Здравствуйте, дорогие наши читатели! Вы когда-нибудь задумывались, алмаз и графит что может быть у них общего? Казалось бы, алмаз – это то, из чего делают дорогие украшения, радующие глаз человека даже с самым утонченным вкусом. Твердый, жесткий и практически неразрушимый. И графит – основной элемент для изготовления карандашей, очень хрупкий и легко ломается. Вспомните, как часто у вас ломался грифель?
Тем не менее, оба минерала являются родственными друг другу. Более того, воссоздание специальных условий позволяет осуществить процесс превращения из графита в алмаз, так и наоборот.
Прочтение статьи позволит вам узнать какими свойствами обладают представленные в статье минералы, о том, как они вообще появились на Земле, куда нужно отправиться для того, чтобы добывать алмазы. Или, если повезет меньше, графит, а также, возможно ли изготовление алмазов и графита в домашних условиях.
Желаем приятного прочтения!
Особенности алмаза и графита
Главными отличительными особенностями алмаза являются:
- способность преломлять и отражать солнечный свет, что придает ему знаменитый блеск,
- самая высокая твердость (по сравнению с другими минералами) и хрупкость,
- метастабильность – способность не менять своей структуры и состояния на протяжении сотен лет при обычных условиях,
- высокие показатели теплопроводности,
- высокая устойчивость к кислотам и щелочам,
- обладает низким коэффициентом трения,
- диэлектрик, электрический ток не проводит.
Такие свойства минерала становятся возможными благодаря тому, что его внутренняя структура имеет сложную кристаллическую решетку, представляющую собой куб или тетраэдр. В основе строения лежит такой химический элемент как углерод.
При наличии в своей кристаллической решетке примесей способен менять свой привычный для всех цвет. Так, наличие в составе железа придаёт минералу коричневый оттенок, лития желтый, алюминия голубой, марганца розовый или красный (в зависимости от концентрации), бора синий, хрома зеленый.
Графит является полной противоположностью алмазу. Его структура состоит из ряда слоев, внешне напоминающие собой тонкие пластины. Основным элементом строения является углерод. Имеет черный цвет с оттенком металла. Мягкий и немного жирноватый на ощупь.
Имеет следующие отличительные особенности:
- не пропускает и не преломляет свет,
- хорошие показатели теплопроводности,
- хорошая способность огнеупорности,
- хрупкость,
- низкий коэффициент трения,
- проводит электрический ток,
- можно смешивать с другими веществами.
Не смотря на столь отличающиеся свойства, современная наука научилась искусственно изготавливать представленные здесь минералы друг из друга.
Алмаз – это минерал или нет?
Для того, чтобы ответить на этот вопрос разберемся, а что же вообще такое минерал. В современной науке минералом принято считать твердое тело природного происхождения, имеющее кристаллическую структуру, то есть расположение атомов строго упорядочено.
Так как структура алмаза представляет собой куб или тетраэдр, имеет четкую кристаллическую решетку, его с уверенностью можно отнести к минералам.
Аналогичная ситуация и с графитом, пластинчатая структура которого так же имеет строгую упорядоченность.
Происхождение алмазов и графита
Точных и достоверных данных, откуда появились эти минералы, нет. Существует лишь некоторые гипотезы, а именно:
- Гипотеза о магматическом происхождении
- Гипотеза о мантийном происхождении
- Гипотеза о флюидном происхождении
Первые две теории являются самыми популярными и сводятся к тому, что появление произошло в недрах нашей Земли много миллионов лет назад на глубине от ста до двухсот километров. На поверхность кристаллы были вынесены в результате взрывов и извержений вулканов.
Графит в свою очередь может образовываться и в результате изменения осадочных пород.
Интересным фактом является наличие алмазной крошки в метеоритах. Это говорит о том, что кроме земного происхождения, существует еще и кристаллы метеоритного происхождения, принесенные из космоса.
Существует ряд гипотез о том, как могла образовываться крошка в метеоритах. Наиболее популярная теория заключается в том, что сам по себе метеорит не содержит в себе алмазную крошку в чистом виде, а лишь обогащен углеродом. При ударе о Землю развиваются идеальные условия для воссоздания минерала: высокая температура (две-три тысячи градусов) и давление (от 5 до 10 ГПа). Алмазы, образованные данным способом, называются импактитами.
К сожалению, космического происхождения кристаллы слишком малы для промышленной добычи и потому все используемые для добычи месторождения только природного происхождения.
Основные месторождения
Крупнейшие из алмазных месторождений расположены в Индийской Республике, Российской Федерации, провинция Кимберли (приходится 80% всей добычи).
Российские месторождения находятся в Республике Саха (Якутия), Пермском крае и Архангельской области.
Для того, чтобы обнаружить алмазное месторождение применяется рентген. На поиски уходят десятки лет. Очень малое количество открытых месторождений обладает минералами высокого качества, достаточного для использования в ювелирной отрасли.
Процесс добычи заключается в извлечении руды и ее измельчения, отделении сопутствующих пород. После этого, с помощью специальной техники, определяют категории и классы добытого материала.
Крупнейшие из графитовых месторождений расположены в Краснодарском крае и на Украине. Месторождения с низким качеством материала находятся на Мадагаскаре, в Бразилии, Канаде и Мексике.
Как правило, встречается вместе с известняковыми породами, такими как апатит и флогопит, а так же в образованиях пневматолита, а именно: кварца, полевого шпата, биотита, титаномагнетита.
Область применения
Применяются во многих областях промышленности.
Область применения алмазов:
- электрическая техника,
- радиоэлектроника и силовая электроника,
- бурильные установки,
- изготовление драгоценных украшений и аксессуаров.
Область применения графита:
- создание огнестойкого оборудования,
- изготовление смазочных материалов,
- выпуск грифелей для карандашей,
- ядерная энергетика (как замедлитель нейтронов),
- искусственное производство алмазов.
Самая популярная область применения – ювелирное дело. Минерал после обработки, называемый бриллиантом, имеет высокую стоимость и большую популярность на рынке украшений. Для многих людей он еще является отличным вариантом для вложения капитала.
Технология получение алмазов из графита
Для современной науки сущий пустяк вырастить искусственный алмазный кристалл. Если в естественных условиях уходят сотни миллионов лет на его образование, в специально оборудованной лаборатории это осуществляется в гораздо меньшие сроки.
Принцип получения неестественным путем заключается в воссоздании оптимальных условий, наиболее благоприятных для изменения формы углерода. Необходима одновременно высокая температура (от 1500 до 3000 градусов) и давление (в несколько ГПа). Самый простой способ получения заключается в импульсном нагреве графита до двух тысяч градусов. При поддержании высокого давления осуществляется процесс преобразования графита в алмазы. В то же время, при снижении давления запускается обратный процесс, при котором один минерал превращается в другой.
В связи с этим для получения алмазного кристалла необходимо стабильное поддержание высоких параметров температуры и давления в течение длительного времени. Это делает технологию преобразования энергоемкой и затратной. Кроме того, в ходе данного процесса получается получить только технический алмаз, непригодный к использованию в ювелирных изделиях.
По этим причинам неестественное алмазное производство признано нерентабельным по сравнению с добычей.
Получение искусственного графита
Существуют следующие виды искусственных графитов: доменные, коксовые, реторные, ачесоновские.
Самым популярным ненатуральным видом является коксовый. Способ получения заключается в получении плотной углеродной массы из песка и кокса, ее обжиге, связанном с карбонизацией. На последнем этапе происходит кристаллизация (графитизация). Для уменьшения пористости, полученный минерал пропитывают синтетическими смолами и повторяют обжарку. Каждый повторенный цикл значительно уменьшает пористость. Всего циклов может быть до пяти.
Существенным минусом искусственного графита является содержание различных примесей и, соответственно, низкая чистота.
На этом все! Большое спасибо за проявленный интерес и внимание! Не забудьте порекомендовать статью к прочтению друзьям в социальных сетях!
(Пока оценок нет)
Загрузка...