Алмаз

Свойства алмаза. Этот удивительный минерал известен людям уже около 5 тыс. лет, однако он до сих пор привлекает к себе пристальное внимание. Описывая алмаз, десятки раз употребляют слово "самый" - самый твердый, самый блестящий, самый износостойкий, самый дорогой, самый редкий, самый теплопроводный и т. д. Необыкновенные свойства способствовали возникновению легенд и поверий, связанных с этим камнем. Название алмаз произошло от искаженного греч. αδαμαξ (адамас) - неодолимый, несокрушимый.

В Древней Индии алмазам приписывали магические свойства, поэтому сведения об их добыче тщательно скрывали.

В Европу алмазы попали, видимо, в VI - V вв. до н. э. В Британском национальном музее хранится бронзовая статуэтка с двумя необработанными алмазами вместо глаз. Она найдена в Древней Греции и датируется V в. до н. э. Плиний Старший в "Естественной истории" описал некоторые свойства алмаза, причем наряду с правильными представлениями об его твердости, спайности, блеске и прозрачности он приводит некоторые фантастические, выдуманные.

На Руси слово "алмаз" впервые упомянуто в книге Афанасия Никитина (? -1472 гг.) "Хождение за три моря". В "Лапидариях" (XI - XIII вв.) алмазы разделены на мужские и женские. Считалось, что алмаз придает владельцу силу, твердость и мужество, предохраняет от врагов, усиливает остроту ума. М. И. Пыляев [29] приводит ряд примеров из средневековых представлений об алмазе: "Алмаз укрощает ярость и сластолюбие, дает воздержание и целомудрие". Он пишет о том, что турки и персы в XVI в. считали, что "пристальное созерцание прозрачного бриллианта разгоняет хандру, снимает с глаз мрачную завесу, делает человека проницательнее и настраивает его на веселый лад... Алмаз, привязанный к руке женщины, помогает ей разрешиться от бремени, сгоняет с лица пестрый цвет, носящий алмаз угоден царям...". Считалось, что из двух воюющих сторон победит та, у которой алмаз больше.

В настоящее время этот замечательный минерал изучен довольно детально. Основные его свойства описаны в монографиях А. Е. Ферсмана, И. И. Шафрановского, М. А. Гневушева, Г. О. Гомона, Ю. Л. Орлова [26] и др. Алмаз кристаллизуется в гексоктаэдрическом классе симметрии кубической сингонии. В его кристаллической решетке атомы углерода прочно объединены силами ковалентных связей. Каждый атом соединен с четырьмя окружающими его атомами.

Кристаллы алмаза разнообразны; помимо плоскогранных, распространены кривогранные формы, наряду с изометрическими часто встречаются деформированные, удлиненные или уплощенные, а также со ступенчатыми или полицентрическими гранями. Плоскогранные октаэдры с зеркально ровными гранями и острыми ребрами довольно редки, часто на гранях развиваются различные фигуры травления (треугольники и др.), ребра округляются. Благодаря ступенчатому или полицентрическому строению граней кристаллы могут принимать вид псевдоромбододекаэдров или псевдокубов. Плоскогранные октаэдры с острыми ребрами кубического габитуса чрезвычайно редки, ребра таких кристаллов обычно сглажены, на гранях наблюдаются четырехугольные углубления.

Для алмаза характерны кривогранные формы (рис. 14): октаэдроиды, додекаэдроиды, гексаэдроиды, тетраэдроиды, на гранях которых наблюдаются параллельная, вальцеобразная или сноповидная штриховки, микрослоистость, пирамидальные и каплевидные холмики, ямки травления, дисковая и черепитчатая скульптуры. Иногда алмазы имеют каналы травления, покрываются тончайшими приповерхностными трещинами, создающими матовость при коррозии, несут следы механического износа. Внутреннее строение монокристаллов алмаза чаще зональное или волокнистое, устанавливается невооруженным глазом или специальными исследованиями. Распространены и пластически деформированные кристаллы. Детально изучая морфологию и внутреннее строение кристаллов алмаза, можно восстановить историю его образования.

Рис. 14. Кристаллы алмазов кривогранной формы

Кроме монокристаллов, алмазы часто образуют закономерные и незакономерные сростки. Первые разделяются на двойники и параллельные сростки. Двойникование у алмаза происходит по шпинелевому закону. Среди двойников срастания октаэдров особенно следует отметить уплощенные двойники треугольной формы. Двойники прорастания наблюдаются у октаэдров, но особенно они характерны для гексаэдров. Иногда встречаются двойники, образующие многолучевые звезды (рис. 15). Незакономерные сростки весьма типичны для алмаза. Срастаться могут два-три индивида различной или одинаковой величины или множество индивидов, образующих различные поликристаллические агрегаты. Выделяют несколько их разновидностей: борт, баллас и карбонадо.

Рис. 15. Двойники срастания кристаллов алмаза

Борт - это мелкозернистые неправильной формы агрегаты беспорядочно ориентированных кристаллов, различимые невооруженным глазом или под микроскопом (рис. 16). Темная окраска объясняется присутствием графита. Выделения борта могут достигать нескольких сотен граммов. Борт встречается практически на всех месторождениях алмазов. В технике бортом часто называют низкокачественные алмазы с большим числом трещин и включений, монокристаллы алмаза пониженного качества и агрегаты.

Рис. 16. Борт

Разновидность алмазов карбонадо была обнаружена в 1813 г. Название получила от португ. "carbonados" - карбонатизированный. Карбонадо представляют собой скрытокристаллические образования из разупорядоченных индивидов алмазов размером 5 - 10 мкм, иногда в них присутствуют аморфный углерод и графит. Форма образований неправильная, угловатая или округлая. Они непрозрачны, имеют темно-серый, черный, зеленоватый, серый и коричневый цвета, блестящую, эмалевидную, антрацитоподобную или матовую шлаковидную поверхность (рис. 17). Обычно их масса 0,1 - 1 кар, но встречаются и более крупные. Так, в 1825 г. в Бразилии был найден камень массой 3167 кар. Карбонадо обнаружены также в Венесуэле, Южной и Центральной Африке. Карбонадо обладают очень большой прочностью, поэтому они используются для изготовления коронок, предназначенных для бурения особо твердых горных пород. Применяется карбонадо и для правящего инструмента. В Африке встречена разновидность карбонадо с магнитными свойствами, названная стюартитом. Его магнитные свойства обусловлены большим числом включений магнетита.

Рис. 17. Карбонадо

Балласы, дробеобразный борт, алмазы Кунца - под таким названием известны поликристаллические образования округлой, овальной или грушеобразной формы с радиально-лучистым строением кристаллитов размером 10 - 200 мкм. Диаметр агрегатов колеблется от нескольких миллиметров до 20 мм, реже более. Известны находки балласов массой до 75 кар. Балласы могут быть непрозрачными, полупрозрачными или просвечивающими, с сильным блеском или матовые, бесцветные, серые, черные или зеленоватые (рис. 18). Встречаются они в Бразилии, Южной Африке, в СССР. Применяются в буровых коронках.

Рис. 18. Балласы

В последние годы обнаружена новая разновидность поликристаллических образований алмаза ударно-взрывного происхождения. Такие алмазы приурочены к своеобразным кольцевым воронковидным структурам - астроблемам, которые получаются при ударе космического тела о земную кору. Возникшие при этом высокие температура и давление способствовали образованию алмазов. Размеры угловатых, неправильной формы агрегатов, как правило, 1 - 2 мм, размер кристаллитов - 20 - 40 мкм. Алмазы непрозрачные, черные, желтоватые или зеленоватые. Строение их слоистое или волокнистое. При рентгеновских исследованиях агрегатов, помимо алмаза, устанавливаются другие модификации углерода: графит, лонсдейлит и карбин.

Высокая твердость и износостойкость алмазов обусловливают его широкое применение в технике. Твердость алмаза - 10, самая высокая среди всех минералов; микротвердость (в МПа) - 93 157 - 98 648. Однако у алмаза наблюдается анизотропия твердости, выражающаяся в том, что на разных гранях и в различных направлениях твердость несколько отличается. Наименее износоустойчивыми направлениями, по которым и обрабатывают алмаз, являются следующие: в плоской сетке куба - направления, параллельные сторонам кубических граней, в плоской сетке октаэдра - направления, соответствующие высотам треугольных граней.

В свою очередь, твердость октаэдрических граней больше твердости ромбододекаэдрических, но ниже, чем кубических. Износостойкость алмазов колеблется в широких пределах, средняя ее величина в несколько раз выше износостойкости широко известных абразивных материалов - карбидов бора и кремния. Абразивная способность материала определяется отношением массы сошлифованного материала к массе израсходованного абразива. Если принять абразивную способность алмаза за единицу, то абразивная способность карбида бора составит 0,5 - 0,6, а карбида кремния - 0,2 - 0,3.

Теоретическая плотность алмаза 3,515 г/см³. Однако встречаются алмазы, у которых наблюдаются значительные отклонения от этой величины, что связано с наличием различных включений, трещин, пор, а также агрегативным строением. Наименьшую плотность имеют карбонадо (до 3,4 г/см³). Плотность балласов уменьшается от светлых разностей к темным. У монокристаллов с различимым невооруженным глазом зональным строением - "алмазов в оболочке" и графитизированных кристаллов плотность ниже среднего значения. Плотность прозрачных с зелеными пятнами пигментации или дымчато-коричневых алмазов несколько ниже, чем у бесцветных или желтых, но эти колебания выражаются в тысячных, реже сотых долях единиц плотности.

Алмаз имеет совершенную спайность по {III}, излом ровный, ступенчатый, раковистый. Модуль упругости алмаза равен 88 254 МПа, что объясняет деформацию алмаза при его воздействии на обрабатываемый материал. В связи с этим при алмазной обработке материалов удельное давление и температура должны быть в несколько раз ниже, чем при использовании других абразивов. Предел прочности на изгиб у алмаза 206 - 490 МПа, что в три-четыре раза меньше, чем у твердого сплава (1079 - 1471 МПа). Предел прочности алмазов при сжатии зависит от их формы и дефектности. В среднем он составляет 1961 МПа, что в 2 раза меньше предела прочности для твердых сплавов (3922 - 4903 МПа). Плотность на разрыв 7 746 740 МПа (теоретическая). Коэффициент сжатия алмаза и модуль сжимаемости в 4 раза меньше, чем у железа.

Алмаз состоит из углерода (96 - 99,8%). В качестве примесей в нем установлены в различных количествах (от n·10^-8 до 0,3%) более 25 элементов: H, B, N, O, Na, Mg, Al, Si, P, Ca, Sc, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Sr, Ba, Zr, TR, Pt, Au, Ag, Pb и др.

Совершенно бесцветные алмазы довольно редки. Обычно у них наблюдается какой-либо оттенок (нацвет). Встречаются интенсивно окрашенные алмазы желтого, оранжевого, зеленого, голубого, синего, розового, коричневого, молочно-белого, серого, черного цвета (рис. 19). Среди окрашенных алмазов большой известностью пользуются сапфиро-синий алмаз "Хоуп" (масса 44,5 кар), голубого цвета "Королева Голландии" (136,5 кар), яблочно-зеленый "Зеленый Дрезден" (41 кар), желтые алмазы "Тиффани" (128,5 кар), "Красный крест" (205 кар), "Мун" (183 кар), "Иранский желтый" (183 кар), "Флорентиец" (132,2 кар), янтарно-желтый "Алмаз Альберта" (102 кар), розовый алмаз "Непал розовый" (72 кар), черные алмазы из Баии (350 кар) и "Орлов черный" (67,5 кар). Окраска алмазов связана с различными дефектно-примесными центрами в структуре кристаллов, а иногда - с включениями ряда минералов. Наиболее распространенная желтая окраска может иметь различное происхождение. Равномерная лимонно- или соломенно-желтая окраска прозрачных кристаллов октаэдрической или додекаэдрической формы обусловлена наличием дефектно-примесного центра N3 (интерпретируемого как донорно-акцепторная пара [N - Al] или три атома азота и вакансия), с которым связана система линий (головная 415 нм) в спектрах поглощения. Желтая, янтарно-желтая окраска прозрачных кристаллов кубического габитуса и периферийной зоны "алмазов в оболочке" связана с одиночными атомами азота, изоморфно замещающими в структуре алмаза атомы углерода. В таких алмазах наблюдается поглощение с 550 нм. Зеленые пятна пигментации, окрашивающие поверхность кристаллов в зеленоватый или голубоватый цвет, появляются в результате природного радиоактивного облучения. При нагревании в процессе метаморфизма они становятся желтыми. Желтые пятна пигментации наблюдаются на алмазах из древних россыпей.

Рис. 19. Алмазы синего и розового цвета

Встречаются алмазы с синей и голубой окраской. Предполагают, что этот тип окраски обусловлен вхождением в структуру алмаза бора. Очень распространены дымчато-коричневые и реже розовато-сиреневые алмазы, окраска которых связана с дефектами на плоскостях скольжения. Молочно-белая окраска объясняется наличием мелкодисперсных включений граната во внешней части кристалла, а серая и черная - включениями графита.

Алмаз при обычных температурах химически инертен. Кислоты, даже самые сильные, на него не действуют. При высоких температурах алмаз приобретает химическую активность. При температуре выше 450 - 500°С (микропорошки) - 600 - 700°С (кристаллы) алмаз может окисляться кислородом, CO₂, NO, водяным паром. При температурах 600 - 800°С и выше кристаллы алмаза травятся в расплавах щелочей, кислородсодержащих солей и металлов.

Алмаз не смачивается водой, но прилипает к жировым смесям. Высокий показатель преломления (2,417) объясняет его яркий, алмазный блеск. Для лучей разного цвета показатель преломления неодинаков: для красного - 2,402; желтого - 2,417; зеленого - 2,427; фиолетового - 2,465. Таким образом, дисперсия показателя преломления алмаза - 0,063, что намного выше, чем у других минералов. Высокой дисперсией объясняется "игра" бриллиантов. "Это свет солнца, сгустившийся в земле и охлажденный временем, он играет всеми цветами радуги, но сам остается прозрачным, словно капля", - пишет А. И. Куприн в одном из произведений. Угол внутреннего отражения для алмаза при n=2,42 составляет 24°51′.

Кристаллы алмаза оптически изотропны, однако довольно часто в них возникают упругие напряжения, приводящие к появлению аномального двупреломления. Узоры двупреломления могут быть различными [26]: полосчатыми, соответствующими зональному строению кристаллов или связанными с плоскостями скольжения; радиально-лучистыми, вызванными дислокациями роста кристаллов; звездо- и крестообразными, связанными с неравномерным распределением примесей; в виде изоклин, вызванных объемными напряжениями в алмазе; в виде фантомов, обусловленных напряжениями, направленными в разные стороны; вызваны включениями посторонних минералов; напоминающими рисунок соломенных ковриков (в алмазах II типа).

Под воздействием катодных, рентгеновских и ультрафиолетовых лучей некоторые алмазы люминесцируют, что вызвано дефектами их структуры. Цвет люминесценции различен - от зеленого и желтого до голубого или синего. Алмазы с различным свечением имеют разные физико-механические свойства. Так при статическом одноосном сжатии наибольшей прочностью отличаются несветящиеся алмазы, затем голубые, зеленые, желтые и розовые. Самая большая динамическая прочность у кристаллов с розовым свечением, ниже у кристаллов с зеленым, желтым и голубым свечением. Наименьшая прочность на удар у несветящихся алмазов. При испытании алмазов с различным свечением на истирание наибольшая износостойкость установлена у алмазов, светящихся зеленым цветом, ниже - у голубых, желтых алмазов, с розовым свечением и у несветящихся.

В 1934 г. Р. Робертсон, Дж. Дж. Фокс и А. Е. Мартин выяснили, что алмазы по физическим свойствам делятся на два типа. В 1959 г. В. Кайзер и В. Л. Бонд связали эти отличия с разным содержанием в них азота: в алмазах I типа оно достигает ∼0,25%, в алмазах II типа не превышает 0,001%. Алмазы I типа резко преобладают во всех месторождениях, однако в южноафриканских кимберлитовых трубках "Премьер", "Де Бирс" и "Финч", по данным Дж. Кастерса, много и алмазов II типа, а среди мелких кристаллов из трубки "Премьер", по подсчетам С. Толанского, они составляют до 90% от всей массы алмазов.

Алмазы I и II типа отличаются и по характеру поглощения в ультрафиолетовой и инфракрасной областях. Граница фундаментального поглощения в ультрафиолетовой области в алмазах II типа находится в пределах 220 - 225 нм, а в алмазах I типа - 300 - 320 нм.

В инфракрасных спектрах алмазов наблюдается двухфононное решетчатое поглощение в области 3 - 6 мкм, связанное с температурным колебанием атомов углерода в решетке алмаза. В алмазах, содержащих различные дефектно-примесные центры, установлены системы поглощения A, B₁, B₂ и B с соответствующими основными линиями (см^-1) - A - 1282, B₁ - 1175, B₂ - 1370, C - 1130.

Алмазы I и II типа отличаются и по своим электронным свойствам. При комнатной температуре алмазы являются диэлектриками, но среди алмазов II типа выделяется отдельный подтип IIб - алмазы, обладающие полупроводниковыми свойствами. При облучении ультрафиолетовыми лучами (210 - 300 нм) в алмазах появляется фотопроводимость, которая вдвое увеличивается при дополнительном одновременном облучении их инфракрасными лучами. При одинаковых условиях фотопроводимость алмазов II типа на порядок выше, чем I типа. Счетные свойства, проявляющиеся в этих фотопроводниках, используются в кристаллических счетчиках проводимости. При этом механизм счета алмазов I и II типа различный.

Алмаз характеризуется очень высокой теплопроводностью. Она не одинакова при различной температуре. В интервале температур 20 - 1200 К теплопроводность алмаза выше теплопроводности меди. Линейное расширение алмазов при температуре 0 - 1400° С составляет 0,58%, коэффициент теплового расширения при 25°С равен 1,3·10^-6, а при 1400°С - 7·10^-6.

Физические свойства алмазов (цвет, твердость, электропроводность и др.) изменяются при их облучении: цвет становится синим, сине-зеленым, а при увеличении времени облучения - темно-зеленым и черным. Изменения в структуре алмазов приводят и к изменению механических свойств: на 20 - 40% увеличивается статистическая прочность, однако динамическая прочность уменьшается.

В зависимости от свойств алмазы делят на ювелирные и технические. К ювелирным относят прозрачные алмазы (бесцветные или с нацветом) с небольшим количеством дефектов. К техническим алмазам в зависимости от назначения предъявляются соответствующие требования. Технические алмазы низкого сорта и поликристаллические их разновидности обязательно проходят предварительную обработку с целью разделения их по форме и размерам, а также для выделения алмазов с более высокими значениями прочности. При этом алмазы дробят, овализируют, полируют, а также подвергают термической обработке и металлизации.

Добыча алмазов. До XVIII в. Индия была главным поставщиком алмазов. Их начали добывать здесь уже во II тысячелетии до н. э. Основной район добычи (Голконда) расположен в бассейнах рек Кришна, Пеннер и Годавари. Алмазы приурочены к песчаникам, конгломератам, пескам и галечникам. В Индии были найдены известные всему миру камни: "Кох-и-Нор", "Регент", "Орлов", "Дерианур", "Санси", "Шах", "Хоуп", "Флорентиец", "Зеленый Дрезден" и другие. Из Индии алмазы попадали в Грецию и другие европейские страны. После открытия богатых россыпей алмазов в Бразилии Индия утрачивает главенствующую роль в поставке алмазов. В настоящее время ежегодный объем добычи алмазов в Индии не превышает 20 тыс. кар, причем их добывают не только из россыпей, но и из коренных месторождений - алмазоносных кимберлитовых трубок.

Алмазы в Бразилии открыты якобы в 1714 г. крестьянином Ф. Машадо да Силва, который в каменоломне Сан-Педро недалеко от горы Лапа в шт. Гояс нашел светлый красивый твердый камешек. В 1730 г. камень был продан ювелиру, и в Бразилии началась настоящая алмазная лихорадка. По другой версии, алмазы были открыты Антонио Арцао, обнаружившим прозрачные камни в песке, примешиваемом к глине. Вначале камешками играли дети, затем из них сделали игральные фишки, которые в 1725 г. увидели ювелиры, и в поселок, названный Диамантино, хлынули толпы алмазоискателей. Вскоре Бразилия вышла на первое место в мире по добыче алмазов. С увеличением добычи алмазов в Бразилии цены на них на мировом рынке упали. Для стабилизации цен правительство Португалии ввело высокие пошлины на экспорт алмазов из своей колонии Бразилии и установило высокую арендную плату на алмазоносные участки. Добыча алмазов была объявлена собственностью короля. В результате добыча снизилась, а цены стабилизировались. В 1822 г. Бразилия стала независимым государством и частным лицам было разрешено разрабатывать месторождения. Это позволило расширить добычу и открыть новые алмазоносные площади. До 1850 г. в Бразилии добыто более 10 млн. кар алмазов.

В настоящее время добыча алмазов в этой стране составляет около 350 - 400 тыс. кар в год. Качество бразильских алмазов высокое. Размер мелких камней ("рисовых семечек", или "шаблиоз") - до 1 кар, покрупнее ("бала", или пуля) 1 - 3 кар, более крупных ("шапеу до падре") - свыше 3 кар. В Бразилии добыто несколько очень крупных камней, среди них "Президент Варгас", "Звезда юга", "Звезда Минаса", "Южный Крест" и др.

Алмазы из россыпей обнаружены в ряде районов Индонезии на о. Калимантан. Масса камней 0,25 кар, но иногда 10 - 20 кар.

В 1851 г. были найдены россыпи алмазов в Австралии, вначале в шт. Новый Южный Уэльс, а затем в штатах Квинсленд и Виктория. В 1975 - 1978 гг. здесь открыты богатые коренные месторождения - кимберлитовые трубки, освоение которых предполагается начать в ближайшее время. Здесь же открыты богатые месторождения алмазов нового типа, связанные с лампроитами.

В Южной Африке алмазы обнаружены в 1867 г. Существует легенда об их открытии. На берегу р. Оранжевой дети нашли несколько красивых, ярко блестевших на солнце камешков. Камни попали к фермеру Ван-Никерку, который и начал первый вести поиски алмазов. Вскоре он приобрел у негра-пастуха камень массой 83,5 кар, оцененный более чем в 11 тыс. фунтов стерлингов. Впоследствии этот камень получил собственное название - "Звезда Южной Африки". В июле 1879 г. группа искателей обнаружила алмазы в породе голубоватого цвета, получившей название "кимберлит" от расположенного вблизи пос. Кимберлей. Это было первое в мире коренное месторождение алмазов, представляющее собой вертикальную воронкообразную трубу, заполненную изверженной породой зеленого цвета - кимберлитом, - бедной кремнеземом и богатой соединениями железа и магния. Основные породообразующие минералы кимберлита - оливин, пироп, диопсид, кальцит и др.

В 1897 г. коренные месторождения алмазов обнаружены в Трансваале, в 1903 г. в Зимбабве, в 1907 г. - в Анголе и Заире, а затем - в Танзании, Лесото, Сьерра- Леоне, Ботсване, Гане. Добыча алмазов в Африке стала ведущей отраслью горной промышленности.

В России первый алмаз найден в 1829 г. на Урале на Крестовоздвиженском золотом прииске. Четырнадцатилетний Павел Попов, промывая золото, нашел крупный кристалл алмаза. Вскоре были выявлены россыпи у д. Северной и с. Промысел, в Гороблагодатском округе.

Первый алмаз на Сибирской платформе найден в 1948 г. С. Н. Соколовым. В 1949 г. разведочная партия Г. Х. Файнштейна выявила в Якутии россыпи промышленного значения. Коренные месторождения в Якутии открыты геологом Л. А. Попугаевой и рабочим Ф. А. Белкиным, которые 21 августа 1954 г. обнаружили трубку, названную "Зарницей". В 1955 г. Е. Н. Елагина и Ю. Хабардин открыли трубку "Мир". В дальнейшем были найдены и другие алмазные трубки.

Ниже приводится динамика добычи алмазов за рубежом в последние 60 лет.

Из приведенных данных следует, что добыча алмазов за рубежом постоянно росла и стабилизировалась только в последние 15 - 17 лет. Извлечено 1300 млн. кар (более 260 т) алмазов, в том числе 365 млн. кар ювелирных. За 20 лет (с 1960 по 1980 г.) добыто алмазов столько же, сколько за все предыдущие годы.

В настоящее время более 90% добычи алмазов за рубежом контролируется компанией "Де Бирс" (ЮАР), которая является владельцем ряда алмазодобывающих предприятий.

На рудниках компании ежегодно добывают более 12 млн. кар алмазов, в том числе 6 млн. кар ювелирных, причем объем добычи постоянно расширяется.

Наиболее крупные алмазодобывающие страны - Заир (ежегодная добыча 11 - 13 млн. кар), ЮАР (7 - 8 млн. кар), Ботсвана (2,5 - 3 млн. кар), Ангола, Намибия и Гана (около 2 млн. кар), Сьерра-Леоне (1,5 млн. кар). По оценке английского "Горного журнала", запасы алмазов за рубежом составляют 1334 млн. кар и распределяются следующим образом: в Заире - 550, ЮАР - 150, Ботсване- 110, Центральноафриканской Республики - 52, Гвинее - 51, Анголе - 45, Намибии - 35, Сьерра-Леоне - 31, Лесото - 30, Гане - 30, Индии - 25, Бразилии - 56, Венесуэле, Гайане и Колумбии - 102, Северной Америке - 50. 85% всех запасов приходится на страны Африки.

При сохранении современной добычи уровня мировых запасов алмазов хватит на 30 лет. В табл. 4 приведены сведения о наиболее крупных алмазах мира. Среди алмазов Якутии наиболее крупными являются (в кар): "XXVI съезд" (332), "Звезда Якутии" (232), "Революционер Иван Бабушкин" (171), "Великий почин" (135), "Большая Медведица" (114,5), "Мария" (106) и др.

Применение алмаза. Алмаз - драгоценный камень первого класса. Однако его сильный блеск и "игра" выявляются только после обработки. Еще в Древней Индии было известно, что шлифовка граней усиливает блеск и улучшает качество алмаза.

В Европе алмаз впервые был отшлифован Людвигом ван Беркемом в 1456 г. Однако некоторые считают, что это произошло гораздо раньше. Так, Е. Брутон пишет, что уже в 1330 г. в Венеции полировали грани алмазов, позже этой же технологией пользовались мастера Брюгге и Парижа. Вначале алмаз гранили в форме "пойнт кат", при этом грани октаэдра только притупляли, а площадка отсутствовала. Затем появилась огранка "тейбл кат" - таблитчатая (похожа на индийскую). Позже были разработаны огранка "роза", "старая простая огранка" с 18 гранями, "Мазарини" с 34 гранями и "Перуцци". Современная форма огранки появилась в 1910 г.

Таблица 4. Знаменитые алмазы мира

Ограненные алмазы-бриллианты использовались в различных украшениях - перстнях, подвесках, колье, диадемах, браслетах, государственных регалиях. М. И. Пыляев в книге "Драгоценные камни и их свойства" приводит ряд примеров. На одежде английской королевы было так много драгоценностей, что она с трудом выходила на аудиенцию, король Англии Генрих III носил до сотни колец с драгоценными камнями, а король Франции Людовик XII на торжественные выходы надевал одежду, усыпанную бриллиантами на сумму до 12 млн. франков по курсу того времени. В России бриллианты стали особенно модны при Екатерине II. Их вставляли в брелоки, застежки, табакерки, трости, украшали одежду, обувь и т. д.

Так же как и раньше, сейчас большая часть ювелирных алмазов идет на изготовление бриллиантов. Приблизительно до 1970 г. ведущая роль в этой области принадлежала Бельгии, затем центр производства бриллиантов переместился в Израиль (табл. 5).

Таблица 5. Производство бриллиантов в различных странах (% от общего объема) и общее производство бриллиантов (млн. кар)

Компания "Де Бирс", определяющая политику производства и продажи бриллиантов, до 1979 г. способствовала увеличению продажи алмазов Израиля и Индии, но в настоящее время объем продажи алмазов в этих странах уменьшен, что вызвало сокращение производства бриллиантов почти в два раза. Одновременно компания развивает гранильное производство в ЮАР. Конечная цель этих операций - дальнейшее повышение цен на бриллианты. Цены на алмазы с 1960 г. возросли в 7 раз, а цена на бриллианты в среднем в 5,4 раза (в 1960 г. 1 кар стоил 109 дол., в 1978 - 572 дол.).

С XIV в. алмазные порошки применялись для огранки алмазов в бриллианты. Издавна используются кристаллы алмазов для резки и обработки стекла. С 1863 г. алмазами армируют буровые коронки - это основная область использования технических алмазов. Кроме того, алмазы применяют в часовой промышленности и приборостроении в качестве подшипников и подпятников, подвесок, призм, инденторов и пинетраторов, полупроводниковых приборов и теплоотводов и т. д. Используются алмазы и в качестве абразивных и режущих материалов при обработке цветных, черных металлов и твердых сплавов. Их вставляют в алмазные отрезные и шлифовальные круги, резцы, сверла, фрезы, притиры, бруски, пасты, шкурки, надфили и т. п. Особенно велика роль алмазов при доводке деталей и инструментов. В последние годы алмазы стали применять для резки и обработки строительного камня, керамики и др.

В 1978 г. за рубежом на технические цели израсходовано более 110 млн. кар алмазов, из них 70% синтетических. 35 млн. кар приходится на долю США. Предполагается, что в 2000 г. потребление алмазов в технике за рубежом составит около 250 млн. кар.

В современной технике природные необработанные алмазы применяются в незначительных объемах. Большую их часть предварительно обрабатывают: дробят, округляют (овализируют), полируют, раскалывают и шлифуют, а затем из них изготавливают заготовки для резцов, сверл и т. п. В последние годы стали применять новые методы их предварительной обработки - металлизацию (покрытие тугоплавкими металлами), термическую обработку и др.

Идентификация бриллиантов. В ювелирной практике для имитации бриллиантов (табл. 6) издавна использовали различные прозрачные, бесцветные минералы - циркон, корунд, фенакит, топаз, гошенит, горный хрусталь или окрашенные - демантоид, титанит, сфалерит, шеелит и ряд других. В настоящее время для имитации алмаза применяются новые синтетические материалы - фианит, гадолиний-галлиевый и иттрий-алюминиевый гранаты, рутил, титанат стронция (фабулит), ниобат лития, шпинель, корунд (лейкосапфир) и некоторые другие. Синтетические ювелирные алмазы, о получении которых с 1955 г. время от времени сообщают те или иные фирмы, из-за огромной стоимости их производства не выходят пока из рамок экспериментов. Широко использовались долгое время как имитации бриллиантов "свинцовые стекла", а также дублеты и триплеты, но сейчас применение их упало в связи с получением довольно дешевых имитаций из синтетических материалов. Значительная разница в стоимости бриллиантов и их имитаций делает вопрос правильной диагностики очень важным.

Таблица 6. Диагностические признаки алмаза и его наиболее распространенных имитаций

Имитации алмаза можно разделить на две группы. К первой группе относятся имитации с высокими показателями преломления (выше 1,8, т. е. их нельзя замерить на рефрактометре) и дисперсией, а также с сильным алмазным блеском (синтетический рутил, титанат стронция, сфалерит, ниобат лития, фианит, ГГГ, ИАГ, титанит, демантоид и др.). Ко второй - имитации с довольно низкими показателями преломления (ниже 1,8, т. е. их можно замерить на рефрактометре), дисперсией и стеклянным блеском. Наиболее близки к алмазам по показателям преломления и дисперсии из минералов циркон и титанит, а из синтетических материалов - фианит и ГГГ.

Ряд диагностических приборов основан на определении отражательной способности (блеска), находящейся в связи со светопреломлением веществ по формуле Френеля: [(n-1)²/(n+1)] 100. Рефлектометры У. У. Ханнемана ("Глаз ювелира", "Блескометр", "Алмазный глаз") предназначены специально для отличия алмаза от его высоко-преломляющих имитаций.

Рефлектограф "Gemprint" позволяет отличить алмаз от имитаций по картинам отражения света гранями камней с различным внутренним строением и типом огранки. В ряде стран эта особенность заложена в сертификаты бриллиантов.

При правильной огранке алмаза весь свет, падающий на него через коронку, полностью отражается от граней павильона, и при просмотре бриллианта на свет видна только одна светящаяся точка в колетте. Из-за полного внутреннего отражения нельзя ничего увидеть через бриллиант. На различии критического угла у алмаза и имитаций основаны тесты "световой шпиль" и "световая передача". Высокий показатель преломления алмаза при просмотре его через площадку создает иллюзию значительно меньшей толщины камня, чем это на самом деле.

При диагностике бриллиантов широко используется определение оптического характера с помощью полярископа. Оптически анизотропны синтетический рутил, ниобат лития, титанит, циркон, шеелит, лейкосапфир, фенакит, топаз, берилл, горный хрусталь. Причем двупреломление у некоторых из этих имитаций столь высоко (рутил, ниобат лития, циркон, титанит), что можно наблюдать удвоение ребер нижних граней камня при просмотре его через площадку с помощью лупы или микроскопа. Алмаз - оптически изотропный минерал, однако довольно часто в нем наблюдается аномальное двупреломление, которое однако есть и у некоторых его имитаций (ИАГ, синтетической шпинели).

Основное отличие алмаза от имитаций - его непревзойденная твердость - 10. Это свойство определяет характерное только для бриллиантов наличие идеально плоских граней и острых ребер на стыке граней. На ряде имитаций (в том числе - фианите) ребра обычно слегка "заваленные" и присутствует вертикальная штриховка на рундисте.

Весьма важное свойство при диагностике алмазов - их плотность. Из наиболее распространенных имитаций близкую к нему плотность имеют только топаз, шпинель и, в некоторых случаях, титанит и сфалерит. Плотность остальных имитаций либо значительно выше плотности алмаза (рутил, титанат стронция, ниобат лития, ГГГ, циркон, шеелит, демантоид, ИАГ, корунд), либо ниже (фенакит, берилл, кварц). Плотность стекла колеблется в зависимости от содержания в нем свинца, у наиболее часто применяемого в качестве имитации бриллианта свинцового стекла она равна 3,74 г/см³. В связи с этим отличить алмазы, не закрепленные в изделия, от их имитаций весьма просто с помощью разбавленной жидкости Клеричи. Различие плотности алмаза и его имитаций приводит к тому, что при одном и том же размере масса бриллианта и имитаций будет различной (и наоборот), что помогает диагностике. Например, масса (кар) ограненного бриллиантовой огранкой камня одного и того же размера будет равна: алмаза - 1, титаната стронция - 1,45, ИАГ - 1,30, фианита - 1,60.

Дополнительными диагностическими свойствами могут служить спайность, люминесценция, поглощение в ультрафиолетовой и видимой областях, теплопроводность, смачиваемость жирами и др. Для определения некоторых из них сконструированы специальные приборы. Так, "Diamond Probe" позволяет быстро идентифицировать алмазы по их теплопроводности, во много раз превышающей теплопроводность имитаций. На свойстве алмаза смачиваться жирами основан "Алмазный карандаш" ("Gem Diamond Pen"), снабженный фетровым концом и заправленный специальными чернилами, которые оставляют сплошную черту на поверхности алмаза и пунктирную - на большинстве имитаций с высокими (выше 1,8) показателями преломления. На степени смачиваемости поверхности основан и метод определения контактного угла.

Надежный метод идентификации алмазов - пропускание рентгеновских лучей. Алмаз, в отличие от большинства минералов, синтетических камней и стекол, прозрачен в рентгеновских лучах.

При диагностике алмазов следует учитывать и включения, различаемые в наиболее высококачественных бриллиантах только при значительном увеличении. Их состав связан с глубинным происхождением алмаза и является очень характерным. Для сингенетических включений характерны оливин, пироп, в том числе с высоким содержанием кноррингитовой молекулы Mg₃Cr₂ [SiO₄]3, хромшпинелид, хромит, алмаз (более ранний), энстатит, диопсид, хромдиопсид, коэсит, пирротин, пентландит, рутил, ильменит, циркон и некоторые другие. Эпигенетические включения представлены гетитом, серпентином, графитом, гематитом, селлаитом, каолинитом, санидином и др. Встречаются иногда также включения, происхождение которых не совсем ясно, например: мусковит, флогопит, биотит, кварц, магнетит, кианит. Однако наличие этих включений, особенно сингенетических, не встречаемых больше почти ни в одном ювелирном камне и поэтому помогающих при идентификации алмаза, отрицательно влияет на его стоимость (если они различимы с помощью 2 - 10-кратной, в зависимости от качества и размера бриллианта, лупы). В связи с этим предпринимаются попытки удалить их каким-либо методом. В печать поступили сообщения об уничтожении включений сжиганием их лучами лазера с последующей обработкой канала кислотой. Наличие такого канала может служить диагностическим признаком алмаза [1].