Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Алмазы технические и ювелирные

Министерство образования и науки РФ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Алтайский Государственный Технический Университет им. И.И. Ползунова»

Кафедра «Основания, фундамента, инженерная геология и геодезия»

Реферат

Тема: «Алмазы технические и ювелирные»

Выполнил :ст.гр. С-22 Попов Олег, C-22

Проверил: доцент, к.т.н. Амосова Л.Н.

Барнаул 2012

Содержание

Содержание---------------------------------------------------------------2

Введение----------------------------------------------------------------3

Глав I. Алмазы, их геология и применение -------------------------4

§1. Геология алмазов--------------------------------------------------4

§2. Происхождение алмазов------------------------------------------6

§3. Искусственный синтез алмазов-----------------------------------6

§4. Алмазы в жизни человека----------------------------------------7

Глава II. Основные направления алмазной промышленности---10

§1. Применение алмазов в технике---------------------------------10

§2. Ювелирная промышленность-----------------------------------11

§3. Промышленность синтетических алмазов---------------------12

§4. Цены на природные и синтетические алмазы-----------------12

Глава III География алмазной промышленности------------------14

§1. Алмазодобывающая и алмазоперерабатывающая промышленность--------------------------------------------------------14

Заключение-----------------------------------------------------------15

Список литературы---------------------------------------------------16

Введение

Алмаз-это природное вещество, драгоценный камень, техническое сырье. Он был известен в далеком прошлом, широко применяется в настоящем, велики перспективы его использования в будущем.

Человек узнал этот твердый, прозрачный, блестящий, играющий всеми цветами радуги камень еще на ранних стадиях развития цивилизации. И он стал собирать его любоваться им, украшать им свое оружие и одежду, использовать его при изготовлении религиозно- культовых предметов и символов власти. Точно неизвестно в какой части света, какой народ, в какое время впервые обратил внимание на алмаз, стал его собирать, а потом специально искать и хранить. Вероятно, как и большинство важных для человечества открытий, а это, безусловно, важное открытие, люди сделали более или менее в одно и то же время независимо друг от друга в разных местах земного шара. Это произошло и в Индии, и в Африке, и в Южной Америке. С тех пор, как научились обрабатывать, шлифовать и полировать алмазы, они стали еще более блестящими, их цветовая игра усилилась, по существу до конца раскрылась природная красота камня- и алмаз, превращенный в бриллиант, стал еще больше цениться.

С развитием техники, когда возникла необходимость в новых видах минерального сырья, в частности для обработки камня, металлов, а в последующем различных твердых синтетических материалов, алмаз приобрел как бы вторую жизнь. Были выявлены и изучены его высокие абразивные свойства, с которыми связаны возможности использования алмазов в промышленности. В настоящее время существование всей обрабатывающей промышленности и машиностроения ( от создания мощных агрегатов до изготовления тончайших механизмов и приборов) практически немыслимо без применения алмазов в той или иной части технологического процесса. Вместе с тем и сейчас алмаз, как и раньше, остается одним из самых красивых и дорогих драгоценных камней, идущих на создание различных ювелирных изделий и украшений, многие из которых являются настоящими произведениями искусства.

Если в последние годы в промышленности все больше и шире используются алмазы как абразивный материал ( абразивные порошки, пасты, шлифовальные круги, алмазные пилы, стеклорезы и т.д.), что основано прежде всего на их чрезвычайно высокой твердости, то в будущем с дальнейшим ростом научно-технического прогресса несомненно найдут применение и другие исключительные свойства такого вещества, как алмаз. Поэтому эта тема является для меня наиболее актуальной и интересной.

ГЛАВА I. Алмазы, их геология и применение.

§1.Геология алмазов.

Алмаз-минерал, драгоценный камень 1 класса, по блеску, красоте и твердости превосходит все известные в природе минералы и драгоценные камни. Алмаз представляет собой почти чистый углерод.

Свободный углерод встречается в природе в трех аллотропических формах-аморфный(в виде сажи) и двух кристаллических формах- графит и алмаз.

Алмаз- прозрачный кристалл, приобретающий после обработки чудесный, ослепительный блеск, графит-темный, совершенно непрозрачный. Алмазы в основном являются изоляторами. Графит хороший проводник электричества. Наиболее важное свойство алмаза- чрезвычайно высокая твердость. Графит очень мягок. Графит растворяется в некоторых кислотах, алмаз стоек к кислотам и щелочам (окисляется только в растворе некоторых щелочей). Различие свойств алмаза и графита объясняется различием их кристаллической структуры. Плотность алмаза 3,47-3,55. Плотность графита2.25. Алмаз может быть превращен в графит при нормальном давлении, а чтобы превратить графит в алмаз надо применить сверхвысокое давление и температуру.

В течение столетий алмазы ценились как драгоценности и украшения, но за последние 20-30 лет роль и значение их для развития человеческого общества резко изменились и повысились. Благодаря своей непревзойденной твердости и другим ценным свойствам алмазы нашли широкое применение прежде всего в обработке металла. Развитие техники XX в. предъявляет непрерывные требования к повышению прочности металла и тщательной обработки многих деталей сложных механизмов, без чего не могли бы быть созданы многие уникальные системы, имеющие важное значение для прогресса техники.

Проблема удовлетворения все возрастающих потребностей в алмазах в многих странах разрешается в двух направлениях.

Первое направление, имеющее длительную историю, связано с поисками алмазных месторождений и созданием алмазодобывающей промышленности. Второе направление, которое успешно развивается в последние годы,-искусственное получение алмазов.

Алмазных месторождений в мире немного. Алмазы в коренных месторождениях встречаются в составе магматических ультраосновных пород, известных под названием кимберлитов. Это и послужило благородной почвой для создания целой системы гипотез о кристаллизации алмазов из магмы в верхней мантии Земли и последующем выносе их на дневную поверхность с помощью вулканических аппаратов. Однако всем этим гипотезам присущ большой недостаток. Они не обосновывают возможности возникновения физико-динамических условий, необходимых для синтеза алмазов в природной обстановке и сохранения их в процессе перемещения вместе с магмой из глубин 70-140 км. На поверхность Земли. Все эти гипотезы не дают также четкого научного аргументированного ответа на вопрос о возможности существования в термодинамических условиях, необходимых для синтеза алмазов, обильного источника материала для их образования-свободного углерода.

Ввиду ценности и уникальности алмаза, его геология постоянно исследуется, а география изучается и расширяется. На сегодняшний день известно не так уж много, по сравнению с другими породами, месторождений.

АФРИКА

Африканский континент известен как классическая область распространения коренных алмазосодержащих пород-кимберлитов. Коренные и россыпные месторождения Африки занимают первое место в мире по размерам добыче алмазов. Наиболее важные алмазоносные районы располагаются в Южной, Западной (Гвинея-Судан) и Восточной Африке.

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.

ИНДИЯ

Алмазы из россыпных месторождений Индии добывают в течение многих столетий. Коренные месторождения алмазов долго были неизвестны, хотя некоторые исследователи считали, что они могли быть связаны с породами из вулканических некков Ваджра - Карура. В тридцатых годах XX века в Индии открыты трубообразные тела, сложные брекчиевыми породами, весьма сходными по составу с африканскими и сибирскими кимберлитами. В пределах Индостанского полуострова известны три алмазоносных района: южный располагается в бассейнах рек Кистна, Пеннер и нижнего течения реки Годавари в провинции Мадрас; центральный в бассейне рек Брахмани, Маханади и верхнего течения р. Годавади в провинции Бихор, Орисса и штате Нагпур; северный- в Бундельканде на междуречье Сон-Сонар.

Следует отметить, что коренные месторождения алмазов в Индии были обнаружены только в 1930г. К.П. Сайнором.

СЕВЕРНАЯ АМЕРИКА

Коренные месторождения алмазов Северной Америки (штат Арканзас) по своему строению и составу вполне сходны с коренными месторождениями Южной Африки. Добыча алмазов незначительна: с 1906 по 1920г. было найдено всего 3 тыс. камней средним весом 0,4 карата. Наиболее крупный алмаз- уплощенный октаэдр весил 40,22 карата. Отдельные находки алмазов зарегистрированы на территории Канады, в Британской Колумбии. Это одно из колоссальнейших в мире базальтовых плато.

ЧЕХИЯ

На территории Европы, как указывает В.С. Соболев, отдельные находки алмазов были зарегистрированы, однако до последнего времени коренных алмазоносных пород не находили. 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 три кристалла алмаза (первый в1869г., второй в 1927г. и третий в 1959г.).

РОССИЯ

Якутия является одной из известных алмазоносных провинций мира. О месторождениях якутских алмазов написано много книг.

Алмазы, извлеченные из коренных и россыпных месторождений Якутии, весьма разнообразные - от мельчайших зерен массой 01,-02 мг до кристаллов в несколько сот каратов. Месторождения были открыты 50-е годы советскими геологами, проводившими в то время планомерное изучение этой территории.

Границы Якутской алмазоносной провинции (включая районы россыпной алмазоностности) определяются в настоящее время следующим образом: на западе-по р. Анабару вверх до восточной окраины Анабарского массива и далее вдоль нее на юг,

затем через верховья Анабара и Оленека по восточному борту Тунгусской синеклизы; с востока провинция ограничена внешней зоной Предверхоянского краевого прогиба, а с юга - областью Алданского щита.

В пределах Якутской алмазоносной провинции выделяются девять районов проявления кимберлитового магматизма: Алданский, Мало-Бутобинский, Далдыно- Алакитский,Верхне-мунский, Анабарский, Лучакан-Куранахский, Чумордахский, Средне-Оленский и Куойкско- Мерчимденский.

§2.Происхождение алмазов

Первые научно обоснованные предположения о генезисе алмазов были высказаны геологами, изучавшими африканские кимберлитовые трубки, еще во второй половине XIX в. К этому времени относятся высказывания о происхождении алмазов в результате непосредственного воздействия магмы на пласты угля. По мнению ученых, алмазы принесены на поверхность из глубинных очагов перидотитового слоя, находившихся на глубине порядка 150 км.

Существует точка зрения (Т. Бонней и др.), согласно которой алмазы образовались в эклогитовой (грикваитовой) магме на большой глубине и в кимберлиты попали случайно. В качестве довода в пользу отсутствия генетической связи между алмазами и кимберлитами приводятся малоубедительные случаи отдельных находок алмазов в гранат-диопсидовых конкрециях.

В настоящее время большинство исследователей считают алмазы первичной составной частью кимберлитов, но расходятся в мнениях относительно места их образования.

По мнению А.В. Вильямса (исследователь алмазоносных месторождений Африки), на какой-то гипотетической неизвестной глубине существовал резервуар расплавленной магмы, которая благодаря изменениям температуры или давления уже начала кристаллизоваться и в некоторых участках этого резервуара превращаться в ультраосновные (перидотитовые, пироксенитовые и эклогитовые) породы. Кристаллизация и затвердевание ультраосновных пород, по его мнению, продолжались длительное время, в течение которого состав первоначальной магмы изменялся, пока она не приобрела состав кимберлитовой магмы. Вместе с другими кристаллами и минералов из первоначальной магмы на большой глубине выкристаллизовался и алмаз.

§3.Искусственный синтез алмазов

Как выяснилось, основные факторы, способствовавшие образованию алмазов, - высокое давление и температуры, которые имели место в земных недрах на большой глубине. Эти выводы геологов были использованы исследователями, работающими над

проблемой искусственного получения алмазов.

Положительного результата добился в 1880г. Ханней: он получил несколько маленьких искусственных кристалликов, которые сейчас хранятся в Британском музее.

Технология получения кристаллов алмаза в его опытах была несложной. Зная, что при воздействии высоких температур и давлений обычные формы углерода (уголь, графит и др.) за счет уплотнения кристаллической решетки превращаются в алмазы, он герметически закупорил в стальную трубку, напоминающую орудийный ствол, смесь, содержащую 90 % легких углеводородов (таких, как керосин и парафин), 10% костного масла и немного металла лития, и нагревал трубу до красного каления, выдерживая ее в таком состоянии в течение 14 ч. Из 80 поставленных трубок уцелели только три, где были получены искусственные алмазы - 11 кристаллов.

В 1939г. советский ученый О. И. Лейпунский опубликовал точные параметры, при которых графит должен расплавляться в алмаз.

В середине 50-х годов искусственные алмазы начали получать в целом ряде стран. Первой из них стала Швейцария. В 1959 г. известная алмазная компания «Де Бирс» опубликовала данные о получении искусственных алмазов.

Компания «Дженерал электрик» выпустила на рынок первую партию искусственных алмазов. В Детройте было построено первое специальное предприятие по производству синтетических алмазов с годовой мощностью 3,5 млн. кар.

Большой вклад в физику и технику высоких давлений, разработку камер для синтеза сверхтвердых металлов внес академик Л. В. Верещагин. При его непосредственном участии и под его руководством в 1960г. был впервые осуществлен синтез алмазов в Советском Союзе.

Первое десятилетие после получения в промышленных условиях синтетических алмазов (1961-1971) было периодом бурного роста их использования во всех отраслях промышленности СССР. За это время общее потребление технических алмазов возросло в 35 раз, или в среднем более чем на 45% в год; при этом потребление синтетических алмазов выросло в 5,5 раза, или на 18,6% в год, а производство и потребление синтетических алмазов- в 295 раз. Немалое значение имело и то обстоятельство, что постоянное совершенствование технологии производства синтетических алмазов способствовало снижению цен на них.

§4.Алмазы в жизни человека

Алмазные месторождения встречаются довольно редко, они представлены трубчатыми телами круглой или овальной формы. Порода, содержащая алмазы, заполняет воронкообразные углубления глубиной до 1200м. и более. Такие воронки называется «трубками взрыва» или «кимберлитовыми трубками» по наименованию алмазоносной породы, которая была впервые обнаружена в Кимберли (Южная Африка).

В Индии алмазы были впервые обнаружены 7000 лет тому назад. Добыча алмазов достигла там наивысшего предела в XVII в. В 1725г. были найдены алмазы в Бразилии, и до открытия алмазов в Африке, в конце XIX в., Бразилия считалась основным поставщиком алмазов.

В 1960-х годах в Индии найдено коренное месторождение, состоящее из кимберлитовых трубок, покрытых наносными породами, слоем до 5 м. Это месторождение является наиболее богатым из всех месторождений зарубежных стран. Общие разведанные запасы алмазов этого месторождения исчисляются в 10 млн. карат.

Наиболее крупными месторождениями являются африканские, из которых

добываются 95-98% всех алмазов зарубежных стран.

По данным горного управления США, запасы алмазов (1955г.) в основных алмазодобывающих странах составляют (в млн. карат.):

Конго (Киншаса)	300
Южно-Африканская Республика	100
Гана	100
Сьерра-Леоне	30
Ангола	30
Танганьика	20
Индия	63
	всего 643

Добыча алмазов во всех зарубежных странах превышает 30 млн. каратов в год. Добыча алмазов в 1938г. составила примерно 11,5, в 1960 г. -32,0, 1963г.-около 31,0 млн. карат.

Низкое содержание алмазов в породе делает процесс добычи и извлечения алмазов чрезвычайно трудоемким. Чтобы получить 1 карат алмазов надо добыть и переработать 3-15т.породы.

Около 80% общей добычи алмазов составляют технические алмазы. Остальные- ювелирные, часть из которых также идет на технические цели - для изготовления наиболее ответственных алмазных инструментов (резцы, волоки, наконечники к приборам, в космической промышленности и электроники).

Добыча алмазов (в тыс. кар.)

Страна	1970г.	1975г.	1979г.	1980г.	1981г.

Заир	16000	17360	12750	12700	9700
ЮАР	8300	7295	8384	8522	8280
Ботсвана	544	2397	4394	5101	5150
Ангола	2430	750	750	1500	1750
Намибия	1866	1748	1653	1560	1200
Гана	2550	2328	1253	1200	1000
Венесуэла	400	1249	803	825	850
Сьерра-Леоне	2450	1500	845	850	810
ЦАР	610	339	315	279	280
Бразилия	320	270	280	280	280
Танзания	810	448	290	240	240
Прочие	570	249	235	293	310
Итого В том числе ювелирных	39000 ---	36033 ---	31958 7820	33350 8480	7900

Импорт алмазов и бриллиантов (в тыс. каратов)

Алмазы I Бриллианты

Страны	1978г	1979г	1980г	1981г	1978г	1979г	1980г	1881г
Бельгия	36371	36195	35885	32780	2524	2225	2097	1530
США	24664	27444	23442	26200	3209 742	2353	2574	3220
Япония	16185	19265	20985	21400	742	684	683	760
Канада	1774	2466	2603	3350	1656	137	133	180
Израиль	8554	5641	5200	2900	---	---	---	---
ФРГ	1165	1051	1102	1050	678	498	526	430
Франция	---	---	---	---	541	433	705	640

Широкое применение алмазов в технике прежде всего обусловлено их уникальными физическими свойствами. В тот период, когда добыча алмазов в мире была крайне незначительной, техническое применение их было ограничено. Они использовались главным образом в качестве абразивного материала, стеклорезного инструмента, и для изготовления филер в волочильном деле. Огромный процесс в развитии техники, достигнутый в XX в., а также резкий рост уровня добычи природных алмазов и освоение технологии синтеза искусственных алмазов значительно расширили границы применения алмазов в науке и технике.

К техническим алмазам относятся те алмазы, которые не идут в ювелирное производство.

Глава II. Основные направления алмазной промышленности

§1.Применение алмазов в технике

Примерно 80% всех добываемых алмазов относятся к техническим, расходуемым на изготовления алмазного инструмента.

Важнейшими областями применения алмазов являются: обработка инструментов и деталей машин из металлокерамических твердых сплавов; бурение геологических и эксплутационных скважин в твердых и абразивных породах; обработка изделий из высокотвердых и жаростойких материалов: керамики, синтетического корунда, кварца, стекла, полупроводниковых материалов - германия и кремни; обработка сверхтвердых облицовочных материалов: гранита, мрамора и др.; алмазная правка шлифовальных кругов; алмазное точение деталей машин из легких и цветных металлов и сплавов, пластмасс и др.; алмазное волочение тонкой проволоки из меди, вольфрама, молибдена и других ценных материалов.

Широкое применение алмазов в промышленности обусловлено их необычайно высокой твердостью, которая в 1000 раз превышает твердость кварца и примерно в 150 раз корунда. Твердость алмаза превышает твердость получивших широкое распространение абразивных материалов - карбида кремния в три раза и карбида бора в два раза. Алмаз обладает также высокой прочностью и высокими абразивными свойствами. Абразивная способность алмаза при шлифовании твердого сплава в сотни раз превышает абразивной способности карбида бора и карбида кремния.

Исключительная твердость, большая прочность в сочетании с высокими абразивными свойствами кристаллов алмаза позволяет использовать их в качестве материала для изготовления резцов, волок, буровых коронок и других абразивных инструментов.

Интересно отметить, что алмаз, как абразивный материал, более эффективен при обработке материалов, обладающих большей твердостью и меньшей пластичностью (твердые сплавы, металлокерамика), чем материалов с меньшей твердостью и большей вязкостью.

Наибольший интерес для промышленности представляет алмазная обработка металлокерамики, ферритов, материалов, получаемых на основе карбида кремния, полупроводников и других материалов. Механическая обработка их обычными способами сопряжена с весьма большими трудностями, в связи с их очень высокой твердостью и хрупкостью.