Ресурсы и добыча алмазов

Более половины добычи технических  алмазов идёт на изготовление специального инструмента для обрабатывающей промышленности. Применение алмазных резцов и свёрл на обработку цветных  и черных металлов, твердых и сверхтвердых сплавов, стекла, каучука, пластмасс  и других синтетических веществ  даёт огромный экономический эффект по сравнению с использованием твердосплавного  инструмента. Чрезвычайно важно, что  при этом не только в десятки раз  повышается производительность труда (при токарной обработке пластмасс  даже в сотни раз!), но одновременно значительно улучшается качество продукции. Обработанные алмазным резцом поверхности  не требуют шлифовки, на них практически  отсутствуют микротрещины, в результате чего многократно увеличивается  срок службы получаемых деталей.

Практически все современные  отрасли промышленности, в первую очередь электротехническая, радиоэлектронная и приборостроительная, в огромных количествах используют тонкую проволоку, изготавливаемую из различных материалов. При этом предъявляются строгие  требования к круговой форме и  неизменности диаметра поперечного  сечения проволоки при высокой  чистоте поверхности. Такая проволока  из твердых металлов и сплавов (вольфрама, хромоникелевой стали и др.) может  быть изготовлена лишь с помощью  алмазных фильер. Фильеры представляют собой пластинчатые алмазы с просверленными в них тончайшими отверстиями [3].

Широкое применение в промышленности находят и алмазные порошки. Их получают путем дробления низкосортных природных  алмазов, а также изготавливают  на специальных предприятиях по производству синтетических алмазов [4, 37].

Алмазные порошки находят  применение на гранильных фабриках, где  все самоцветы, и в том числе  алмазы, подвергаются огранке и шлифовке, благодаря чему невзрачные до этого  камни становятся таинственно светящимися  или ослепительно сверкающими драгоценностями, к неповторимой красоте которых  никто не останется равнодушным.

Алмазные порошки используются в дисковых алмазных пилах, мелкоалмазных буровых коронках, специальных напильниках и в качестве абразива. Только с применением алмазных порошков удалось создать уникальные свёрла, которые обеспечивают получение глубоких тонких отверстий в твёрдых и хрупких материалах.

В алмазе под действием  заряженной частицы происходит световая вспышка и возникает импульс  тока. Эти свойства позволяют использовать алмазы в качестве детекторов ядерного излучения. Свечение алмазов и возникновение  импульсов электрического тока при  облучении позволяет применять  их в счётчиках быстрых частиц. Алмаз в качестве такого счётчика обладает неоспоримыми преимуществами по сравнению с газовыми и другими  кристаллическими приборами.

В России после открытия якутских месторождений была создана  алмазодобывающая промышленность [8]. В  значительных масштабах у нас  производятся и синтетические алмазы. В настоящее время они находят  всё большее применение в разных отраслях хозяйства [4, 37].

Синтезированные алмазы не являются аналогами природных [37]. Это  означает, что в лабораторных условиях ещё не разработан способ синтеза  алмазов аналогичный тому, который  реализуется в природе.

Синтез искусственных  алмазов был впервые осуществлен  в 1953 г. в Швеции и США, и в 1959 г. в СССР. Однако получаемые в те времена  кристаллы алмаза могли быть использованы лишь в качестве абразивного материала, поскольку размеры отдельных  кристаллов не превышали 0,8 мм и имели  невысокую механическую прочность. Синтез крупных монокристаллов алмаза, который был реализован много  позднее, сопряжен с большими сложностями  технического и экономического характера. В этом отношении наиболее перспективной  для технического применения является шаровидная (диаметром 6-7 мм) лучисто-радиальная форма алмаза или баллас, которая обладает прочностью даже более высокой, чем монокристаллы алмаза и наиболее проста в получении [4, 37]. Вследствие этого основные усилия научного коллектива были направлены на синтез этой модификации, которая и была в 1963 г. впервые в мире получена на кафедре физики и химии высоких давлений.

Испытание синтетических  балласов в буровой технике показало их высокую эффективность при проходке скважин в разнообразных грунтах, но особенно широко синтетический баллас применяется сейчас для изготовления волок в производстве проволоки.

Наряду с отработкой методов  синтеза алмазов проводятся исследования физико-химических свойств получаемых веществ и изучение механизма  их синтеза. Последняя проблема представляет наибольший научный интерес.

В настоящее время существует три основных варианта рассмотрения механизма образования алмаза –  наиболее простой, описывающий кристаллизацию алмаза из расплава графита в РТ области стабильности алмаза (> 100 кбар ~ 2000ºС) и два дискуссионных варианта – кристаллизация алмаза из раствора графита в металле – «катализаторе» и фазовый переход графита в алмаз в твёрдой фазе в присутствии металлов – «катализаторов». Оба последних процесса протекают в более мягких условиях (40-60 кбар, 1400-1600ºС) по сравнению с «прямым» фазовым переходом. Исследования механизма алмазообразования по дискуссионным вариантам, проведенные на кафедре, показали их равновероятность. Реализация на практике того или иного механизма будет определяться природой углеродсодержащего сырья (например, его склонностью к графитизации), или природой металла катализатора, например, способностью к карбидообразованию и устойчивостью карбидных форм в РТ области синтеза алмаза или какими-либо другими причинами.

Первые оценки условий  превращения графита в алмаз, сделанные О.И. Лейпунским (1948), показали, что такой переход возможен при давлении Р= 6 ГПа и температуре Т=2300ºК. В настоящее время алмазы синтезируются с применением различных технологий, определяемых фазовой диаграммой углерода в координатах давление – температура (Р-Т) в области термодинамической устойчивости алмаза при Р>4ГПа, T>1270ºК; в метастабильных для алмаза условиях при Р от 1 до 100 ГПа и Т от 870 до 1070ºК. В первом случае синтез происходит в конденсированной фазе (давления либо статические, либо динамические). Во втором случае образование алмазов происходит в результате конденсации углерода из газовой фазы [74].

Таким образом, благодаря  уникальным свойствам, и, прежде всего, необычайной твёрдости и устойчивости к изнашиванию, природные и искусственные  алмазы находят широкое применение в современных технологиях и  механизмах. Но наиболее известным  и популярным остаётся использование  природных алмазов для изготовления бриллиантов и ювелирных украшений. Алмазы по-прежнему остаются наиболее покупаемыми ювелирными камнями. В  последние годы Россия удерживает рекордные  позиции по добыче алмазов (Приложение 5). Только в 2006 г. Россия экспортировала алмазов на сумму 1,7 млрд. долларов, из них 78% - в страны Евросоюза [69].

Сейчас уже хорошо известно, что алмаз представляет собой  модификацию углерода высокого давления. Технические алмазы сейчас получают при огромных давлениях (40-60 тысяч  атмосфер) и температурах, т.е. при  условиях, близких к природному процессу формирования алмазов с точки  зрения мантийной теории происхождения  алмазов.

Однако, в ходе исследования нам удалось выяснить, что мантийная  теория не является основной в научных  взглядах на проблему происхождения  алмазов. Более того, описаны факты  и процессы, которые противоречат основным положениям этой теории. На сегодняшний  день не существует ни одной гипотезы, которая бы в полной мере и научно достоверно описала процесс природного образования алмазов.

В то же время, все физико-химические свойства алмазов подробно изучены  и описаны в научной литературе. Уникальные свойства алмазов позволяют  использовать эти минералы в различных  отраслях хозяйства. Самые чистые и  крупные алмазы имеют большую  ювелирную ценность

2. Ресурсы и добыча  алмазов.

2.1. Из истории открытия  алмазных месторождений.

История находок алмазных месторождений очерчивает небольшие  территории, расположенные в пределах древних докембрийских платформ. Своими алмазными месторождениями  в разные годы были известны Индия (Голконда), Южная Африка, Бразилия, Австралия, Якутия и север европейской части России.

Когда именно начали добывать алмазы в Голконде – точно неизвестно. Первая в истории алмазная лихорадка имела колоссальные масштабы, правда, находилась под жёстким контролем местных правителей. К XVI в. индийские месторождения, разрабатываемые около 2 тыс. лет, истощились. В Индии были найдены крупные алмазы, получившие мировую известность – «Шах», «Кохинур», «Регент», «Орлов», «Дерианур», «Санси», «Хоуп», «Флорентиец», «Зелёный Дрезденский».

Второй после Индии  страной, где были открыты месторождения  алмазов, стала в XVIII в. Бразилия, находившаяся тогда под властью португальских колонизаторов. В местах находок первых камней велась активная разведка, а в 1730 г. богатый алмазоносный район Серру-ду-Фриу был объявлен собственностью португальской королевы. По соседству старатели основали поселение, в дальнейшем известное как Диамантино (Алмазное). За пользование алмазоносной землёй была введена высокая арендная плата, добыча камней облагалась налогом. В 1772 г. все бразильские месторождения объявили государственными. В 1822 г., когда страна обрела независимость, алмазные копи и рудники отдали в руки частных владельцев .

Открытие бразильских  месторождений развенчало миф об уникальности индийских алмазов  и побудило учёных заняться геологическими поисками в других странах. Например, известный естествоиспытатель Александр фон Гумбольдт в 1829 г. предпринял путешествие по Уралу и Алтаю. Он был уверен, что сумеет найти в России алмазы, так как, по его мнению, золото- и платиноносные россыпи Урала имели большое геологическое сходство с бразильскими. Хотя ему не удалось осуществить свои планы, 3 алмаза на Урале всё же были найдены в том же году. В следующем году на Урале обнаружили ещё 26 камней, которые вместе весили всего чуть более 14 каратов. Однако открытие крупных уральских месторождений алмазов так и не состоялось.

Как ни старались учёные умы предсказать возможные места  залегания алмазов, новые крупные  месторождения открывались всё  так же случайно. Не стала исключением  и Южная Африка. В 1867 г. некто Джон О'Релли, торговец и охотник, во время очередного путешествия обнаружил алмаз весом в 22,5 карата. Вскоре было открыто самое богатое алмазами место на Земле – в долине р. Оранжевой. Затем был обнаружен знаменитый алмаз «Звезда Южной Африки» весом 83,5 карата, по чистоте и блеску не уступавшая индийским камням. Находки следовали одна за другой.

В 1869 г. партии старателей отправились  по унылым степям к р. Вааль, впадающей  в Оранжевую. Алмазы находили среди  гальки, выброшенной волнами на берег. Вскоре на открытой равнине, находящейся  на значительном расстоянии от реки, были открыты кимберлитовые алмазоносные трубки – основной коренной источник алмазов на Земле. Своё название они  получили за характерную форму и  по наименованию одной из копей в  местечке Кимберли. Название другой копи – «Олд-де-Бирс» – тоже стало знаменитым: сейчас имя «Де Бирс» носит международная корпорация, контролирующая практически всю мировую добычу алмазов . Но в 60-70-х гг. XIX в. монополии ещё не существовало, и строго соблюдались английские колониальные законы и права, одним из которых было право частной собственности. Независимые старатели столбили участки или перекупали их, внося правительству ничтожную арендную плату (2,5 доллара в месяц за участок).

В те времена рабочая шахта  напоминала большой колодец, стенки которого, как паутиной, были опутаны  бесчисленными белыми нитями – отполированными  от постоянного использования железными  тросами. По ним со дна копи поднимали  наверх вёдра с глиной. После её разборки или промывки добытые алмазы тут же сбывали скупщикам. По мере углубления шахт, особенно когда они  превышали 25-метровую отметку, часто  случались затопления и обвалы, что  сильно усложняло дальнейшую работу. А некоторые участки на несколько  месяцев становились вообще недоступными.

Общий доход с приисков был колоссальным, и это пробудило  интерес в финансовых кругах. Наступало  время крупных объединений. В 1880 г. два британца, Сесил Роде и Чарлз Радд, скупили участки старателей вблизи фермы Де Бирс и основали компанию «De Beers Mining Company» (Горнорудная компания «Де Бирс»). К 1888 г. основные алмазные копи Южной Африки, дававшие 90% мировой добычи, были скуплены Родсом на деньги финансового дома Ротшильдов и объединены. В 1929 г. директором «Де Бирс» стал энергичный предприниматель Эрнст Оппенгеймер. Ему удалось упрочить положение «Де Бирс» как алмазной монополии и стать настоящим «алмазным королём» От него компания перешла к сыновьям, а затем и к внукам. «Де Бирс» всегда была первой там, где открывались новые богатые месторождения алмазов, под чьим бы экономическим и юридическим контролем они ни находились .

Поиски новых месторождений  алмазов в XX в. проводили профессиональные геологи. В 1949 г. были открыты промышленные россыпи алмазов, а в 1954 г. – первая алмазоносная кимберлитовая трубка «Зарница» в Якутии . «Де Бирс» начала контролировать якутские месторождения с 1959 г., когда заключила с советским правительством первое соглашение о поставке алмазов. Якутские кимберлитовые трубки отличаются весьма высоким содержанием алмазов в руде и большой долей ювелирных (высококачественных) кристаллов. Благодаря им Россия занимает одно из ведущих мест в мировой добыче алмазов .

На основе геологического прогноза в 1978 г. в Австралии на базе открытых в XIX в. алмазных россыпей были обнаружены богатые коренные месторождения – алмазосодержащие лампроитовые трубки. Эта находка имела огромное значение для экономики страны .

В истории поисков, открытия и разработки месторождений алмазов  в России можно выделить два основных периода. Первый охватывает весь XIX и начало XX в. В то время старатели искали преимущественно алмазоносные россыпи и полагались при этом не на научные знания, а на собственный опыт или просто на удачу [1]. (В Индии, Бразилии и в других регионах самые ранние находки алмазов также связаны с россыпями.)