Úvod
1.1.Všeobecná charakteristika diamantu
1.2. Všeobecné vlastnosti grafitu
2. Priemyselné typy ložísk žuly a diamantu
3. Prírodné a technologické druhy diamantových a grafitových rúd
4. Vývoj ložísk žuly a diamantu
5. Aplikácia žuly a diamantu
Záver
Bibliografia.
Úvod
Diamantový priemysel našej krajiny je v štádiu vývoja, zavádzanie nových technológií na spracovanie nerastov.
Nájdené diamantové ložiská odhalia až erózne procesy. Pre prieskumníka to znamená, že existuje veľa „slepých“ nánosov, ktoré sa nedostanú na povrch. Ich prítomnosť spoznáte podľa zistených lokálnych magnetických anomálií, ktorých horná hrana sa nachádza v hĺbke stoviek, a ak budete mať šťastie, aj desiatok metrov. (A. Portnov).
Na základe vyššie uvedeného môžem posúdiť perspektívy rozvoja diamantového priemyslu. Preto som si vybral tému „Diamant a grafit: vlastnosti, pôvod a význam“.
Vo svojej práci som sa snažil rozobrať súvislosť medzi grafitom a diamantom. K tomu som porovnával tieto látky z viacerých pohľadov. Zhodnotil som všeobecnú charakteristiku týchto nerastov, priemyselné typy ich ložísk, prírodné a technické typy, vývoj ložísk, oblasti použitia a význam týchto nerastov.
Napriek tomu, že grafit a diamant sú svojimi vlastnosťami polárne, ide o polymorfné modifikácie toho istého chemického prvku – uhlíka. Polymorfy alebo polymorfy sú látky, ktoré majú rovnaké chemické zloženie, ale odlišnú kryštálovú štruktúru. So začiatkom syntézy umelých diamantov prudko vzrástol záujem o štúdium a hľadanie polymorfných modifikácií uhlíka. V súčasnosti možno okrem diamantu a grafitu považovať za spoľahlivo zavedené aj lonsdaleit a chaotit. Prvý sa vo všetkých prípadoch našiel len v tesnom zraste s diamantom, a preto sa nazýva aj hexagonálny diamant, a druhý sa nachádza vo forme dosiek striedajúcich sa s grafitom, ale umiestnených kolmo na jeho rovinu.
1. Polymorfné modifikácie uhlíka: diamant a grafit
Jediným minerálotvorným prvkom diamantu a grafitu je uhlík. Uhlík (C) je chemický prvok skupiny IV periodického systému chemických prvkov D.I. Mendelejeva, atómové číslo - 6, relatívna atómová hmotnosť - 12,011 (1). Uhlík je stabilný v kyselinách a zásadách a je oxidovaný iba dvojchrómanom draselným alebo sodným, chloridom železitým alebo hliníkom. Uhlík má dva stabilné izotopy C (99,89 %) a C (0,11 %). Údaje o izotopovom zložení uhlíka ukazujú, že uhlík pochádza z rôznych zdrojov: biogénny, nebiogénny a meteoritický. Rôznorodosť zlúčenín uhlíka, vysvetlená schopnosťou jeho atómov spájať sa navzájom a s atómami iných prvkov rôznymi spôsobmi, určuje osobitné postavenie uhlíka medzi ostatnými prvkami.
1.1 Všeobecné vlastnosti diamantu
Pri slove „diamant“ sa vám okamžite vybavia tajné príbehy o hľadaní pokladov. Kedysi ľudia, ktorí lovili diamanty, ani len netušili, že predmetom ich vášne je kryštalický uhlík, ktorý tvorí sadze, sadze a uhlie. Prvýkrát to dokázal Lavoisier. Experimentoval so spaľovaním diamantov pomocou zápalného stroja zostaveného špeciálne na tento účel. Ukázalo sa, že diamant horí na vzduchu pri teplote asi 850-1000*C, nezanecháva pevné zvyšky, ako obyčajné uhlie a v prúde čistého kyslíka horí pri teplote 720-800*C. Pri zahriatí na 2000-3000*C bez prístupu kyslíka sa mení na grafit (toto sa vysvetľuje tým, že homeopolárne väzby medzi atómami uhlíka v diamante sú veľmi silné, čo spôsobuje veľmi vysoký bod topenia.
Diamant je bezfarebná, priehľadná kryštalická látka, ktorá mimoriadne silne láme svetelné lúče.
Atómy uhlíka v diamante sú v stave hybridizácie sp3. V excitovanom stave sú valenčné elektróny v atómoch uhlíka spárované a vznikajú štyri nepárové elektróny.
Každý atóm uhlíka v diamante je obklopený štyrmi ďalšími, ktoré sú umiestnené mimo stredu vo vrcholoch štvorstenu.
Vzdialenosť medzi atómami v štvorstenoch je 0,154 nm.
Sila všetkých spojení je rovnaká.
Celý kryštál je jeden trojrozmerný rám.
Pri 20*C je hustota diamantu 3,1515 g/cm. To vysvetľuje jeho výnimočnú tvrdosť, ktorá sa mení pozdĺž okrajov a klesá v poradí: osemsten - kosoštvorcový dvanásťsten - kocka. Diamant má zároveň dokonalé štiepenie (pozdĺž osemstenu) a jeho pevnosť v ohybe a tlaku je nižšia ako u iných materiálov, takže diamant je krehký, pri prudkom náraze sa rozpadá a po rozdrvení sa pomerne ľahko mení na prášok. . Diamant má maximálnu tvrdosť. Kombinácia týchto dvoch vlastností umožňuje jeho použitie pre brúsne a iné nástroje pracujúce pod výrazným špecifickým tlakom.
Index lomu (2,42) a disperzia (0,063) diamantu ďaleko prevyšujú indexy iných priehľadných minerálov, čo v kombinácii s maximálnou tvrdosťou určuje jeho kvalitu ako drahého kameňa.
Nečistoty dusík, kyslík, sodík, horčík, hliník, kremík, železo, meď a iné sa v diamantoch nachádzajú zvyčajne v tisícinách percenta.
Diamant je mimoriadne odolný voči kyselinám a zásadám, nie je zmáčaný vodou, ale má schopnosť priľnúť k niektorým tukovým zmesiam.
Diamanty sa v prírode nachádzajú ako vo forme dobre definovaných jednotlivých kryštálov, tak aj vo forme polykryštalických agregátov. Správne vytvorené kryštály vyzerajú ako mnohosteny s plochými plochami: osemsten, kosoštvorcový dvanásťsten, kocka a kombinácie týchto tvarov. Veľmi často sú na fazetách diamantov početné štádiá rastu a rozpúšťania; ak nie sú okom viditeľné, okraje sa zdajú byť zakrivené, guľovité, v tvare oktaedroidu, šesťstenu, kvádra a ich kombinácií. Rôzne tvary kryštálov sú spôsobené ich vnútornou štruktúrou, prítomnosťou a povahou distribúcie defektov, ako aj fyzikálno-chemickou interakciou s prostredím obklopujúcim kryštál.
Medzi polykryštalickými útvarmi vynikajú ballas, carbonado a board.
Ballas sú sférolitové útvary s radiálnou štruktúrou. Carbonado - kryptokryštalické agregáty s veľkosťou jednotlivých kryštálov 0,5-50 mikrónov. Guľa je čisto zrnité kamenivo. Ballas a najmä carbonado majú najvyššiu tvrdosť zo všetkých typov diamantov.
Obr.1 Štruktúra diamantovej kryštálovej mriežky.
Obr.2 Štruktúra diamantovej kryštálovej mriežky.
Diamant aj grafit sú rôzne formy toho istého prvku – uhlíka. Mäkký, drobivý grafit a najtvrdší kryštál na svete majú rovnaký vzorec – C. Ako je to možné?
Vlastnosti diamantu a grafitu
Diamanty sa v prírode vyskytujú v presne definovanej kryštalickej forme. Ide o priehľadný a najčastejšie bezfarebný kryštál, aj keď existujú aj diamanty sfarbené do modra, červena a dokonca aj čiernej. Táto farebná odchýlka od pravidla je spojená so zvláštnosťami prírodných podmienok tvorby kryštálov a prítomnosťou nečistôt v ňom. Vyčistený a vyleštený diamant získava zvláštny lesk, ktorý ľudia oceňujú.
Diamanty dobre odrážajú svetlo a majú zložitý tvar a dobre ho lámu. To dáva znamenie lesku a lesku čistenému kryštálu. Je to vodič tepla, ale je izolantom vzhľadom na elektrinu.
Grafit je antipód diamantu. Toto nie je kryštál, ale zbierka tenkých dosiek. Je čierna so sivým odtieňom. Vzhľadom pripomína oceľ s prevahou liatiny.
Napriek oceľovému vzhľadu je na dotyk mastný a pri používaní sa ukazuje byť aj mäkký. Pri najmenšom tlaku sa drobí, čo priťahuje ľudí, ktorí používajú grafit ako prostriedok na tlačenie informácií na papier.
Grafit, podobne ako diamant, je dobrým vodičom tepla, ale na rozdiel od svojej molekulárnej štruktúry tiež dobre vedie elektrinu.
Títo rôzni predstavitelia polymorfizmu molekulárneho uhlíka sa od seba odlišujú len jednou vecou - štruktúrou molekulárnej mriežky. Všetko ostatné je len dôsledok toho hlavného.
V grafite je kryštálová mriežka organizovaná podľa rovinného princípu. Všetky jeho atómy sú umiestnené v šesťuholníku, ktoré sú v rovnakej rovine. To je dôvod, prečo sú väzby medzi atómami rôznych šesťuholníkov také slabé a samotný grafit je vrstvený a jeho vrstvy sú navzájom zle spojené. Táto štruktúra kryštálovej mriežky určuje jej mäkkosť a rôznu užitočnosť, ale samotný grafit je zničený. Je to však práve táto štruktúra kryštálovej mriežky, ktorá umožňuje za špeciálnych podmienok a iných látok vyrobiť diamant z grafitu. Rovnaké procesy prebiehajú s týmto minerálom v prírode za podobných podmienok.
Diamantová mriežka je postavená na princípe objemových spojení každého s každým a každého s každým. Atómy tvoria pravidelný štvorsten. Atóm v každom štvorstene je obklopený inými atómami, z ktorých každý tvorí vrchol iného štvorstenu. Ukazuje sa, že v každom kúsku diamantu je oveľa viac štvorstenov, ako je molekúl, ktoré tieto štvorsteny tvoria, keďže každý z týchto štvorstenov je súčasťou iného štvorstenu. Z tohto dôvodu je diamant najnezničiteľnejším minerálom.
Osud uhlíka v grafite a diamante
Uhlík je jedným z najrozšírenejších prvkov v biosfére a na celej planéte Zem. Je prítomný v tej či onej forme v atmosfére (oxid uhličitý), vo vode (rozpustený oxid uhličitý a iné zlúčeniny) a v litosfére. Tu, v nebeskej klenbe zeme, je súčasťou veľkých ložísk uhlia, ropy, zemného plynu, rašeliny atď. Ale vo svojej čistej forme je reprezentovaný ložiskami diamantu a grafitu.
Väčšina uhlíka sa koncentruje v živých organizmoch. Všetky organizmy si stavajú svoje telá z uhlíka, ktorého koncentrácia v živých telách prevyšuje obsah uhlíka v neživej hmote. Mŕtve organizmy sa usadzujú na povrchu litosféry alebo oceánu. Tam sa za rôznych podmienok rozkladajú a vytvárajú ložiská bohaté na uhlík.
Pôvod čistých diamantových a grafitových ložísk je predmetom mnohých diskusií. Predpokladá sa, že ide o bývalé organizmy, ktoré sa ocitli v špeciálnych podmienkach a mineralizovali ako uhlie. Tiež sa verí, že diamanty sú magmatického pôvodu a grafit je metamorfného pôvodu. To znamená, že koncentrácia diamantov na planéte zahŕňa zložité procesy v útrobách zeme, kde dochádza k samovoľnému výbuchu a horeniu v prítomnosti kyslíka. V dôsledku interakcie molekúl metánu a kyslíka vznikajú diamantové kryštály. Počas rovnakých procesov, ale za určitých podmienok, je možný aj vzhľad grafitu.
Ako získať diamant z grafitu
Získať ho na súčasnej úrovni rozvoja chémie už dávno nie je problém. To, čo robí príroda za milióny rokov, dokáže človek za oveľa kratší čas. Hlavnou vecou je reprodukovať podmienky, za ktorých sa v prírode jedna forma čistého uhlíka transformuje na inú, to znamená, že sa vytvorí vysoká teplota a veľmi vysoký tlak.
Po prvýkrát boli takéto podmienky vytvorené pomocou výbuchu. Výbuch je okamžité horenie pod vysokým tlakom. Po tom, čo pozbierali, čo sa im podarilo nazbierať, sa ukázalo, že v grafite sa objavili malé diamanty. K tejto fragmentovanej transformácii došlo, pretože výbuch vytvára širokú škálu tlakov a teplôt. Tam, kde boli vytvorené podmienky na prechod z grafitu na diamant, sa tak stalo.
Táto nestabilita procesov spôsobila, že výbuchy boli pre výrobu diamantov z grafitu neperspektívne. To však vedcov nezastavilo a tvrdohlavo naďalej podrobovali grafit všemožným testom v nádeji, že sa z neho stane diamant. Stabilný výsledok bol dosiahnutý zahrievaním grafitovej tyče impulzmi na teplotu 2000°C, čo umožnilo získať diamanty významných veľkostí.
Experimenty s vysokým tlakom priniesli nečakané výsledky – grafit sa zmenil na diamant, no keď tlak klesol, vrátil sa do pôvodného stavu. Nebolo možné dôsledne zmenšiť vzdialenosť medzi atómami uhlíka použitím samotného tlaku. Potom začali spájať tlak a vysokú teplotu. Nakoniec bolo možné určiť rozsah kombinácií teploty a tlaku, pri ktorých možno získať diamantové kryštály. Pravda, takto vznikol len technický diamant, ktorého využitie v šperkárstve bolo náročné.
Okrem vysokých nákladov na dodávku energie pre proces premeny grafitu na diamant sa vyskytol ešte jeden problém – s narastajúcou dobou pôsobenia vysokej teploty začína grafitizácia diamantu. Všetky tieto jemnosti komplikujú priemyselnú výrobu diamantov. Z tohto dôvodu príroda, ktorá je pre ňu mimoriadne deštruktívna, zostáva relevantná a zisková.
Aby získali diamant určený na šperkárske účely, začali pestovať kryštály pomocou semena. Hotový diamantový kryštál bol vystavený teplotám 1500°, čo stimulovalo rast, najskôr rýchly a potom pomalý. Čím väčší kryštál, tým pomalšie rástol. Tento efekt urobil zo zaujímavého experimentu len experiment, pretože jeho výroba v priemyselnom meradle sa stala nerentabilnou. Použitie metánu ako „kŕmidla“ na pestovanie diamantov situáciu nezlepšilo. Pri vysokom tlaku a teplote sa metán rozkladá na uhlík a vodík. Tento uhlík je „potravou“ pre diamant.
Aplikácia diamantu a grafitu
Oba minerály sú široko používané v priemysle.
Diamanty sa používajú:
- v elektrotechnike;
- výroba nástrojov;
- rádiová elektronika;
- na vrtných súpravách
- vo výrobe šperkov.
Grafit sa používa na:
- výroba téglikov a iných žiaruvzdorných zariadení;
- výroba mazív;
- výroba ceruziek;
- výroba zariadení pre elektrouhoľný priemysel.
Napriek rôznorodosti použitia grafitu aj diamantu v rôznych priemyselných odvetviach môžeme pokojne hovoriť o väčších výhodách grafitu. Vďaka ideálnosti svojej kryštálovej mriežky je diamant inertný. Dá sa použiť len ako diamant. Väčšina diamantov ťažených v prírode ide pre potreby klenotníckeho priemyslu, pretože minerál je jedným z najdrahších drahých kameňov, pretože sa stáva diamantom, stimuluje obeh peňazí, a to je jeho hlavná vlastnosť v ekonomike.
Grafit, odstránený z prírody, sa stáva nie sebestačnou hodnotou, ale veľkým robotníkom výroby. Pre svoje vlastnosti sa používa jednak v pravej, prírodnej forme, teda ako grafit, jednak ako prostriedok, z ktorého možno získať nové látky, napríklad rovnaký diamant.
Tvrdý diamant hrajúci svetlom a nepriehľadný, ľahko lúpateľný grafit môžeme obrazne nazvať súrodencami. Koniec koncov, chemické zloženie oboch obsahuje iba jeden prvok - uhlík. Poďme zistiť, prečo sa tieto minerály, ktoré majú spoločný pôvod, navzájom tak líšia a ako sa diamant líši od grafitu.
Definícia
diamant- minerál na báze uhlíka. Vyznačuje sa metastabilitou, teda schopnosťou existovať v nezmenenej forme za normálnych podmienok neobmedzene dlhý čas. Umiestnenie diamantu do špecifických podmienok, napríklad vo vákuu pri zvýšenej teplote, vedie k jeho prechodu na grafit.
diamant
Grafit– minerál, ktorý pôsobí ako modifikácia uhlíka. Počas trenia sa od celkovej hmotnosti látky oddeľujú šupiny. Najznámejším využitím grafitu je výroba tuh na ceruzku z neho.
Grafit Porovnanie
Jav, pri ktorom látky majú rôzne vlastnosti, no sú tvorené spoločným chemickým prvkom, sa nazýva alotropia. V prírode však možno už neexistujú také úplne odlišné alotropické formy toho istého prvku. Čo vysvetľuje rozdiel medzi diamantom a grafitom?
Rozhodujúcu úlohu tu zohrávajú vlastnosti kryštálovej štruktúry každej látky. Poďme hovoriť o diamante. Väzba medzi jej atómami je neuveriteľne silná. Je to spôsobené tým, ako sú navzájom umiestnené. Susedné atómové bunky látky majú kubický tvar. Častice sa nachádzajú v rohoch buniek, na ich okrajoch a vo vnútri. Tento typ štruktúry sa nazýva tetraedrický.
Diamantová bunka Táto geometria atómov zabezpečuje ich najhustejšiu organizáciu, vďaka čomu sa diamant stáva tvrdým a odolným voči deformácii. Zároveň ide o krehkú látku, ktorá môže pri náraze prasknúť. Štruktúra tiež určuje vysokú tepelnú vodivosť diamantu a schopnosť jeho kryštálov lámať svetlo.
Grafit má inú štruktúru. Na atómovej úrovni pozostáva z vrstiev umiestnených v rôznych rovinách. Každá vrstva je tvorená šesťuholníkmi priľahlými k sebe, ako včelí plást. Väzba medzi atómami, ktoré sú vrcholmi šesťuholníkov, je silná len v rámci každej vrstvy. A atómy umiestnené v rôznych vrstvách sú od seba prakticky nezávislé.
Grafitová štruktúra Značky ceruzkou sú ľahko odstrániteľné vrstvy grafitu. Vďaka svojim štrukturálnym vlastnostiam látka absorbuje svetlo, nadobúda skôr nenápadný vzhľad (ale s kovovým leskom) a je elektricky vodivá.
Vlastné vlastnosti minerálov určujú ich vhodnosť v určitej oblasti. Aký je rozdiel medzi diamantom a grafitom, pokiaľ ide o ich aplikácie? Briliantový diamant je ideálny na výrobu šperkov. A tvrdosť tohto materiálu umožňuje jeho použitie na výrobu vysokokvalitných rezačiek skla, superpevných vrtákov a iných obľúbených produktov.
Grafitové tyče zohrávajú úlohu elektród pri mnohých procesoch. Drvený grafit je súčasťou minerálnych farieb a používa sa ako mazivo. A zo zmesi tejto látky a hliny sa vyrábajú špeciálne nádoby na tavenie kovov.
Dobrý deň, naši milí čitatelia! Zamysleli ste sa niekedy nad tým, čo môžu mať spoločné diamant a grafit? Zdalo by sa, že diamant je to, z čoho sa vyrábajú drahé šperky, ktoré potešia oko aj toho najušľachtilejšieho vkusu. Tvrdý, húževnatý a prakticky nezničiteľný. A grafit, hlavný prvok na výrobu ceruziek, je veľmi krehký a ľahko sa láme. Pamätáte si, ako často sa vám zlomil stylus?
Oba minerály však spolu súvisia. Okrem toho obnovenie špeciálnych podmienok umožňuje uskutočniť proces transformácie z grafitu na diamant a naopak.
Čítanie článku vám umožní zistiť, aké vlastnosti majú minerály uvedené v článku, ako sa vôbec objavili na Zemi a kam musíte ísť, aby ste mohli ťažiť diamanty. Alebo, ak máte menej šťastia, grafit a tiež, je možné vyrobiť diamanty a grafit doma?
Prajeme vám príjemné čítanie!
Vlastnosti diamantu a grafitu
Hlavné charakteristické črty diamantu sú:
- schopnosť lámať a odrážať slnečné svetlo, čo mu dodáva jeho slávny lesk;
- najvyššia tvrdosť (v porovnaní s inými minerálmi) a krehkosť;
- metastabilita – schopnosť nemeniť svoju štruktúru a stav stovky rokov za normálnych podmienok;
- vysoká tepelná vodivosť;
- vysoká odolnosť voči kyselinám a zásadám;
- má nízky koeficient trenia;
- dielektrikum, nevedie elektrický prúd.
Takéto vlastnosti minerálu sú možné vďaka tomu, že jeho vnútorná štruktúra má zložitú kryštálovú mriežku, ktorou je kocka alebo štvorsten. Štruktúra je založená na chemickom prvku uhlík.
Ak sú v jeho kryštálovej mriežke nečistoty, dokáže zmeniť farbu, ktorú pozná každý. Prítomnosť železa v kompozícii teda dáva minerálu hnedý odtieň, lítium - žltý, hliník - modrý, mangán - ružový alebo červený (v závislosti od koncentrácie), bór - modrý, chróm - zelený.
Grafit je presný opak diamantu. Jeho štruktúra pozostáva z niekoľkých vrstiev, ktoré sa navonok podobajú tenkým platniam. Hlavným konštrukčným prvkom je uhlík. Má čiernu farbu s kovovým nádychom. Jemný a mierne mastný na dotyk.
Má nasledujúce charakteristické vlastnosti:
- neprepúšťa ani neláme svetlo;
- dobrá tepelná vodivosť;
- dobrá požiarna odolnosť;
- krehkosť;
- nízky koeficient trenia;
- vedie elektrický prúd;
- možno miešať s inými látkami.
Napriek takýmto rozdielnym vlastnostiam sa moderná veda naučila umelo vyrábať tu prezentované minerály jeden od druhého.
Je diamant minerál alebo nie?
Aby sme mohli odpovedať na túto otázku, poďme zistiť, čo to vlastne „minerál“ je. V modernej vede sa minerál považuje za pevné teleso prírodného pôvodu, ktoré má kryštalickú štruktúru, to znamená, že usporiadanie atómov je prísne usporiadané.
Keďže štruktúra diamantu je kocka alebo štvorsten a má čistú kryštálovú mriežku, možno ho s istotou klasifikovať ako minerál.
Podobne je to aj s grafitom, ktorého lamelárna štruktúra má tiež striktný poriadok.
Pôvod diamantov a grafitu
Neexistujú presné a spoľahlivé údaje o tom, odkiaľ tieto minerály pochádzajú. Existuje len niekoľko hypotéz, konkrétne:
- Hypotéza magmatického pôvodu
- Hypotéza pôvodu plášťa
- Hypotéza pôvodu tekutiny
Prvé dve teórie sú najobľúbenejšie a scvrkávajú sa na skutočnosť, že k objaveniu došlo v hlbinách našej Zeme pred mnohými miliónmi rokov v hĺbke sto až dvesto kilometrov. Kryštály sa dostali na povrch v dôsledku výbuchov a sopečných erupcií.
Grafit zase môže vzniknúť aj v dôsledku zmien sedimentárnych hornín.
Zaujímavým faktom je prítomnosť diamantových úlomkov v meteoritoch. To naznačuje, že okrem pozemského pôvodu existujú aj kryštály meteoritového pôvodu prinesené z vesmíru.
Existuje množstvo hypotéz o tom, ako by sa v meteoritoch mohli tvoriť drobky. Najpopulárnejšou teóriou je, že samotný meteorit neobsahuje diamantové úlomky v „čistej“ forme, ale je obohatený iba uhlíkom. Po dopade na Zem sa vytvoria ideálne podmienky pre obnovu minerálu: vysoká teplota (dva až tri tisíc stupňov) a tlak (od 5 do 10 GPa). Diamanty vytvorené touto metódou sa nazývajú impaktity.
Žiaľ, kryštály kozmického pôvodu sú príliš malé na priemyselnú ťažbu a preto sú všetky ložiská využívané na ťažbu len prírodného pôvodu.
Hlavné vklady
Najväčšie náleziská diamantov sa nachádzajú v Indickej republike, Ruskej federácii, provincii Kimberley (tvoria 80 % všetkej produkcie).
Ruské ložiská sa nachádzajú v Republike Sakha (Jakutsko), na území Perm a v oblasti Archangelsk.
Röntgenové lúče sa používajú na detekciu diamantových usadenín. Hľadanie trvá desaťročia. Veľmi malý počet objavených ložísk obsahuje minerály vysokej kvality, postačujúce na použitie v klenotníckom priemysle.
Proces ťažby zahŕňa ťažbu rudy a jej drvenie, pričom sa oddeľujú súvisiace horniny. Potom sa pomocou špeciálneho zariadenia určia kategórie a triedy vyťaženého materiálu.
Najväčšie ložiská grafitu sa nachádzajú v Krasnodarskom kraji a na Ukrajine. Ložiská s nekvalitným materiálom sa nachádzajú na Madagaskare, Brazílii, Kanade a Mexiku.
Spravidla sa nachádza spolu s vápencovými horninami, ako je apatit a flogopit, ako aj v pneumatolitových formáciách, a to: kremeň, živec, biotit, titanomagnetit.
Oblasť použitia
Používa sa v mnohých oblastiach priemyslu.
- elektrotechnika;
- Rádiová elektronika a výkonová elektronika;
- vrtné súpravy;
- výroba drahých šperkov a doplnkov.
Rozsah použitia grafitu:
- vytvorenie ohňovzdorných zariadení;
- výroba mazív;
- výroba ceruziek;
- jadrová energia (ako moderátor neutrónov);
- umelá výroba diamantov.
Najobľúbenejšou oblasťou použitia je výroba šperkov. Spracovaný minerál, nazývaný diamant, má vysokú hodnotu a je veľmi obľúbený na trhu so šperkami. Pre mnohých ľudí je to stále skvelá investičná možnosť.
Technológia výroby diamantov z grafitu
Pre modernú vedu je pestovanie umelého diamantového kryštálu len maličkosťou. Ak v prirodzených podmienkach trvá vznik stoviek miliónov rokov, v špeciálne vybavenom laboratóriu sa to uskutoční za oveľa kratší čas.
Princípom neprirodzenej produkcie je opätovné vytvorenie optimálnych podmienok, ktoré sú najpriaznivejšie pre zmenu formy uhlíka. Vyžaduje sa vysoká teplota (od 1500 do 3000 stupňov) a tlak (niekoľko GPa). Najjednoduchší spôsob, ako ho získať, je pulzovať tepelný grafit na dvetisíc stupňov. Udržiavaním vysokého tlaku prebieha proces premeny grafitu na diamanty. Zároveň, keď tlak klesá, nastupuje spätný proces, pri ktorom sa jeden minerál mení na druhý.
V tomto ohľade je na získanie diamantového kryštálu potrebné dlhodobo stabilne udržiavať vysoké teplotné a tlakové parametre. Vďaka tomu je technológia konverzie energeticky náročná a nákladná. Navyše týmto procesom vzniká iba priemyselný diamant, ktorý je nevhodný na použitie v šperkoch.
Z týchto dôvodov sa produkcia neprirodzených diamantov v porovnaní s ťažbou považuje za nerentabilnú.
Výroba umelého grafitu
Existujú tieto typy umelých grafitov: vysoká pec, koks, retorta, Acheson.
Najobľúbenejším neprirodzeným druhom je koks. Spôsob výroby zahŕňa získanie hustej uhlíkovej hmoty z piesku a koksu, jej vypálenie, spojené s karbonizáciou. V poslednom štádiu nastáva kryštalizácia (grafitizácia). Na zníženie pórovitosti sa výsledný minerál impregnuje syntetickými živicami a praženie sa opakuje. Každý opakovaný cyklus výrazne znižuje pórovitosť. Celkovo môže byť až päť cyklov.
Významnou nevýhodou umelého grafitu je obsah rôznych nečistôt, a teda nízka „čistota“.
To je všetko! Ďakujem veľmi pekne za váš záujem a pozornosť! Nezabudnite odporučiť tento článok svojim priateľom na sociálnych sieťach!
Tím LyubiKamni
Nie každý vie, ale diamant a grafit sú dve formy tej istej látky. Tieto minerály sa od seba úplne líšia tvrdosťou a charakteristikami lomu a odrazu svetla. Navyše, rozdiely sú dosť výrazné. Diamant je najtvrdší minerál na svete, na Mohsovej stupnici predstavuje štandard 10, pričom tvrdosť grafitu na tejto stupnici je len 2. Diamant a grafit sú teda súčasne najpodobnejšími a najnepodobnejšími látkami na svete.
Kryštálové mriežky diamantu a grafitu
Každý z nich pochádza z uhlíka, ktorý je zasa najrozšírenejším prvkom v biosfére. Je prítomný v atmosfére aj vo vode, v biologických objektoch. V zemi je prítomný v zložení ropy, plynu, rašeliny atď. Nachádza sa tiež ako ložiská grafitu a diamantu.
Najviac uhlíka sa nachádza v organizmoch. Navyše, nikto z nich sa bez neho nezaobíde. A pôvod tohto minerálu v iných častiach planéty je presne vysvetlený prítomnosťou živých organizmov.
Veľa kontroverzií je okolo otázky, odkiaľ sa vzal grafit a diamanty, pretože nestačí, aby existoval iba uhlík, ale je tiež potrebné, aby boli splnené určité podmienky, za ktorých tento chemický prvok získa novú štruktúru. Predpokladá sa, že pôvod grafitu je metamorfný a diamanty sú magmatické. To znamená, že vznik diamantov na planéte sprevádzajú zložité fyzikálne procesy, s najväčšou pravdepodobnosťou v hlbokých vrstvách zeme pri spaľovaní a výbuchoch za prítomnosti kyslíka. Vedci naznačujú, že na tomto procese sa podieľa aj metán, ale nikto to nevie s istotou.
Rozdiely medzi grafitom a diamantom
Hlavným rozdielom je štruktúra diamantu a grafitu. Diamant je minerál, forma uhlíka. Vyznačuje sa metastabilitou, čo znamená, že je schopný zostať nezmenený donekonečna. Diamant sa za určitých špecifických podmienok mení na grafit, napríklad pri vysokej teplote vo vákuu.
Grafit je tiež modifikáciou uhlíka. Jeho štruktúra spôsobuje, že minerál je veľmi vrstvený, takže jeho najčastejšie využitie je pri výrobe tuh na ceruzky.
Jav, pri ktorom látky tvorené tým istým chemickým prvkom majú rôzne fyzikálne vlastnosti, sa nazýva alotropia. Existujú aj iné podobné látky, ale tieto dva minerály majú medzi sebou najväčší rozdiel. Rozhodujúcu úlohu v tom zohrávajú štruktúrne vlastnosti kryštálovej štruktúry každého minerálu.
Diamant má neuveriteľne silné väzby medzi atómami vďaka ich úzkemu usporiadaniu. Susedné atómy bunky majú tvar kocky, kde častice sú umiestnené v rohoch, okrajoch a vnútri nich. Ide o štvorstenný typ štruktúry. Táto geometria atómov zabezpečuje ich najhustejšiu organizáciu. Preto je tvrdosť diamantu taká vysoká.
Nízke atómové číslo uhlíka, ktoré naznačuje, že atóm má malú atómovú hmotnosť a teda aj polomer, z neho robí najťažšiu látku na planéte. To však vôbec neznamená silu. Rozdeliť diamant je celkom jednoduché, stačí ho trafiť. Táto štruktúra vysvetľuje vysoký koeficient tepelnej vodivosti a lomu svetla diamantu.
Štruktúra grafitu je úplne iná. Na atómovej úrovni predstavuje sériu vrstiev umiestnených v rôznych rovinách. Každá z týchto vrstiev sú šesťuholníky, ktoré spolu susedia ako plást. V tomto prípade iba atómy nachádzajúce sa v každej vrstve majú silnú väzbu a väzba medzi vrstvami je krehká, sú na sebe prakticky nezávislé.
Značka ceruzkou sú presne oddeliteľné vrstvy grafitu. Vďaka zvláštnosti svojej štruktúry má grafit nenápadný vzhľad, absorbuje svetlo, má elektrickú vodivosť a kovový lesk.
Výroba diamantu z grafitu
Dlho bolo získanie diamantu technologicky náročné, no dnes to nie je až taká náročná úloha. Hlavným problémom sú opakujúce sa procesy v laboratóriu v krátkom časovom období, ktoré v prírode trvajú milióny rokov. Vedci dokázali, že podmienkou prechodu diamantu z grafitu bola vysoká teplota a tlak.
Po prvýkrát boli takéto podmienky dosiahnuté pomocou výbuchu. Výbuch je chemický proces, ktorý zahŕňa spaľovanie pri vysokej teplote a rýchlosti. Potom sa zhromaždili zvyšky grafitu a ukázalo sa, že sa v ňom vytvorili malé diamanty. To znamená, že transformácia sa vyskytla iba vo fragmentoch. Dôvodom je rozšírenie parametrov v rámci samotnej explózie. Tam, kde boli na takúto premenu dostatočné podmienky, sa tak stalo.
Prírodný neopracovaný diamant
Takéto parametre spôsobili, že výbuchy boli pre výrobu diamantov neperspektívne. Experimenty sa však dlho nezastavili, vedci ich naďalej vykonávali, aby nejakým spôsobom získali tento minerál. Viac-menej stabilný výsledok dosiahli, keď sa pokúsili pulzovať grafit na teplotu dvetisíc stupňov. V tomto prípade bolo možné získať diamanty slušnej veľkosti.
Takéto experimenty však priniesli ďalší neočakávaný výsledok. Po premene grafitu na diamant nastal s klesajúcim tlakom spätný prechod diamantu na grafit, teda došlo ku grafitizácii. Preto nebolo možné dosiahnuť stabilný výsledok použitím samotného tlaku. Potom, spolu so zvýšením tlaku, sa grafit začal zahrievať. Po určitom čase bolo možné vypočítať rozsah tlakov a teplôt, pri ktorých je možné získať diamantové kryštály. Tieto metódy však stále neumožňovali získať minerál drahokamovej kvality.
Aby získali kamene vhodné na vytváranie šperkov, začali pestovať diamanty pomocou semien. Používal sa ako hotový diamantový kryštál, ktorý bol zahriaty na teplotu 1500 stupňov, čo stimulovalo najprv rýchly a potom pomalý rast. Aplikácia metódy v priemyselnom meradle však bola nerentabilná. Potom začali ako surovinu používať metán, ktorý sa za takýchto podmienok rozložil na uhlík a vodík. Práve tento uhlík fungoval takpovediac ako potrava pre diamant, vďaka čomu mohol rásť oveľa rýchlejšie.
Preto sa dnes táto metóda používa na výrobu umelých diamantov. Aj keď je to nákladovo efektívne, cena takýchto celých umelých minerálov zostáva vysoká, takže nie sú veľmi populárne v porovnaní s náhradami diamantov.
Minerálne ložiská
Diamanty vznikajú v hĺbke 100 km a pri teplote 1300 stupňov. Kimberlitová magma, ktorá tvorí kimberlitové rúry, sa dostáva do činnosti prostredníctvom výbuchov. Práve tieto rúry predstavujú primárne diamantové ložiská. Prvá takáto fajka bola objavená v africkej provincii Kimberley, odkiaľ pochádza aj jej názov.
Najznámejšie ložiská sa nachádzajú v Indii, Rusku a Južnej Afrike. Primárne ložiská tvoria 80 % všetkých vyťažených diamantov.
Na nájdenie diamantu v prírode sa používajú röntgenové lúče. Väčšina nájdených kameňov je nevhodná na výrobu šperkov, pretože majú značné množstvo defektov, vrátane prasklín, inklúzií, cudzích fluorescenčných odtieňov atď. Preto je ich použitie technické. Takéto kamene sú rozdelené do troch kategórií:
- doska - kamene so zónovou štruktúrou;
- balas - kamene, ktoré sú okrúhle alebo hruškovité;
- carbonado - čierny diamant.
Diamanty, ktoré sú veľké a majú vynikajúce vlastnosti, majú tendenciu dostať svoje meno. Navyše, vysoká cena kameňa ho robí pre mnohých žiadúcim, čo zaručuje „krvavú históriu“.
Grafit vzniká premenou sedimentárnych hornín. V Mexiku a na Madagaskare nájdete grafitovú rudu nízkej kvality. Najznámejšie ložiská sú v Krasnodare a na Ukrajine.
Aplikácia
Využitie diamantu aj grafitu je oveľa širšie, ako sa zdá. Existuje niekoľko oblastí použitia diamantu.
V klenotníckom priemysle sa diamanty používajú iba na rezanie, ako je známe, nazývajú sa brilianty. Len 20 % všetkých vyťažených kameňov je vhodných na šperky a kvalitných minerálov je oveľa menej.
Diamanty sú najdrahšie kamene na svete. Z hľadiska hodnoty sa s nimi môže porovnávať len niekoľko príkladov rubínov. Hodnotu minerálov ovplyvňuje strih, farba, odtieň a čírosť. Typicky sú niektoré z týchto charakteristík neviditeľné voľným okom, ale sú odhalené počas vyšetrenia.
Použitie diamantov v šperkoch je veľmi bežné. Často pôsobia ako jediný kameň alebo dopĺňajú kvalitné zafíry, rubíny a smaragdy. Najčastejšie sa kamene používajú v zásnubných prsteňoch.
V technickej oblasti berú väčšinou druhotriedne suroviny, s chybami alebo s rôznymi odtieňmi. Priemyselné diamanty sú rozdelené do niekoľkých podkategórií.
- diamanty určitého tvaru, ktorý je vhodný na výrobu ložísk, hrotov vrtákov atď.;
- hrubé kamene;
- kamienky s defektmi, používané len na výrobu diamantových triesok a prášku.
Posledne menované sa používajú buď vo veľmi malých dieloch alebo ako povlak na výrobu rezných a brúsnych nástrojov.
V elektronike sa používajú ihly, čo sú neošetrené kryštály, ktoré majú prirodzene ostrý vrch, alebo úlomky s rovnakým vrchom. Priemyselné vrtné súpravy obsahujú aj diamanty. Vrstvy tohto minerálu sa používajú v mikroobvodoch, meračoch atď., To sa deje kvôli jeho vysokej tepelnej vodivosti a odolnosti.
Asi 60 % všetkých priemyselných diamantov sa používa v nástrojoch. Zvyšných 40 % v rovnakých množstvách:
- pri vŕtaní studní;
- recyklácia;
- v malých častiach šperkov;
- v brúsnych kotúčoch.
Grafit sa nepoužíva v čistej forme. Zvyčajne sa spracováva. Najkvalitnejší grafit sa používa vo forme tuhy. Pri odlievaní sa najčastejšie používa grafit. Tu sa používa na zabezpečenie hladkého povrchu ocele. Na tento účel sa používa v surovej forme.
V elektrouhoľnom priemysle sa využívajú nielen prírodné minerály, ale aj vytvorené. Ten má vysokú jednotnosť v kvalite a čistote. Vďaka vysokej prúdovej vodivosti je tiež široko používaný na výrobu elektród v zariadeniach. Okrem toho sa používa ako motorové kefy. V metalurgii sa grafit používa ako mazivo.
Grafitové tyče boli predtým široko používané pri vytváraní jadrových reaktorov pre ich schopnosť spomaliť neutróny. Boli to najmä bórové tyče s grafitovými hrotmi, ktoré fungovali ako kontrolno-ochranné tyče v jadrovej elektrárni v Černobyle. Jedným z problémov, ktoré neskôr viedli k havárii, bolo, že na uhasenie reťazovej reakcie sa museli neutróny, za ktoré bol zodpovedný bór, absorbovať a nie spomaliť. Preto v momente, keď boli tyče spustené do aktívnej zóny reaktora, jeho energia sa prudko zvýšila, čo viedlo k prehriatiu. Ale toto bol len jeden z mnohých dôvodov.
Diamant a grafit sú teda dva rôzne minerály s rovnakým prvkom vo svojej základni. Ich štruktúra odlišuje vlastnosti, čo je zaujímavé. Každý z nich je krásny svojím vlastným spôsobom a má veľmi široké uplatnenie ako vo veľmi zložitých dizajnoch, tak aj v každodenných predmetoch.
Načítava...
