Головна → Дієти З нього складається графіт та алмаз. Фізичні властивості алмазу та графіту. Хімічний зв'язок у вуглецевих мінералах

З нього складається графіт та алмаз. Фізичні властивості алмазу та графіту. Хімічний зв'язок у вуглецевих мінералах

Не кожен знає, але алмаз і графіт - дві форми однієї й тієї ж речовини. Ці мінерали повністю відрізняються один від одного за твердістю та характеристиками заломлення та відображення світла. Причому відмінності дуже суттєві. Алмаз - найбільш твердий у світі мінерал, за шкалою Мооса він є еталоном - 10, тоді як твердість графіту за цією шкалою - всього 2. Таким чином, алмаз і графіт одночасно найсхожіші і несхожі речовини у світі.

Кристалічні грати алмазу та графіту

Кожна з них походить з вуглецю, який, у свою чергу, є найпоширенішим елементом біосфери. Він присутній як у атмосфері, і у воді, в біологічних об'єктах. У землі він представлений у складі нафти, газу, торфу тощо. Зустрічається і як поклади графіту та алмазу.

Найбільше вуглецю в організмах. Більш того, жоден з них не може без нього обійтися. А походження цього мінералу в інших частинах планети якраз і пояснюється перебуванням там живих організмів.

Багато суперечок супроводжує питання, звідки взявся графіт та алмази, адже недостатньо, щоб був один вуглець, необхідно також, щоб виконувались певні умови, за яких цей хімічний елемент приймав нову структуру. Вважається, що походження графіту метаморфічне, а алмазів – магматичне. Це означає, що утворення алмазів на планеті супроводжують складні фізичні процеси, швидше за все, у глибинних шарах землі при горінні та вибухах у присутності кисню. Вчені припускають, що цей процес також замішаний метан, але точно ніхто не знає.

Відмінності між графітом та алмазом

Основна відмінність - це будова алмазу та графіту. Алмаз є мінерал, форму вуглецю. Характеризується метастабільністю, що означає, що він здатний залишатися в незмінному вигляді нескінченно довго. Алмаз переходить у графіт за деяких специфічних умов, наприклад, при високій температуріу вакуумі.

Графіт є модифікацією вуглецю. Його структура робить мінерал дуже шаруватим, тому найпоширеніше застосування - виготовлення грифеля для олівця.

Явище, у якому речовини, утворені одним і тим самим хімічним елементом, мають різні фізичні властивості, називається алотропією. Існують і інші подібні речовини, проте ці два мінерали мають найбільшу різницюміж собою. Вирішальну роль цьому грають особливості будови кристалічної структури кожного з мінералів.

Діамант має неймовірно міцний зв'язок між атомами, що обумовлено їх щільним розташуванням. Сумежні атоми осередку мають форму куба, де частинки розташовані на кутах, гранях і всередині них. Це тетраедричний тип будівлі. Така геометрія атомів забезпечує максимально щільну їхню організацію. Тому твердість алмазу така висока.

Низький атомний номер вуглецю, який показує, що атом має невелику атомну масу, а відповідно і радіус, робить його найтвердішою речовиною на планеті. Водночас це зовсім не означає міцність. Розколоти алмаз досить легко, досить його вдарити. Така будова пояснює високий коефіцієнт теплопровідності та світлозаломлення алмазу.

Структура графіту зовсім інша. На атомарному рівні вона є рядом пластів, розташованих у різних площинах. Кожен з цих пластів є шестикутниками, які примикають один до одного подібно до сотів. При цьому сильний зв'язок мають тільки атоми, розташовані в межах кожного шару, а між шарами зв'язок крихкий, вони практично незалежні один від одного.

Слід від олівця - це якраз і є шари графіту, що відокремлюються. Через особливості своєї будови графіт має непоказний вигляд, поглинає світло, має електропровідність і металевий блиск.

Отримання алмазу з графіту

Довгий час отримати алмаз було технологічно складно, але до сьогоднішнього дня це не таке й важке завдання. Основною проблемою є повторення процесів у лабораторії за короткий проміжок часу, які у природі проходять за мільйони років. Вчені довели, що умовами переходу алмазу з графіту була висока температура та тиск.

Вперше такі умови було отримано за допомогою вибуху. Вибух є хімічним процесом, який є горінням при високій температурі і швидкості. Після цього зібрали залишки графіту, і виявилося, що всередині його утворилися алмази. Тобто перетворення відбулося лише фрагментарно. Причиною цього є розкид параметрів усередині вибуху. Там, де умови були достатніми для такого перетворення, воно й відбулося.

Натуральний необроблений алмаз

Такі параметри зробили вибухи малоперспективними для одержання алмазу. Проте досліди не припинилися, протягом тривалого часу вчені продовжували проводити їх, щоб якимось чином одержати цей мінерал. Більш-менш стабільний результат вийшов, коли графіт спробували нагріти імпульсно до температури дві тисячі градусів. І тут вдалося отримати алмази пристойних розмірів.

Однак, такі досліди дали ще один несподіваний результат. Після перетворення графіту на алмаз відбувався зворотний перехід алмазу на графіт при зменшенні тиску, тобто відбувалася графітизація. Таким чином, отримання стабільного результату лише за допомогою одного тиску досягти не вдавалося. Тоді разом із збільшенням тиску почали нагрівати графіт. Через деякий час вдалося обчислити діапазон тисків і температур, при яких кристали алмазу можна було б отримувати. Однак ці методи досі не дозволяли отримати мінерал ювелірної якості.

Для того щоб отримати каміння, придатне для створення прикрас, почали вирощувати алмази за допомогою затравки. Як її використовували готовий кристал алмазу, який нагрівали до температури 1500 градусів, що стимулювало спочатку швидке, а потім повільне зростання. Проте застосування методу промислових масштабах було нерентабельним. Потім почали як підживлення використовувати метан, який за таких умов розпадався на вуглець і водень. Саме цей вуглець і виступав, якщо можна так сказати, кормом алмазу, що дозволяє йому рости набагато швидше.

Таким чином сьогодні цей метод використовується для створення штучних алмазів. І хоча він і є рентабельним, вартість таких цілих штучних мінералів залишається високою, що робить їх не дуже популярними порівняно із замінниками діамантів.

Родовища мінералів

Алмази зароджуються на глибині 100 км. і при температурі 1300 градусів. Кімберлітова магма, яка утворює кімберлітові трубки, набуває чинності в результаті вибухів. Саме такі трубки і є корінними родовищами алмазів. Вперше подібна трубка була відкрита в африканській провінції Кімберлі, звідки й пішла її назва.

Найбільш відомі родовищазнаходяться в Індії, Росії та Південній Африці. На корінні родовища припадає 80% всіх алмазів, що видобуваються.

Щоб знайти алмаз у природі, використовують рентген. Більшість каменів, які знаходять, непридатні для ювелірного виробництва, оскільки мають значною кількістюдефектів, у тому числі тріщинами, включеннями, сторонніми відтінками флуоресценцією тощо. Тому їх застосування є технічним. Таке каміння ділять на три категорії:

борт - каміння із зональною структурою;
баллас - камені, які мають круглу або грушоподібну форму;
карбонадо – чорний алмаз.

Алмази великого розміру з визначними характеристиками, як правило, отримують свою назву. Крім того, висока вартість каменю робить його бажаним для багатьох, що гарантує «криваву історію».

Графіт утворюється внаслідок зміни осадових порід. У Мексиці та на Мадагаскарі можна зустріти руду з графітом низької якості. Найбільш відомі родовища – у Краснодарі та в Україні.

Застосування

Застосування як алмазу, і графіту набагато ширше, ніж здається. Для алмазу можна назвати кілька сфер використання.

В ювелірній промисловості алмази використовують тільки в ограновуванні, як відомо, вони звуться діамантів. Усього 20% всіх здобутих каменів придатні для прикрас, а мінералів високої якості і набагато менше.

Діаманти – найдорожчі у світі камені. За вартістю лише деякі екземпляри рубінів можуть зрівнятися з ними. На вартість мінералів впливають ограновування, колір, відтінок та чистота. Зазвичай деякі з цих характеристик неозброєним оком непомітні, проте виявляються при експертизі.

Використання діамантів у прикрасах дуже поширене. Часто вони виступають як єдиний камінь або доповнюють високоякісні сапфіри, рубіни, смарагди. Найчастіше застосування каменів - кільця для заручин.

У технічній сфері зазвичай беруть другосортну сировину, з дефектами або з різними відтінками. Технічні алмази поділяються на кілька підкатегорій.

алмази певної форми, яка годиться для виготовлення підшипників, наконечників свердел тощо;
необроблене каміння;
камінці з дефектами, які застосовуються тільки для виготовлення алмазної крихти та порошку.

Останні застосовуються або в дуже маленьких деталях, або як напилення для виготовлення різального та шліфувального інструменту.

В електроніці застосовуються голки, які являють собою необроблені кристали, що мають від природи гостру вершину, або уламки з такою самою вершиною. Бурові установки у промисловості також містять алмази. Прошарок з цього мінералу використовуються в мікросхемах, лічильниках і так далі, відбувається це завдяки високому коефіцієнту теплопровідності та опору.

Близько 60% всіх технічних алмазів використовують у інструментах. Інші 40% у рівних кількостях:

при бурінні свердловин;
переробки;
у дрібних деталях ювелірні вироби;
у шліфувальних колах.

У чистому вигляді графіт не використовується. Його зазвичай обробляють. Графіт найвищої якостізастосовується як стрижня для олівця. Найбільш широке застосування графіт знаходить у лиття. Тут він використовується для забезпечення гладкої поверхні сталі. Для цього він використовується у необробленому вигляді.

У електровугільній промисловості використовують як природного походження мінерал, а й створений. Останній має високу однорідність за якістю та чистотою. Висока провідність струму робить його також широко використовуваним виготовлення електродів в приладах. Крім того, він застосовується як щітка для двигуна. У металургії графіт використовують як мастильний матеріал.

Графітові стрижні за здатність уповільнювати нейтрони раніше широко використовувалися під час створення атомних реакторів. Зокрема, саме борові стрижні з графітовими наконечниками виступали як стрижні управління-захисту на Чорнобильській АЕС. Одна з проблем, що згодом призвела до аварії, була в тому, що для гасіння ланцюгової реакції потрібно було нейтрони поглинати, за що відповідав бір, а не сповільнювати. Тому в момент, коли стрижні опустили в активну зону реактора, його енергія зросла стрибком, що призвело до перегріву. Але це була лише одна з безлічі причин.

Таким чином, алмаз і графіт - два різні мінерали з однаковим елементом в основі. Їх структури роблять властивості різними, як і представляє інтерес. Кожен з них по-своєму гарний і має дуже широке застосування як у дуже складних конструкціях, так і предметів повсякденності.

Для звичайної людини алмаз і графіт - це два абсолютно не схожі і ніяк не пов'язані один з одним елементи. Алмаз викликає асоціації з дорогоцінностями, що переливаються, згадується вираз «блищить як алмаз». Графіт - щось сіре, те, з чого зазвичай роблять олівцеві грифелі.

Важко повірити, що обидва мінерали – це те саме речовина різної форми обробки.

Поняття та основні характеристики мінералів

Алмазом називають прозорий кристал, що не має кольору, має високі характеристики заломлення світла. Виділяють такі основні властивості мінералу:

Природа зароджує як алмази певних форм, і у кількох кристалічних формах, що з його внутрішнім будовою. Яскраво виражені кристали мають форму куба або тетраедра із плоскими гранями. Іноді грані здаються рельєфними через наявність невидимих ока численних наростів і перетворень.

Хоча багато хто вважає алмаз найміцнішим матеріалом на світі, але науці відома речовина, що перевершує алмаз за міцністю більш ніж на 11% — «гіпералмаз».

Графіт є кристалічною речовиною сіро-чорного кольору, що володіє металевим блиском. За складом графіт має шарувату структуру, його кристали складаються з тонких дрібних пластинок. Це дуже тендітний мінерал, що нагадує по зовнішньому виглядусталь чи чавун. У графіту низька теплоємність, але висока температура плавлення. Крім того, цей мінерал:

На дотик графіт жирний, а при проведенні паперу залишає сліди.Це відбувається через те, що атоми кристалічних ґрат слабо пов'язані.

Відмінність графіту від алмазу, особливості будови та процес переходу одного мінералу в інший

Діамант і графіт – алотропні по відношенню один до одного мінерали, тобто мають різні властивості, але є різними формамивуглецю. Їхня основна відмінність полягає лише в хімічній будові кристалічних ґрат.

Кристалічна решітка алмазу має вигляд тетраедра, в якому кожен атом оточений ще 4 атомами і є вершиною сусіднього тетраедра, утворюючи безліч атомів, що мають міцні ковалентні зв'язки.

Графіт на атомному рівні складається із пластів шестикутників з вершинами-атомами. Атоми добре пов'язані між собою лише на рівні пластів, але пласти між собою сильного зв'язку не мають, що робить графіт м'яким та нестійким до руйнування. Саме ця особливість дозволяє отримати з графіту алмаз.

Фізичні та хімічні властивості алмазу та графіту добре видно з таблиці.

Характеристика
Будова атомної решітки	Кубічна форма	Гексагональна
Світлопровідність	Добре проводить світло	Не пропускає світло
Електропровідність	Не має	Має хорошу електропровідність
Зв'язки атомів	Просторові	Площинні
Структура	Твердість та крихкість	Шаруватість
Максимальна температура, за якої мінерал залишається незмінним	720 за Цельсієм	3700 за Цельсієм
Колір	Білий, блакитний, чорний, жовтий, безбарвний	Чорний, сірий, сталевий
густина	3560 кг/м.куб.	2230 кг/м.куб.
Використання	Ювелірна справа, промисловість	Ливарне виробництво, електровугільна промисловість.
Твердість за шкалою Моосу	10	1

Хімічна формула алмазу і графіту одна й та сама - вуглець (С), але процес створення в природі різний.Алмаз виникає при дуже високих тисках та миттєвому охолодженні, а графіт, навпаки, при низькому тиску та високій температурі.

Виділяють такі методи одержання алмазів:

Процес алмазу в графіті аналогічний. Різниця лише у показниках тиску та температури.

Родовище мінералів

Алмази пролягають на глибинах понад 100 км. при температурі 1300 °С. Від вибухової хвилі входить у дію кимберлитовая магма, утворюючи звані кимберлитовые трубки, які є корінними родовищами алмазів.

Кімберлітову трубку названо на честь африканської провінції Кімберлі, де вона і була вперше відкрита. Породи з алмазними покладами називають кімберліт.

Найвідоміші нині родовища знаходяться в Індії, Південній Африці та Росії.На корінних родовищах, які з кимберлитовых і лампроитовых трубок, добувають до 80% всіх алмазів.

Знайти алмази у видобутій породі допомагають рентгенівські промені. Більшість знайдених каменів використовується в промисловості, тому що не мають достатніх характеристик для ювелірної області. Промислові камені поділяють на 3 види:

борт - дрібні камені, що мають зернисту структуру;
баллас - каміння круглої або грушоподібної форми;
карбонадо – камінь чорного кольору, який отримав свою назву через схожість із вугіллям.

Цікаво, що найбільші та видатні за характеристиками алмази отримують свою унікальну назву. Найвідоміші з них - "Шах", "Зірка Мінаса", "Кохінур", "Зірка Півдня", "Президент Варгас", "Мінас-Жерайс", "Англійський алмаз Дрездена" та ін.

Графіт утворюється внаслідок видозміни осадових порід. Мексиканські, ногинські та мадагаскарські графітові родовища багаті на руду з графітом низької якості. Менш поширені – ботогольський і цейлонський тип, відрізняються рудою, багатою на високий вміст графіту. Найбільші відомі родовища знаходяться на Україні та в Краснодарському краї.

Сфера використання

Діамант і графіт використовують набагато ширше, ніж може здатися на перший погляд. Алмази знайшли своє застосування у таких сферах:

У відсотковому співвідношенні використання алмазів виглядає так:

Інструменти, механічні деталі – 60%.
Обрамлення шліфувальних кіл -10%.
Переробка дроту-10%.
Буріння свердловин – 10%.
Ювелірні вироби, невеликі деталі – 10%.

Що стосується графіту, то в чистому вигляді він практично не використовується, а піддаються попередньому обробленню, хоча в різних сферах використовується графіт різної якості. Для канцелярських олівців використовують графіт найвищої якості. Найбільш широке застосування знайшло у ливарному виробництві, забезпечуючи гладку поверхню різних форм сталі. Тут використовують практично необроблений графіт.

Електровугільна промисловість поряд з природним використовує штучно створений графіт, який також отримав широке застосування завдяки особливій чистоті та сталості складу. Електропровідність зробила графіт матеріалом для електродів електричних приладів. У металургії використовується як мастильний матеріал.

Алмаз і графіт – однакові за складом, але унікальні речовини. Користь графіту для різних галузей промисловості набагато вища за алмаз.

Діамант же, покликаний радувати своєю красою, неоціненний для економіки, приносячи величезні доходи від застосування в ювелірній промисловості.

Вступ

1.1.Загальна характеристика алмазу

1.2. Загальна характеристика графіту

2. Промислові типи родовищ граніту та алмазу

3. Природні та технологічні типи алмазовмісних та графітових руд

4. Розробка родовищ граніту та алмазу

5. Області застосування граніту та алмазу

Висновок

Список використаної літератури.

Вступ

Алмазна промисловість нашої країни знаходиться на стадії розвитку, впровадження нових технологій обробки мінералів.

Знайдені родовища алмазів розкриваються лише процесами ерозії. Для розвідника це означає, що існує безліч «сліпих» родовищ, які не виходять на поверхню. Про їхню присутність можна дізнатися за виявленими локальними магнітними аномаліями, верхня кромка яких розташовується на глибині в сотні, а якщо пощастить – то в десятки метрів. (А. Портнов).

Виходячи з сказаного вище, я можу судити про перспективність розвитку алмазної промисловості. Саме тому я обрала тему – «Діамант і графіт: властивості, походження та значення».

У своїй роботі я спробувала проаналізувати зв'язок між графітом та алмазом. Для цього порівняла ці речовини з кількох точок зору. Я розглянула загальну характеристикуданих мінералів, промислові типи їх родовищ, природні та технічні типи, розробку родовищ, сфери застосування, значення даних мінералів.

Незважаючи на те, що графіт та алмаз полярні за своїми властивостями, вони є поліморфними модифікаціями одного і того ж хімічного елемента – вуглецю. Поліморфні модифікації, чи поліморфи - це речовини, які мають однаковий хімічний склад, але різну кристалічну структуру. З початком синтезу штучних алмазів різко зріс інтерес до дослідження та пошуків поліморфних модифікацій вуглецю. В даний час, крім алмазу та графіту, достовірно встановленими можна вважати лонсдейліт та чаотит. Перший у всіх випадках був знайдений тільки в тісному взаємопроростанні з алмазом і тому називається ще гексагональним алмазом, а другий зустрічається у вигляді пластинок, що чергуються з графітом, але перпендикулярно розташовані його площині.

1. Поліморфні модифікації вуглецю: алмаз та графіт

Єдиний мінералоутворюючий елемент алмазу та графіту - це вуглець. Вуглець (С) – хімічний елемент IV групи періодичної системи хімічних елементів Д.І.Менделєєва, атомний номер – 6, відносна атомна маса – 12,011(1). Вуглець стійкий у кислотах та лугах, окислюється тільки дихроматом калію або натрію, хлористим залізом чи алюмінієм. Вуглець має два стабільні ізотопи С(99,89%) і С(0,11%). Дані ізотопного складу вуглецю показують, що він буває різного походження: біогенного, небіогенного та метеоритного. Різноманітність сполук вуглецю, що пояснюється здатністю його атомів з'єднуватися один з одним та атомами інших елементів у різний спосіб, обумовлює особливе становище вуглецю серед інших елементів.

1.1 Загальна характеристика алмазу

При слові «алмаз» одразу згадуються таємні історії, що розповідають про пошуки скарбів. Колись люди, що полювали за алмазами, і не підозрювали, що предметом їхньої пристрасті є кристалічний вуглець, який утворює сажу, кіптяву та вугілля. Вперше це довів Лавуазьє. Він поставив досвід зі спалювання алмазу, використовуючи зібрану спеціально для цього запальну машину. Виявилося, алмаз згоряє повітря при температурі близько 850-1000*С, не залишаючи твердого залишку, як і звичайне вугілля, а струмені чистого кисню згоряє при температурі 720-800*С. При нагріванні до 2000-3000 С без доступу кисню він переходить у графіт (це пояснюється тим, що гомеополярні зв'язки між атомами вуглецю в алмазі дуже міцні, що обумовлює дуже високу температуру плавлення.

Алмаз - безбарвна, прозора кристалічна речовина, що надзвичайно сильно заломлює промені світла.

Атоми вуглецю в алмазі перебувають у стані sp3-гібридизації. У збудженому стані відбувається розпарювання валентних електронів в атомах вуглецю та утворення чотирьох неспарених електронів.

Кожен атом вуглецю в алмазі оточений чотирма іншими, розташованими від нього у напрямку від центру у вершинах тетраедра.

Відстань між атомами в тетраедрах дорівнює 0,154 нм.

Міцність всіх зв'язків однакова.

Весь кристал є єдиним тривимірним каркасом.

При 20 С щільність алмазу становить 3,1515 гр/см. Цим пояснюється його виняткова твердість, яка за межами різна і зменшується в послідовності: октаедр – ромбододекаедр – куб. У той же час алмаз має досконалу спайність (по октаедру), а межа міцності на вигин і стиск у нього нижче, ніж у інших матеріалів, тому алмаз тендітний, при різкому ударі розколюється і при дробленні порівняно легко перетворюється на порошок. Алмаз має максимальну жорсткість. Поєднання цих двох властивостей дозволяє використовувати його для абразивних та інших інструментів, що працюють за значного питомого тиску.

Показник заломлення (2,42) та дисперсія (0,063) алмазу набагато перевищують аналогічні властивості інших прозорих мінералів, що у поєднанні з максимальною твердістю зумовлює його якість як дорогоцінного каменю.

У алмазах виявлені домішки азоту, кисню, натрію, магнію, алюмінію, кремнію, заліза, міді та інших, зазвичай, у тисячних частках відсотка.

Алмаз надзвичайно стійкий до кислот і лугів, не змочується водою, але має здатність прилипати до деяких жирових сумішей.

Алмази у природі зустрічаються як у вигляді добре виражених окремих кристалів, і полікристалічних агрегатів. Правильно утворені кристали мають вигляд багатогранників із плоскими гранями: октаедр, ромбододекаедр, куб та комбінації цих форм. Дуже часто на гранях алмазів є численні ступені росту та розчинення; якщо вони невиразні оком, грані здаються викривленими, сферичними, у формі октаедроїду, гексаедроїду, кубоїду та їх комбінацій. Різна формакристалів обумовлена їхньою внутрішньою будовою, наявністю та характером розподілу дефектів, а також фізико-хімічною взаємодією з навколишнім кристалом середовищем.

Серед полікристалічних утворень виділяються – баллас, карбонадо та борт.

Баллас - це сферолітові утворення з радіально-променистою будовою. Карбонадо - скритокристалічні агрегати з розміром окремих кристалів 0,5-50 мкм. Борт – яснозернисті агрегати. Баласи і особливо карбонадо мають найвищу твердість із усіх видів алмазів.

Рис.1 Будова кристалічних ґрат алмазу.

Рис.2 Будова кристалічних ґрат алмазу.

1.2 Загальна характеристика графіту

Графіт - сіро-чорна кристалічна речовина з металевим блиском, жирна на дотик, по твердості поступається навіть паперу.

Структура графіту шарувата, усередині шару атоми пов'язані змішаними іонно-ковалентними зв'язками, а між шарами – суттєво металевими зв'язками.

Атоми вуглецю в кристалах графіту знаходяться в sp2-гібридизації. Кути між напрямками зв'язків дорівнюють 120*. В результаті утворюється сітка, що складається із правильних шестикутників.

При нагріванні без доступу повітря графіт не зазнає жодних змін до 3700 *С. За вказаної температури він виганяється, не плавлячись.

Кристали графіту – це, як правило, тонкі платівки.

У зв'язку з низькою твердістю і досконалою спайністю графіт легко залишає слід на папері, жирний на дотик. Ці властивості графіту обумовлені слабкими зв'язками між атомними верствами. Характеристики міцності цих зв'язків характеризують низька питома теплоємність графіту і його висока температура плавлення. Завдяки цьому, графіт має надзвичайно високу вогнетривкість. Крім того, він добре проводить електрику і тепло, стійкий при дії багатьох кислот та інших хімічних реагентів, легко змішується з іншими речовинами, відрізняється малим коефіцієнтом тертя, високою здатністю, що змащує і криє. Все це призвело до унікального поєднання одного мінералу важливих властивостей. Тому графіт широко використовується у промисловості.

Вміст вуглецю в мінеральному агрегаті та структура графіту є головними ознаками, що визначають якість. Графітом часто називають матеріал, який, як правило, не є не тільки монокристалічним, а й мономінеральним. В основному мають на увазі агрегатні форми графітової речовини, графітові та графітвмісні породи та продукти збагачення. Вони, крім графіту, завжди присутні домішки (силікати, кварц, пірит та інших.). Властивості таких графітових матеріалів залежать як від змісту графітового вуглецю, а й від величини, форми та взаємних відносин кристалів графіту тобто. від текстурно-структурних ознак використовуваного матеріалу. Тож оцінки властивостей графітових матеріалів необхідно враховувати як особливості кристалічної структури графіту, і текстурно-структурные особливості інших складових.

Рис.3. Будова кристалічних грат графіту.

Рис.4. Вкрапленники графіту у кальциті.

2. Промислові типи родовищ алмазу та графіту

Родовища алмазів поділяються на розсипні та корінні, серед яких виділяються типи та підтипи, що розрізняються за умовами залягання, формами рудних тіл, концентраціями, якістю та запасами алмазів, умовами видобутку та збагачення.

Корінні родовища алмазів кімберлітового типу у всьому світі є основними об'єктами експлуатації. З них видобувається близько 80% природних алмазів. За запасами алмазів та розмірами вони поділяються на унікальні, великі, середні та дрібні. З найбільшою рентабельністю відпрацьовуються верхні горизонти унікальних і великих родовищ, що виходять на денну поверхню. У них зосереджено основні запаси та прогнозні ресурси алмазів окремих алмазоносних кімберлітових полів. Кімберліти - це "вулканічні жерла", заповнені брекчією. Брекчія складається з уламків і ксенолітів, що оточують і осіли зверху порід, з уламків порід, винесених з глибин 45-90 км і більше. Цементом є вулканічний матеріал, туфи лужно-ультроосновного складу, так звані кімберліти та лампроїти. Кімберлітові трубки розташовуються на платформах, лампроїтові – у їх складчастому обрамленні. Час утворення трубок різний - від архею до кайнозою, а вік алмазів, навіть наймолодших з них, становить близько 2-3 млрд. років. Утворення трубок пов'язане з проривом вгору вузькими каналами під великим тиском, на глибині понад 80 км, при температурі близько 1000 лужно-ультроосновних розплавів. Більшість добре вивчених кімберлітових тіл має складну будову; в найбільш спрощеному випадку в будові трубки беруть участь два основні різновиди порід, що утворилися в ході двох послідовних фаз впровадження: брекчія (1-й етап) і масивний "великопорфіровий" кімберліт (2-й етап). У будові деяких кімберлітових трубок виявлено також кімберлітові дайки та жили, пов'язані з трубками. Виявлено сліпі тіла, утворені порціями кімберлітової магми, які не доходили до денної поверхні. Родовища, пов'язані з дайками і жилами кімберлітів, як правило, відносяться до категорії дрібних, рідше середніх за запасами алмазів. .е. залягають десь на глибині. Але й на Землі є місця, де виникають тиски цілком достатні освіти алмазу. Це місця удару метеоритів, де алмаз зустрічається у Землі, а й у низці самих метеоритів.

Швидкість руху магми, що проривається, ймовірно, могла бути дуже великою, близько 800 км/год, магма відривала і виносила вгору уламки різного складу. Якщо вони містилися алмази, трубка ставала алмазоносной. Самі алмази є найбільш стабільною поліморфною модифікацією вуглецю в глибинних зонах Землі. (А.В. Уханов.)

Рис. 5. Будова кімберлітової трубки.

Лампроітовий тип родовищ алмазів відкрито порівняно недавно (1976 р.) у Західній Австралії, де експлуатується велике родовище Аргайл. За своєю будовою лампроїтові родовища загалом аналогічні кімберлітовим. Судячи з даних розвідки родовища Аргайл, трубки лампроїтів дещо швидше виклинюються на глибину, де вони переходять у дайки. Система відпрацювання цих родовищ та технологія збагачення такі самі, як і на кімберлітових об'єктах.

Кімберліт-лампроїтовий тип представлений родовищем алмазів в Архангельській області, де вміст мінералів-індикаторів істотно нижчий, ніж у «класичних» кімберлітах, переважна більшість алмазів представлена кривогранними формами.

Кільцеві імпактні структури розміром від перших до сотні км пов'язані з надпотужними вибуховими процесами, джерело яких мало, на думку різних дослідників, або позаземне (падіння великих небесних тіл), чи ендогенний характер. У Росії розвідане одне родовище цього - Попігайське на східному схилі Анабарского кристалічного масиву. За запасами руди та вмістом алмазів родовище перевищує у сотні разів найбільші у кімберлітах. Однак алмази в імпактних родовищах укладені в міцні щільні ефузивного вигляду породи і представлені виключно технічними сортами з домішкою лонсдейліту (поліморфна модифікація вуглецю, що зустрічається у вигляді пластинок, що чергуються з графітом, але перпендикулярно первісно його площині).

Метаморфогенний тип також представлений поки одним родовищем на території Казахстану, де алмази встановлені в біотитових гнейсах, біотит-кварцових, гранат-піроксенових і піроксен-карбонатних породах. За запасами та вмістом алмазів воно в десятки разів перевищує найбільші високоалмазоносні кімберлітові трубки. Алмази мають вкрай дрібний розмір кристалів, а ювелірних та високоякісних технічних сортів поки що не виявлено.

Розсипні родовища алмазу представлені п'ятьма основними типами.

Алювіальні розсипи (річкових долин) є провідними за масштабом видобутку алмазів із розсипів. Великі родовищарідкісні і утворюються зазвичай з допомогою розмиву кількох корінних джерел чи проміжних колекторів площадного типу. Алювіальні розсипи мають двочленну будову: верхня заплавна фація алювію представлена вельми слабоалмазоносними гравійно-піщано-глинистими і мулистими відкладеннями («торф»), нижня руслова фація складена продуктивними грубоуламковими галечниками («піски»).

Розсипи делювіально-пролювіального типу формуються на схилах та в логах біля корінних джерел і відносяться до дрібних та середніх за масштабом.

Прибережно-морські розсипи поділяються на підводні, пляжні та берегові тераси. Зона таких розсипів у південно-західній Африці простягаються на багато сотень км при ширині від 5 до 20 км.

Розсипи інших промислових типів істотну роль видобутку алмазів не грають.

Розсипні родовища різних типівпо глибині залягання поділяються на дрібнозалягаючі та глибокозалягаючі. За рівнем віддаленості від корінного джерела виділяються розсипи ближнього та далекого зносу; перші формуються поблизу корінного джерела, другі - на віддаленні десятків км у сприятливих геолого-структурних умовах.

Промислові типи родовищ графіту.

Графіт утворився з органічних сполук у результаті метаморфізації осадових порід.

Серед родовищ графіту виділяються за геологічною обстановкою їхнього знаходження чотири групи промислових типів родовищ.

За величиною запасів родовища графіту поділяють (млн. т) на: великі – більше 1, середні – 0,5-1, дрібні – до 0,5.

Найбільш поширеними і більшими за своїми запасами є родовища тайгінського, мадагаскарського, ногинського, мексиканського типів.

Графітові родовища цейлонського, ботогольського типів менш поширені, рідше мають великі запаси, але відрізняються високим вмістом графіту в руді та ціннішими якостями.

3. Природні та технологічні типи алмазовмісних руд

Природные типы руд – алмазоносные кимберлиты и алмазоносные лампроиты, которые подразделяют исходя из соотношений собственно кимберлита и ксеногенного материала и струкрурно-текстурных особенностей, на алмазоносные массивные кимберлиты, кимберлитовые брекчии, туфобрекчии, ксенотуфобрекчии, туфы и туфогенно-осадочные породы.

Єдина технологічна класифікація алмазовмісних руд відсутня. При техніко-економічній типізації руд виділяють два основні технологічні типи: брекчії з вмістом глинистої складової менше 20% і брекчії з вмістом глинистої складової понад 20%. При обробці цих руд відрізняються як технологічні схеми, і собівартість відпрацювання.

У цілому нині, як свідчить практика, технологічна класифікація руд розробляється у кожному даному випадку самостійно під час розвідки і наступної експлуатації родовища. Нерідко, коли кімберлітове тіло складено породами різних фаз впровадження, структурно-текстурними ознаками, що чітко відрізняються, і рівнем алмазоносності, природні типи руд практично збігаються з технологічними. Головний фактор – вміст алмазів. Так, у трубці Дальня (Саха-Якутія) два природних типу, що виділяються тут – кімберлітові брекчії і масивні кімберліти – розрізняються за рівнем алмазоносності на порядок і є одночасно технологічними типами. Однак, наприклад, в ході експлуатації трубки «Мир», виділено шість технологічних типів руд, що відрізняються нюансами структури та алмазоносності, тоді як фаз впровадження було лише дві.

Технологічні типи алмазоносних пісків виділяють, виходячи з їхньої валунистості, глинистості, промивітості і т.д.

Природні та технологічні типи графітових руд.

Типізація графітових руд проводиться за текстурно-структурних ознак. Графіти діляться на явно - і прихованокристалічні. Серед явнокристалічних виділяють щільнокристалічні та лускаті різновиди. Щільнокристалічні графіти поділяють на крупнокристалічні із середнім розміром кристалів більше 50 мкм і дрібнокристалічні.

За величиною лусочок, їх діаметру, лускаті графіти тривають на крупнолускаті (100-500 мкм) і дрібночухчасті (1-100 мкм).

Скритокристалічні графіти складені кристалами, що мають величину менше 1 мкм. Виділяють щільні та тонкодисперсні або розпорошені різниці. В останніх кристалики графіту розсіяні у породі, що вміщає. У щільних різницях кристали графіту складають основну масу графітової породи. Промислове значення мають лише щільні різниці прихованого кристалічного графіту.

Кристалічний шматковий - 92-95;

Кристалічний крупнолускатий - 85-90;

Кристалічний середньолускатий - 85-90;

Кристалічний дрібночошуйчастий - 80-90;

Кристалічні порошки з розміром до 0,074 мм та вмістом графітного вуглецю 80-99.

Розвідка графітових родовищ інших промислових типів, що мають поклади неправильної форми або лінзоподібні та штокоподібні, також проводиться свердловинами колонкового буріння у поєднанні з гірничими виробками.

При оцінці та розвідці графітових родовищ із застосуванням буріння встановлюють відсутність вибіркового стирання керна, яке можливе при нерівномірному розподілі концентрацій графіту у вигляді збагачених ділянок, представлених мережею прожилків, лінз, гнізд тощо. З цією метою слід контролювати вміст графіту в промивних бурових розчинах та шламі. За потреби проходять контрольні виробітки з валовим випробуванням.

4. Розробка родовищ алмазів

Корінні родовища алмазів, розроблені відкритим способом або комбінованим:

Верхні горизонти – відкритим, а глибші – підземним. У Росії алмази видобувають лише відкритим способом.

Відкритий спосіб розробки трубок приблизно однаковий всіх родовищах. Розглянемо його з прикладу трубки Фіші (ПАР).

Трубка має овальну форму горизонтального перерізу і майже вертикальні контакти з породами, що вміщають. Зона вивітрювання кімберлітів поширюється на глибину 60 м. У складі кімберлітів значний обсяг займає вторинна фаза - сапоніт, мінерал, що розбухає, вбирає велика кількістьводи. З цієї причини руда трубки гігроскопічна і при зволоженні швидко втрачає властивості міцності, тому застосовують спеціальні методи ізоляції поверхні кімберліту від води, а при бурінні свердловин використовують сухе пиловловлення.

Розробка трубки відкритим способом почалася в 1966 р., а до 1990 р. глибина кар'єру досягла 423 м при середньому річному зниженні 18-20 м. Було видобуто понад 97 млн т кімберліту (близько 5 млн т на рік) та видалено у відвали 55 млн т порожньої породи. Площа кар'єру лежить на поверхні 550 тыс.м2. Такий спосіб відпрацювання забезпечив стійку роботу рудника та хороші техніко-економічні показники: низький коефіцієнт розтину, планомірний перехід на підземний спосіб. У породах, що вміщають, пройдено похилий ствол довжиною 1300 м під кутом 12° від поверхні до виходу в кар'єр на глибині 280 м. У ньому розмістилися конвеєр для транспортування руди на збагачувальну фабрику та підземний дробильний комплекс, що дозволило різко скоротити кількість працюючих самоскидів.

При підземному способі використовують кілька систем підземного відпрацювання алмазоносних трубок.

Камерна система передбачає прохідку 8-метрових камер висотою 12м, розділених між собою тимчасовими 8-метровими ціликами, на кожному робочому горизонті вздовж короткої осі трубки. Кімберліт, що виймається з камер і з ціликів вищележачого горизонту, під дією ваги обрушених порід потрапляє на підошву відкатного вироблення, де вантажиться у вагонетки і відкочується до розташованого у породах, що вміщають рудоспуску, по якому кімберліт подають на головний відкатковий горизонт.

Метод щілинної розробки використано на трубці Прем'єр (ПАР). У міру розробки трубки на кожному робочому горизонті паралельно щілини проходили головні штреки з інтервалом, що дорівнює половині відстані від щілини до меж рудного тіла. На глибині 270 м руду випускали з рудоспусків у вагонетки і транспортували по відкатних штреках, Далі подавали руду в дробарку, подрібнювали і транспортували на поверхню. Найбільш прогресивний метод розробки – поверхове самообвалення; він забезпечує високу продуктивність (до 5 млн т кімберліту на рік) при низькій собівартості та відносно малому застосуванні ручної праці. За цієї системи руйнація кімберліту відбувається під впливом сили тяжкості, число робочих горизонтів і вантажних пунктів різко скорочується. Сутність системи полягає в тому, що з відкатного штреку, орієнтованого впоперек трубки, проходять скреперні штреки на відстані 14 м один від одного, в яких з інтервалами 3-5 м на обох сторонах у шаховому порядку розташовуються квадратні ніші розміром 1-2 м. ніш проходять повстаючі у формі вирви, що піднімається до висоти 7,6 м над рівнем підошви. Кімберлітові блоки потім повністю підрізаються, і шари потужністю 18 м виробляються так, що кімберліт розламується і обрушується конусні повстаючі. В результаті на всій площі трубки утворюється компенсаційна щілина заввишки 2,2 м. Після цього над компенсаційним простором залишається масив кімберліту, що не має опори, який під дією власної ваги поступово обрушується на випускні воронки. У міру обвалення кімберліту проводиться його частковий випуск з метою відновлення компенсаційного простору, тому рівень кімберліту, що обрушується, постійно піднімається до тих пір, поки не досягне порід вищележачого горизонту. Після цього випуск руди продовжується з певною швидкістю, поки в скреперах не з'явиться порожня порода. Відпрацювання даного горизонту у цьому закінчується, після чого приступають до відпрацювання нижележащего.

Розсипні родовища із глибиною залягання до 40-45 м обробляються відкритим способом. У Республіці Саха (Якутія) видобуток ведуть у літній періодбульдозерно-гідравлічним способом. Піски, подані бульдозерами, промивають на решітці гідровашгерда розміром осередку 30-50 мм. Надрешітний матеріал струменем води видаляється, а подрешетная пульпа землесосами по трубах подається з відривом 20,-2,5 км на сезонну стаціонарну збагачувальну фабрику. З долини протяжних розсипів алмази видобувають дражливим способом. Драги рухають знизу вгору долиною річки поперечними або поздовжніми ходами. Після вичерпання основних запасів драги повторно просувають зверху вниз зі зміщенням ходів по відношенню до первинних. Іноді ходи спрямовані на хрест первинних.

Рис.6. Кімберлітова трубка під час опрацювання.

Розробка родовищ графітових руд.

Розробка графітових руд ведеться відкритим та підземним способами. Серед трьох експлуатованих родовищ графіту у Росії два (Ногінське, Ботогольське) розробляються підземним способом та одне (Тайгінське) – відкритим.

Розміри кар'єру при відкритій розробці на Тайгінському родовищі кристалічного графіту мають довжину близько 3 км, ширину 200-250 м і глибину понад 50 м. Втрати при видобутку складають близько 1%, незначне розубоювання.

У США відкритий видобуток графітової руди ведеться із застосуванням буровибухових робіт з подальшим транспортуванням руди автотранспортом на збагачувальні фабрики.

Оригінальна система розробки графітових родовищ застосована республіки Мадагаскар. Відкритим способом обробляються переважно верхні, вивітрілі графітові руди до глибини 30-40 м. Роботи ведуться терасами зі спуском руди на нижні горизонти, звідки руда надходить на збагачувальну фабрику.

Ногінське графітове родовище, що розробляється підземним способом (штальнею та шахтою), характеризується розубоюванням 2,8%, вологістю руди 4,5%, втратами 17,8%.

Ботогольське родовище високоякісного графіту щільнокристалічного розробляється штольневим способом. Видобуток ведеться горизонтальними шарами знизу нагору, із закладкою очисного простору. Втрати у видобутку становлять близько 8%.

5. Області застосування алмазів

Основні сфери застосування природних алмазів.

Ювелірні алмази. Головна сфера застосування алмазів у вартісному вираженні - огранювання в діаманти.

Технічні алмази. До технічних відносяться темнокольорові кристали, що мають тріщини та інші дефекти, а також різні уламки, двійники, зростки і т.д., з яких неможливо виготовити огранований кристал. Залежно від якості та призначення технічні алмази можна умовно поділити на такі групи:

Алмази, що піддаються обробці з метою отримання зерен певної геометричної форми. До них відносяться алмази, призначені для виготовлення різців, свердлів, наконечників, склорізів, підшипників та ін;

Кристали алмазів, що використовуються в необробленому вигляді в бурових коронках, алмазно-металевих олівцях та ін;

Абразивні алмази – переважно дрібні кристали, мають значні дефекти і придатні лише подрібнення на порошок.

Алмазні порошки незамінні при обробці надмініатюрних деталей, таких як годинникові камені з рубіну, підшипники з топазу, берилу та сапфіру, твердість яких наближається до твердості корунду. Тільки застосування алмазних порошків забезпечує високу чистоту оброблюваних мікроповерхонь, від чого залежить точність роботи мікродеталей в апаратах та приладах.

Інструменти із алмазних порошків. Для різання твердих порід, сплавів та інших твердих матеріалів промисловістю випускаються алмазні дискита різні алмазні пили. Поширені абразивні алмазні інструменти в оправці, які широко застосовуються в металообробній промисловості для виправлення шліфувальних кіл. Використовуються також алмазно-металеві олівці, що є пресованими вставками з алмазного порошку твердого сплаву.

Інструменти з монокристалів алмазу. Різці, голки, склорізи, фільєри (пластинчасті алмази з просвердленими в них найтоншими отворами) та інший інструмент виготовляються з окремих кристалів алмазу або їх частин. Алмазні голки - це кристали алмазів з природною гострою вершиною або уламки з гострим ребром, закріплені в металевих стрижнях. Алмазні голки широко застосовуються для виготовлення мітчиків на різьбошліфувальних верстатах. Алмазні голки конічної форми зі сферичною головкою використовують у профілометрах та профілактографах, які служать для вимірювання найдрібніших нерівностей та чистоти поверхні різних деталей. Широко застосовуються алмази виготовлення фільєр при виробництві дроту з твердих матеріалів, особливо малих діаметрів потреб електроніки.

Алмазний породоруйнівний інструмент. Застосування алмазів для армування бурових коронок дозволило підвищити продуктивність бурових установок у 1,5-2 рази, порівняно з неалмазним бурінням.

Інші сфери застосування алмазів. Алмаз – чудовий оптичний матеріал для всілякого роду кювет та віконець, здатний витримувати високі тиски та натиск речовин будь-якого ступеня агресивності та бути одночасно прозорим у широкому діапазоні довжин хвиль.

Алмазна підкладка напівпровідникових схем, забезпечуючи їхню чудову ізоляцію, відводить тепло в кілька разів швидше, ніж, наприклад, мідь, істотно підвищуючи ефективність роботи відповідальних вузлів електронних схем. Можливість за допомогою алмазів вважати ядерні частки в умовах агресивних середовищ та високих механічних навантажень, алмаз використовується у спеціальних лічильниках.

Структура споживання технічних алмазів високорозвиненими країнами наступна (%):

Шліфування, заточування інструментів та деталей машин із твердих сплавів – 60-70;

Оправлення шліфувальних кіл – 10-12;

Буріння свердловин – 10;

Волочення дроту – 10;

Різання та шліфування деталей та виробів зі скла, кераміки, мармуру, свердління та доведення твердосплавних деталей, обробка годинних та ювелірних виробів – 10-12.

Області застосування графіту.

Руди багатьох графітових родовищ рідко можуть бути в сирому вигляді використані споживачами. Майже всі вони піддаються тій чи іншій попередньої обробці з метою перетворення руди на готову продукцію.

Технологічна класифікація графітових руд збігається із класифікацією природних типів.

Явнокристалічні руди переробляються переважно за флотаційними схемами завдяки хорошій флотованості графіту.

Скритокристалічна графітова сировина представлена тонкодисперсними мінералами в дуже складному проростанні з порожніми породами. Тому такі типи графітових руд майже не піддаються механічному збагаченню. До них застосовуються головним чином рудорозробка і в особливих випадках методи хімічного, термічного або інших способів обробки. У зв'язку з тим, що ці процеси дорогі, він використовуються рідко.

Основними показниками, за якими оцінюється графітова продукція, є: текстурно-структурні, вміст вуглецю, золи, вологи, летких компонентів, шкідливих домішок (залізо, сірка, мідь та ін), гранулометричний склад.

У ливарному виробництві перевага віддається прихована кристалічного графіту, оскільки для цього виробництва важлива дисперсність порошку, що забезпечує гладку поверхню ливарних форм і полегшує видалення з них виливків після охолодження.

Високоякісні явнокристалічні графіти широко використовуються при спеціальному лиття сталі.

Тигельний графіт представлений трьома марками. Зональність їх не перевищує відповідно 7; 8,5 та 10%, масова частка заліза у перерахунку на Fe2O3 для всіх марок не більше 1,6%, летких речовин – менше 1,5%; вологи – трохи більше 1%.

Для виробництва графіто-керамічних плавильних тиглів та вогнетривів використовується високоякісний явно кристалічний графіт.

Відповідно до вимог до мастильного графіту продукція випускається у вигляді кількох марок, кожна з яких має свій напрямок застосування та характеризується рядом показників. Спільними всім марок є лише показники величини концентрації водневих іонів водної витяжки і вологості.

Виробництво олівців, як і електрокутове, пред'являє найбільше високі вимогидо якості графіту. У світовій практиці для кращих сортів олівців використовується суміш цейлонського та іншого кристалічного або скритокристалічного графіту, який найчастіше застосовується для звичайних сортів олівців.

У виробництві активних мас лужних акумуляторів застосовується явнокристалічний крупнолускатий графіт («сріблястий»), що отримується шляхом флотації руд Тайгінського та Завальєвського родовищ.

У електрокутовій промисловості застосовують графіт трьох типів – природний дрібно- та прихований кристалічний та штучний. Штучний графіт набув широкого поширення внаслідок його високої чистоти та сталості складу.

У виробництві мастил як тверді речовини широко використовується природний кристалічний графіт і разом з ним графіт штучний. Для цього виробництва потрібно графіт зазвичай високої чистоти та дуже тонкого помелу, іноді колоїдної розмірності. Мастила найчастіше є водні або масляні суспензії з природного кристалічного і штучного графіту.

Ряд марок графіту не допускає домішок, що засмічують, у тому числі і графіту інших родовищ. До цих марок належать тигельний, елементний та електровугільний графіт.

Висновок

Дослідивши дві поліморфні модифікації вуглецю: алмаз і графіт, я прийшла до того, що незважаючи на однаковий хімічний склад, поліморфи мають різну будову кристалічних ґрат, а отже й різні властивості та походження.

Алмаз - безбарвна, прозора кристалічна речовина з винятковою твердістю – 10 та алмазним блиском. Графіт - сіро-чорна кристалічна речовина з металевим блиском, жирна на дотик, по твердості поступається навіть паперу - 1.

Алмази у природі зустрічаються як добре виражених окремих кристалів. Кристали графіту – це, як правило, тонкі платівки.

Походження алмазів магматичне, графіту – метаморфічне.

Алмази використовуються практично у всіх галузях промисловості: електротехнічна, радіоелектронна, приладобудівна, при бурових роботах.

Графіт використовують для виробництва графіто-керамічних плавильних тиглів і вогнетривів, як мастил, виробництво олівців, електровугільна промисловість.

У незліченних підручниках наведено діаграми рівноваги алмаз-графіт та написано, що алмаз виникає з графіту. Але чомусь ніхто не запитав: звідки ж у мантії графіт?.. Адже він там нестабільний, і його називають "забороненим" мінералом для умов мантії. Інша річ карбіди. Вони тут стійкі: карбіди заліза, фосфору, кремнію, азоту, водню. Карбід водню - це газ, звичайний метан, він рухливий і легко концентрується у глибинному флюїді.

Свого часу геологи не надали значення чудовому відкриттю радянського фізика Б. Дерягіна, який ще 1969 року синтезував алмаз із метану і, що дуже важливо, при тиску навіть нижче за атмосферний. Це відкриття вже тоді мало б докорінно змінити уявлення про алмаз як про мінерал, що кристалізується обов'язково з розплавів і при високих тисках. Дані Б. Дерягіна дозволили мені розглянути можливість кристалізації алмазу з флюїду, газової суміші у системі С-Н-О.

Виявляється, що в такому флюїді кисень при надвисокому тиску мантії втрачає свої окисні властивості і не окислює навіть водень. Але при підйомі газу вгору, при утворенні трубки кімберліту, тиск падає. Достатньо зменшити тиск у 10 разів - від 50 до 5 кілобарів, щоб активність кисню зросла в мільйон разів. І тоді він миттєво з'єднується з воднем та метаном. Простіше кажучи, газ самозаймається - у підземній трубі спалахує запеклий вогонь.

Наслідки такої підземної "пожежі" залежать від співвідношення вуглецю, водню та кисню у флюїді. Якщо кисню не надто багато, він вирве із молекули метану (СН4) лише водень. Пори води, що виникли при цьому, будуть поглинені мінеральним пилом і утворюють серпентиніт - характерний мінерал кімберлітів. Вуглець, залишившись "самотнім", при тиску в тисячі атмосфер і температурі близько 1000 ° С замкнеться ненасиченими валентними зв'язками "сам на себе" і утворює гігантську молекулу чистого вуглецю - алмаз! На практиці така сприятлива комбінація компонентів у газовій суміші трапляється рідко: лише п'ять відсотків кімберлітових трубок бувають алмазоносними.

Частіше трапляється так, що кисню або дуже багато для утворення алмазу, або недостатньо. У першому випадку вуглець згорить і перетвориться на гази - оксиди: СО або СО2. Тоді з'являються безрудні кімберліти. Вони відрізняються підвищеною магнітністю, тому що в них з'явився оксид заліза магнетит. Кисню було багато, і він "вирвав" залізо зі складу силікатів. При дефіциті кисню або метану виникнуть лише пари води і вони будуть поглинені серпентинітом. Виходить, що алмаз виникає як продукт мимовільного підземного горіння вуглецевого флюїду. Алмази - аналоги золи або сажі, що осіла в "димарях" мантії! (А. Портнов - доктор геолого-мінералогічних наук, професор).

Список використаної літератури

1. Вуглець та його сполуки – Київ, «Наукова Думка» 1978.

2. Булах А.Г. Загальна мінералогія. 1999.

3. Сарасовський. Освітній журнал. Том 6, 2000. №5.

4. Дядін Ю.А. Графіт та його з'єднання включення.

5. А. Портнов. «Діамант – сажа з пекла».

6. ЗАТ «Геоінформмарн». Москва 1997. Мінеральна сировина. графіт. Діамант.

7. Видавництво «Радянська енциклопедія». Москва. 1972.

Вступ

Знайдені родовища алмазів розкриваються лише процесами ерозії. Для розвідника це означає, що існує безліч «сліпих» родовищ, які не виходять на поверхню. Про їхню присутність можна дізнатися за виявленими локальними магнітними аномаліями, верхня кромка яких розташовується на глибині в сотні, а якщо пощастить - то в десятки метрів. (А. Портнов).

У своїй роботі я спробувала проаналізувати зв'язок між графітом та алмазом. Для цього порівняла ці речовини з кількох точок зору. Я розглянула загальну характеристику даних мінералів, промислові типи їх родовищ, природні та технічні типи, розробку родовищ, сфери застосування, значення даних мінералів.

Попри те що, що графіт і алмаз полярні за своїми властивостями, є поліморфними модифікаціями однієї й тієї ж хімічного елемента - вуглецю. Поліморфні модифікації, чи поліморфи - це речовини, які мають однаковий хімічний склад, але різну кристалічну структуру. З початком синтезу штучних алмазів різко зріс інтерес до дослідження та пошуків поліморфних модифікацій вуглецю. В даний час, крім алмазу та графіту, достовірно встановленими можна вважати лонсдейліт та чаотит. Перший у всіх випадках був знайдений тільки в тісному взаємопроростанні з алмазом і тому називається ще гексагональним алмазом, а другий зустрічається у вигляді пластинок, що чергуються з графітом, але перпендикулярно розташовані його площині.

Поліморфні модифікації вуглецю: алмаз та графіт

Єдиний мінералоутворюючий елемент алмазу та графіту - це вуглець. Вуглець (С) - хімічний елемент IV групи періодичної системи хімічних елементів Д. І. Менделєєва, атомний номер - 6, відносна атомна маса - 12,011 (1). Вуглець стійкий у кислотах та лугах, окислюється тільки дихроматом калію або натрію, хлористим залізом чи алюмінієм. Вуглець має два стабільні ізотопи С(99,89%) і С(0,11%). Дані ізотопного складу вуглецю показують, що він буває різного походження: біогенного, небіогенного та метеоритного. Різноманітність сполук вуглецю, що пояснюється здатністю його атомів з'єднуватися один з одним та атомами інших елементів різними способами, зумовлює особливе положення вуглецю серед інших елементів.

Загальна характеристика алмазу

Алмаз - безбарвна, прозора кристалічна речовина, що надзвичайно сильно заломлює промені світла.

Відстань між атомами в тетраедрах дорівнює 0,154 нм.

Міцність всіх зв'язків однакова.

Весь кристал є єдиним тривимірним каркасом.

Алмази у природі зустрічаються як у вигляді добре виражених окремих кристалів, і полікристалічних агрегатів. Правильно утворені кристали мають вигляд багатогранників із плоскими гранями: октаедр, ромбододекаедр, куб та комбінації цих форм. Дуже часто на гранях алмазів є численні ступені росту та розчинення; якщо вони невиразні оком, грані здаються викривленими, сферичними, у формі октаедроїду, гексаедроїду, кубоїду та їх комбінацій. Різна форма кристалів обумовлена їхньою внутрішньою будовою, наявністю та характером розподілу дефектів, а також фізико-хімічною взаємодією з навколишнім кристалом середовищем.

Серед полікристалічних утворень виділяються - баллас, карбонадо та борт.

Баллас - це сферолітові утворення з радіально-променистою будовою. Карбонадо - скритокристалічні агрегати з розміром окремих кристалів 0,5-50 мкм. Борт - яснозернисті агрегати. Баласи і особливо карбонадо мають найвищу твердість із усіх видів алмазів.

Рис.1

Рис.2

Загальна характеристика графіту

Графіт - сіро-чорна кристалічна речовина з металевим блиском, жирна на дотик, по твердості поступається навіть папері.

Структура графіту шарувата, всередині шару атоми пов'язані змішаними іонно-ковалентними зв'язками, а між шарами - суттєво металевими зв'язками.

Кристали графіту - це, як правило, тонкі платівки.

Рис.3.

Сторінка 1

Алмаз - найтвердіша природна речовина. Кристали алмазів високо цінуються і як технічний матеріал, і як дорогоцінна прикраса. Добре відшліфований алмаз – діамант. Заломлюючи промені світла, він сяє чистими, яскравими кольорами веселки.

Розміри світового видобутку алмазів дуже незначні – набагато менше, ніж шляхетних металів – золота та платини. З алмазів роблять наконечники бурів для свердління твердих гірських порід. Також алмази застосовують для різання скла та у вигляді "алмазного інструменту" (різці, свердла, шліфувальні круги). Алмазним порошком шліфують діаманти та тверді сорти сталі. Найбільший з будь-яких знайдених алмазів важить 602 г, має довжину 11 см, ширину 5 см, висоту 6 см. Цей алмаз був знайдений в 1905 р і носить ім'я "Келліан".

Один із найкрихітніших у світі гранованих алмазів, вагою всього лише 0,25 мг (у 4000 разів легший за копійцеву монетку), демонструвався на всесвітній виставці в Брюсселі. Незважаючи на мізерну вагу і розмір - зернятко об'ємом 0,07 мм3, - майстерні руки гранильника нанесли на ньому на ньому 57 граней, розглянути які можна тільки під мікроскопом.

У 1967 р. Б.В. Дерягін та Д.В. Федосєєв виростили на межі алмазу ниткоподібний кристал (“алмазні вуса”). Зростання відбувалося за високої температури, причому джерелом вуглецю служив метан; за чотири години кристалічна нитка виростала на 1 мм, що, взагалі кажучи, дуже багато для таких процесів.

Більшість зразків аморфного вугілля складається з спотворених кристалів графіту. Характерне розташування атомів вуглецю по кутах шестикутника при цьому зберігається.

У ґратах графіту часто зустрічаються різноманітні дефекти структури, як структурні, і хімічні, пов'язані із захопленням іонів і атомів. У ґрати графіту можуть впроваджуватися (А. Убеллоде, Ф. Льюїс) атоми бору, кисню, сірки і т. п., що утворюють зв'язки між шарами і впливають на провідність графіту. Графіт утворює своєрідні хімічні сполуки, в яких частинки, що приєднуються, розміщуються між площинами, зайнятими атомами вуглецю.

При нагріванні графіту в парах лужних металів виходять з'єднання, що легко окислюються. Так, за 400 °С калій утворює сполуку C8K. Склад сполук сильно залежить від температури та змінюється у широких межах. Відомі сполуки графіту з рубідієм, цезієм; для натрію та літію чітких результатів поки немає; натрій, мабуть, дає з'єднання C64Na фіолетового кольору.

Графіт дає також сполуки з металами, аміаком та амінами типу MeC12(NH3)2. Грати графіту у всіх випадках розширюється при утворенні сполук, і міжплощинна відстань досягає 0,66 нм, а для метиламінового комплексу літію навіть до 0,69 нм. Отримано сполуки: C9Br, C5CI, C8CI, CF.

Тифлон (CF) сірого кольору, ізолятор, не схожий на інші з'єднання типу з'єднань. Передбачається утворення у ньому ковалентних зв'язків фтор - вуглець.

Графіт раніше застосовувався як пишучий засіб. З ХІХ століття і до сьогодні використовують графітові електроди в металургії та хімічній промисловості, наприклад у виробництві алюмінію: метал осаджується на графітовому катоді. Наразі знайшли застосування графітизовані сталі, тобто сталі з додаванням монокристалів графіту. Ці сталі використовують при виготовленні колінчастих валів, поршнів та інших деталей, де особливо важлива висока міцність та твердість матеріалу.

Графіт відіграє важливу роль в електротехнічній промисловості та атомній енергетиці, де його використовують як сповільнювач нейтронів. За допомогою графітових стрижнів регулюють швидкість реакції в атомних казанах.

Здатність графіту розщеплюватись на лусочки дозволяє робити на його основі мастильні речовини. Графіт - чудовий провідник теплоти, при цьому він може витримати значні температури до 3000 ° С та вище. До того ж він хімічно досить стійкий. Ці властивості знайшли застосування у виробництві графітових теплообмінників та в ракетній техніці (для виготовлення кермів та соплових апаратів.

Це цікаво: