км к северу от Архангельска. Оно представлено шестью кимберлитовыми трубками: «имени Ломоносова», «имени Карпинского-1», «имени Карпинского-2», «Пионерская», «Поморская», «Архангельская». Горно-обогатительный комбинат здесь вступил в строй в 2005 г.
Весной 1996 г. недалеко от месторождения имени М. В. Ломоносова открыта трубка имени Гриба. Предположительный объем запасов составляет 98 млн т кимберлита до глубины 500 м, который содержит 67 млн карат алмазов при минимальном размере извлекаемых алмазов 1 мм. Среднее содержание алмазов составляет 69 карат на 100 т руды, а их стоимость при средней продолжительности работы горного предприятия - около 79 долл. за карат. В Красноярском крае в пределах Попигайской астроблемы установлены алмазы в импактитах. Их характерной чертой является присутствие гексагональной модификации углерода - лонсдейлита. Размеры выделений алмаза и лонсдейлита незначительны (от 10 до 300 мкм), содержание составляет 10-50 карат на тонну, ресурсы оцениваются более чем в 1 млрд карат .
Имеются сведения о перспективности на нахождение месторождений алмаза на Кольском полуострове (на юго-восточном побережье полуострова известны два района - Стрельнинский и Пялицкий, на территории которых обнаружены косвенные признаки алмазоносности), в Карелии, Ленинградской области (по данным аэромагнитной съемки выявлено более 20 аномалий трубчатого типа, существуют отдельные находки алмазов и их минералов-спутников), Псковской области , Вологодской области (имеются площадки, перспективные на коренные алмазные месторождения, в том числе первоочередная «Илеза», примыкающая к Архангельской области, Новгородской области (в речных отложениях встречаются мелкие алмазы и пиропы), Воронежской области (обнаружено более 100 магнитных аномалий, причем некоторые из них заверены бурением, в пробах найдены многочисленные спутники алмазов, а также небольшие алмазы октаэдрической формы, типично кимберлитового вида), Тверской области (здесь находится перспективная на алмазы Нелидовская площадка). Курской области (в Михайловском горнопромышленном районе в песчаных карьерах обнаружены мелкие зерна алмаза). Итак, Россия является важнейшим субъектом на мировом алмазном рынке. В разведанных месторождениях сосредоточено около 30 % (в стоимостном выражении) известных мировых запасов алмазов и имеются хорошие перспективы открытия новых месторождений на Европейской территории России, Иркутской области и Приморье .