domov → diete Sestavljen je iz grafita in diamanta. Fizikalne lastnosti diamanta in grafita. Kemična vez v ogljikovih mineralih

Sestavljen je iz grafita in diamanta. Fizikalne lastnosti diamanta in grafita. Kemična vez v ogljikovih mineralih

Vsi ne vedo, vendar sta diamant in grafit dve obliki iste snovi. Ti minerali se med seboj popolnoma razlikujejo po trdoti ter po značilnostih loma in odboja svetlobe. In razlike so precejšnje. Diamant je najtrši mineral na svetu, po Mohsovi lestvici je standard - 10, medtem ko je trdota grafita na tej lestvici le 2. Tako sta diamant in grafit hkrati najbolj podobni in različni snovi na svetu.

Kristalne mreže diamanta in grafita

Vsak od njih prihaja iz ogljika, ki je najpogostejši element v biosferi. Prisoten je tako v ozračju kot v vodi, v bioloških objektih. V tleh je prisoten v sestavi nafte, plina, šote itd. Najdemo ga tudi kot nahajališča grafita in diamanta.

Največ ogljika v organizmih. Še več, nihče od njih ne more brez tega. In izvor tega minerala v drugih delih planeta je natančno razložen s prisotnostjo živih organizmov tam nekoč.

Veliko polemik spremlja vprašanje, od kod prihajata grafit in diamanti, saj ni dovolj, da obstaja en ogljik, potrebno je tudi, da so izpolnjeni določeni pogoji, pod katerimi ta kemični element prevzame novo strukturo. Menijo, da je izvor grafita metamorfen, izvor diamantov pa magmatski. To pomeni, da nastajanje diamantov na planetu spremljajo zapleteni fizični procesi, najverjetneje v globokih plasteh zemlje med zgorevanjem in eksplozijami v prisotnosti kisika. Znanstveniki domnevajo, da je v ta proces vpleten tudi metan, vendar nihče ne ve zagotovo.

Razlike med grafitom in diamantom

Glavna razlika je struktura diamanta in grafita. Diamant je mineral, oblika ogljika. Zanj je značilna metastabilnost, kar pomeni, da lahko ostane nespremenjen neomejeno dolgo. Diamant se spremeni v grafit pod določenimi pogoji, na primer, ko visoka temperatura v vakuumu.

Grafit je tudi modifikacija ogljika. Zaradi svoje strukture je mineral zelo slojevit, zato se najpogosteje uporablja pri izdelavi svinčnikov.

Pojav, pri katerem imajo snovi, ki jih tvori isti kemični element, različne fizikalne lastnosti, imenujemo alotropija. Obstajajo še druge podobne snovi, vendar sta ta dva minerala med seboj največja razlika. Odločilno vlogo pri tem igrajo strukturne značilnosti kristalne strukture vsakega od mineralov.

Diamant ima neverjetno močno vez med atomi zaradi svoje goste razporeditve. Sosednji atomi celice imajo obliko kocke, kjer se delci nahajajo na vogalih, ploskvah in znotraj njih. To je tetraedrična vrsta strukture. Ta geometrija atomov zagotavlja najbolj gosto organizacijo. Zato je trdota diamanta tako visoka.

Nizko atomsko število ogljika, ki kaže, da ima atom majhno atomsko maso in s tem tudi polmer, ga uvršča med najtrše snovi na planetu. Vendar to sploh ne pomeni vzdržljivosti. Razbiti diamant je zelo enostavno, samo udarite po njem. Ta struktura pojasnjuje visok koeficient toplotne prevodnosti in lom svetlobe diamanta.

Struktura grafita je popolnoma drugačna. Na atomski ravni gre za vrsto plasti, ki se nahajajo v različnih ravninah. Vsaka od teh plasti je šesterokotnikov, ki mejijo druga na drugo kot satje. V tem primeru imajo samo atomi, ki se nahajajo znotraj posamezne plasti, močno vez, vez med plastmi pa je krhka, praktično sta neodvisni drug od drugega.

Sled svinčnika so le snemljive plasti grafita. Zaradi posebnosti svoje strukture ima grafit neopazen videz, absorbira svetlobo, ima električno prevodnost in kovinski lesk.

Pridobivanje diamanta iz grafita

Dolgo časa je bilo tehnološko težko dobiti diamant, danes pa to ni tako težka naloga. Glavni problem je ponavljanje procesov v laboratoriju v kratkem času, ki v naravi traja milijone let. Znanstveniki so dokazali, da sta bila pogoja za prehod diamanta iz grafita visoka temperatura in tlak.

Prvič so bili takšni pogoji doseženi s pomočjo eksplozije. Eksplozija je kemični proces zgorevanja pri visoki temperaturi in hitrosti. Po tem so zbrali ostanke grafita in izkazalo se je, da so se v njem oblikovali majhni diamanti. Se pravi, preobrazba je potekala le fragmentarno. Razlog za to je širjenje parametrov znotraj same eksplozije. Kjer so bili pogoji za takšno preobrazbo zadostni, se je zgodila.

Naravni surovi diamant

Zaradi takšnih parametrov eksplozije niso bile obetavne za proizvodnjo diamantov. Vendar se poskusi niso ustavili, znanstveniki so jih dolgo časa izvajali, da bi nekako pridobili ta mineral. Bolj ali manj stabilen rezultat so dobili, ko so poskušali grafit impulzivno segreti na temperaturo dva tisoč stopinj. V tem primeru je bilo mogoče dobiti diamante dostojne velikosti.

Vendar pa so takšni poskusi dali še en nepričakovan rezultat. Po pretvorbi grafita v diamant je z zmanjšanjem tlaka prišlo do obratnega prehoda diamanta v grafit, to je do grafitizacije. Tako s samo enim pritiskom ni bilo mogoče doseči stabilnega rezultata. Nato se je skupaj s povečanjem tlaka grafit začel segrevati. Nekaj časa kasneje je bilo mogoče izračunati razpon tlakov in temperatur, pri katerih je mogoče dobiti diamantne kristale. Vendar te metode še vedno niso omogočile pridobitve minerala dragulja.

Da bi dobili kamne, primerne za ustvarjanje nakita, so začeli gojiti diamante s semenom. Kot je bil uporabljen že pripravljen diamantni kristal, ki je bil segret na temperaturo 1500 stopinj, kar je spodbudilo najprej hitro in nato počasno rast. Vendar je bila uporaba metode v industrijskem obsegu nedonosna. Nato so začeli kot gnojilo uporabljati metan, ki je v takih pogojih razpadel na ogljik in vodik. Prav ta ogljik je deloval, če lahko tako rečem, kot krma za diamant in mu je omogočil veliko hitrejšo rast.

Tako se danes ta metoda uporablja za ustvarjanje umetnih diamantov. Čeprav so stroški takšnih celih umetnih mineralov stroškovno učinkoviti, ostajajo visoki, zaradi česar so manj priljubljeni kot nadomestki za diamante.

Nahajališča mineralov

Diamanti se rodijo na globini 100 km in pri temperaturi 1300 stopinj. Kimberlitna magma, ki tvori kimberlitne cevi, začne delovati kot posledica eksplozij. Prav te cevi so primarna nahajališča diamantov. Prvič so takšno cev odkrili v afriški provinci Kimberley, od tod tudi njeno ime.

večina znana nahajališča najdemo v Indiji, Rusiji in Južni Afriki. Primarna nahajališča predstavljajo 80 % vseh izkopanih diamantov.

Za iskanje diamanta v naravi se uporabljajo rentgenski žarki. Večina najdenih kamnov je neprimernih za izdelavo nakita, saj so pomembno število napake, vključno z razpokami, vključki, tujimi odtenki fluorescence itd. Zato je njihova uporaba tehnična. Takšni kamni so razdeljeni v tri kategorije:

plošča - kamni s consko strukturo;
ballas - kamni, ki imajo okroglo ali hruškasto obliko;
carbonado - črni diamant.

Diamanti velike velikosti z izjemnimi lastnostmi običajno dobijo svoje ime. Poleg tega je zaradi visokih stroškov kamna zaželen za mnoge, kar zagotavlja "krvavo zgodbo".

Grafit nastane kot posledica spreminjanja sedimentnih kamnin. V Mehiki in na Madagaskarju je mogoče najti grafitno rudo nizke kakovosti. Najbolj znana nahajališča so v Krasnodarju in Ukrajini.

Aplikacija

Uporaba tako diamanta kot grafita je veliko širša, kot se zdi. Obstaja več uporab za diamante.

V industriji nakita se diamanti uporabljajo samo pri rezanju, kot veste, se imenujejo briljanti. Le 20% vseh izkopanih kamnov je primernih za nakit, visokokakovostnih mineralov pa je veliko manj.

Diamanti so najdražji kamni na svetu. Po vrednosti se z njimi lahko primerjajo le nekateri primerki rubinov. Na vrednost mineralov vplivajo rez, barva, odtenek in čistost. Običajno so nekatere od teh značilnosti nevidne s prostim očesom, vendar se razkrijejo med pregledom.

Uporaba diamantov v nakitu je zelo pogosta. Pogosto delujejo kot edini kamen ali dopolnjujejo visokokakovostne safirje, rubine, smaragde. Najpogostejša uporaba kamnov so zaročni prstani.

Na tehničnem področju običajno vzamejo drugorazredne surovine, z napakami ali z različnimi odtenki. Tehnični diamanti so razdeljeni v več podkategorij.

diamanti določene oblike, ki je primerna za izdelavo ležajev, svedrov in tako naprej;
surovi kamni;
kamenčki z napakami, ki se uporabljajo samo za izdelavo diamantnih čipov in prahu.

Slednji se uporabljajo bodisi v zelo majhnih delih bodisi kot premaz za izdelavo rezalnih in brusilnih orodij.

V elektroniki se uporabljajo igle, ki so surovi kristali, ki imajo naravno oster vrh, ali drobci z enakim vrhom. Tudi vrtalni stroji v industriji vsebujejo diamante. Plasti tega minerala se uporabljajo v mikrovezjih, števcih itd., To je posledica visoke toplotne prevodnosti in odpornosti.

Približno 60 % vseh industrijskih diamantov se uporablja v orodjih. Preostalih 40% v enakih zneskih:

pri vrtanju vodnjakov;
obravnavati;
v majhnih podrobnostih nakit;
v brusih.

Čisti grafit se ne uporablja. Običajno je obdelan. Grafit najvišja kakovost uporablja se v obliki svinčnika. Grafit najde najširšo uporabo pri litju. Tu se uporablja za zagotovitev gladke površine jekla. Za to se uporablja v surovi obliki.

V elektroindustriji premoga se ne uporablja le mineral naravnega izvora, ampak tudi ustvarjen. Slednji ima visoko enotnost v kakovosti in čistosti. Zaradi visoke prevodnosti toka se pogosto uporablja tudi za izdelavo elektrod v instrumentih. Poleg tega se uporablja kot motorne krtače. V metalurgiji se grafit uporablja kot mazivo.

Grafitne palice so se zaradi svoje sposobnosti upočasnjevanja nevtronov prej pogosto uporabljale pri izdelavi jedrskih reaktorjev. Zlasti borove palice z grafitnimi konicami so delovale kot nadzorno-zaščitne palice v jedrski elektrarni Černobil. Eden od problemov, ki je kasneje privedel do nesreče, je bil, da je bilo treba za ugasnitev verižne reakcije absorbirati nevtrone, za kar je odgovoren bor, in ne upočasniti. Zato se je v trenutku, ko so palice spustili v reaktorsko sredico, njena energija skokovito povečala, kar je povzročilo pregrevanje. Toda to je bil le eden od mnogih razlogov.

Tako sta diamant in grafit dva različna minerala z istim osnovnim elementom. Njihove strukture naredijo lastnosti različne, kar je zanimivo. Vsak od njih je lep na svoj način in ima zelo široko uporabo tako v zelo kompleksnih strukturah kot v vsakdanjih predmetih.

Za navadnega človeka sta diamant in grafit dva popolnoma različna in nepovezana elementa. Diamant vzbuja asociacije na prelivajoče se dragulje, spominja se izraz "blešči kot diamant". Grafit je nekaj sivega, kar se običajno uporablja za izdelavo svinčnikov.

Težko je verjeti, da sta oba minerala ista snov z različnimi oblikami predelave.

Pojem in glavne značilnosti mineralov

Diamant je prozoren kristal, ki nima barve in ima visoke lastnosti loma svetlobe. Razlikujejo se naslednje glavne lastnosti minerala:

Narava ustvarja tako diamante določenih oblik kot v več kristalnih oblikah, kar je posledica njegove notranje strukture. Izraziti kristali imajo obliko kocke ali tetraedra z ravnimi ploskvami. Včasih se zdi, da so robovi reliefni zaradi prisotnosti številnih izrastkov in transformacij, ki so očem nevidne.

Čeprav mnogi menijo, da je diamant najtrajnejši material na svetu, vendar znanost pozna snov, ki je več kot 11% boljša od diamanta - "hiperdiamant".

Grafit je sivo-črna kristalna snov s kovinskim leskom. Sestava grafita ima slojevito strukturo, njegovi kristali so sestavljeni iz majhnih tankih plošč. Je zelo krhek mineral, ki spominja na videz jekla ali litega železa. Grafit ima nizko toplotno kapaciteto, a visoko tališče. Poleg tega ta mineral:

Grafit je na otip masten, ob drsanju po papirju pušča sledi. To je zato, ker atomi kristalna mreža ohlapno povezana.

Razlika med grafitom in diamantom, strukturne značilnosti in proces prehoda enega minerala v drugega

Diamant in grafit sta drug glede na drugega alotropna minerala, torej imata različne lastnosti, ampak so različne oblike ogljik. Njihova glavna razlika je le v kemični strukturi kristalne mreže.

Kristalna mreža diamanta ima obliko tetraedra, v katerem je vsak atom obdan s še 4 atomi in je vrh sosednjega tetraedra, ki tvori neskončno število atomov z močnimi kovalentnimi vezmi.

Grafit na atomski ravni sestavljajo plasti šesterokotnikov z oglišči-atomi. Atomi so med seboj dobro povezani le na ravni plasti, vendar plasti med seboj nimajo močne povezave, zaradi česar je grafit mehak in nestabilen za uničenje. Prav ta lastnost omogoča pridobivanje diamanta iz grafita.

Fizikalne in kemijske lastnosti diamanta in grafita so jasno razvidne iz tabele.

Značilno
Struktura atomske mreže	kubična oblika	Šesterokotna
Prepustnost svetlobe	Dobro prevaja svetlobo	Ne prepušča svetlobe
električna prevodnost	Nima	Ima dobro električno prevodnost
Atomske vezi	Prostorsko	planaren
Struktura	Trdota in krhkost	Plastenje
Najvišja temperatura, pri kateri mineral ostane nespremenjen	720 Celzija	3700 Celzija
barva	Bela, modra, črna, rumena, brezbarvna	Črna, siva, jeklena
Gostota	3560 kg/m3	2230 kg/m3
Uporaba	Nakit, industrija	Livarstvo, elektroindustrija premoga.
Mohsova trdota	10	1

Kemijska formula diamanta in grafita je enaka – ogljik (C), vendar je proces nastanka v naravi drugačen. Diamant nastane pri zelo visokih tlakih in trenutnem ohlajanju, medtem ko grafit, nasprotno, pri nizkem tlaku in visoki temperaturi.

Obstajajo naslednje metode za pridobivanje diamantov:

Postopek iz diamanta v grafit je podoben. Edina razlika je v tlaku in temperaturi.

Nahajališče mineralov

Diamanti ležijo v globinah več kot 100 km pri temperaturi 1300 ̊С. Iz udarnega vala začne delovati kimberlitna magma, ki tvori tako imenovane kimberlitne cevi, ki so primarna nahajališča diamantov.

Kimberlitna cev je dobila ime po afriški provinci Kimberley, kjer so jo prvič odkrili. Kamnine z nahajališči diamantov imenujemo kimberliti.

Najbolj znana nahajališča so zdaj v Indiji, Južni Afriki in Rusiji. Do 80 % vseh diamantov je izkopanih na primarnih nahajališčih, ki jih sestavljajo kimberlitne in lamproitne cevi.

Rentgenski žarki pomagajo najti diamante v izkopani kamnini. Večina najdenih kamnov se uporablja v industriji, saj nimajo zadostnih lastnosti za področje nakita. Industrijske kamne delimo na 3 vrste:

deska - majhni kamni z zrnato strukturo;
ballas - okrogli ali hruškasti kamni;
karbonado je črn kamen, ki je dobil ime zaradi podobnosti s premogom.

Zanimivo je, da največji in najbolj izjemni diamanti dobijo svoje edinstveno ime. Najbolj znani med njimi so Shah, Star of Minas, Kohinoor, Star of the South, President Vargas, Minas Gerais, English Diamond of Dresden itd.

Grafit nastane kot posledica modifikacije sedimentnih kamnin. Mehiška, noginska in madagaskarska nahajališča grafita so bogata z rudo z nizkokakovostnim grafitom. Manj pogosti - tip Bogol in Ceylon, se odlikujeta po rudi, bogati z visoko vsebnostjo grafita. Največja znana nahajališča se nahajajo v Ukrajini in na Krasnodarskem ozemlju.

Področje uporabe

Diamant in grafit se uporabljata veliko širše, kot se morda zdi na prvi pogled. Diamanti so našli svojo uporabo na naslednjih področjih:

Kot odstotek uporabe diamantov je videti takole:

Orodja, strojni deli - 60%.
Okvirjanje brusov -10%.
Recikliranje žice-10%.
Vrtanje vodnjakov - 10%.
Nakit, majhni deli - 10%.

Kar zadeva grafit, se praktično ne uporablja v svoji čisti obliki, ampak je podvržen predobdelavi, čeprav se na različnih področjih uporablja grafit različne kakovosti. Za pisalne svinčnike se uporablja najkakovostnejši grafit. Najširšo uporabo je našel v livarski industriji, kjer zagotavlja gladko površino različnim oblikam jekla. Tu se uporablja skoraj neobdelan grafit.

Industrija električnega premoga poleg naravnega grafita uporablja umetno ustvarjen grafit, ki je zaradi svoje posebne čistosti in doslednosti sestave prav tako zelo razširjen. Zaradi električne prevodnosti je grafit postal material za elektrode električnih naprav. V metalurgiji se uporablja kot mazivo.

Diamant in grafit sta po sestavi enaki, a na svoj način edinstveni snovi. Koristi grafita za različne industrije so veliko večje od diamanta.

Diamant, zasnovan tako, da navdušuje s svojo lepoto, je neprecenljiv za gospodarstvo, saj prinaša ogromne dobičke z uporabo v industriji nakita.

Uvod

1.1 Splošne značilnosti diamanta

1.2. Splošne značilnosti grafita

2. Industrijske vrste nahajališč granita in diamantov

3. Naravne in tehnološke vrste diamantnih in grafitnih rud

4. Razvoj nahajališč granita in diamantov

5. Področja uporabe granita in diamanta

Zaključek

Bibliografija.

Uvod

Diamantna industrija naše države je v fazi razvoja, uvedbe novih tehnologij za predelavo mineralov.

Najdena nahajališča diamantov se odprejo le z erozijskimi procesi. Za skavta to pomeni, da je veliko »slepih« usedlin, ki ne pridejo na površje. O njihovi prisotnosti se lahko naučite iz odkritih lokalnih magnetnih anomalij, katerih zgornji rob se nahaja na globini stotin, in če imate srečo, potem deset metrov. (A. Portnov).

Na podlagi zgoraj navedenega lahko ocenim možnosti za razvoj diamantne industrije. Zato sem izbral temo - "Diamond in grafit: lastnosti, izvor in pomen".

Pri svojem delu sem poskušal analizirati razmerje med grafitom in diamantom. Da bi to naredil, sem te snovi primerjal z več zornih kotov. menil sem splošne značilnosti teh mineralov, industrijske vrste njihovih nahajališč, naravne in tehnične vrste, razvoj nahajališč, področja uporabe, pomen teh mineralov.

Kljub dejstvu, da sta grafit in diamant po svojih lastnostih polarna, sta polimorfni modifikaciji istega kemičnega elementa - ogljika. Polimorfi ali polimorfi so snovi, ki imajo enako kemijsko sestavo, vendar različno kristalno strukturo. Z začetkom sinteze umetnih diamantov se je zanimanje za študij in iskanje polimorfnih modifikacij ogljika močno povečalo. Trenutno se lahko poleg diamanta in grafita štejeta za zanesljivo ugotovljena lonsdaleit in kaotit. Prvi je bil v vseh primerih najden le v tesnem zrastku z diamantom in se zato imenuje tudi šesterokotni diamant, drugi pa se pojavlja v obliki plošč, ki se izmenjujejo z grafitom, vendar se nahajajo pravokotno na njegovo ravnino.

1. Polimorfne modifikacije ogljika: diamant in grafit

Edini mineralotvorni element diamanta in grafita je ogljik. Ogljik (C) je kemični element skupine IV periodnega sistema kemičnih elementov D. I. Mendelejeva, atomsko število - 6, relativna atomska masa - 12.011 (1). Ogljik je stabilen v kislinah in alkalijah, oksidira se le s kalijevim ali natrijevim dikromatom, železovim kloridom ali aluminijem. Ogljik ima dva stabilna izotopa, C (99,89 %) in C (0,11 %). Podatki o izotopu ogljika kažejo, da se pojavlja drugačnega izvora: biogeni, nebiogeni in meteorni. Raznolikost ogljikovih spojin zaradi sposobnosti njegovih atomov, da se povezujejo med seboj in atomi drugih elementov različne poti, določa poseben položaj ogljika med drugimi elementi.

1.1 Splošne značilnosti diamanta

Beseda "diamant" takoj prikliče v misli skrivnostne zgodbe, ki govorijo o iskanju zakladov. Nekoč ljudje, ki so lovili diamante, niso niti slutili, da je predmet njihove strasti kristalni ogljik, ki tvori saje, saj in premog. To je prvi dokazal Lavoisier. Postavil je poskus žganja diamanta s pomočjo vžigalne naprave, sestavljene posebej za ta namen. Izkazalo se je, da diamant gori na zraku pri temperaturi približno 850-1000 * C, ne pušča trdnih ostankov, kot navaden premog, in gori v toku čistega kisika pri temperaturi 720-800 * C. Pri segrevanju na 2000-3000 * C brez dostopa kisika se spremeni v grafit (to je posledica dejstva, da so homeopolarne vezi med ogljikovimi atomi v diamantu zelo močne, kar vodi do zelo visokega tališča.

Diamant je brezbarvna, prozorna kristalna snov, ki izjemno močno lomi svetlobne žarke.

Ogljikovi atomi v diamantu so v stanju sp3 hibridizacije. V vzbujenem stanju se valenčni elektroni v ogljikovih atomih razparijo in nastanejo štirje nesparjeni elektroni.

Vsak atom ogljika v diamantu je obdan s štirimi drugimi, ki se nahajajo od njega v smeri od središča na ogliščih tetraedra.

Razdalja med atomi v tetraedrih je 0,154 nm.

Moč vseh vezi je enaka.

Celoten kristal je en sam tridimenzionalni okvir.

Pri 20*C je gostota diamanta 3,1515 g/cm. To pojasnjuje njegovo izjemno trdoto, ki je različna vzdolž ploskev in pada v zaporedju: oktaeder - rombični dodekaeder - kocka. Hkrati ima diamant popolno cepljivost (glede na oktaeder), njegova upogibna in tlačna trdnost pa je nižja kot pri drugih materialih, zato je diamant krhek, ob ostrem udarcu se razcepi, pri drobljenju pa se relativno zlahka spremeni v prah. Diamant ima največjo trdoto. Kombinacija teh dveh lastnosti omogoča, da se uporablja za abrazivna in druga orodja, ki delujejo pri znatnem specifičnem tlaku.

Indeks loma (2,42) in disperzija (0,063) diamanta močno presegata vrednosti drugih prozornih mineralov, kar v kombinaciji z največjo trdoto določa njegovo kakovost kot dragega kamna.

V diamantih so našli primesi dušika, kisika, natrija, magnezija, aluminija, silicija, železa, bakra in drugih, običajno v tisočinkah odstotka.

Diamant je izjemno odporen na kisline in alkalije, se ne zmoči z vodo, ima pa sposobnost oprijema na določene maščobne mešanice.

Diamanti se v naravi pojavljajo tako v obliki natančno definiranih posameznih kristalov kot v obliki polikristalnih agregatov. Pravilno oblikovani kristali izgledajo kot poliedri s ploščatimi ploskvami: oktaeder, rombični dodekaeder, kocka in kombinacije teh oblik. Zelo pogosto so na ploskvah diamantov številne stopnje rasti in raztapljanja; če jih očesu ni mogoče razločiti, so ploskve videti ukrivljene, sferične, oktaedroidne, heksaedroidne, kvadraste in njihove kombinacije. drugačna oblika kristalov je posledica njihove notranje strukture, prisotnosti in narave porazdelitve napak ter fizikalno-kemijske interakcije z okoljem, ki obdaja kristal.

Med polikristalnimi formacijami izstopajo - ballas, carbonado in board.

Ballas so sferolitne tvorbe z radialno žarko strukturo. Carbonado - kriptokristalni agregati z velikostjo posameznih kristalov 0,5-50 mikronov. Plošča - prozorni agregati. Ballas in še posebej carbonado imata najvišjo trdoto med vsemi vrstami diamantov.

Sl.1 Struktura kristalne mreže diamanta.

Sl.2 Struktura kristalne mreže diamanta.

1.2 Splošne značilnosti grafita

Grafit je sivo-črna kristalna snov s kovinskim sijajem, mastna na dotik, po trdoti je slabša celo od papirja.

Struktura grafita je plastna, znotraj plasti so atomi povezani z mešanimi ionsko-kovalentnimi vezmi, med plastmi pa v bistvu s kovinskimi vezmi.

Ogljikovi atomi v kristalih grafita so v sp2 hibridizaciji. Koti med smerema vezi so 120*. Rezultat je mreža, sestavljena iz pravilnih šesterokotnikov.

Pri segrevanju brez dostopa do zraka se grafit ne spremeni do 3700 * C. Pri določeni temperaturi se izloči brez taljenja.

Grafitni kristali so običajno tanke plošče.

Zaradi nizke trdote in zelo popolne cepljivosti grafit zlahka pusti sledi na papirju, mastne na dotik. Te lastnosti grafita so posledica šibkih vezi med atomskimi plastmi. Značilnosti trdnosti teh vezi so značilne za nizko specifično toplotno kapaciteto grafita in njegovo visoko tališče. Zaradi tega ima grafit izjemno visoko ognjevzdržnost. Poleg tega dobro prevaja elektriko in toploto, je odporen na številne kisline in druge kemikalije, zlahka se meša z drugimi snovmi, ima nizek koeficient trenja ter visoko mazljivost in pokrivnost. Vse to je vodilo do edinstvene kombinacije pomembnih lastnosti v enem mineralu. Zato se grafit pogosto uporablja v industriji.

Vsebnost ogljika v mineralnem agregatu in struktura grafita sta glavni značilnosti, ki določata kakovost. Grafit pogosto imenujemo material, ki praviloma ni samo monokristalen, ampak tudi monomineral. V bistvu gre za agregatne oblike grafitne snovi, grafit in grafit vsebujoče kamnine ter produkte obogatitve. Poleg grafita vedno vsebujejo primesi (silikate, kremen, pirit itd.). Lastnosti takšnih grafitnih materialov niso odvisne samo od vsebnosti grafitnega ogljika, temveč tudi od velikosti, oblike in medsebojnih razmerij grafitnih kristalov, t.j. od teksturnih in strukturnih značilnosti uporabljenega materiala. Zato je za oceno lastnosti grafitnih materialov potrebno upoštevati tako značilnosti kristalne strukture grafita kot teksturne in strukturne značilnosti njihovih drugih komponent.

Slika 3. Struktura kristalne mreže grafita.

Slika 4. Grafitni fenokristali v kalcitu.

2. Industrijske vrste nahajališč diamantov in grafita

Diamantna nahajališča so razdeljena na aluvialna in primarna, med katerimi se razlikujejo vrste in podvrste, ki se razlikujejo po pogojih pojavljanja, oblikah rudnih teles, koncentracijah, kakovosti in zalogah diamantov, pogojih rudarjenja in obogatitve.

Glavni predmeti izkoriščanja so primarna nahajališča diamantov tipa kimberlit po vsem svetu. Iz njih se pridobi približno 80% naravnih diamantov. Glede na zaloge in velikost diamantov jih delimo na unikatne, velike, srednje in majhne. Z največjo donosnostjo se rudarijo zgornji horizonti edinstvenih in velikih nahajališč, ki pridejo na površje. Vsebujejo glavne zaloge in verjetne vire diamantov posameznih diamantnih kimberlitnih polj. Kimberliti so "vulkanske odprtine", napolnjene z brečami. Breča je sestavljena iz drobcev in ksenolitov, ki obdajajo in se nalagajo z zgornjih kamnin, iz drobcev kamnin, prinesenih iz globin 45-90 km ali več. Cement je vulkanski material, tufi alkalne ultrabazične sestave, tako imenovani kimberliti in lamproiti. Kimberlitne cevi so nameščene na ploščadih, lamproitne cevi so v prepognjenem okvirju. Čas nastanka cevi je različen - od arheja do kenozoika, starost diamantov, tudi najmlajših med njimi, pa je približno 2-3 milijarde let. Nastanek cevi je povezan s prebojem navzgor skozi ozke kanale pod visokim pritiskom, na globini več kot 80 km, pri temperaturi približno 1000*alkalnih ultrabazičnih talin. Večina dobro raziskanih kimberlitnih teles ima kompleksno zgradbo; v najbolj poenostavljenem primeru struktura cevi vključuje dve glavni vrsti kamnin, ki sta nastali med dvema zaporednima fazama vdora: breča (1. stopnja) in masivni "velikoporfiritni" kimberlit (2. stopnja). Nekatere kimberlitne cevi vsebujejo tudi kimberlitne nasipe in žile, povezane s cevmi. Najdena so bila slepa telesa, ki so nastala iz delov kimberlitne magme, ki ni dosegla dnevne površine. Nahajališča, povezana z nasipi in kimberlitnimi žilami, praviloma spadajo v kategorijo majhnih, manj pogosto srednjih zalog diamantov. .e. ležati nekje globoko. Toda tudi na površju Zemlje obstajajo mesta, kjer so pritiski, ki so povsem zadostni za nastanek diamanta. To so mesta padca meteorita, kjer se diamant ne nahaja le v Zemlji, ampak tudi v številnih samih meteoritih.

Hitrost izbruha magme bi lahko bila verjetno zelo velika, okoli 800 km/h, magma se je odtrgala in odnesla navzgor drobce različne sestave. Če so vsebovale diamante, je pipa postala diamantna. Sami diamanti so najstabilnejša polimorfna modifikacija ogljika v globokih conah Zemlje. (A.V. Uhanov.)

riž. 5. Zgradba kimberlitne cevi.

Diamantna nahajališča lamproitov so bila odkrita relativno nedavno (1976) v Zahodni Avstraliji, kjer se izkorišča veliko nahajališče Argyle. Po svoji zgradbi so nahajališča lamproita na splošno podobna nahajališčem kimberlita. Sodeč po podatkih raziskav Argyle, se lamproitne cevi nekoliko hitreje zagozdijo v globino, kjer preidejo v nasipe. Sistem razvoja teh nahajališč in tehnologija bogatenja sta enaka kot pri kimberlitnih objektih.

Vrsta kimberlit-lamproita je predstavljena z nahajališčem diamantov v regiji Arkhangelsk, kjer je vsebnost indikatorskih mineralov bistveno nižja kot v "klasičnih" kimberlitih, velika večina diamantov je predstavljena z ukrivljenimi oblikami.

Obročaste udarne strukture, velike od nekaj do več sto kilometrov, so povezane s super-močnimi eksplozivnimi procesi, katerih izvor je bil po mnenju različnih raziskovalcev nezemeljski (padec velikih nebesna telesa), ali endogeno. V Rusiji je bilo raziskano eno nahajališče te vrste - Popigayskoye na vzhodnem pobočju Anabarskega kristalnega masiva. Po zalogah rude in vsebnosti diamantov nahajališče stokrat presega največje v kimberlitih. Vendar pa so diamanti v udarnih nahajališčih zaprti v močnih, gostih, efuzivnih kamninah in so predstavljeni izključno v industrijskih razredih s primesjo lonsdaleita (polimorfna modifikacija ogljika, ki se nahaja v obliki plošč, ki se izmenjujejo z grafitom, vendar se nahajajo pravokotno na njegovo ravnino). ).

Metamorfogeni tip je zaenkrat predstavljen tudi z enim nahajališčem na ozemlju Kazahstana, kjer so diamanti v biotitnih gnajsih, biotit-kremenovih, granat-piroksenskih in piroksen-karbonatnih kamninah. Po zalogah in vsebnosti diamantov je desetkrat večja od največjih diamantnonosnih kimberlitnih cevi. Diamanti imajo izjemno majhno velikost kristalov, draguljev in visokokakovostnih tehničnih stopenj pa še ni bilo mogoče najti.

Aluvialna nahajališča diamantov predstavljajo pet glavnih vrst.

Aluvialni posipi (rečne doline) so vodilni glede na obseg rudarjenja diamantov iz posipov. Veliki depoziti so redke in običajno nastanejo zaradi erozije več primarnih virov ali vmesnih rezervoarjev arealnega tipa. Aluvialni nasipi imajo dvočlensko strukturo: aluvijski facies zgornje poplavne ravnice predstavljajo zelo šibko diamantni prodno-peščeno-glinoviti in meljasti nanosi ("šota"), spodnji facies struge je sestavljen iz produktivnih grobih klastičnih prodnikov ("peski" ").

Ležišča deluvialno-proluvialnega tipa se oblikujejo na pobočjih in v deblah v bližini primarnih virov in so majhne in srednje velike.

Obalno-morska mesta so razdeljena na podvodne, plažne in obalne terase. Območje takšnih posipov v jugozahodni Afriki se razteza na več sto kilometrov in je široko od 5 do 20 kilometrov.

Plasti drugih industrijskih vrst nimajo pomembne vloge pri rudarjenju diamantov.

Aluvialni nanosi različne vrste Glede na globino pojavljanja jih delimo na plitve in globoke. Glede na stopnjo oddaljenosti od primarnega vira ločimo kraje bližnjega in daljnega rušenja; prvi se oblikujejo v bližini primarnega vira, drugi - na razdalji več deset kilometrov v ugodnih geoloških in strukturnih razmerah.

Industrijske vrste nahajališč grafita.

Grafit je nastal iz organskih spojin kot posledica metamorfizma sedimentnih kamnin.

Med nahajališči grafita se glede na geološko lego ločijo štiri skupine industrijskih vrst nahajališč.

Glede na velikost zalog so nahajališča grafita razdeljena (v milijonih ton) na: velika - več kot 1, srednja - 0,5-1, majhna - do 0,5.

Najbolj razširjena in večja po zalogah so nahajališča tipa Taiginsky, Madagaskar, Noginsk in Mehika.

Grafitna nahajališča vrste Ceylon, Bogol so manj pogosta, redko imajo velike zaloge, vendar jih odlikuje visoka vsebnost grafita v rudi in bolj dragocene lastnosti.

3. Naravne in tehnološke vrste diamantnonosnih rud

Naravni tipi rud so diamantni kimberliti in diamantni lamproiti, ki jih glede na razmerje med samim kimberlitom in ksenogenim materialom ter strukturnimi in teksturnimi značilnostmi delimo na diamantne masivne kimberlite, kimberlitne breče, tufbreče, ksenotufne breče, tufi in tufosedimentne kamnine.

Enotne tehnološke klasifikacije rud, ki vsebujejo diamante, ni. V tehnično-ekonomski tipizaciji rudišč ločimo dva glavna tehnološka tipa: breče z vsebnostjo gline manj kot 20 % in breče z vsebnostjo gline nad 20 %. Pri predelavi teh rud se razlikujejo tako tehnološke sheme kot stroški rudarjenja.

Na splošno, kot kaže praksa, se tehnološka klasifikacija rud razvija v vsakem posameznem primeru neodvisno med raziskovanjem in kasnejšim izkoriščanjem nahajališča. Pogosto, ko je kimberlitno telo sestavljeno iz kamnin različnih faz vdora, ki se jasno razlikujejo po strukturnih in teksturnih značilnostih ter stopnji vsebnosti diamantov, naravne vrste rud praktično sovpadajo s tehnološkimi. Glavni dejavnik je vsebnost diamantov. Tako se v cevi Dalnyaya (Saha-Jakutija) dve naravni vrsti, identificirani tukaj - kimberlitne breče in masivni kimberliti - razlikujejo po vsebnosti diamantov za red velikosti in so hkrati tehnološki tipi. Vendar pa je bilo na primer med obratovanjem cevi Mir razločenih šest tehnoloških vrst rud, ki so se razlikovale po odtenkih strukture in vsebnosti diamantov, medtem ko sta bili samo dve fazi izvajanja.

Tehnološke vrste diamantnih peskov ločimo glede na vsebnost balvanov, vsebnost gline, pralnost itd.

Naravne in tehnološke vrste grafitnih rud.

Tipizacija grafitnih rud se izvaja glede na teksturne in strukturne značilnosti. Grafite delimo na eksplicitne in kriptokristalne. Med jasno kristalnimi se razlikujejo gosto kristalne in luskaste sorte. Gosto-kristalne grafite delimo na grobo zrnate s povprečno velikostjo kristalov več kot 50 mikronov in drobnozrnate.

Glede na velikost kosmičev, njihov premer, se kosmičasti grafit deli na grobe kosmiče (100-500 mikronov) in fine kosmiče (1-100 mikronov).

Kriptokristalni grafiti so sestavljeni iz kristalov, katerih velikost je manjša od 1 mikrona. Dodelite goste in fino razpršene ali razpršene razlike. Pri slednjem so kristali grafita razpršeni v gostiteljski kamnini. V gostih različicah kristali grafita sestavljajo večino grafitne kamnine. Samo goste sorte kriptokristalnega grafita so industrijskega pomena.

Kristalna gruda - 92-95;

Kristalni velikega obsega - 85-90;

Kristalno srednje luskasto - 85-90;

Kristalni fino luskasti - 80-90;

Kristalni prah z velikostjo do 0,074 mm in vsebnostjo grafitnega ogljika 80-99.

Raziskovanje nahajališč grafita drugih industrijskih vrst, ki imajo nahajališča nepravilne oblike ali lečaste in stokaste oblike, se izvaja tudi z jedrnim vrtanjem v kombinaciji z rudarskimi izkopavanji.

Pri ocenjevanju in raziskovanju nahajališč grafita z vrtanjem ugotavljamo, da ni selektivne abrazije jedra, ki je mogoča z neenakomerno porazdelitvijo koncentracij grafita, v obliki obogatenih območij, ki jih predstavlja mreža žil, leč, gnezd, itd. V ta namen je treba nadzorovati vsebnost grafita v vrtalnih tekočinah in odpadkih. Po potrebi se izvedejo kontrolna dela z množičnim testiranjem.

4. Razvoj nahajališč diamantov

Primarna nahajališča diamantov, razvita z odprto ali kombinirano metodo:

Zgornji horizonti so odprti, globlji pa pod zemljo. V Rusiji se diamanti pridobivajo le z odprtim kopom.

Metoda odprtega kopa je na vseh poljih približno enaka. Razmislite o tem na primeru Fishy pipe (Južna Afrika).

Cev ima ovalni vodoravni prerez in skoraj navpičen stik z nosilnimi kamninami. Območje preperevanja kimberlitov sega do globine 60 m.V sestavi kimberlitov pomembno količino zavzema sekundarna faza - saponit, nabrekajoči mineral, ki absorbira veliko število vodo. Zaradi tega je ruda cevi higroskopna in, ko je navlažena, hitro izgubi svoje lastnosti trdnosti, zato se uporabljajo posebne metode za izolacijo površine kimberlita od vode, pri vrtanju vrtin pa se uporablja suho zbiranje prahu.

Odprti kop se je začel leta 1966 in do leta 1990 je odprti kop dosegel globino 423 m s povprečno letno črpanjem 18–20 m ton odpadne kamnine. Površina površinskega kopa je 550 tisoč m2. Ta način rudarjenja je zagotovil stabilno delovanje rudnika in dobre tehnične in ekonomske kazalnike: nizek koeficient odkopa, sistematičen prehod na podzemni način. V nosilnih kamninah je bil pod kotom 12° od površja do izhoda v kamnolom na globini 280 m izvrtan poševni jašek dolžine 1300 m, v katerem je bil transporter za transport rude v predelovalnico in podzemni drobilni kompleks. , kar je omogočilo drastično zmanjšanje števila delujočih prekucnikov.

Pri podzemni metodi se uporablja več sistemov za podzemno odkopavanje diamantnih cevi.

Sistem komor predvideva vrtanje 8-metrskih komor z višino 12 m, ločenih drug od drugega z začasnimi 8-metrskimi stebri, na vsakem delovnem obzorju vzdolž kratke osi cevi. Kimberlit, odstranjen iz komor in iz stebrov zgornjega horizonta, pod vplivom teže zrušenih kamnin pade na dno transportnega rudnika, kjer se naloži v vozičke in odkotali nazaj do rudnega prehoda, ki se nahaja v gostitelju. kamnine, skozi katere se kimberlit dovaja v glavni odvozni horizont.

Metoda rudarjenja s režami je bila uporabljena na cevi Premier (Južna Afrika). Ko je bila cev razvita, so na vsakem delovnem horizontu glavni nanosi potekali vzporedno z režo z intervalom, ki je enak polovici razdalje od reže do meja rudnega telesa. V globini 270 m je bila ruda izpuščena iz rudnih prehodov v vozičke in transportirana po odvoznih nanosih, nato pa je bila ruda dovedena v drobilnik, zdrobljena in transportirana na površje. Najprogresivnejši način gradnje je etažno samopodiranje; zagotavlja visoko produktivnost (do 5 milijonov ton kimberlita na leto) ob nizkih stroških in relativno majhni uporabi ročno delo. S tem sistemom se uničenje kimberlita pojavi pod vplivom gravitacije, število delovnih horizontov in nakladalnih mest se močno zmanjša. Bistvo sistema je, da iz vlečnega nanosa, usmerjenega čez cev, prehajajo strgalni nanosi na razdalji 14 m drug od drugega, v katerih so kvadratne niše velikosti 1–2 m nameščene v šahovnici v intervalih 3– 5 m na obeh straneh so lijakasto dvignjene niše, ki se dvigajo do višine 7,6 m nad nivojem podplata. Kimberlitne bloke nato v celoti spodkopljejo, 18 m debele plasti pa obdelajo tako, da se kimberlit lomi in sesede v stožčaste dvige. Posledično na celotnem območju cevi nastane kompenzacijska špranja višine 2,2 m, nato nad kompenzacijskim prostorom ostane nepodprta gmota kimberlita, ki se pod vplivom lastne teže postopoma zruši na izstopni lijaki. Ko se kimberlit sesede, se delno sprosti, da se obnovi kompenzacijski prostor, tako da gladina propadlega kimberlita nenehno narašča, dokler ne doseže kamnin zgornjega obzorja. Po tem se sproščanje rude nadaljuje z določeno hitrostjo, dokler se odpadna kamnina ne pojavi v strgalih. Tu se konča razvoj tega horizonta, nato pa začnejo razvijati osnovnega.

Aluvialni nanosi z globino do 40-45 m se obdelujejo na odprt način. V Republiki Sakha (Jakutija) se rudarjenje izvaja v poletno obdobje buldožersko-hidravlična metoda. Pesek, ki ga dovajajo buldožerji, se opere na hidravlični kolebni rešetki z velikostjo mrežnega očesa 30-50 mm. Nadmerni material se odstrani z vodnim curkom, podmerna celuloza pa se s pomočjo bagrov po ceveh transportira na razdaljo 20-2,5 km do sezonskega stacionarnega predelovalnega obrata. Iz doline razširjenih razsipnikov diamante kopljejo s poglabljanjem. Bageri se premikajo od spodaj navzgor po rečni dolini v prečnih ali vzdolžnih prehodih. Ko so glavne rezerve izčrpane, se bager ponovno premakne od zgoraj navzdol s premikom v potezah glede na primarne. Včasih so poteze usmerjene čez primarne.

Slika 6. Kimberlitna cev med razvojem.

Razvoj nahajališč grafitnih rud.

Razvoj grafitnih rud se izvaja z odprtimi in podzemnimi metodami. Med tremi izkoriščenimi nahajališči grafita v Rusiji se dve (Noginskoye, Botogolskoye) kopljeta pod zemljo, eno (Taiginskoye) pa odprto.

Velikost kamnoloma med odprtim rudarjenjem na nahajališču kristalnega grafita Taiginsky je dolga približno 3 km, široka 200-250 m in globoka več kot 50 m. Izgube pri rudarjenju so približno 1%, osiromašenje je nepomembno.

V Združenih državah se grafitna ruda v odprtem kopu izvaja z vrtanjem in razstreljevanjem, čemur sledi transport rude po cesti do predelovalnih obratov.

Prvotni sistem za razvoj nahajališč grafita je bil uporabljen v Republiki Madagaskar. V odprtem kopu predelujejo predvsem zgornje, preperele grafitne rude do globine 30-40 m.

Za nahajališče grafita Noginskoye, razvito s podzemno metodo (adit in jašek), je značilno razredčenje 2,8%, vsebnost vlage v rudi 4,5%, izgube 17,8%.

Botogolsko nahajališče visokokakovostnega gosto kristalnega grafita se razvija po adit metodi. Proizvodnja se izvaja v vodoravnih plasteh od spodaj navzgor, z zasipanjem čistilnega prostora. Proizvodne izgube so približno 8 %.

5. Aplikacije diamantov

Glavna področja uporabe naravnih diamantov.

Nakit diamanti. Glavno področje uporabe diamantov v vrednostnem smislu je diamantno rezanje.

Tehnični diamanti. Med tehnične spadajo temno obarvani kristali z razpokami in drugimi napakami, pa tudi razni drobci, dvojčki, zrastki ipd., iz katerih ni mogoče izdelati fasetiranega kristala. Industrijske diamante lahko glede na kakovost in namen razdelimo v naslednje skupine:

Diamanti, ki se obdelujejo, da se pridobijo zrna določenega geometrijska oblika. Sem sodijo diamanti, namenjeni izdelavi rezil, svedrov, konic, rezil za steklo, ležajev itd.;

Diamantni kristali, ki se uporabljajo v svoji surovi obliki v svedrih, diamantnih kovinskih svinčnikih itd.;

Abrazivni diamanti so večinoma majhni kristali, ki imajo precejšnje napake in so primerni samo za mletje v prah.

Diamantni prah je nepogrešljiv pri obdelavi subminiaturnih delov, kot so rubinasti kamni za ure, topaz, beril in safirni ležaji, katerih trdota se približuje trdoti korunda. Samo uporaba diamantnih praškov zagotavlja visoko čistost obdelanih mikropovršin, ki določajo natančnost mikrodetajlov v aparatih in instrumentih.

Orodja iz diamantnega prahu. Za rezanje trdih kamnin, zlitin in drugih trdih materialov, proizvaja industrija diamantne plošče in različne diamantne žage. Pogosta so abrazivna diamantna orodja v trnu, ki se pogosto uporabljajo v kovinskopredelovalni industriji za obdelavo brusov. Uporabljajo se tudi diamantno-kovinski svinčniki, ki so stisnjeni vložki iz trde zlitine diamantnega prahu.

Orodja iz diamantnih monokristalov. Iz posameznih diamantnih kristalov ali njihovih delov so izdelana rezila, igle, rezila za steklo, matrice (lamelni diamanti z izvrtanimi najtanjšimi luknjami) in druga orodja. Diamantne igle so naravno ostri diamantni kristali ali drobci z ostrimi robovi, pritrjeni v kovinske palice. Diamantne igle se pogosto uporabljajo za izdelavo navojev na strojih za brušenje navojev. Diamantne igle stožčaste oblike s sferično glavo se uporabljajo v profilometrih in profilografih, ki se uporabljajo za merjenje najmanjših nepravilnosti in površinske obdelave različnih delov. Diamanti se pogosto uporabljajo za izdelavo matric pri proizvodnji žice iz trdih materialov, predvsem majhnih premerov za potrebe elektronike.

Diamantno orodje za rezanje kamenja. Uporaba diamantov za ojačitev svedrov je omogočila povečanje produktivnosti vrtalnih naprav za 1,5-2 krat v primerjavi z nediamantnim vrtanjem.

Druga področja uporabe diamantov. Diamant je odličen optični material za vse vrste kivet in oken, ki je sposoben prenesti visoke pritiske in nalet snovi katere koli stopnje agresivnosti ter je hkrati prozoren v širokem razponu valovnih dolžin.

Diamantni substrat polprevodniških vezij, ki zagotavlja njihovo odlično izolacijo, odvaja toploto nekajkrat hitreje kot na primer baker, kar znatno poveča učinkovitost kritičnih komponent elektronskih vezij. Sposobnost štetja jedrskih delcev s pomočjo diamantov v agresivnih okoljih in visokih mehanskih obremenitvah se diamant uporablja v posebnih števcih.

Struktura porabe tehničnih diamantov v visoko razvitih državah je naslednja (%):

Brušenje, ostrenje orodij in delov strojev iz trdih zlitin - 60-70;

Trn brusilnih koles - 10-12;

Vrtanje vodnjakov - 10;

Vlečenje žice - 10;

Rezanje in brušenje delov in izdelkov iz stekla, keramike, marmorja, vrtanje in končna obdelava delov iz trdih zlitin, obdelava ur in nakita - 10-12.

Področja uporabe grafita.

Rude skoraj vseh nahajališč grafita lahko potrošniki redko uporabljajo v surovi obliki. Skoraj vsi so podvrženi eni ali drugi predobdelavi, da se ruda pretvori v končne izdelke.

Tehnološka klasifikacija grafitnih rud sovpada s klasifikacijo naravnih vrst.

Jasno kristalne rude se predelujejo predvsem po flotacijskih shemah zaradi dobre flotabilnosti grafita.

Kriptokristalne grafitne surovine predstavljajo fino razpršeni minerali v zelo kompleksnem zraščanju z odpadnimi kamninami. Zato te vrste grafitnih rud skoraj niso primerne za mehansko obogatitev. Uporabljajo se predvsem v rudarstvu in v posebnih primerih za kemične, termične ali druge metode predelave. Ker so ti postopki dragi, se redko uporabljajo.

Glavni kazalniki, po katerih se ocenjujejo izdelki iz grafita, so: teksturni in strukturni, vsebnost ogljika, pepela, vlage, hlapnih komponent, škodljivih nečistoč (železo, žveplo, baker itd.), Granulometrična sestava.

V livarstvu se daje prednost kriptokristalnemu grafitu, saj je za to industrijo pomembna razpršenost prahu, ki zagotavlja gladko površino kalupov in olajša odstranjevanje ulitkov iz njih po ohlajanju.

Visokokakovostni kristalni grafiti se pogosto uporabljajo pri litju posebnega jekla.

Crucible grafit je predstavljen s tremi razredi. Njihovo coniranje ne presega 7; 8,5 in 10%, masni delež železa glede na Fe2O3 za vse razrede ni večji od 1,6%, hlapne snovi - manj kot 1,5%; vlaga - ne več kot 1%.

Za izdelavo grafitno-keramičnih talilnih lončkov in ognjevzdržnih materialov se uporablja visokokakovosten kristalni grafit.

V skladu z zahtevami za mazalni grafit se izdelki proizvajajo v obliki več razredov, od katerih ima vsak svojo smer uporabe in je označen s številnimi kazalniki. Skupni vsem znamkam so le indikatorji koncentracije vodikovih ionov v vodnem ekstraktu in vlažnosti.

Proizvodnja svinčnikov, pa tudi elektrokarbona, postavlja najvišje zahteve glede kakovosti grafita. V svetovni praksi se za najboljše kvalitete svinčnikov uporablja mešanica cejlonskega in drugega kristalnega ali kriptokristalnega grafita, ki se najpogosteje uporablja za izdelavo navadnih vrst svinčnikov.

Pri proizvodnji aktivnih mas alkalnih baterij se uporablja kristalni grafit z grobimi kosmiči ("srebro"), pridobljen s flotacijo rud Taiginsky in Zavalevsky depozitov.

V elektropremogovništvu se uporabljajo tri vrste grafita - naravni fini in kriptokristalni ter umetni. Umetni grafit se pogosto uporablja zaradi svoje visoke čistosti in doslednosti sestave.

Pri proizvodnji maziv se kot trdna snov pogosto uporablja naravni kristalni grafit in skupaj z njim umetni grafit. Ta proizvodnja zahteva grafit, običajno visoke čistosti in zelo finega mletja, včasih koloidne velikosti. Maziva so najpogosteje vodne ali oljne suspenzije naravnega kristalnega in umetnega grafita.

Številne vrste grafita ne dopuščajo zamašitve nečistoč, vključno z grafitom iz drugih nahajališč. Ti razredi vključujejo lonček, elementarni in elektrokarbonski grafit.

Zaključek

Ob proučevanju dveh polimorfnih modifikacij ogljika: diamanta in grafita, sem prišel do zaključka, da imajo polimorfi kljub enaki kemijski sestavi različno strukturo kristalne mreže in s tem različne lastnosti in izvor.

Diamant je brezbarvna, prozorna kristalna snov z izjemno trdoto - 10 in diamantnim sijajem. Grafit je sivo-črna kristalna snov s kovinskim sijajem, mastna na dotik, slabša trdota celo papirju - 1.

Diamanti se v naravi pojavljajo v obliki dobro definiranih posameznih kristalov. Grafitni kristali so običajno tanke plošče.

Izvor diamantov je magmatski, grafit je metamorfen.

Diamanti se uporabljajo v skoraj vseh panogah: električni, radioelektronski, izdelava instrumentov, vrtanje.

Grafit se uporablja tudi za proizvodnjo grafitno-keramičnih talilnih lončkov in ognjevzdržnih materialov, kot maziva, proizvodnjo svinčnikov in v industriji električnega premoga.

V neštetih učbenikih so podani ravnotežni diagrami diamant-grafit in piše, da diamant nastane iz grafita. Toda iz neznanega razloga nihče ni postavil vprašanja: od kod prihaja grafit v plašču?.. Navsezadnje je tam nestabilen in se imenuje "prepovedan" mineral za pogoje plašča. Druga stvar so karbidi. Tu so stabilni: karbidi železa, fosforja, silicija, dušika, vodika. Vodikov karbid je plin, navaden metan, je mobilen in se zlahka koncentrira v globoki tekočini.

Nekoč geologi niso pripisovali nobenega pomena izjemnemu odkritju sovjetskega fizika B. Deryagina, ki je leta 1969 sintetiziral diamant iz metana in, kar je zelo pomembno, pri tlaku celo pod atmosferskim. Že takrat naj bi to odkritje korenito spremenilo dosedanje predstave o diamantu kot mineralu, ki nujno kristalizira iz talin in pri visokih pritiskih. Podatki B. Deryagina so mi omogočili, da razmislim o možnosti kristalizacije diamanta iz tekočine, mešanice plinov v sistemu C-H-O.

Izkazalo se je, da kisik v taki tekočini izgubi svoje oksidacijske lastnosti pri ultravisokem tlaku plašča in ne oksidira niti vodika. Toda ko se plin dvigne navzgor, ko nastane kimberlitna cev, tlak pade. Dovolj je, da se tlak zniža za 10-krat - s 50 na 5 kilobarov, da se aktivnost kisika poveča za milijonkrat. In potem se takoj združi z vodikom in metanom. Preprosto povedano, plin se spontano vžge - v podzemni cevi izbruhne hud požar.

Posledice takšnega podzemnega »požara« so odvisne od razmerja ogljika, vodika in kisika v tekočini. Če kisika ni preveč, bo iz molekule metana (CH4) potegnil samo vodik. Nastalo vodno paro bo absorbiral mineralni prah in tvoril serpentinit, najbolj značilen mineral kimberlitov. Ogljik, ki ostane "osamljen", pri tlaku tisočih atmosfer in temperaturi okoli 1000 ° C, se bo zaprl z nenasičenimi valenčnimi vezmi "na sebi" in oblikoval velikansko molekulo čistega ogljika - diamant! V praksi je tako ugodna kombinacija komponent v mešanici plinov redka: le pet odstotkov kimberlitnih cevi je diamantnih.

Pogosto se zgodi, da je za nastanek diamanta bodisi preveč kisika bodisi premalo. V prvem primeru bo ogljik zgorel in se spremenil v pline - okside: CO ali CO2. Potem so tu nerodovitni kimberliti. Odlikuje jih povečan magnetizem, saj se je v njih pojavil železov oksid, magnetit. Kisika je bilo veliko, iz sestave silikatov je »potegnil« železo. Ob pomanjkanju kisika ali metana se bo pojavila le vodna para, ki jo bo absorbiral serpentinit. Izkazalo se je, da diamant nastane kot produkt spontanega podzemnega zgorevanja ogljikove tekočine. Diamanti so analogi pepela ali saj, ki so se naselile v "dimnikih" plašča! (A. Portnov - doktor geoloških in mineraloških znanosti, profesor).

Bibliografija

1. Ogljik in njegove spojine - Kijev, "Naukova Dumka" 1978.

2. Bulakh A.G. Splošna mineralogija. 1999.

3. Sarasov. Poučna revija. Letnik 6, 2000. Št. 5.

4. Dyadin Yu.A. Grafit in njegove inkluzijske spojine.

5. A. Portnov. "Diamanti so saje iz podzemlja."

6. ZAO Geoinformmarn. Moskva 1997. Mineralne surovine. Grafit. Diamant.

7. Založba "Sovjetska enciklopedija". Moskva. 1972.

Uvod

Diamantna industrija naše države je v fazi razvoja, uvedbe novih tehnologij za predelavo mineralov.

Najdena nahajališča diamantov se odprejo le z erozijskimi procesi. Za skavta to pomeni, da je veliko »slepih« usedlin, ki ne pridejo na površje. O njihovi prisotnosti se lahko naučite z odkritimi lokalnimi magnetnimi anomalijami, katerih zgornji rob se nahaja na globini stotin, in če imate srečo, potem deset metrov. (A. Portnov).

Na podlagi zgoraj navedenega lahko ocenim možnosti za razvoj diamantne industrije. Zato sem izbral temo - "Diamond in grafit: lastnosti, izvor in pomen".

Pri svojem delu sem poskušal analizirati razmerje med grafitom in diamantom. Da bi to naredil, sem te snovi primerjal z več zornih kotov. Pregledal sem splošne značilnosti teh mineralov, industrijske tipe njihovih nahajališč, naravne in tehnične vrste, razvoj nahajališč, področja uporabe in pomen teh mineralov.

Polimorfne modifikacije ogljika: diamant in grafit

Edini mineralotvorni element diamanta in grafita je ogljik. Ogljik (C) je kemični element IV skupine periodičnega sistema kemičnih elementov D. I. Mendelejeva, atomsko število - 6, relativna atomska masa - 12.011 (1). Ogljik je stabilen v kislinah in alkalijah, oksidira se le s kalijevim ali natrijevim dikromatom, železovim kloridom ali aluminijem. Ogljik ima dva stabilna izotopa, C (99,89 %) in C (0,11 %). Podatki o izotopski sestavi ogljika kažejo, da je ta lahko različnega izvora: biogenega, nebiogenega in meteornega. Raznolikost ogljikovih spojin, ki je razložena s sposobnostjo njegovih atomov, da se na različne načine povezujejo med seboj in z atomi drugih elementov, določa poseben položaj ogljika med drugimi elementi.

Splošne značilnosti diamanta

Diamant je brezbarvna, prozorna kristalna snov, ki izjemno močno lomi svetlobne žarke.

Ogljikovi atomi v diamantu so v stanju sp3 hibridizacije. V vzbujenem stanju se valenčni elektroni v ogljikovih atomih razparijo in nastanejo štirje nesparjeni elektroni.

Vsak atom ogljika v diamantu je obdan s štirimi drugimi, ki se nahajajo od njega v smeri od središča na ogliščih tetraedra.

Razdalja med atomi v tetraedrih je 0,154 nm.

Moč vseh vezi je enaka.

Celoten kristal je en sam tridimenzionalni okvir.

Indeks loma (2,42) in disperzija (0,063) diamanta močno presegata vrednosti drugih prozornih mineralov, kar v kombinaciji z največjo trdoto določa njegovo kakovost kot dragega kamna.

V diamantih so našli primesi dušika, kisika, natrija, magnezija, aluminija, silicija, železa, bakra in drugih, običajno v tisočinkah odstotka.

Diamant je izjemno odporen na kisline in alkalije, se ne zmoči z vodo, ima pa sposobnost oprijema na določene maščobne mešanice.

Diamanti se v naravi pojavljajo tako v obliki natančno definiranih posameznih kristalov kot v obliki polikristalnih agregatov. Pravilno oblikovani kristali izgledajo kot poliedri s ploščatimi ploskvami: oktaeder, rombični dodekaeder, kocka in kombinacije teh oblik. Zelo pogosto so na ploskvah diamantov številne stopnje rasti in raztapljanja; če jih očesu ni mogoče razločiti, so ploskve videti ukrivljene, sferične, oktaedroidne, heksaedroidne, kvadraste in njihove kombinacije. Različna oblika kristalov je posledica njihove notranje strukture, prisotnosti in narave porazdelitve napak ter fizikalno-kemijske interakcije z okoljem, ki obdaja kristal.

Med polikristalnimi formacijami izstopajo - ballas, carbonado in board.

Ballas so sferolitne tvorbe z radialno žarko strukturo. Carbonado - kriptokristalni agregati z velikostjo posameznih kristalov 0,5-50 mikronov. Plošča je iz prozornih zrnatih agregatov. Ballas in še posebej carbonado imata najvišjo trdoto med vsemi vrstami diamantov.

Slika 1

Slika 2

Splošne značilnosti grafita

Grafit je sivo-črna kristalna snov s kovinskim sijajem, mastna na dotik, po trdoti je slabša celo od papirja.

Struktura grafita je plastna, znotraj plasti so atomi povezani z mešanimi ionsko-kovalentnimi vezmi, med plastmi pa v bistvu s kovinskimi vezmi.

Ogljikovi atomi v kristalih grafita so v sp2 hibridizaciji. Koti med smerema vezi so 120*. Rezultat je mreža, sestavljena iz pravilnih šesterokotnikov.

Pri segrevanju brez dostopa do zraka se grafit ne spremeni do 3700 * C. Pri določeni temperaturi se izloči brez taljenja.

Grafitni kristali so običajno tanke plošče.

Slika 3.

stran 1

Diamant je najtrša naravna snov. Diamantni kristali so zelo cenjeni tako kot tehnični material kot kot dragocen okras. Dobro brušen diamant je diamant. Z lomljenjem svetlobnih žarkov se iskri s čistimi, svetlimi barvami mavrice.

Obseg svetovne proizvodnje diamantov je zelo majhen - veliko manjši od plemenitih kovin - zlata in platine. Diamanti se uporabljajo za izdelavo svedrov za trdo vrtanje skale. Diamanti se uporabljajo tudi za rezanje stekla in v obliki "diamantnega orodja" (rezila, svedri, brusilne plošče). Diamantni prah se uporablja za poliranje diamantov in trdih jekel. Največji doslej najden diamant tehta 602 g, ima dolžino 11 cm, širino 5 cm, višino 6 cm Ta diamant je bil najden leta 1905 in se imenuje "Kalian".

Eden najmanjših fasetiranih diamantov na svetu, ki tehta le 0,25 mg (4000-krat lažji od penija), je bil prikazan na svetovni razstavi v Bruslju. Kljub zanemarljivi teži in velikosti - zrno s prostornino 0,07 mm3 - so spretne rezalčeve roke naredile na njem 57 faset, ki jih lahko vidimo le pod mikroskopom.

Leta 1967 je B.V. Deryagin in D.V. Fedosejev je na robu diamanta vzgojil nitasti kristal (»diamantne brke«). Rast je potekala pri visoki temperaturi, pri čemer je metan služil kot vir ogljika; v štirih urah je kristalni filament zrasel za 1 mm, kar je na splošno zelo veliko za tovrstne procese.

Večina vzorcev amorfnega premoga je sestavljena iz popačenih kristalov grafita. Ohranjena je značilna razporeditev ogljikovih atomov na vogalih šesterokotnika.

Grafitne mreže pogosto vsebujejo različne strukturne napake, tako strukturne kot kemične, povezane z zajemanjem ionov in atomov. V grafitno mrežo (A. Ubellode, F. Lewis) se lahko vnesejo atomi bora, kisika, žvepla itd., ki tvorijo vezi med plastmi in vplivajo na prevodnost grafita. Grafit tvori svojevrstne kemične spojine, v katerih se spojni delci nahajajo med ravninami, ki jih zasedajo ogljikovi atomi.

Pri segrevanju grafita v parah alkalijskih kovin nastanejo zlahka oksidirane spojine. Torej pri 400 °C kalij tvori spojino C8K. Sestava spojin je močno odvisna od temperature in se spreminja v širokem območju. Znane spojine grafita z rubidijem, cezijem; za natrij in litij še ni jasnih rezultatov; zdi se, da natrij daje vijolično spojino C64Na.

Grafit daje tudi spojine s kovinami, amoniakom in amini tipa MeC12(NH3)2. Grafitna mreža se med tvorbo spojin v vseh primerih razširi in medploskovna razdalja doseže 0,66 nm, pri litijevem metilaminskem kompleksu pa celo do 0,69 nm. Dobljene spojine: C9Br, C5CI, C8CI, CF.

Tiflon (CF) siva barva, izolator, se razlikuje od drugih povezav tipa "injektiranje". Predvideva se tvorba kovalentnih vezi fluor-ogljik v njem.

Grafit se je nekoč uporabljal kot pisalni medij. Od 19. stoletja do danes se grafitne elektrode uporabljajo v metalurgiji in kemični industriji, na primer pri proizvodnji aluminija: kovina se nanese na grafitno katodo. Zdaj so našla uporabo grafitizirana jekla, to je jekla z dodatkom monokristalov grafita. Ta jekla se uporabljajo pri izdelavi ročičnih gredi, batov in drugih delov, kjer je pomembna predvsem visoka trdnost in trdota materiala.

Grafit ima pomembno vlogo v električni in jedrski industriji, kjer se uporablja kot moderator nevtronov. S pomočjo grafitnih palic se uravnava hitrost reakcije v jedrskih kotlih.

Sposobnost grafita, da se razdeli na kosmiče, omogoča izdelavo maziv na njegovi osnovi. Grafit je odličen prevodnik toplote, medtem ko lahko prenese znatne temperature do 3000 ° C in več. Poleg tega je kemično precej stabilen. Te lastnosti so našle uporabo pri proizvodnji grafitnih toplotnih izmenjevalcev in v raketni tehnologiji (za izdelavo krmil in šob).

Zanimivo je: