Алмаз і графіт: властивості і характеристики мінералів

Привіт, дорогі наші читачі! Ви коли-небудь замислювалися, алмаз і графіт – що може бути у них спільного? Здавалося б, алмаз – це те, з чого роблять дорогі прикраси, що радують око людини навіть з самим витонченим смаком. Твердий, жорсткий і практично не піддається руйнації. І графіт – основний елемент для виготовлення олівців, дуже крихкий і легко ламається. Згадайте, як часто у вас ламався грифель?

Проте, обидва мінерали є спорідненими один одному. Більш того, відтворення спеціальних умов дозволяє здійснити процес перетворення з графіту в алмаз, так і навпаки.

Прочитання статті дозволить вам дізнатися якими властивостями володіють представлені в статті мінерали, про те, як вони взагалі з’явилися на Землі, куди потрібно відправитися для того, щоб видобувати алмази. Або, якщо пощастить менше, графіт, а також, чи можливо виготовлення алмазів і графіту в домашніх умовах.

Бажаємо приємного прочитання!

Алмаз і графіт

Особливості алмазу і графіту

Головними відмітними особливостями алмазу є:

  • здатність заломлювати і відбивати сонячне світло, що надає йому знаменитий блиск;
  • найвища твердість (в порівнянні з іншими мінералами) і крихкість;
  • метастабільній – здатність не змінювати своєї структури і стану протягом сотень років при звичайних умовах;
  • високі показники теплопровідності;
  • висока стійкість до кислот і лугів;
  • володіє низьким коефіцієнтом тертя;
  • діелектрик, електричний струм не проводить.

Такі властивості мінералу стають можливими завдяки тому, що його внутрішня структура має складну кристалічну решітку, яка була куб або тетраедр. В основі будови лежить такий хімічний елемент як вуглець.

При наявності у своїй кристалічній решітці домішок здатний змінювати свій звичний для всіх колір. Так, наявність у складі заліза надає мінералу коричневий відтінок, літію – жовтий, алюмінію – блакитний, марганцю – рожевий або червоний (в залежності від концентрації), бору – синій, хрому – зелений.

Графіт є повною протилежністю алмазу. Його структура складається з ряду шарів, що зовні нагадують собою тонкі пластини. Основним елементом будови є вуглець. Має чорний колір з відтінком металу. М’який і трохи жирнуватий на дотик.

Має наступні відмітні особливості:

  • не пропускає і не заломлює світло;
  • хороші показники теплопровідності;
  • хороша здатність огнеупорности;
  • крихкість;
  • низький коефіцієнт тертя;
  • проводить електричний струм;
  • можна змішувати з іншими речовинами.

Не дивлячись на настільки відрізняються властивості, сучасна наука навчилась штучно виготовляти представлені тут мінерали одне з одного.

Алмаз – це мінерал чи ні?

Для того, щоб відповісти на це питання розберемося, а що ж взагалі таке «мінерал». У сучасній науці мінералом прийнято вважати тверде тіло природного походження, що має кристалічну структуру, тобто розташування атомів суворо упорядковано.

Так як структура алмазу є кубом або тетраедр, має чітку кристалічну решітку, його з упевненістю можна віднести до мінералів.

Аналогічна ситуація і з графітом, пластинчаста структура якого так само має сувору впорядкованість.

Походження алмазів і графіту

Точних і достовірних даних, звідки з’явилися ці мінерали, немає. Існує лише деякі гіпотези, а саме:

  1. Гіпотеза про магматичному походження
  2. Гіпотеза про мантійному походження
  3. Гіпотеза про флюидной походження

Перші дві теорії є найпопулярнішими і зводяться до того, що поява відбулося в надрах нашої Землі багато мільйонів років тому на глибині від ста до двохсот кілометрів. На поверхню кристали були винесені в результаті вибухів і вивержень вулканів.

Графіт в свою чергу може утворюватися і в результаті зміни осадових порід.

Цікавим фактом є наявність алмазної крихти в метеоритах. Це говорить про те, що крім земного походження, існує ще і кристали метеоритного походження, принесені з космосу.

Існує ряд гіпотез про те, як могла утворюватися крихта в метеоритах. Найбільш популярна теорія полягає в тому, що сам по собі метеорит не містить в собі алмазну крихту в «чистому» вигляді, а лише збагачений вуглецем. При ударі об Землю розвиваються ідеальні умови для відтворення мінералу: висока температура (дві-три тисячі градусів) і тиск (від 5 до 10 ГПа). Алмази, утворені таким способом, називаються імпактітов.

На жаль, космічного походження кристали занадто малі для промислового ви
добутку і тому всі використовувані для видобутку родовища тільки природного походження.

Основні родовища

Найбільші з алмазних родовищ розташовані в Індійській Республіці, Російської Федерації, провінція Кімберлі (припадає 80% усього видобутку).

Російські родовища знаходяться в Республіці Саха (Якутія), Пермському краї і Архангельської області.

Для того, щоб виявити діамантове родовище застосовується рентген. На пошуки йдуть десятки років. Дуже мала кількість відкритих родовищ володіє мінералами високої якості, достатньої для використання в ювелірній галузі.

Процес видобутку полягає в добуванні руди та її подрібнення, відділення супутніх порід. Після цього, за допомогою спеціальної техніки, визначають категорії і класи видобутого матеріалу.

Найбільші з графітових родовищ розташовані в Краснодарському краї і на Україні. Родовища з низькою якістю матеріалу знаходяться на Мадагаскарі, в Бразилії, Канаді і Мексиці.

Як правило, зустрічається разом з вапняковими породами, такими як апатит і флогопит, а так само в утвореннях пневматоліто, а саме: кварцу, польового шпату, буттям, титаномагнетиту.

Область застосування

Застосовуються в багатьох областях промисловості.

Область застосування алмазів:

  • електрична техніка;
  • радіоелектроніка і силова електроніка;
  • бурильні установки;
  • виготовлення дорогоцінних прикрас та аксесуарів.

Область застосування графіту:

  • створення вогнестійкого обладнання;
  • виготовлення мастильних матеріалів;
  • випуск грифелей для олівців;
  • ядерна енергетика (як сповільнювач нейтронів);
  • штучне виробництво алмазів.

Найпопулярніша область застосування – ювелірна справа. Мінерал після обробки, званий діамантом, має високу вартість і велику популярність на ринку прикрас. Для багатьох людей він ще є відмінним варіантом для вкладення капіталу.

Технологія отримання алмазів з графіту

Для сучасної науки суща дрібниця виростити штучний алмазний кристал. Якщо в природних умовах йдуть сотні мільйонів років на його освіту, в спеціально обладнаній лабораторії це здійснюється в набагато менші терміни.

Принцип отримання неприродним шляхом полягає у відтворенні оптимальних умов, найбільш сприятливих для зміни форми вуглецю. Необхідна одночасно висока температура (від 1500 до 3000 градусів) і тиск (в кілька ГПа). Найпростіший спосіб отримання полягає в імпульсному нагріванні графіту до двох тисяч градусів. При підтримці високого тиску здійснюється процес перетворення графіту в алмази. У той же час, при зниженні тиску запускається зворотний процес, при якому один мінерал перетворюється в інший.

У зв’язку з цим для отримання алмазного кристала необхідне стабільне підтримання високих параметрів температури і тиску протягом тривалого часу. Це робить технологію перетворення енергоємної і витратною. Крім того, в ході даного процесу виходить отримати тільки технічний алмаз, непридатний до використання в ювелірних виробах.

З цих причин неприродне діамантове виробництво визнано нерентабельним в порівнянні з видобутком.

Отримання штучного графіту

Існують наступні види штучних графітів: доменні, коксові, реторние, ачесоновскіе.

Найпопулярнішим неприродним видом є коксовий. Спосіб отримання полягає в отриманні щільною вуглецевої маси з піску і коксу, її випалюванні, пов’язаному з карбонізацією. На останньому етапі відбувається кристалізація (графітизація). Для зменшення пористості, отриманий мінерал просочують синтетичними смолами і повторюють обсмажування. Кожен повторений цикл значно зменшує пористість. Всього циклів може бути до п’яти.

Істотним мінусом штучного графіту є зміст різних домішок і, відповідно, низька «чистота».

Ссылка на основную публикацию