Некимберлитовые способы добычи алмазов

Северо-Восточный  Федеральный Университет  им. М.К. Аммосова

Кафедра поиска и разведки МПИ 
 
 
 

Доклад  на тему:

«Некимберлитовые способы добычи алмазов» 
 
 
 
 
 

Выполнил: ст.гр. РМ-09-2 Варламов В.В.

Проверил: Павлов А.Г.  
 
 
 

Якутск 2011г.

Содержание

Введение………………………………………………..……………..……3

1. История добычи алмазов……………………………………...…..4
2. Лампроит………………………………………………………...….5
3. Состав лампроитов и их генезис………………….……………….5
4. Россыпные месторождения……………………….………………..7
5. Синтетические алмазы……………………………….…….……….8
6. Применение синтетических алмазов………………….……….…10
7. Аллотроп углерода…………………………………….…….……11

Заключение……………………………………………….……….…...12

Литература………………………………………………….…….……12 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

Алмаз относится к числу важнейших  и ценнейших полезных ископаемых. Месторождения алмазов подразделяются на две большие группы: коренные (первичные), связанные с магматическими горными породами, и россыпные (вторичные), возникшие при разрушении коренных месторождений. Коренными месторождениями  алмазов являются кимберлиты и лампроиты, во всем мире они приурочены к древним  платформам — Индийской, Китайской, Сибирской, Восточно-Европейской, Австралийской. Из россыпей можно выделить следующие  геолого-генетические типы, источники  которых могут быть объектами  рентабельной добычи алмазов: делювиальные, пролювиальные, аллювиальные и морские (прибрежно-морские и шельфовые).

Первоначально алмазы находили только в россыпях и практически всегда случайно. Высказывались  догадки о коренных источниках этого  минерала, но его систематическими и целенаправленными поисками никто  не занимался. Лишь после открытия первых алмазов в речных отложениях Южной  Африки старатели неожиданно наткнулись на их скопления вдали от рек. Они  не подозревали, что имеют дело с  коренными залежами алмазоносной породы и называли их просто «сухими алмазными  копями» в отличие от «мокрых  копей», расположенных в руслах рек. Первая «сухая копь» была обнаружена в 1870 году и названа Ягерсфонтейн. В том же году и следующем были найдены и другие копи, в том числе Колесбергская копь, или Нью Раш, переименованная в 1873 году в Кимберли.

Но первые коренные месторождения алмазов  нашли не в Африке. Ученые доказали, что первое коренное месторождение  алмазов было найдено в Индии  задолго до открытия южноафриканских  кимберлитов. Таким образом, в настоящее время старейшими из действующих коренных месторождений алмазов являются индийские, но, по некоторым оценкам, ежегодно там добывают всего лишь около 15 тысяч карат.

Примерное распределение алмазных ресурсов между  коренными источниками и россыпями  — соответственно 85% и 15%, поэтому  важнейшими источниками промышленной добычи алмазов являются кимберлитовые  и лампроитовые трубки. Трубками они  называются, потому что алмазоносная порода сосредоточена в объеме, напоминающем конусообразную трубку. 

История добычи алмазов

В России первый алмаз был найден 4 июля 1829 года на Урале в Пермской губернии на Крестовоздвиженском золотом прииске четырнадцатилетним крепостным Павлом Поповым, который нашёл кристалл, промывая золото в шлиховом лотке. За полукаратный кристалл Павел получил вольную. Павел привёл учёных, участников экспедиции немецкого учёного Александра Гумбольдта, на то место, где он нашёл первый алмаз (сейчас это место называется Алмазный ключик (по одноимённому источнику) и расположено приблизительно в 1 км от пос. Промысла́ недалеко от старой автомобильной дороги, связывающей посёлки Промысла́ и Тёплая Гора Горнозаводского района Пермского края), и там было найдено ещё два небольших кристалла. За 28 лет дальнейших поисков был найден только 131 алмаз общим весом в 60 карат.

Первый  алмаз в Сибири был намыт также  из шлиха неподалеку от города Енисейска  в ноябре 1897 года на реке Мельничной. Размер алмаза составлял 2/3 карата. Из-за малого размера обнаруженного алмаза, и недостатка финансирования разведка алмазов не велась. Следующий алмаз  был обнаружен в Сибири в 1948 году.

Поиск алмазов в России вёлся почти  полтора века, и только в середине 50-х годов были открыты богатейшие коренные месторождения алмазов  в Якутии. 21 августа 1954 года геолог Лариса Попугаева из геологической партии Натальи Николаевны Сарсадских открыла первую кимберлитовую трубку за пределами Южной Африки. Её название было символично — «Зарница». Следующей стала трубка «Мир», что тоже было символично после Великой Отечественной войны. Была открыта трубка «Удачная». Такие открытия послужили началом промышленной добычи алмазов на территории СССР. На данный момент львиная доля добываемых в России алмазов приходится на якутские горнообрабатывающие комбинаты. Кроме того, крупные месторождения алмазов находятся на территории Красновишерского района Пермского края, и в Архангельской области: Ломоносовское месторождение на территории Приморского района и месторождение Верхотина (им. В.Гриба) на территории Мезенского района. 

Лампроит

Лампроит англ. lamproite– общее название для группы богатых лейцитом и санидином вулканических пород. Термин введен П. Ниггли в 1923 г. для выделения группы пород с высоким содержанием калия и магния. Название лампроит было дано от греческого «лампрос» - блестящий из-за характерных для этой группы вкрапленников флогопита. 

Состав  лампроитов и их генезис

Для лампроитов характерно низкие содержание кальция, алюминия, натрия и экстремально высокие содержания рассеянных элементов. Лампроиты содержат магнезиальный оливин, флогопит, диопсид, лейцит, санидин, рихтерит, а также специфические минералы вадеит, прайдерит. Образуют незначительные по объему тела, дайки и трубки, которые легко подвергаются разрушению и выветриванию. Описаны лампроитовые лавы и лампроитовые туфы.

Существует  только 24 области в мире с находками  лампроитов, их суммарный объем не превышает 100 км3. При этом, лампроиты встречаются и на древних платформах и в складчатых поясах. Они имеют широкий диапазон возрастов от 1.4 млрд лет до 56 тыс. лет. Образование лампроитовых магм связывается с частичным плавлением литосферной мантии на глубинах более 150 км. Лампроиты часто содержат большое количество глубинных ксенолитов перидотитов и эклогитов.

В 1979 году в Западной Австралии были найдены  богатейшие месторождения алмазов, связанные с лампроитами. Месторождение трубки Аргайл обладает самыми большими запасами алмазов в мире. Только около 5% алмазов из лампроитов могут быть использованы в ювелирной промышленности, остальные используются в технических целях. При этом, трубка Аргайл является главным источником редких розовых алмазов.

Помимо  Австралии лампроиты известны в Бразилии, в России — Карелии и Кольском полуострове.

По оценкам  специалистов, около 90% запасов алмазов  коренных источников сосредоточены в кимберлитовых трубках, а около 10% — в лампроитовых трубках.

Алмазоносный лампроит впервые открыт в Австралии в 1976 году. Это отличный от кимберлитов генетический тип месторождений алмазов. Лампроиты географически бывают связаны с кимберлитами, в составе тех и других много общего, но есть и существенные различия. Лампроит отличается от кимберлита высокой концентрацией титана, калия, фосфора и некоторых других элементов. Вместе с этим, нет существенных различий между алмазами этих двух типов магматитов. Месторождение трубки Аргайл обладает самыми большими запасами алмазов в мире. Только около 5% алмазов из лампроитов могут быть использованы в ювелирной промышленности, остальные используются в технических целях. При этом трубка Аргайл является главным источником редких розовых алмазов. Помимо Австралии лампроиты известны в Бразилии, в нашей стране — Карелии и Кольском полуострове.  

Россыпные месторождения

Россыпные месторождения алмазов образуются в основном за счет размыва коренных кимберлитовых трубок. Россыпи размещаются  возле коренных месторождений в  пределах кимберлитовых районов  и полей или возникают на удалении от этих районов в благоприятных  для россыпеобразования геолого-структурных условиях, создавая самостоятельные алмазоносные россыпные районы и поля. При этом изменяется морфология кристаллов, происходит их дифференциация по крупности и пр. Ввиду того, что алмаз обладает особой абразивной стойкостью, он может переноситься на большие расстояния от коренного источника, иногда на тысячи километров (например, прибрежно-морские россыпи Юго-Западной Африки). Если рассматривать всю совокупность находящихся в коренном источнике по абразивной стойкости кристаллы и их сростки, то при транспортировке их неустойчивая часть разрушается. Поэтому алмазы из россыпей, даже расположенных вблизи от коренного источника, по качеству превосходят алмазы из кимберлитов этой трубки. В процессе даже недалекого переноса уничтожается часть сростков, камней с различными дефектами, что приводит к возрастанию доли ювелирных алмазов. 
 
 
 
 

Синтетические алмазы

В 1694 году итальянские учёные Дж. Аверани и К.-А. Тарджони при попытке сплавить несколько мелких алмазов в один крупный обнаружили, что при сильном нагревании алмаз сгорает, как уголь. В 1772 году Антуан Лавуазье установил, что при сгорании алмаза образуется диоксид углерода. В 1814 году Гемфри Дэви и Майкл Фарадей окончательно доказали, что алмаз является химическим родственником угля и графита.

Открытие  натолкнуло учёных на мысль о возможности  искусственного создания алмаза. Первая попытка синтеза алмаза была предпринята  в 1823 году основателем Харьковского университета Василием Каразиным, который при сухой перегонке древесины при сильном нагреве получил твёрдые кристаллы неизвестного вещества. В 1893 году профессор К. Д. Хрущов при быстром охлаждении расплавленного серебра, насыщенного углеродом, также получил кристаллы, царапавшие стекло и корунд. Его опыт был успешно повторён Анри Муассаном, заменившим серебро на железо. Позже было установлено, что в этих опытах синтезировался не алмаз, а карбид кремния (муассани́т), который имеет очень близкие к алмазу свойства.

В 1879 году шотландский химик Джеймс Хэнней обнаружил, что при взаимодействии щелочных металлов с органическими соединениями происходит выделение углерода в виде чешуек графита и предположил, что при проведении подобных реакций в условиях высокого давления углерод может кристаллизоваться в форме алмаза. После ряда экспериментов, в которых смесь парафина, костяного масла и лития длительное время выдерживалась в запаянной нагретой до красного каления стальной трубе, ему удалось получить несколько кристаллов, которые после независимого исследования были признаны алмазами. В научном мире его открытие не было признано, так как считалось, что алмаз не может образовываться при столь низких давлениях и температурах. Повторное исследование образцов Хэннея, проведённое в 1943 году с применением рентгеновского анализа, подтвердило, что полученные кристаллы являются алмазами, однако профессор К. Лонсдейл, проводившая анализ, вновь заявила, что эксперименты Хэннея являются мистификацией.

В 1961 году появились первые публикации фирмы  «DuPont» о реализации идей получения алмаза путём прямого фазового перехода из графита. Синтез производился с использованием энергии взрыва, или непосредственно из продуктов взрыва некоторых ВВ, с отрицательным кислородным балансом (работы Шабалина), особенно удобен для получения алмазов троти́л. Это наиболее дешёвый способ получения алмазов, однако, «взрывные алмазы» очень маленькие и пригодны лишь для абразивов и напылений.

В настоящее  время существует крупное промышленное производство синтетических алмазов, которое обеспечивает потребности  в абразивных материалах. Для синтеза  используется несколько способов. Один из них состоит в подготовке высокоуглеродистого  сплава никель-марганец и его охлаждении под давлением в формах из твёрдого сплава (типа ВК). Выкристаллизовавшиеся  мелкие алмазы отделяют после растворения  металлической матрицы в смеси  кислот.

Современные способы получения алмазов используют газовую среду, состоящую из 95 % водорода и 5 % углесодержащего газа (пропана, ацетилена), а также высокочастотную плазму, сконцентрированную на подложке, где образуется сам алмаз. Температура газа от 700—850 °C при давлении в тридцать раз меньше атмосферного. В зависимости от технологии синтеза, скорость роста алмазов от 7 до 180 мкм/час на подложке. 
 
 
 

Применение  синтетических алмазов

     Рынок алмазов промышленного класса несколько отличен от рынков других драгоценных камней. Используемые в промышленности алмазы ценятся главным образом за их твёрдость и теплопроводность, из-за чего другие геммологические характеристики алмазов, в том числе чистота и цвет, по большей части излишни. Это помогает объяснить, почему 80 % добываемых алмазов (что эквивалентно примерно 100 млн. каратам или 20000 кг в год), непригодно для использования в качестве драгоценных камней и известны как борт, предназначенные для промышленного использования. В дополнение к добываемым алмазам, находят промышленное применение и искусственные синтетические алмазы, используемые практически сразу же после их изобретения в 1950 г., а ещё 400 миллионов каратов (80000 кг) синтетических алмазов выпускаются ежегодно для промышленного использования — почти в четыре раза больше массы природных алмазов, добытых за тот же период.

      Основным промышленным применением алмазов является резка, сверление (в наконечниках свёрл и буров), шлифовка (резка алмазными гранями) и полировка. Большинство используемых в этих технологиях алмазов не требует крупных образцов; фактически, большинство алмазов качества драгоценных камней, могут использоваться в промышленности. Алмазы вставляются в наконечники буров или режущие кромки пилы или измельчаются в порошок для использования процессах шлифования и полирования. Специализированное применение включает в себя использование в лабораториях в качестве сдерживающих веществ при экспериментах с высоким давлением, в высокопроизводительных подшипниках и ограниченное применение в специализированных окнах.