Caracteristici comparative ale proprietăților fizice ale diamantului și grafitului. Care este diferența dintre diamant și grafit și unde sunt folosite mineralele

Conversia directă a grafitului în diamant necesită condiții și mai extreme în comparație cu tehnica metalului solvent. Acest lucru se datorează stabilității mari a grafitului datorită legăturilor foarte puternice ale atomilor săi.

Rezultatele primelor experimente privind transformarea directă grafit-diamant de P. De Carlne și J. Jameson de la Allied Chemical Corp. au fost publicate în 1961.

Pentru a crea presiune, a fost folosit un exploziv de mare putere, cu ajutorul căruia, timp de aproximativ o milioneme de secundă (o - „microsecundă), s-a menținut o temperatură de aproximativ 1200 ° C și o presiune de aproximativ 300.000 atm. în aceste condiții, o anumită cantitate de diamant a fost găsită în proba de grafit după experiment, deși sub formă de particule foarte mici.Cristalitele rezultate în dimensiune (100 A \u003d 10 nm, sau o sută de miimi de milimetru) sunt comparabil cu „carbonado-ul” găsit în meteoriți, a cărui formare se explică prin acțiunea unei puternice unde de șoc care apare atunci când un meteorit lovește suprafața pământului.

În 1963, Francis Bundy de la General Electric a reușit să efectueze transformarea directă a grafitului în diamant la o presiune statică care depășește 130.000 atm. Astfel de presiuni au fost obținute pe o instalație de „curea” modificată, cu o suprafață exterioară mai mare a pistoanelor și un volum de lucru mai mic. Pentru a crea astfel de presiuni, a fost necesară creșterea rezistenței părților de putere ale Instalației.

Experimentele au inclus încălzirea cu scânteie a unei bare de grafit la temperaturi de peste 2000 ° C. Încălzirea a fost efectuată prin impulsuri de curent electric, iar temperatura necesară pentru formarea diamantului a fost menținută timp de câteva milisecunde (mii de secundă), adică mult mai mult decât în De- Carly şi Jameson.

Dimensiunile particulelor nou formate au fost de 2-5 ori mai mari decât cele obținute sub compresie de șoc. Ambele serii de experimente au oferit parametrii necesari pentru construirea unei diagrame de fază a carbonului, care arată grafic intervalele de temperatură și presiune la care diamantul, grafitul și topitura sunt stabile.

Experimente interesante au fost efectuate de Bundy și J. Kasper, care au folosit monocristale de grafit în loc de material de oțel policristalin. Cristalele de diamant în primele lor experimente aveau structura cristalină cubică obișnuită.

Chiar și De Carly și Jameson au atras atenția asupra faptului că transformarea în diamant are loc mai ușor atunci când particulele de grafit din probe au o alungire de-a lungul așa-numitei axe c, adică perpendiculară pe straturile hexagonale. Când Bundy și Kasper au plasat cristalele simple astfel încât să fie aplicată presiune de-a lungul axei c și au măsurat rezistența electrică a cristalelor sub presiune, au descoperit că rezistența a crescut atunci când a fost atinsă o presiune de 140.000 atm.

Acest lucru a fost asociat cu transformarea grafitului în diamant, deși atunci când presiunea a fost îndepărtată, a avut loc transformarea inversă în grafit. Cu toate acestea, când această procedură a fost însoțită de încălzirea probei la 900°C și mai sus, s-au format cristaliți dintr-o nouă fază de înaltă presiune, care avea o structură hexagonală mai degrabă decât cea obișnuită cubică.

Carbonul hexagonal a fost găsit ocazional și în probele naturale, în special în meteoriți. A fost numită Lonsdeplit în onoarea lui Kathleen Lonsdale de la Universitatea din Londra pentru marile sale servicii în domeniul cristalografiei, în special în studiul diamantului.

În 1968 lui G. R. Cowen. B. V. Dunnington și A. X. Holtzman de la Compania Dupont de Nemur li s-a acordat un brevet pentru un nou procedeu constând în comprimarea prin șoc a blocurilor metalice, de exemplu a pieselor turnate de fier, care conțin mici incluziuni de grafit (la presiuni care depășesc 1 milion atm.)

Metalul, a cărui compresibilitate este mai mică decât cea a grafitului, acționează ca un frigider, o incluziune cu răcire foarte rapidă.

Acest lucru previne transformarea inversă a diamantului format sub acțiunea undei de șoc în grafit după trecerea acestui val, tendință caracteristică experimentelor cu monocristale sub compresie la rece. Produsul final obținut prin această tehnologie este reprezentat parțial de carbon hexagonal, ceea ce confirmă și tendința de a forma lonsdaleit la presiuni foarte mari și relativ temperaturi scăzute. Materialul astfel produs este folosit ca pulbere de măcinat.

Din când în când, cercetările sunt raportate pentru a modifica una sau alta dintre aceste metode. Astfel, L. Trueb a aplicat principiul De-Carly-Jamison pentru a crea o presiune de 250.000-450.000 atm timp de 10-30 microsecunde, urmată de încălzire după impact la 1100°C. Grafitul a fost folosit sub formă de particule cu un diametru de 0,5–5 μm, iar diamantele rezultate au avut aceleași dimensiuni.

Cu toate acestea, s-a stabilit că aceste particule sunt formate din diamante cubice foarte mici (de la 10-40 la 100-1600 A). În prezent, nu există informații că produsele Allied Chemical Corporation sunt disponibile comercial.

Metoda dezvoltată de această companie pentru a concura cu succes cu metoda solvenților și metoda Dupont de Nemur necesită îmbunătățiri suplimentare. Un avantaj potențial al metodelor de compresie la șoc este că explozia este o modalitate ieftină de a genera presiuni ridicate.

Cum este diferit grafitul de diamant?

Atât diamantul, cât și grafitul sunt modificări ale carbonului.

Diamant:

Grafit:

Cu toate acestea, există multe diferențe:

1. Diamantul este cea mai dura substanță cunoscută (10 pe scara Mohs), grafitul este una dintre cele mai moi (1-2).

2. Diamant - modificarea polimorfă cubică cristalină a carbonului nativ.
densitate aproximativ 3,5 g/cc, Rata ridicată refracția printre pietrele prețioase (2.417). semiconductor. cristale mari de diamant transparente - pietre prețioase de primă clasă.

Grafit - cea mai comună și mai stabilă modificare polimorfă hexagonală a carbonului din scoarța terestră. structura stratificata. densitate aprox. 2,2 g/cm3. ignifugă, conductoare electric, rezistentă chimic.

3. Diferența este vizibilă și atunci când se analizează crearea de aliasuri artificiale: tehnologia de producere a diamantelor artificiale este destul de complicată. diamantele se sintetizează la o temperatură de 1200-2000°C și o presiune de 1000-5000 MPa (50-60 mii atmosfere) din pulbere de grafit amestecată cu pulbere de fier, nichel, crom. Diamantele cristalizează datorită faptului că topirea la presiuni mari subsaturat în ceea ce privește grafitul și suprasaturat în ceea ce privește diamantele.

Apropo, grafitul poate fi obținut și artificial: încălzirea antracitului fără acces la aer.

4. Diamantele luminesc de obicei în raze X și raze ultraviolete. diamantele sunt transparente la razele X. acest lucru facilitează identificarea unui diamant: unele pahare și minerale incolore, uneori similare cu acesta, sunt opace la razele X de aceeași lungime de undă și intensitate.

5. Despre rețeaua cristalină:

Diferența este vizibilă cu ochiul liber. R Rețeaua de diamant este foarte puternică: atomii de carbon sunt localizați în el în locurile a două rețele cubice cu fețe centrate, foarte strâns introduse una în cealaltă (a \u003d 3,5595 A).

Cât despre grafit: legătura dintre atomi este puternică, de tip covalent; între straturi - slab, tip de metal rezidual.

Grafitul, fratele cărbunelui și al diamantului

În imaginile care ilustrează prezența carbonului în natura minerală, grafitul nu este în zadar plasat între cărbune și diamant. În ceea ce privește proprietățile, grafitul este într-adevăr parțial similar cu cărbunele obișnuit și parțial cu diamantul nobil.

Grafitul nativ nu este întotdeauna același. Produs din intestine, este cel mai adesea negru, dens, moale și scrie frumos pe o suprafață tare. Pentru aceasta, grecii au numit mineralul negru „grafit”: „grafo” înseamnă „scriu”.

Popoarele mai puțin predispuse la scriere numite grafit (într-o traducere liberă în rusă) și „plumb negru” și „fier carbonic”, precum și „prune” și chiar „stâncă” - deoarece aflorimentele de grafit sunt cel mai adesea ascunse în crăpăturile stâncilor. .

Grafitul natural poate fi nu numai negru, ci și gri, cu un luciu metalic clar. Masa de grafit este adesea plină de impurități - inclusiv aur - și industriașii trebuie să utilizeze tehnologii de purificare a grafitului în mai multe etape.

Între timp, fiecare metalurgist știe cât de mult grafit este emis prin răcirea fontei. Deci nu este mai ușor să folosești grafit artificial în loc să exploatezi grafit fosil?

Soiuri de grafit

Grafitul are o structură stratificată. Atomii de carbon din grafit sunt combinați în plăci groase de o moleculă. În mod ideal, plăcile se potrivesc perfect împreună și se unesc în cristale tabulare hexagonale. Creșterile cristaline de grafit pot lua o formă columnară, solzoasă sau sferică. Sferulitele de grafit formează uneori grupuri masive, a căror rotunjime seamănă cu părțile laterale ale prunelor închise acoperite cu un strat lucios.

Grafitul natural poate fi amestecat cu masă amorfă de carbon sau argilos, gaze, bitum și compuși ai elementelor străine, dar are întotdeauna o structură cristalină și este destul de ușor de curățat și adus la parametrii de producție necesari.

Grafitul de domeniu, care scapă în mediu sub formă de plăci minuscule separate, este o substanță evazivă. Este capturat și eliminat - de obicei direct la întreprindere, folosindu-l ca aditiv la taxă - dar tehnologia este costisitoare și amploarea acestei eliminări este mică.

Mai productivă este metoda de fabricare a grafitului din materii prime cu conținut ridicat de carbon - hidrocarburi volatile, antracit, cocs, smoală. Baza metodei este încălzirea masei brute solide la 2800°C și a mediului gazos la 3000°C la o temperatură ridicată de până la 500 atm. presiune.

Tehnologiile pentru extracția grafitului natural și artificial sunt foarte costisitoare. Cu toate acestea, oportunitatea unor astfel de cheltuieli este de netăgăduit: proprietățile grafitului sunt unice și, ca material, în multe cazuri, este pur și simplu de neînlocuit.

proprietățile grafitului

Practic principal proprietatea grafitului - rezistenta la sarcini termice extreme, inerție în domeniul de temperatură sub 2500°C, conductivitate electrică ridicată, coeficient de frecare scăzut în perechile grafit-metal. În plus, grafitul se desparte ușor în fulgi, care, la rândul lor, aderă fără întârziere la orice suprafață. Astfel, praful fin de grafit devine un lubrifiant excelent.

Punctul de topire al grafitului este aproape de 4000°C, ceea ce face posibilă utilizarea materialului ca mediu de laborator pentru lucrul cu metale refractare. Conductivitatea termică ridicată a mineralului își găsește și aplicația.

Plasticitatea grafitului face posibilă modelarea părților de orice formă din acesta. Grafitul presat este foarte prelucrabil.

Cea mai importantă proprietate a grafitului este capacitatea sa de a se transforma în diamant.

grafit diamant și diamant grafit

Diferența dintre grafit și diamant este densitatea de ambalare a straturilor de carbon. Aproape separate în grafit, în diamant sunt legate atât de strâns încât rețeaua cristalină a mineralului ia o formă cubică. Adică, fiecare atom de carbon dintr-un diamant este situat simultan în trei straturi reciproc perpendiculare.

Pentru ca straturile de carbon să se lege între ele, nu s-a inventat nimic mai bun decât o compresie puternică și o creștere a temperaturii. Primele diamante sintetice au fost obținute prin încălzirea grafitului la 1800°C sub o presiune de 120.000 atmosfere. Astăzi, producția de așchii fine de diamant se practică la temperaturi de aproximativ 1200 ° C și o creștere pe termen scurt a presiunii de până la 300 mii atm.

Reacția este reversibilă. Orice diamant încălzit la 1000°C începe să se transforme în grafit. La 2000°C procesul este foarte rapid.

Utilizarea grafitului

Atât grafitul natural, cât și cel sintetic găsesc aplicații în industrie. În metalurgia metalelor neferoase și refractare, grafitul este indispensabil ca material pentru prelucrarea sau fabricarea matrițelor de injecție. Capacitatea grafitului de a se dizolva în aliaje încălzite este utilizată pentru a conferi proprietăți dorite produselor.

Performanța lagărelor de alunecare este asigurată de utilizarea grafitului. Important este că rata de uzură a rulmentului sau cuștii din grafit este constantă pe întregul interval de temperatură de funcționare a rulmenților, adesea de sute de grade.

Grafitul are proprietăți atât lubrifiante, cât și abrazive. Cele mai fine paste de lustruit conțin grafit. Introdus în compoziția materialelor de frecare, mineralul crește rezistența produselor la căldură.

Ceramica amestecată cu grafit este deosebit de rezistentă la foc. Conductivitatea electrică și rezistența materialului la eroziune fac posibilă fabricarea de contacte de înaltă tensiune, căptușeli ale duzelor și duze din grafit.

Inerția grafitului îl face un strat protector excelent pentru toate tipurile de structuri. Vopselele pe bază de suspensie de grafit într-un solvent plastifiant funcționează atât pe suprafețe dure (beton, oțel), cât și pe suprafețe elastice (lemn, aluminiu).

Introducere

1. Modificări polimorfe ale carbonului: diamant și grafit

1.1 Caracteristicile generale ale unui diamant

1.2. Caracteristicile generale ale grafitului

2. Tipuri industriale de zăcăminte de granit și diamante

3. Tipuri naturale și tehnologice de minereuri de diamant și grafit

4. Dezvoltarea zăcămintelor de granit și diamante

5. Domenii de aplicare a granitului și diamantului

Concluzie

Bibliografie.

Introducere

Industria diamantelor din țara noastră se află în stadiul de dezvoltare, introducerea de noi tehnologii de prelucrare a mineralelor.

Depozitele găsite de diamante sunt deschise numai prin procese de eroziune. Pentru cercetaș, asta înseamnă că există multe depozite „oarbe” care nu ies la suprafață. Puteți afla despre prezența lor din anomaliile magnetice locale detectate, a căror margine superioară este situată la o adâncime de sute, iar dacă aveți noroc, atunci la zeci de metri. (A. Portnov).

Pe baza celor de mai sus, pot judeca perspectivele de dezvoltare a industriei diamantelor. De aceea am ales tema – „Diamant și grafit: proprietăți, origine și semnificație”.

În munca mea, am încercat să analizez relația dintre grafit și diamant. Pentru a face acest lucru, am comparat aceste substanțe din mai multe puncte de vedere. am considerat caracteristici generale minerale, tipuri industriale ale zăcămintelor lor, naturale și tipuri tehnice, dezvoltarea zăcămintelor, domeniile de aplicare, valoarea acestor minerale.

În ciuda faptului că grafitul și diamantul sunt polari în proprietățile lor, ele sunt modificări polimorfe ale aceluiași element chimic - carbonul. Modificările polimorfe sau polimorfele sunt substanțe care au același lucru compoziție chimică dar structură cristalină diferită. Odată cu începutul sintezei diamantelor artificiale, interesul pentru studiul și căutarea modificărilor polimorfe ale carbonului a crescut brusc. În prezent, pe lângă diamant și grafit, lonsdaleitul și haotita pot fi considerate stabilite în mod fiabil. Primul s-a găsit în toate cazurile numai în strânsă intercreștere cu diamantul și de aceea se mai numește și diamant hexagonal, iar al doilea apare sub formă de plăci alternând cu grafitul, dar situate perpendicular pe planul său.

1. Modificări polimorfe ale carbonului: diamant și grafit

Singurul element care formează minerale din diamant și grafit este carbonul. Carbonul (C) este un element chimic din grupa IV a sistemului periodic de elemente chimice al lui D.I. Mendeleev, număr atomic - 6, masă atomică relativă - 12.011 (1). Carbonul este stabil în acizi și alcalii, se oxidează doar cu dicromat de potasiu sau de sodiu, clorură ferică sau aluminiu. Carbonul are doi izotopi stabili, C(99,89%) și C(0,11%). Datele privind compoziția izotopică a carbonului arată că acesta poate fi de diferite origini: biogene, nebiogene și meteorică. Varietatea compușilor de carbon, care se explică prin capacitatea atomilor săi de a se combina între ei și cu atomii altor elemente în diferite moduri, determină poziția specială a carbonului între alte elemente.

1.1 Caracteristicile generale ale unui diamant

Cuvântul „diamant” ne aduce imediat în minte povești secrete care vorbesc despre căutarea comorilor. Pe vremuri, oamenii care vânau diamante nici nu bănuiau că obiectul pasiunii lor era carbonul cristalin, care formează funingine, funingine și cărbune. Acest lucru a fost dovedit prima dată de Lavoisier. A pus la punct un experiment de ardere a unui diamant, folosind o mașină incendiară asamblată special în acest scop. S-a dovedit că diamantul arde în aer la o temperatură de aproximativ 850-1000 * C, fără a lăsa reziduuri solide, cum ar fi cărbunele obișnuit, și arde într-un curent de oxigen pur la o temperatură de 720-800 * C. Când este încălzit la 2000-3000 * C fără acces la oxigen, se transformă în grafit (acest lucru se datorează faptului că legăturile homeopolare dintre atomii de carbon din diamant sunt foarte puternice, ceea ce duce la un punct de topire foarte ridicat.

Diamantul este o substanță cristalină incoloră, transparentă, care refractă extrem de puternic razele de lumină.

Atomii de carbon din diamant sunt într-o stare de hibridizare sp3. În starea excitată, electronii de valență din atomii de carbon sunt deprimați și se formează patru electroni neperechi.

Fiecare atom de carbon din diamant este înconjurat de alți patru, localizați din el în direcția de la centru la vârfurile tetraedrului.

Distanța dintre atomi din tetraedre este de 0,154 nm.

Puterea tuturor legăturilor este aceeași.

Întregul cristal este un singur cadru tridimensional.

La 20*C, densitatea diamantului este de 3,1515 g/cm. Așa se explică duritatea sa excepțională, care este diferită de-a lungul fețelor și scade în succesiunea: octaedru - dodecaedru rombic - cub. În același timp, diamantul are un clivaj perfect (conform octaedrului), iar rezistența sa la încovoiere și la compresiune este mai mică decât cea a altor materiale, astfel încât diamantul este fragil, se desparte la un impact puternic și se transformă relativ ușor în pulbere atunci când este zdrobit. Diamantul are cea mai mare duritate. Combinația acestor două proprietăți îi permite să fie utilizat pentru unelte abrazive și alte instrumente care funcționează la o presiune specifică semnificativă.

Indicele de refracție (2,42) și dispersia (0,063) ale diamantului le depășesc cu mult pe cele ale altor minerale transparente, ceea ce, combinat cu duritatea maximă, determină calitatea sa de piatră prețioasă.

Impuritățile de azot, oxigen, sodiu, magneziu, aluminiu, siliciu, fier, cupru și altele au fost găsite în diamante, de obicei în miimi de procent.

Diamantul este extrem de rezistent la acizi și alcaline, nu este umezit de apă, dar are capacitatea de a adera la anumite amestecuri de grăsimi.

Diamantele apar în natură atât sub formă de cristale individuale bine definite, cât și sub formă de agregate policristaline. Cristalele formate corect arată ca poliedre cu fețe plate: un octaedru, un dodecaedru rombic, un cub și combinații ale acestor forme. Foarte des, există numeroase etape de creștere și dizolvare pe fețele diamantelor; dacă nu se pot distinge pentru ochi, fețele apar curbate, sferice, octaedroid, hexaedroid, cuboid și combinații ale acestora. formă diferită cristalele se datorează structurii lor interne, prezenței și naturii distribuției defectelor, precum și interacțiunii fizico-chimice cu mediul care înconjoară cristalul.

Dintre formațiunile policristaline se remarcă - ballas, carbonado și board.

Balasele sunt formațiuni sferulitice cu o structură radiantă. Carbonado - agregate criptocristaline cu o dimensiune a cristalelor individuale de 0,5-50 microni. Placă - agregate limpezi. Ballas și mai ales carbonado au cea mai mare duritate dintre toate tipurile de diamante.

Fig.1 Structura rețelei cristaline de diamant.

Fig.2 Structura rețelei cristaline de diamant.

1.2 Caracteristicile generale ale grafitului

Grafitul este o substanță cristalină de culoare gri-negru, cu o strălucire metalică, grasă la atingere, inferioară ca duritate chiar și hârtiei.

Structura grafitului este stratificată, în interiorul stratului atomii sunt legați prin legături mixte ionic-covalente, iar între straturi - prin legături esențial metalice.

Atomii de carbon din cristalele de grafit sunt în hibridizare sp2. Unghiurile dintre direcțiile de legătură sunt 120*. Rezultatul este o grilă formată din hexagoane regulate.

Când este încălzit fără acces la aer, grafitul nu suferă nicio modificare până la 3700 * C. La temperatura specificată, este expulzat fără să se topească.

Cristalele de grafit sunt de obicei plăci subțiri.

Datorita duritatii scazute si a clivajului foarte perfect, grafitul lasa usor o urma pe hartie, grasa la atingere. Aceste proprietăți ale grafitului se datorează legăturilor slabe dintre straturile atomice. Caracteristicile de rezistență ale acestor legături caracterizează căldura specifică scăzută a grafitului și a acestuia căldură topire. Drept urmare, grafitul are o refractare extrem de mare. În plus, conduce bine electricitatea și căldura, este rezistent la mulți acizi și alte substanțe chimice, se amestecă ușor cu alte substanțe, are un coeficient de frecare scăzut și un grad ridicat de lubrifiere și putere de acoperire. Toate acestea au dus la o combinație unică de proprietăți importante într-un singur mineral. Prin urmare, grafitul este utilizat pe scară largă în industrie.

Conținutul de carbon din agregatul mineral și structura grafitului sunt principalele caracteristici care determină calitatea. Grafitul este adesea menționat ca un material care, de regulă, nu este doar monocristalin, ci și monomineral. Practic, ele înseamnă forme agregate de substanță de grafit, grafit și roci care conțin grafit și produse de îmbogățire. Pe lângă grafit, ele conțin întotdeauna impurități (silicați, cuarț, pirit etc.). Proprietățile unor astfel de materiale de grafit depind nu numai de conținutul de carbon de grafit, ci și de dimensiunea, forma și relațiile reciproce ale cristalelor de grafit, de exemplu. din caracteristicile texturale și structurale ale materialului utilizat. Prin urmare, pentru a evalua proprietățile materialelor de grafit, este necesar să se ia în considerare atât caracteristicile structurii cristaline a grafitului, cât și caracteristicile texturale și structurale ale celorlalte componente ale acestora.

Fig.3. Structura rețelei cristaline de grafit.

Fig.4. Fenocriste de grafit în calcit.

2. Tipuri industriale de depozite de diamante și grafit

Zăcămintele de diamante sunt împărțite în aluvionare și primare, dintre care se disting tipuri și subtipuri, care diferă prin condițiile de apariție, formele corpurilor de minereu, concentrațiile, calitatea și rezervele de diamante, condițiile de extracție și îmbogățire.

Depozitele primare de diamante de tip kimberlit din întreaga lume sunt principalele obiecte de exploatare. Aproximativ 80% din diamantele naturale sunt extrase din acestea. În funcție de rezervele și dimensiunile diamantelor, acestea sunt împărțite în unice, mari, medii și mici. Cu cea mai mare rentabilitate, se exploatează orizonturile superioare ale zăcămintelor unice și mari care ies la suprafață. Acestea conțin principalele rezerve și resurse probabile de diamante ale câmpurilor individuale de kimberlit diamantif. Kimberliții sunt „orificii vulcanice” pline cu brecie. Brecia este formată din fragmente și xenoliți care înconjoară și depuse de deasupra rocilor, din fragmente de rocă aduse de la adâncimi de 45-90 km sau mai mult. Cimentul este material vulcanic, tufuri cu compoziție ultrabazică alcalină, așa-numitele kimberlite și lamproite. Țevile kimberlit sunt amplasate pe platforme, țevile lamproite sunt în cadrul lor pliat. Timpul de formare a țevilor este diferit - de la arhean la cenozoic, iar vârsta diamantelor, chiar și cea mai tânără dintre ele, este de aproximativ 2-3 miliarde de ani. Formarea țevilor este asociată cu o străpungere în sus prin canale înguste sub presiune mare, la o adâncime de peste 80 km, la o temperatură de aproximativ 1000*topituri alcaline ultrabazice. Majoritatea corpurilor kimberlitice bine studiate au o structură complexă; în cel mai simplificat caz, structura conductei implică două tipuri principale de roci formate în timpul a două faze succesive de intruziune: brecia (etapa 1) și kimberlitul masiv „porfirit mare” (etapa 2). Unele țevi de kimberlit conțin și diguri de kimberlit și vene asociate țevilor. Au fost găsite corpuri oarbe, formate din porțiuni de magmă kimberlitică care nu au ajuns la suprafața zilei. Depozitele asociate cu diguri și filoane de kimberlit, de regulă, aparțin categoriei de rezerve de diamante mici, mai rar medii. zacă adânc undeva. Dar chiar și pe suprafața Pământului există locuri în care există presiuni care sunt destul de suficiente pentru formarea unui diamant. Acestea sunt locuri de impact de meteoriți, unde diamantul se găsește nu numai pe Pământ, ci și într-un număr de meteoriți înșiși.

Viteza magmei care erupe ar putea fi probabil foarte mare, aproximativ 800 km/h, magma s-a desprins și a transportat fragmente de compoziție diferită. Dacă conțineau diamante, țeava devenea diamantiferă. Diamantele în sine sunt cea mai stabilă modificare polimorfă a carbonului în zonele adânci ale Pământului. (A.V. Ukhanov.)

Orez. 5. Structura unei conducte de kimberlit.

Zăcămintele de diamante de tip lamproit au fost descoperite relativ recent (1976) în Australia de Vest, unde marele zăcământ Argyle este exploatat. În structura lor, depozitele de lamproit sunt în general similare cu cele de kimberlit. Judecând după datele de explorare din Argyle, țevile de lamproit ies ceva mai repede până la adâncimea în care trec în diguri. Sistemul de dezvoltare al acestor zăcăminte și tehnologia de îmbogățire sunt aceleași ca la obiectele kimberlite.

tip kimberlit-lamproit Este reprezentat de un depozit de diamante în regiunea Arhangelsk, unde conținutul de minerale indicator este semnificativ mai mic decât în kimberlitele „clasice”, marea majoritate a diamantelor fiind reprezentate de forme curbate.

Structurile de impact inelar, cu dimensiuni variate de la câțiva până la sute de kilometri, sunt asociate cu procese explozive super-puternice, a căror sursă, conform diverșilor cercetători, era fie extraterestră (căderea corpurilor cerești mari), fie endogene. În Rusia, a fost explorat un depozit de acest tip - Popigayskoye pe versantul estic al masivului cristalin Anabar. În ceea ce privește rezervele de minereu și conținutul de diamante, zăcământul depășește de sute de ori cel mai mare în kimberliți. Cu toate acestea, diamantele din depozitele de impact sunt închise în roci puternice, dense, efuzive și sunt reprezentate exclusiv de grade industriale cu un amestec de lonsdaleit (o modificare polimorfă a carbonului, găsită sub formă de plăci alternând cu grafitul, dar situate perpendicular pe planul acestuia). ).

Tipul metamorfogen este reprezentat până acum și de un zăcământ pe teritoriul Kazahstanului, unde diamantele se găsesc în gneisuri de biotit, biotit-cuarț, granat-piroxen și piroxen-carbonat. În ceea ce privește rezervele și conținutul de diamante, este de zece ori mai mare decât cele mai mari țevi de kimberlit cu conținut ridicat de diamante. Diamantele au o dimensiune extrem de mică a cristalului, iar pietrele prețioase și grade tehnice de înaltă calitate nu au fost încă găsite.

Depozitele de diamante aluvionare sunt reprezentate de cinci tipuri principale.

Placerii aluvionali (văile râurilor) sunt lideri în ceea ce privește amploarea exploatării diamantelor de la placeri. Depozitele mari sunt rare și se formează de obicei din cauza eroziunii mai multor surse primare sau rezervoare intermediare de tip areal. Placerii aluvionali au o structură bicomponentă: faciesul aluvionar superior al luncii inundabile este reprezentat de depozite foarte slab diamantate de pietriș-nisipos-argilacee și mâloase ("turbă"), faciesul inferior al canalului este compus din pietricele clastice grosiere productive ("nisipuri"). ").

Plaserii de tip deluvial-proluvial se formează pe versanți și în bușteni în apropierea surselor primare și sunt la scară mică și medie.

Placerii de coastă-marin sunt împărțiți în terase subacvatice, de plajă și de coastă. Zona unor astfel de placeri din sud-vestul Africii se întinde pe multe sute de kilometri și are o lățime de 5 până la 20 de kilometri.

Placerii de alte tipuri industriale nu joacă un rol semnificativ în exploatarea diamantelor.

Depozitele aluvionare de diferite tipuri sunt împărțite în depozite de mică adâncime și de adâncime în funcție de adâncimea lor. După gradul de îndepărtare de sursa primară, se disting plaserii demolării apropiate și îndepărtate; primele se formează aproape de sursa primară, cele din urmă - la o distanță de zeci de kilometri în condiții geologice și structurale favorabile.

Tipuri industriale de zăcăminte de grafit.

Grafitul s-a format din compuși organici ca urmare a metamorfismului rocilor sedimentare.

Dintre zăcămintele de grafit, patru grupe de tipuri industriale de zăcăminte se disting prin stabilirea geologică a locației lor.

În funcție de mărimea rezervelor, depozitele de grafit sunt împărțite (milioane de tone) în: mari - mai mult de 1, medii - 0,5-1, mici - până la 0,5.

Cele mai răspândite și mai mari în ceea ce privește rezervele lor sunt zăcămintele de tip Taiginsky, Madagascar, Noginsk și mexican.

Depozitele de grafit din Ceylon, tipurile Bogol sunt mai puțin frecvente, rareori au rezerve mari, dar se disting printr-un conținut ridicat de grafit în minereu și calități mai valoroase.

3. Tipuri naturale și tehnologice de minereuri diamantate

Tipurile naturale de minereuri sunt kimberlitele purtătoare de diamante și lamproitele purtătoare de diamante, care sunt subdivizate pe baza raportului dintre kimberlitul propriu-zis și materialul xenogen și caracteristicile structurale și texturale în kimberliți masivi purtători de diamant, brecii de kimberlit, brecii de tuf, brecii de xenotuff, tufuri și roci tuf-sedimentare.

Nu există o clasificare tehnologică unificată a minereurilor purtătoare de diamante. În tipificarea tehnică și economică a minereurilor se disting două tipuri tehnologice principale: brecii cu un conținut de argilă mai mic de 20% și brecii cu un conținut de argilă de peste 20%. La procesarea acestor minereuri, atât schemele tehnologice, cât și costul exploatării miniere diferă.

În general, după cum arată practica, clasificarea tehnologică a minereurilor se dezvoltă în fiecare caz independent în timpul explorării și exploatării ulterioare a zăcământului. Adesea, atunci când un corp de kimberlit este compus din roci cu diferite faze de intruziune, care diferă în mod clar în caracteristicile structurale și texturale și conținutul de diamante, tipurile naturale de minereuri coincid practic cu cele tehnologice. Principalul factor este conținutul de diamante. Deci, în conducta Dalnyaya (Sakha-Yakutia), două tipuri naturale identificate aici - brecii de kimberlit și kimberlite masive - diferă în conținutul de diamante printr-un ordin de mărime și sunt simultan tipuri tehnologice. Cu toate acestea, de exemplu, în timpul funcționării conductei Mir, au fost distinse șase tipuri tehnologice de minereuri, care diferă în nuanțe de structură și conținut de diamante, în timp ce au existat doar două faze de implementare.

Tipurile tehnologice de nisipuri diamantate se disting în funcție de conținutul lor de bolovani, conținut de argilă, lavabilitate etc.

Tipuri naturale și tehnologice de minereuri de grafit.

Tipificarea minereurilor de grafit se realizează în funcție de caracteristicile texturale și structurale. Grafitele sunt împărțite în explicit - și criptocristaline. Printre soiurile clar cristaline, dens cristaline și solzoase se disting. Grafitele dens-cristaline sunt împărțite în granulație grosieră, cu o dimensiune medie a cristalului de peste 50 de microni și cu granulație fină.

În funcție de mărimea fulgilor, diametrul lor, grafiții de fulgi sunt împărțiți în fulgi grosieri (100-500 microni) și fulgi fini (1-100 microni).

Grafitul criptocristalin este compus din cristale cu o dimensiune mai mică de 1 micron. Alocați diferențe dense și fin dispersate sau pulverizate. În aceasta din urmă, cristalele de grafit sunt împrăștiate în roca gazdă. În soiurile dense, cristalele de grafit formează cea mai mare parte a rocii de grafit. Numai soiurile dense de grafit criptocristalin sunt de importanță industrială.

bulgăre cristalină - 92-95;

Cristalină la scară mare - 85-90;

Cristalin mediu solzoase - 85-90;

Cristalin fin solzi - 80-90;

Pulberi cristaline cu o dimensiune de până la 0,074 mm și un conținut de carbon grafitic de 80-99.

Explorarea zăcămintelor de grafit de alte tipuri industriale cu zăcăminte formă neregulată sau lenticulară și în formă de tijă, realizată și prin carotaj în combinație cu lucrări miniere.

La evaluarea și explorarea depozitelor de grafit prin foraj se stabilește că nu există abraziune selectivă a miezului, ceea ce este posibil cu o distribuție neuniformă a concentrațiilor de grafit, sub formă de zone îmbogățite reprezentate de o rețea de filoane, lentile, cuiburi, etc. În acest scop, conținutul de grafit din fluidele de foraj și butași ar trebui controlat. Dacă este necesar, se efectuează lucrări de control cu testare în vrac.

4. Dezvoltarea zăcămintelor de diamante

Depozite primare de diamante dezvoltate prin cariera deschisa sau metoda combinata:

Orizonturile superioare sunt deschise, iar cele mai adânci sunt sub pământ. În Rusia, diamantele sunt exploatate numai prin minerit în cară deschisă.

Metoda de exploatare a carierei deschise este aproximativ aceeași în toate domeniile. Luați în considerare exemplul țevii Fishy (Africa de Sud).

Țeava are o secțiune orizontală ovală și contacte aproape verticale cu rocile gazdă. Zona de intemperii a kimberliților se extinde până la o adâncime de 60 m. În compoziția kimberliților, un volum semnificativ este ocupat de faza secundară - saponitul, un mineral umflat care absoarbe un numar mare de apă. Din acest motiv, minereul conductei este higroscopic și, atunci când este umezit, își pierde rapid proprietățile de rezistență, prin urmare, se folosesc metode speciale pentru a izola suprafața kimberlitului de apă, iar la forarea puțurilor se folosește colectarea uscată a prafului.

Exploatarea în cariera a început în 1966, iar până în 1990 adâncimea carierei a ajuns la 423 m, cu o scădere medie anuală de 18–20 m. Au fost extrase peste 97 de milioane de tone de kimberlit (aproximativ 5 milioane de tone pe an) și 55 de milioane de tone. de rocă sterilă. Suprafața carierei la suprafață este de 550 mii m2. Această metodă de exploatare a asigurat funcționarea stabilă a minei și indicatori tehnico-economici buni: un raport scăzut de decapare, o tranziție sistematică la o metodă subterană. Un puț înclinat de 1.300 m lungime a fost forat în rocile gazdă la un unghi de 12° de la suprafață până la ieșirea în carieră la o adâncime de 280 m. Acesta adăpostește un transportor pentru transportul minereului la uzina de procesare și un complex de concasare subteran. , ceea ce a făcut posibilă reducerea drastică a numărului de basculante aflate în funcțiune.

În metoda subterană se folosesc mai multe sisteme pentru exploatarea subterană a țevilor diamantate.

Sistemul de camere prevede forarea camerelor de 8 metri inaltime de 12 m, separate intre ele prin stalpi temporari de 8 metri, la fiecare orizont de lucru de-a lungul axei scurte a conductei. Kimberlitul scos din camere și din stâlpii orizontului de deasupra, sub influența greutății rocilor prăbușite, cade pe fundul transportului, unde este încărcat în cărucioare și rulat înapoi la trecerea de minereu situată în gazdă. roci, prin care kimberlitul este alimentat către orizontul principal de transport.

Metoda de exploatare a sloturilor a fost utilizată pe conducta Premier (Africa de Sud). Pe măsură ce conducta a fost dezvoltată, pe fiecare orizont de lucru, principalele drifturi au fost paralele cu fanta cu un interval egal cu jumătate din distanța de la fantă până la limitele corpului de minereu. La o adâncime de 270 m, minereul era eliberat din trecerile de minereu în cărucioare și transportat de-a lungul derivațiilor de transport, apoi era introdus în concasor, zdrobit și transportat la suprafață. Cea mai progresivă metodă de dezvoltare este auto-prăbușirea etajului; oferă o productivitate ridicată (până la 5 milioane de tone de kimberlit pe an) la costuri reduse și relativ puțină muncă manuală. Cu acest sistem, distrugerea kimberlitului are loc sub acțiunea gravitației, numărul de orizonturi de lucru și puncte de încărcare este redus brusc. Esența sistemului este că din deriva de transport, orientată peste țeavă, răzuitoarele trec la o distanță de 14 m una de alta, în care nișe pătrate cu dimensiunea de 1–2 m sunt situate într-un model de șah la intervale de 3. –5 m pe ambele laturi.nişele sunt ridicate sub formă de pâlnie, ridicându-se la o înălţime de 7,6 m deasupra nivelului tălpii. Blocurile de kimberlit sunt apoi decupate complet, iar straturile de 18 m grosime sunt prelucrate astfel încât kimberlitul să se rupă și să se prăbușească în coloane de conuri. Ca urmare, se formează un spațiu de compensare de 2,2 m înălțime pe întreaga zonă a tubului. După aceea, o matrice de kimberlit nesusținută rămâne deasupra spațiului de compensare, care, sub acțiunea lui greutatea proprie se prăbușește treptat pe pâlniile de evacuare. Pe măsură ce kimberlitul se prăbușește, acesta este parțial eliberat pentru a restabili spațiul de compensare, astfel încât nivelul kimberlitului prăbușit crește constant până când ajunge la rocile orizontului de deasupra. După aceea, eliberarea minereului continuă într-un anumit ritm până când roca sterilă apare în raclete. Dezvoltarea acestui orizont se termină aici, după care încep să dezvolte cel de bază.

Depozitele aluvionare cu o adâncime de până la 40-45 m sunt prelucrate în mod deschis. În Republica Sakha (Yakutia), minerit se desfășoară în perioada de vara buldozer-metoda hidraulică. Nisipurile alimentate de buldozere sunt spălate pe un grătar hidraulic cu ochiuri de 30-50 mm. Materialul supradimensionat este îndepărtat cu un jet de apă, iar celuloza subdimensionată este transportată cu drage prin conducte la o distanță de 20-2,5 km până la o fabrică staționară de procesare. Din valea placerilor extinsi, diamantele sunt extrase prin dragare. Dragele se deplasează de jos în sus de-a lungul văii râului în pasaje transversale sau longitudinale. După ce rezervele principale sunt epuizate, draga este re-avansată de sus în jos cu o schimbare a mișcărilor față de cele primare. Uneori, mișcările sunt direcționate peste cele primare.

Fig.6. Conducta de kimberlit în timpul dezvoltării.

Dezvoltarea zăcămintelor de minereuri de grafit.

Dezvoltarea minereurilor de grafit se realizează prin metode deschise și subterane. Dintre cele trei zăcăminte de grafit exploatate din Rusia, două (Noginskoye, Botogolskoye) sunt exploatate în subteran și unul (Taiginskoye) este în cariera deschisă.

Dimensiunea unei cariere în timpul exploatării deschise la zăcământul Taiginsky de grafit cristalin este de aproximativ 3 km lungime, 200-250 m lățime și mai mult de 50 m adâncime. Pierderile miniere sunt de aproximativ 1%, sărăcirea este nesemnificativă.

În Statele Unite ale Americii, exploatarea minereului de grafit în cariere se desfășoară prin operațiuni de foraj și sablare, urmate de transportul rutier al minereului către fabricile de procesare.

Sistemul original pentru dezvoltarea zăcămintelor de grafit a fost aplicat în Republica Madagascar. Cariera deschisă prelucrează în principal minereurile superioare de grafit degradate la o adâncime de 30-40 m.

Zăcământul de grafit Noginskoye, dezvoltat prin metoda subterană (adit și puț), se caracterizează prin diluare de 2,8%, conținut de umiditate a minereului de 4,5%, pierderi de 17,8%.

Depozitul de Botogol de grafit dens cristalin de înaltă calitate este dezvoltat prin metoda adit. Producția se realizează în straturi orizontale de jos în sus, cu umplerea spațiului de defrișare. Pierderile de producție sunt de aproximativ 8%.

5. Aplicații ale diamantelor

Principalele domenii de aplicare ale diamantelor naturale.

Bijuterii cu diamante. Principala zonă de aplicare a diamantelor în termeni de valoare este tăierea diamantelor.

Diamante tehnice. Cele tehnice includ cristale de culoare închisă cu fisuri și alte defecte, precum și diverse fragmente, gemeni, intercreșteri etc., din care este imposibil să se facă un cristal fațetat. În funcție de calitate și scop, diamantele industriale pot fi împărțite în următoarele grupe:

Diamantele care sunt prelucrate pentru a obține granule de o anumită formă geometrică. Printre acestea se numără diamantele destinate fabricării de freze, burghie, vârfuri, tăietoare de sticlă, rulmenți etc.;

Cristale de diamant utilizate în forma lor brută în burghie, creioane diamant-metal etc.;

Diamantele abrazive sunt în mare parte cristale mici care au defecte semnificative și sunt potrivite doar pentru măcinare în pulbere.

Pulberile de diamant sunt indispensabile în prelucrarea pieselor subminiaturale, cum ar fi pietrele de ceas rubin, topaz, beril și rulmenți din safir, a căror duritate se apropie de cea a corindonului. Doar utilizarea pulberilor de diamant asigură o puritate ridicată a microsuprafețelor prelucrate, ceea ce determină acuratețea microdetaliilor în aparate și instrumente.

Unelte din pulbere de diamant. Pentru tăierea pietrelor dure, aliajelor și a altor materiale dure, industria produce pânze diamantate și diverse ferăstraie diamantate. Uneltele diamantate abrazive într-un dorn sunt obișnuite, care sunt utilizate pe scară largă în industria prelucrării metalelor pentru îmbrăcarea discurilor de șlefuit. Se mai folosesc creioane diamant-metal, care sunt inserții presate din pulbere de diamant din aliaj dur.

Unelte din monocristale de diamant. Freze, ace, tăietori de sticlă, matrițe (diamante lamelare cu cele mai subțiri găuri găurite în ele) și alte unelte sunt fabricate din cristale de diamant individuale sau părți ale acestora. Acele de diamant sunt cristale de diamant natural cu vârf ascuțit sau fragmente cu muchii ascuțite fixate în tije metalice. Acele de diamant sunt utilizate pe scară largă pentru a face robinete pe mașinile de șlefuit fir. Ace de diamant de formă conică cu cap sferic sunt utilizate în profilometre și profilografe, care sunt folosite pentru a măsura cele mai mici nereguli și finisarea suprafeței diferitelor părți. Diamantele sunt utilizate pe scară largă pentru fabricarea matrițelor în producția de sârmă din materiale dure, în special diametre mici pentru nevoile electronice.

Instrument de tăiat pietre cu diamant. Utilizarea diamantelor pentru armarea burghiilor a făcut posibilă creșterea productivității instalațiilor de foraj de 1,5-2 ori în comparație cu forajul fără diamant.

Alte domenii de aplicare a diamantelor. Diamantul este un material optic excelent pentru tot felul de cuve și ferestre, capabil să reziste la presiuni mari și năvală de substanțe de orice grad de agresivitate și fiind simultan transparent într-o gamă largă de lungimi de undă.

Substratul de diamant al circuitelor semiconductoare, asigurând o izolație excelentă a acestora, elimină căldura de câteva ori mai repede decât, de exemplu, cuprul, crescând semnificativ eficiența componentelor critice ale circuitelor electronice. Capacitatea de a număra particule nucleare cu ajutorul diamantelor în medii agresive și sarcini mecanice mari, diamantul este folosit în contoare speciale.

Structura consumului de diamante industriale de către țările foarte dezvoltate este următoarea, (%):

Slefuirea, ascuțirea sculelor și a pieselor de mașini din aliaje dure - 60-70;

Forare puțuri - 10;

Trefilare - 10;

Tăierea și șlefuirea pieselor și produselor din sticlă, ceramică, marmură, găurirea și finisarea pieselor din aliaj dur, prelucrarea ceasurilor și Bijuterii – 10-12.

Domenii de aplicare a grafitului.

Minereurile din aproape toate zăcămintele de grafit pot fi rareori utilizate în formă brută de către consumatori. Aproape toate sunt supuse uneia sau alteia pretratări pentru a transforma minereul în produse finite.

Clasificarea tehnologică a minereurilor de grafit coincide cu clasificarea tipurilor naturale.

În mod clar, minereurile cristaline sunt prelucrate în principal conform schemelor de flotație datorită flotabilității bune a grafitului.

Materiile prime de grafit criptocristalin sunt reprezentate de minerale fin dispersate într-o intercreștere foarte complexă cu roci sterile. Prin urmare, aceste tipuri de minereuri de grafit aproape nu sunt susceptibile de îmbogățire mecanică. Sunt utilizate în principal în minerit și ocazii speciale, metode chimice, termice sau alte metode de prelucrare. Datorită faptului că aceste procese sunt costisitoare, ele sunt rareori utilizate.

Principalii indicatori prin care se evaluează produsele din grafit sunt: textural și structural, conținutul de carbon, cenușă, umiditate, componente volatile, impurități nocive (fier, sulf, cupru etc.), compoziția granulometrică.

În industria de turnătorie, se preferă grafitul criptocristalin, deoarece dispersia pulberii este importantă pentru această industrie, care asigură o suprafață netedă a matrițelor de turnare și facilitează îndepărtarea pieselor turnate din acestea după răcire.

Grafitul cristalin de înaltă calitate este utilizat pe scară largă în turnarea specială a oțelului.

Grafitul creuzet este reprezentat de trei grade. Zonarea lor nu depășește 7, respectiv; 8,5 și 10%, fracția de masă a fierului în termeni de Fe2O3 pentru toate gradele nu este mai mare de 1,6%, substanțe volatile - mai puțin de 1,5%; umiditate - nu mai mult de 1%.

Pentru producerea creuzetelor de topire din grafit-ceramică și a materialelor refractare, se utilizează grafit cristalin de înaltă calitate.

În conformitate cu cerințele pentru lubrifierea grafitului, produsele sunt produse sub formă de mai multe grade, fiecare dintre ele având propria sa direcție de aplicare și este caracterizată de o serie de indicatori. Comun tuturor mărcilor sunt doar indicatorii concentrației ionilor de hidrogen din extractul de apă și umiditatea.

Producția de creioane, precum și cea a electrocarbonului, face cele mai mari cerințe privind calitatea grafitului. În practica mondială, pentru cele mai bune clase de creioane, se folosește un amestec de Ceylon și alt grafit cristalin sau criptocristalin, care este cel mai adesea folosit pentru producerea de creioane obișnuite.

În producția de mase active de baterii alcaline, se folosește grafit cristalin („argint”) obținut prin flotarea minereurilor din zăcămintele Taiginsky și Zavalevsky.

În industria cărbunelui electric se folosesc trei tipuri de grafit - fin natural și criptocristalin și artificial. Grafitul artificial este utilizat pe scară largă datorită purității sale ridicate și consistenței compoziției.

În producția de lubrifianți, grafitul cristalin natural și, împreună cu acesta, grafitul artificial sunt utilizate pe scară largă ca solide. Această producție necesită grafit, de obicei de înaltă puritate și măcinare foarte fină, uneori de dimensiune coloidală. Lubrifianții sunt cel mai adesea suspensii de apă sau ulei de grafit natural cristalin și artificial.

O serie de grade de grafit nu permit înfundarea impurităților, inclusiv grafitul din alte depozite. Aceste grade includ grafit de creuzet, elementar și electrocarbon.

Concluzie

După ce am studiat două modificări polimorfe ale carbonului: diamantul și grafitul, am ajuns la concluzia că, în ciuda aceleiași compoziții chimice, polimorfii au o structură diferită a rețelei cristaline și, prin urmare, proprietăți diferite si originea.

Diamantul este o substanță cristalină incoloră, transparentă, cu o duritate excepțională - 10 și strălucirea diamantului. Grafitul este o substanță cristalină de culoare gri-negru, cu un luciu metalic, gras la atingere, cu duritate inferioară chiar și hârtiei - 1.

Diamantele apar în natură sub formă de cristale individuale bine definite. Cristalele de grafit sunt de obicei plăci subțiri.

Originea diamantelor este magmatică, grafitul este metamorfic.

Diamantele sunt folosite în aproape toate industriile: electrice, radio-electronice, instrumentar, foraj.

Grafitul este, de asemenea, utilizat pentru producția de creuzete de topire grafit-ceramice și refractare, ca lubrifianți, producția de creioane și industria cărbunelui electric.

În nenumărate manuale sunt date diagrame de echilibru diamant-grafit și este scris că diamantul provine din grafit. Dar din anumite motive, nimeni nu a pus întrebarea: de unde provine grafitul din manta?... La urma urmei, acolo este instabil și este numit un mineral „interzis” pentru condițiile de manta. Un alt lucru sunt carburile. Sunt stabili aici: carburi de fier, fosfor, siliciu, azot, hidrogen. Carbura de hidrogen este un gaz, metan obișnuit, este mobil și ușor de concentrat în fluidul profund.

La un moment dat, geologii nu au acordat nicio importanță descoperirii remarcabile a fizicianului sovietic B. Deryagin, care, în 1969, a sintetizat diamantul din metan și, ceea ce este foarte important, la o presiune chiar sub presiunea atmosferică. Chiar și atunci, această descoperire ar fi trebuit să schimbe radical ideile existente despre diamant ca un mineral care cristalizează neapărat din topituri și la presiuni mari. Datele lui B. Deryagin mi-au permis să iau în considerare posibilitatea cristalizării diamantului dintr-un fluid, un amestec de gaze în sistemul C-H-O.

Se dovedește că oxigenul dintr-un astfel de fluid își pierde proprietățile de oxidare la presiunea ultra-înaltă a mantalei și nu oxidează nici măcar hidrogenul. Dar când gazul crește, când se formează o conductă de kimberlit, presiunea scade. Este suficient să reduceți presiunea de 10 ori - de la 50 la 5 kilobari, astfel încât activitatea oxigenului să crească de un milion de ori. Și apoi se combină instantaneu cu hidrogenul și metanul. Pur și simplu, gazul se aprinde spontan - un incendiu furios izbucnește într-o țeavă subterană.

Consecințele unui astfel de „foc” subteran depind de raportul dintre carbon, hidrogen și oxigen din fluid. Dacă nu există prea mult oxigen, acesta va elimina doar hidrogenul din molecula de metan (CH4). Vaporii de apă rezultați vor fi absorbiți de praful mineral și vor forma serpentinita, cel mai caracteristic mineral al kimberlitelor. Carbonul, rămânând „singuratic”, la o presiune de mii de atmosfere și o temperatură de aproximativ 1000 ° C, se va închide cu legături de valență nesaturate „pe el însuși” și va forma o moleculă gigantică de carbon pur - diamant! În practică, o astfel de combinație favorabilă de componente într-un amestec de gaze este rară: doar cinci procente din conductele de kimberlit sunt diamantate.

Se întâmplă adesea ca fie să fie prea mult oxigen pentru a forma un diamant, fie să nu fie suficient. În primul caz, carbonul va arde și se va transforma în gaze - oxizi: CO sau CO2. Apoi sunt kimberliții sterpi. Se disting printr-un magnetism crescut, deoarece în ele a apărut oxid de fier, magnetit. Era mult oxigen, iar el „a scos” fierul din compoziția silicaților. Cu o deficiență de oxigen sau metan, vor apărea doar vaporii de apă, iar aceștia vor fi absorbiți de serpentinită. Se pare că diamantul apare ca un produs al arderii subterane spontane a fluidului carbonic. Diamantele sunt analogi ale cenușii sau funinginei care s-au așezat în „hornurile” mantalei! (A. Portnov - Doctor în științe geologice și mineralogice, profesor universitar).

Bibliografie

1. Carbonul și compușii săi - Kiev, "Naukova Dumka" 1978.

2. Bulakh A.G. Mineralogie generală. 1999.

3. Sarasov. Revista educațională. Volumul 6, 2000. Nr. 5.

4. Dyadin Yu.A. Grafitul și compușii săi de incluziune.

5. A. Portnov. „Diamantul este funingine din lumea interlopă”.

6. ZAO Geoinformmarn. Moscova 1997. Materii prime minerale. Grafit. Diamant.

7. Editura „Enciclopedia Sovietică”. Moscova. 1972.

Nu toată lumea știe, dar diamantul și grafitul sunt două forme ale aceleiași substanțe. Aceste minerale sunt complet diferite între ele în duritate și în caracteristicile de refracție și reflectare a luminii. Și diferențele sunt destul de semnificative. Diamantul este cel mai dur mineral din lume, pe scara Mohs este un standard - 10, în timp ce duritatea grafitului pe această scară este de doar 2. Astfel, diamantul și grafitul sunt atât cele mai asemănătoare, cât și cele mai diferite substanțe din lume.

Rețele de cristal din diamant și grafit

Fiecare dintre ele provine din carbon, care, la rândul său, este cel mai abundent element din biosferă. Este prezent atât în atmosferă, cât și în apă, în obiectele biologice. În pământ, este prezent în compoziția petrolului, gazelor, turbei și așa mai departe. Se găsește și ca depozite de grafit și diamant.

Majoritatea carbonului din organisme. În plus, niciunul dintre ei nu se poate descurca fără el. Iar originea acestui mineral în alte părți ale planetei este explicată exact prin prezența organismelor vii acolo cândva.

O mulțime de controverse însoțesc întrebarea de unde provin grafitul și diamantele, pentru că nu este suficient să existe un carbon, este de asemenea necesar să fie îndeplinite anumite condiții în care acest element chimic capătă o nouă structură. Se crede că originea grafitului este metamorfică, iar cea a diamantelor este magmatică. Aceasta înseamnă că formarea diamantelor pe planetă este însoțită de procese fizice complexe, cel mai probabil în straturile adânci ale pământului în timpul arderii și exploziilor în prezența oxigenului. Oamenii de știință sugerează că metanul este implicat și în acest proces, dar nimeni nu știe sigur.

Diferențele dintre grafit și diamant

Principala diferență este structura diamantului și grafitului. Diamantul este un mineral, o formă de carbon. Se caracterizează prin metastabilitate, ceea ce înseamnă că este capabil să rămână neschimbat la nesfârșit. Diamantul se transformă în grafit în anumite condiții specifice, cum ar fi temperatura ridicată în vid.

Grafitul este, de asemenea, o modificare a carbonului. Structura sa face ca mineralul să fie foarte stratificat, astfel încât cea mai obișnuită utilizare a acestuia este la fabricarea minelor de creion.

Fenomenul în care substanțele formate din același element chimic au proprietăți fizice diferite se numește alotropie. Există și alte substanțe similare, dar aceste două minerale au cea mai mare diferență între ele. Rolul decisiv în aceasta este jucat de caracteristicile structurale ale structurii cristaline a fiecăruia dintre minerale.

Diamantul are o legătură incredibil de puternică între atomi, datorită aranjamentului lor dens. Atomii adiacenți ai celulei au forma unui cub, unde particulele sunt situate pe colțurile, fețele și în interiorul lor. Acesta este un tip de structură tetraedric. Această geometrie a atomilor oferă cea mai densă organizare. De aceea duritatea diamantului este atât de mare.

Numărul atomic scăzut al carbonului, care arată că atomul are o masă atomică mică și, în consecință, o rază, îl face cea mai dură substanță de pe planetă. Cu toate acestea, acest lucru nu înseamnă deloc durabilitate. Spărgerea unui diamant este destul de ușoară, doar loviți-l. Această structură explică coeficientul ridicat de conductivitate termică și refracția luminii a diamantului.

Structura grafitului este complet diferită. La nivel atomic, este o serie de straturi situate în planuri diferite. Fiecare dintre aceste straturi sunt hexagoane care se alătură unul cu celălalt ca un fagure. În acest caz, numai atomii aflați în fiecare strat au o legătură puternică, iar legătura dintre straturi este fragilă, sunt practic independenți unul de celălalt.

Urma de la creion este doar straturile detașabile de grafit. Datorită particularităților structurii sale, grafitul are un aspect nedescris, absoarbe lumina, are conductivitate electrică și un luciu metalic.

Obține diamant din grafit

Pentru o lungă perioadă de timp, a fost dificil din punct de vedere tehnologic să obțineți un diamant, dar astăzi aceasta nu este o sarcină atât de dificilă. Problema principală este repetarea proceselor în laborator într-o perioadă scurtă de timp, care în natură durează milioane de ani. Oamenii de știință au demonstrat că condițiile pentru tranziția diamantului de la grafit au fost temperaturi și presiune ridicate.

Pentru prima dată astfel de condiții au fost obținute cu ajutorul unei explozii. O explozie este un proces chimic care are loc arderea la temperatură și viteză ridicată. După aceea, au colectat rămășițele de grafit și s-a dovedit că în interiorul acestuia s-au format mici diamante. Adică transformarea a avut loc doar fragmentar. Motivul pentru aceasta este răspândirea parametrilor în cadrul exploziei în sine. Acolo unde condițiile erau suficiente pentru o astfel de transformare, s-a întâmplat.

Diamantul natural brut

Astfel de parametri au făcut exploziile nepromițătoare pentru producția de diamante. Cu toate acestea, experimentele nu s-au oprit; pentru o lungă perioadă de timp, oamenii de știință au continuat să le conducă pentru a obține cumva acest mineral. Un rezultat mai mult sau mai puțin stabil a fost obținut atunci când au încercat să încălzească impulsiv grafitul la o temperatură de două mii de grade. În acest caz, a fost posibil să obțineți diamante de dimensiuni decente.

Cu toate acestea, astfel de experimente au dat un alt rezultat neașteptat. După transformarea grafitului în diamant, a avut loc o tranziție inversă a diamantului în grafit cu o scădere a presiunii, adică a avut loc grafitizarea. Astfel, nu s-a putut obține un rezultat stabil cu o singură presiune. Apoi, odată cu creșterea presiunii, grafitul a început să fie încălzit. Un timp mai târziu, a fost posibil să se calculeze intervalul de presiuni și temperaturi la care puteau fi obținute cristale de diamant. Cu toate acestea, aceste metode încă nu permiteau obținerea unui mineral de calitate prețioasă.

Pentru a obține pietre potrivite pentru crearea de bijuterii, au început să crească diamante folosind o sămânță. Pe măsură ce a fost folosit un cristal de diamant gata făcut, care a fost încălzit la o temperatură de 1500 de grade, care a stimulat mai întâi creșterea rapidă și apoi lentă. Cu toate acestea, aplicarea metodei la scară industrială a fost neprofitabilă. Apoi au început să folosească metanul ca pansament superior, care în astfel de condiții s-a descompus în carbon și hidrogen. Acest carbon a acționat, dacă pot să spun așa, ca furaj al diamantului, permițându-i să crească mult mai repede.

Astfel, astăzi această metodă este folosită pentru a crea diamante artificiale. Deși rentabil, costul acestor minerale întregi produse de om rămâne ridicat, făcându-le mai puțin populare decât înlocuitorii de diamante.

Depozite minerale

Diamantele se nasc la o adâncime de 100 km și la o temperatură de 1300 de grade. Magma kimberlit, care formează conducte de kimberlit, intră în acțiune ca urmare a exploziilor. Aceste țevi sunt principalele depozite de diamante. Pentru prima dată, o astfel de țeavă a fost descoperită în provincia africană Kimberley, de unde și numele.

Cele mai cunoscute zăcăminte sunt în India, Rusia și Africa de Sud. Depozitele primare reprezintă 80% din toate diamantele extrase.

Pentru a găsi un diamant în natură, se folosesc raze X. Cele mai multe dintre pietrele găsite sunt nepotrivite producția de bijuterii, deoarece au un număr semnificativ de defecte, inclusiv fisuri, incluziuni, nuanțe străine de fluorescență și așa mai departe. Prin urmare, aplicarea lor este tehnică. Astfel de pietre sunt împărțite în trei categorii:

scândură - pietre cu structură zonală;
ballas - pietre care au o formă rotundă sau în formă de pară;
carbonado - diamant negru.

Diamantele de dimensiuni mari cu caracteristici remarcabile își primesc de obicei numele. În plus, costul ridicat al pietrei o face de dorit pentru mulți, ceea ce garantează o „poveste sângeroasă”.

Grafitul se formează ca urmare a modificării rocilor sedimentare. În Mexic și Madagascar, poate fi găsit minereu de grafit de calitate scăzută. Cele mai cunoscute zăcăminte sunt în Krasnodar și Ucraina.

Aplicație

Utilizarea atât a diamantului, cât și a grafitului este mult mai largă decât pare. Există mai multe utilizări pentru diamante.

În industria de bijuterii, diamantele sunt folosite doar la tăiere, după cum știți, ele sunt numite strălucitoare. Doar 20% din toate pietrele extrase sunt potrivite pentru bijuterii și există mult mai puține minerale de înaltă calitate.

Diamantele sunt cele mai scumpe pietre din lume. Din punct de vedere al valorii, doar unele copii de rubine pot fi comparate cu acestea. Valoarea mineralelor este afectată de tăiere, culoare, nuanță și claritate. De obicei, unele dintre aceste caracteristici sunt invizibile cu ochiul liber, dar sunt dezvăluite în timpul examinării.

Utilizarea diamantelor în bijuterii este foarte comună. Adesea acţionează ca singura piatră sau completează safire, rubine, smaralde de înaltă calitate. Cea mai comună utilizare a pietrelor sunt inelele de logodnă.

In domeniul tehnic se iau de obicei materii prime de mana a doua, cu defecte sau cu diferite nuante. Diamantele tehnice sunt împărțite în mai multe subcategorii.

diamante de o anumită formă, care este potrivită pentru fabricarea rulmenților, vârfurilor de găurit și așa mai departe;
pietre brute;
pietricele cu defecte, utilizate numai pentru fabricarea așchiilor de diamant și a pulberii.

Acestea din urmă sunt folosite fie în piese foarte mici, fie ca acoperire pentru fabricarea sculelor de tăiere și șlefuire.

În electronică se folosesc ace, care sunt cristale brute care au în mod natural un vârf ascuțit, sau fragmente cu același vârf. Instalațiile de foraj din industrie conțin și diamante. Straturile acestui mineral sunt folosite în microcircuite, contoare și așa mai departe, acest lucru se datorează conductivității și rezistenței termice ridicate.

Aproximativ 60% din toate diamantele industriale sunt folosite în scule. Restul de 40% în sume egale:

la forarea puțurilor;
prelucrare;
în mici detalii de bijuterii;
în roți de șlefuit.

ÎN formă pură grafitul nu este folosit. De obicei este procesat. Grafit cea mai bună calitate folosit sub forma unei tije de creion. Grafitul găsește cea mai largă aplicație în turnare. Aici este folosit pentru a asigura o suprafață netedă a oțelului. Pentru aceasta, este folosit în forma sa brută.

Industria cărbunelui electric folosește nu numai origine naturală minerale, dar și create. Acesta din urmă are o uniformitate ridicată în calitate și puritate. Conductivitatea mare a curentului îl face să fie utilizat pe scară largă și pentru fabricarea electrozilor în instrumente. În plus, este folosit ca perii de motor. În metalurgie, grafitul este folosit ca lubrifiant.

Tijele de grafit, pentru capacitatea lor de a încetini neutronii, au fost utilizate anterior pe scară largă la crearea reactoarelor nucleare. În special, au fost tije de bor cu vârfuri de grafit care au acționat ca tije de control-protecție la centrala nucleară de la Cernobîl. Una dintre problemele care au dus ulterior la accident a fost că pentru a stinge reacția în lanț a fost necesară absorbția neutronilor, de care borul era responsabil, și nu încetinirea. Prin urmare, în momentul în care tijele au fost coborâte în miez reactorului, energia acestuia a crescut brusc, ceea ce a dus la supraîncălzire. Dar acesta a fost doar unul dintre multele motive.

Astfel, diamantul și grafitul sunt două minerale diferite cu acelasi element la baza. Structurile lor fac proprietățile diferite, ceea ce este de interes. Fiecare dintre ele este frumos în felul său și are o aplicație foarte largă atât în structuri foarte complexe, cât și în obiectele de zi cu zi.

Introducere

Industria diamantelor din țara noastră se află în stadiul de dezvoltare, introducerea de noi tehnologii de prelucrare a mineralelor.

Depozitele găsite de diamante sunt deschise numai prin procese de eroziune. Pentru cercetaș, asta înseamnă că există multe depozite „oarbe” care nu ies la suprafață. Puteți afla despre prezența lor prin anomaliile magnetice locale detectate, a căror margine superioară este situată la o adâncime de sute, iar dacă aveți noroc, atunci la zeci de metri. (A. Portnov).

Pe baza celor de mai sus, pot judeca perspectivele de dezvoltare a industriei diamantelor. De aceea am ales tema – „Diamant și grafit: proprietăți, origine și semnificație”.

În munca mea, am încercat să analizez relația dintre grafit și diamant. Pentru a face acest lucru, am comparat aceste substanțe din mai multe puncte de vedere. Am trecut în revistă caracteristicile generale ale acestor minerale, tipurile industriale ale zăcămintelor lor, tipurile naturale și tehnice, dezvoltarea zăcămintelor, domeniile de aplicare și semnificația acestor minerale.

În ciuda faptului că grafitul și diamantul sunt polari în proprietățile lor, ele sunt modificări polimorfe ale aceluiași element chimic - carbonul. Polimorfii, sau polimorfii, sunt substanțe care au aceeași compoziție chimică, dar o structură cristalină diferită. Odată cu începutul sintezei diamantelor artificiale, interesul pentru studiul și căutarea modificărilor polimorfe ale carbonului a crescut brusc. În prezent, pe lângă diamant și grafit, lonsdaleitul și haotita pot fi considerate stabilite în mod fiabil. Primul s-a găsit în toate cazurile numai în strânsă intercreștere cu diamantul și de aceea se mai numește și diamant hexagonal, iar al doilea apare sub formă de plăci alternând cu grafitul, dar situate perpendicular pe planul său.

Modificări polimorfe ale carbonului: diamant și grafit

Caracteristicile generale ale unui diamant

Diamantul este o substanță cristalină incoloră, transparentă, care refractă extrem de puternic razele de lumină.

Atomii de carbon din diamant sunt într-o stare de hibridizare sp3. În starea excitată, electronii de valență din atomii de carbon sunt deprimați și se formează patru electroni neperechi.

Fiecare atom de carbon din diamant este înconjurat de alți patru, localizați din el în direcția de la centru la vârfurile tetraedrului.

Distanța dintre atomi din tetraedre este de 0,154 nm.

Puterea tuturor legăturilor este aceeași.

Întregul cristal este un singur cadru tridimensional.

Impuritățile de azot, oxigen, sodiu, magneziu, aluminiu, siliciu, fier, cupru și altele au fost găsite în diamante, de obicei în miimi de procent.

Diamantul este extrem de rezistent la acizi și alcaline, nu este umezit de apă, dar are capacitatea de a adera la anumite amestecuri de grăsimi.

Diamantele apar în natură atât sub formă de cristale individuale bine definite, cât și sub formă de agregate policristaline. Cristalele formate corect arată ca poliedre cu fețe plate: un octaedru, un dodecaedru rombic, un cub și combinații ale acestor forme. Foarte des, există numeroase etape de creștere și dizolvare pe fețele diamantelor; dacă nu se pot distinge pentru ochi, fețele apar curbate, sferice, octaedroid, hexaedroid, cuboid și combinații ale acestora. Forma diferită a cristalelor se datorează lor structura interna, prezența și natura distribuției defectelor, precum și interacțiunea fizico-chimică cu mediul care înconjoară cristalul.

Dintre formațiunile policristaline se remarcă - ballas, carbonado și board.

Balasele sunt formațiuni sferulitice cu o structură radiantă. Carbonado - agregate criptocristaline cu o dimensiune a cristalelor individuale de 0,5-50 microni. Placa este din agregate clare. Ballas și mai ales carbonado au cea mai mare duritate dintre toate tipurile de diamante.

Fig.1

Fig.2

Caracteristicile generale ale grafitului

Grafitul este o substanță cristalină de culoare gri-negru, cu o strălucire metalică, grasă la atingere, inferioară ca duritate chiar și hârtiei.

Structura grafitului este stratificată, în interiorul stratului atomii sunt legați prin legături mixte ionic-covalente, iar între straturi prin legături esențial metalice.

Atomii de carbon din cristalele de grafit sunt în hibridizare sp2. Unghiurile dintre direcțiile de legătură sunt 120*. Rezultatul este o grilă formată din hexagoane regulate.

Când este încălzit fără acces la aer, grafitul nu suferă nicio modificare până la 3700 * C. La temperatura specificată, este expulzat fără să se topească.

Cristalele de grafit sunt de obicei plăci subțiri.

Datorita duritatii scazute si a clivajului foarte perfect, grafitul lasa usor o urma pe hartie, grasa la atingere. Aceste proprietăți ale grafitului se datorează legăturilor slabe dintre straturile atomice. Caracteristicile de rezistență ale acestor legături caracterizează capacitatea scăzută de căldură specifică a grafitului și punctul său de topire ridicat. Drept urmare, grafitul are o refractare extrem de mare. În plus, conduce bine electricitatea și căldura, este rezistent la mulți acizi și alte substanțe chimice, se amestecă ușor cu alte substanțe, are un coeficient de frecare scăzut și un grad ridicat de lubrifiere și putere de acoperire. Toate acestea au dus la o combinație unică de proprietăți importante într-un singur mineral. Prin urmare, grafitul este utilizat pe scară largă în industrie.

Fig.3.

Sigiliu

Interesant de asemenea:

Cum să dați apă bebelușilor, este posibil să dați apă bebelușilor?

Cum să îndepărtezi petele vechi de pe haine?

Coafuri folosind agrafe Care sunt tipurile de agrafe

Vă recomandăm să citiți:

2022-12-06 04:35:05

Tipuri de săgeți pentru ochi: care sunt opțiunile și formele

2022-12-06 04:35:05

De ce unele fete nu răspund și ce să facă în acest caz Fata nu răspund - ce să facă într-o astfel de situație

2022-12-06 04:35:05

La ce vârstă poți pierde inocența: discuție La ce vârstă încep fetele să se atingă

Continuând subiectul:

Sus pe scara carierei

Conceptul de situații periculoase și de urgență de origine socială

Caracteristicile generale ale persoanelor care intră sub incidența sistemului de prevenire a delincvenței juvenile și a criminalității, precum și a altor comportamente antisociale...