การเปรียบเทียบคุณสมบัติทางกายภาพของเพชรและกราไฟท์ ความแตกต่างระหว่างเพชรและกราไฟท์

สำหรับคนธรรมดา เพชรและกราไฟต์เป็นสองสิ่งที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิงและไม่มีทางเป็นไปได้ เพื่อนที่เกี่ยวข้องกับเพื่อนธาตุ เพชรกระตุ้นให้เกิดความเชื่อมโยงกับเครื่องประดับสีรุ้ง เข้ามาในความคิดของคำว่า "แวววาวราวกับเพชร" กราไฟต์เป็นสีเทา ซึ่งมักทำมาจากไส้ดินสอ

ไม่น่าเชื่อว่าแร่ธาตุทั้งสองชนิดเป็นสารชนิดเดียวกันในรูปแบบการประมวลผลที่ต่างกัน

แนวคิดและลักษณะสำคัญของแร่ธาตุ

เพชรเป็นคริสตัลโปร่งใสที่ไม่มีสีและมีลักษณะการหักเหของแสงสูง คุณสมบัติหลักของแร่ดังต่อไปนี้มีความโดดเด่น:

ธรรมชาติสร้างเพชรทั้งในรูปแบบเฉพาะและแบบผลึกหลายรูปแบบ ซึ่งเกิดจากโครงสร้างภายใน คริสตัลที่เด่นชัดมีรูปร่างเป็นลูกบาศก์หรือจัตุรมุขที่มีขอบแบน บางครั้งขอบก็ปรากฏขึ้นเนื่องจากมีการเติบโตและการเปลี่ยนแปลงมากมายที่มองไม่เห็นด้วยตา

แม้ว่าหลายคนจะถือว่าเพชรเป็นวัสดุที่แข็งแกร่งที่สุดในโลก แต่วิทยาศาสตร์ก็รู้จักสสารที่แข็งแกร่งกว่าเพชรมากกว่า 11% นั่นก็คือ “ไฮเปอร์ไดมอนด์”

กราไฟท์เป็นสารผลึกสีเทาดำที่มีความแวววาวของโลหะ ในการจัดองค์ประกอบ กราไฟท์มีโครงสร้างเป็นชั้นๆ ผลึกประกอบด้วยแผ่นบางเล็กๆ นี่เป็นแร่ที่เปราะมากคล้าย รูปร่างเหล็กหรือเหล็กหล่อ กราไฟท์มีความจุความร้อนต่ำแต่ ความร้อนละลาย นอกจากนี้แร่ธาตุนี้:

กราไฟต์ให้ความรู้สึกมันเยิ้มเมื่อสัมผัส และทิ้งรอยไว้เมื่อส่งผ่านกระดาษสิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากอะตอมของโครงตาข่ายคริสตัลมีพันธะที่อ่อนแอ

ความแตกต่างระหว่างแกรไฟต์และเพชร ลักษณะโครงสร้างและกระบวนการเปลี่ยนแร่จากแร่หนึ่งไปยังอีกแร่หนึ่ง

เพชรและกราไฟต์เป็นแร่ธาตุ allotropic ที่สัมพันธ์กัน กล่าวคือ พวกมันมีคุณสมบัติต่างกัน แต่มีรูปแบบคาร์บอนต่างกัน ความแตกต่างหลักอยู่ที่โครงสร้างทางเคมีของโครงตาข่ายคริสตัลเท่านั้น

ตาข่ายคริสตัลของเพชรมีรูปแบบของจัตุรมุขซึ่งแต่ละอะตอมถูกล้อมรอบด้วยอะตอมอีก 4 อะตอมและเป็นจุดยอดของจัตุรมุขที่อยู่ใกล้เคียงซึ่งก่อตัวเป็นอะตอมจำนวนอนันต์ที่มีพันธะโควาเลนต์ที่แข็งแกร่ง

ในระดับอะตอม กราไฟท์ประกอบด้วยชั้นของรูปหกเหลี่ยมที่มีอะตอมอยู่ด้านบน อะตอมมีการเชื่อมต่อกันอย่างดีในระดับชั้นเท่านั้น แต่ชั้นต่างๆ ไม่มีการเชื่อมต่อกันอย่างแน่นหนา ซึ่งทำให้กราไฟท์อ่อนตัวและไม่เสถียรต่อการทำลายล้าง เป็นคุณสมบัตินี้ที่ทำให้สามารถรับเพชรจากกราไฟท์ได้

คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของเพชรและกราไฟท์สามารถมองเห็นได้ชัดเจนจากตาราง

ลักษณะเฉพาะ
โครงสร้างของโครงตาข่ายอะตอม	รูปร่างลูกบาศก์	หกเหลี่ยม
การนำแสง	นำแสงได้ดี	ไม่ให้แสงลอดผ่านได้
การนำไฟฟ้า	ไม่มี	มีค่าการนำไฟฟ้าที่ดี
การเชื่อมต่อแบบอะตอม	เชิงพื้นที่	ระนาบ
โครงสร้าง	ความแข็งและความเปราะบาง	การแบ่งชั้น
อุณหภูมิสูงสุดที่แร่ธาตุไม่เปลี่ยนแปลง	720 องศาเซลเซียส	3700 องศาเซลเซียส
สี	สีขาว สีฟ้า สีดำ สีเหลือง ไม่มีสี	สีดำ สีเทา เหล็ก
ความหนาแน่น	3560 กก./ลบ.ม	2230 กก./ลบ.ม
การใช้งาน	เครื่องประดับอุตสาหกรรม	โรงหล่ออุตสาหกรรมถ่านหินไฟฟ้า
ความแข็งของโมห์	10	1

สูตรทางเคมีของเพชรและกราไฟท์เหมือนกันคือคาร์บอน (C) แต่กระบวนการสร้างในธรรมชาตินั้นแตกต่างกันเพชรเกิดขึ้นเมื่อมาก แรงกดดันสูงและการทำความเย็นทันที และกราไฟท์ ในทางกลับกัน ที่ความดันต่ำและอุณหภูมิสูง

วิธีการรับเพชรมีความโดดเด่นดังต่อไปนี้:

กระบวนการเพชรถึงกราไฟท์คล้ายกัน ความแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือความดันและอุณหภูมิ

แหล่งแร่

เพชรเกิดขึ้นที่ความลึกมากกว่า 100 กม. ที่อุณหภูมิ 1,300 °C จากคลื่นระเบิด แมกมาคิมเบอร์ไลต์เกิดขึ้น ก่อให้เกิดสิ่งที่เรียกว่าท่อคิมเบอร์ไลต์ ซึ่งเป็นแหล่งสะสมเพชรปฐมภูมิ

ไปป์ Kimberlite ตั้งชื่อตามจังหวัด Kimberley ในแอฟริกา ซึ่งเป็นสถานที่ค้นพบครั้งแรก หินที่มีเพชรสะสมเรียกว่าคิมเบอร์ไลต์

เงินฝากที่มีชื่อเสียงที่สุดในปัจจุบันตั้งอยู่ในอินเดีย แอฟริกาใต้ และรัสเซียเพชรมากถึง 80% ถูกขุดจากแหล่งสะสมปฐมภูมิซึ่งประกอบด้วยท่อคิมเบอร์ไลต์และแลมโพรวต์

รังสีเอกซ์ช่วยค้นหาเพชรในหินที่ขุดได้ หินที่พบส่วนใหญ่ใช้ในอุตสาหกรรมเนื่องจากมีคุณสมบัติไม่เพียงพอที่จะทำเครื่องประดับ หินอุตสาหกรรมแบ่งออกเป็น 3 ประเภท:

กระดาน - หินก้อนเล็กที่มีโครงสร้างเป็นเม็ด
บัลลาส - หินทรงกลมหรือลูกแพร์
Carbonado เป็นหินสีดำที่ได้ชื่อเนื่องจากมีความคล้ายคลึงกับถ่านหิน

เป็นที่น่าแปลกใจว่าเพชรที่ใหญ่ที่สุดที่มีลักษณะโดดเด่นจะมีชื่อเฉพาะของตัวเอง ที่มีชื่อเสียงที่สุด ได้แก่ "Shah", "Star of Minas", "Kohinur", "Star of the South", "President Vargas", "Minas Gerais", "English Diamond of Dresden" เป็นต้น

กราไฟท์เกิดขึ้นจากการดัดแปลงของหินตะกอน แหล่งสะสมกราไฟท์ในเม็กซิโก โนกินสค์ และมาดากัสการ์อุดมไปด้วยแร่และมีกราไฟท์คุณภาพต่ำ พบได้น้อยกว่าคือประเภท Botogol และ Ceylon ซึ่งมีแร่ที่อุดมไปด้วยปริมาณกราไฟท์สูง เงินฝากที่ใหญ่ที่สุดที่รู้จักตั้งอยู่ในยูเครนและภูมิภาคครัสโนดาร์

ขอบเขตการใช้งาน

เพชรและกราไฟท์มีการใช้กันอย่างแพร่หลายมากกว่าที่เห็นได้อย่างรวดเร็วในครั้งแรก Diamonds พบการใช้งานในด้านต่อไปนี้:

เปอร์เซ็นต์การใช้เพชรจะเป็นดังนี้:

เครื่องมือ ชิ้นส่วนเครื่องจักร – 60%
โครงล้อเจียร -10%
การรีไซเคิลลวด - 10%
การขุดเจาะบ่อ – 10%
เครื่องประดับชิ้นส่วนขนาดเล็ก – 10%

สำหรับกราไฟท์นั้นจะไม่ได้ใช้ในรูปแบบบริสุทธิ์ แต่ต้องผ่านการประมวลผลล่วงหน้าแม้ว่าจะมีการใช้กราไฟท์ที่มีคุณภาพต่างกันในพื้นที่ต่างๆ กราไฟท์คุณภาพสูงสุดใช้สำหรับดินสอเครื่องเขียน มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในโรงหล่อ โดยให้พื้นผิวเรียบกับเหล็กรูปแบบต่างๆ ที่นี่ใช้กราไฟท์ที่เกือบจะยังไม่ผ่านกระบวนการ

อุตสาหกรรมไฟฟ้าถ่านหินพร้อมกับกราไฟท์ธรรมชาติใช้กราไฟท์ที่สร้างขึ้นเทียมซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากมีความบริสุทธิ์และความสม่ำเสมอขององค์ประกอบเป็นพิเศษ การนำไฟฟ้าทำให้กราไฟท์เป็นวัสดุสำหรับขั้วไฟฟ้าในอุปกรณ์ไฟฟ้า ในทางโลหะวิทยา มันถูกใช้เป็นสารหล่อลื่น

เพชรและกราไฟต์มีองค์ประกอบเหมือนกัน แต่มีเอกลักษณ์เฉพาะตัวในแบบของตัวเอง ประโยชน์ของกราไฟท์สำหรับอุตสาหกรรมต่างๆ นั้นสูงกว่าเพชรมาก

เพชรซึ่งได้รับการออกแบบเพื่อให้พึงพอใจกับความสวยงามนั้นมีคุณค่าอย่างยิ่งต่อเศรษฐกิจ นำมาซึ่งผลกำไรมหาศาลจากการใช้ในอุตสาหกรรมจิวเวลรี่

เพชรเป็นที่รู้จักของผู้คนมาตั้งแต่สมัยโบราณ ตำนานโบราณแนะนำว่าการค้นพบเพชรครั้งแรกในอินเดียมีอายุย้อนกลับไปถึงสหัสวรรษที่สามก่อนคริสต์ศักราช ไม่น้อยกว่าห้าศตวรรษก่อนเริ่มยุคสมัยใหม่ ชาวกรีกโบราณเริ่มคุ้นเคยกับเพชร เนื่องจากรูปปั้นทองสัมฤทธิ์ของกรีกมีอายุย้อนไปถึงเวลานี้ ดวงตาเป็นเพชรหยาบสองเม็ด มีการเสนอว่าเพชรถูกนำมาจากอินเดียมายังกรีซ เพชรอินเดียจำนวนหนึ่งที่เห็นได้ชัดเจนเริ่มมาถึงยุโรปในศตวรรษที่ 13 เท่านั้น เป็นเวลานานแล้วที่ความแข็งของหินที่สูงเป็นพิเศษเป็นอุปสรรคที่ผ่านไม่ได้สำหรับนักอัญมณีชาวยุโรป และความพยายามทั้งหมดในการแปรรูปแร่นี้ก็ล้มเหลว เฉพาะช่วงกลางศตวรรษที่ 15 เท่านั้น ชาวดัตช์ Van Berken สามารถเจียระไนเพชรได้โดยการเจียระไนเพชรให้กันและกัน องค์ประกอบทางเคมีของหินลึกลับซึ่งทนทานต่อผลกระทบของกรดและด่างที่แรงที่สุดยังไม่ทราบมาเป็นเวลานาน นักวิทยาศาสตร์บางคนถึงกับคิดว่าเพชรประกอบด้วยองค์ประกอบทางเคมีพิเศษ - ดินเพชร ในช่วงกลางศตวรรษที่ 17 ในเมืองฟลอเรนซ์ มีการทดลองเกี่ยวกับการให้ความร้อนเพชรและทับทิมในภาชนะปิด ในเวลาเดียวกัน เป็นที่ยอมรับว่าทับทิมไม่มีการเปลี่ยนแปลงใดๆ และยังคงมี "ร่องรอยเพียงเล็กน้อย" ของเพชร สิ่งนี้ดูเหมือนจะอธิบายไม่ได้โดยสิ้นเชิงและต่อมาก็เห็นได้ชัดว่าผลึกเพชรที่ได้รับความร้อนในสภาพแวดล้อมที่มีออกซิเจนนั้นก็เผาไหม้หมดไป

สาธิตการเผาเพชรในปลายศตวรรษที่ 18 จัดขึ้นที่โรงเรียนเหมืองแร่เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก (ปัจจุบันคือสถาบันเหมืองแร่เลนินกราด) การทดลองนี้เห็นได้ชัดว่ามีจุดมุ่งหมายเพื่อพิสูจน์ความเป็นไปไม่ได้ที่จะผลิตเพชรขนาดใหญ่โดยการหลอมรวมคริสตัลขนาดเล็ก มีการทดลองเผาเพชรหลายครั้ง ประเทศต่างๆยุโรปตะวันตก.

นักเคมีชาวฝรั่งเศสผู้โด่งดัง A. Lavoisier ยังให้ความสนใจอย่างมากกับการทดลองเหล่านี้เนื่องจากการหายตัวไปของเพชรอย่าง "ไร้ร่องรอย" เมื่อถูกความร้อนซึ่งขัดแย้งกับกฎการอนุรักษ์สสาร เขาสามารถพูดได้อย่างแน่นอนว่าเพชรอยู่ในประเภทวัตถุที่ติดไฟได้และผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้นั้นเป็นสารก๊าซ เมื่อสังเกตความสัมพันธ์ที่เป็นไปได้ระหว่างเพชรกับคาร์บอน นักวิทยาศาสตร์ยังคงไม่กล้าระบุหินประกายด้วยถ่านหิน และไม่ได้ข้อสรุปขั้นสุดท้ายเกี่ยวกับองค์ประกอบของเพชร เขาเขียนว่าไม่อาจระบุองค์ประกอบของแร่ธาตุนี้ได้

อย่างไรก็ตามเมื่อถึงช่วงเปลี่ยนศตวรรษที่ 18 และ 19 ลักษณะทางเคมีของเพชรได้รับการกำหนดไว้อย่างแม่นยำ นักเคมีชาวอังกฤษ P. Tennan เผาเพชรในภาชนะทองคำที่ปิดสนิทซึ่งเต็มไปด้วยออกซิเจนในปี พ.ศ. 2340 และพบว่าก๊าซที่เกิดขึ้นคือคาร์บอนไดออกไซด์ ตั้งแต่เริ่มแรกไม่มีอะไรในภาชนะนอกจากเพชรและออกซิเจน ดังนั้น ในทางเคมี เพชรก็คือคาร์บอนบริสุทธิ์ เพื่อตรวจสอบความถูกต้องของข้อสรุปในที่สุด P. Tennan จึงกำหนดปริมาณคาร์บอนในก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่เติมลงในภาชนะ ปรากฎว่ามันสอดคล้องกับมวลของเพชรที่ถูกเผาทุกประการ

ดังนั้นเพชรจึงประกอบด้วยองค์ประกอบทางเคมีอย่างหนึ่งคือคาร์บอน กราไฟต์ ถ่าน ถ่านหิน และเขม่ามีองค์ประกอบทางเคมีที่คล้ายกัน (ไม่นับสิ่งสกปรกแบบสุ่มและเชิงกล) กล่าวคือ สารที่พบได้ทั่วไปซึ่งไม่ได้มีลักษณะที่น่าดึงดูดที่สุด และหากเป็นเช่นนั้น อะไรคือสาเหตุของคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีที่แตกต่างกันอย่างสิ้นเชิงของสารเหล่านี้?

M.V. Lomonosov แสดงความคิดที่ยอดเยี่ยมในเรื่องความเข้าใจ: สาเหตุของความแข็งเป็นพิเศษของเพชรคือ "องค์ประกอบจากอนุภาคที่เชื่อมต่อกันอย่างใกล้ชิด" วิสัยทัศน์ของนักวิทยาศาสตร์ผู้ชาญฉลาดได้รับการยืนยันเกือบสองศตวรรษต่อมาในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 เมื่อได้รับความช่วยเหลือจากรังสีเอกซ์จึงสามารถถอดรหัสโครงสร้างอะตอมของเพชรและกราไฟท์ได้ ความแตกต่างที่สำคัญถูกสร้างขึ้นในการจัดเรียงเชิงพื้นที่ของอนุภาคมูลฐานที่ประกอบเป็นอะตอมของสารเหล่านี้

ในเพชร อะตอมของคาร์บอนจะถูกจัดเรียงอย่างแน่นหนา โดยแต่ละอะตอมจะเกาะติดกันอย่างแน่นหนากับอะตอมทั้งสี่ที่อยู่รอบๆ (รูปที่ 13)

โครงตาข่ายคริสตัลกราไฟท์มีลักษณะแตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง โครงสร้างของมันถูกสร้างขึ้นโดยชั้นขนานของเครือข่ายที่ประกอบด้วยรูปหกเหลี่ยมที่มีอะตอมของคาร์บอนอยู่ที่จุดยอด ชั้นมีระยะห่าง 3.39 Å ( Å เป็นตัวย่อสำหรับหน่วยความยาวเท่ากับ 10 -8 ซม. ซึ่งเรียกว่า "อังสตรอม") ทีละอันและเลื่อนอย่างต่อเนื่องเพื่อให้อะตอมคาร์บอนเพียงครึ่งหนึ่งถูกรวมเข้าด้วยกันในการฉายภาพ และส่วนที่เหลือจะถูกฉายที่กึ่งกลางของเซลล์กริดของชั้นล่างและชั้นบน (รูปที่ 14) การเชื่อมต่อระหว่างชั้นอะตอมในกราไฟท์นั้นเกิดขึ้นผ่านอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ได้สูง พันธะนี้ทำให้สารมีคุณสมบัติเป็นโลหะ ได้แก่ ความทึบ ความแวววาว และค่าการนำไฟฟ้าสูง อะตอมในแต่ละชั้นมีการเชื่อมต่อกันค่อนข้างแน่นหนา และการเชื่อมต่อระหว่างชั้นต่างๆ นั้นอ่อนแอ สิ่งนี้กำหนดความสามารถที่สูงมากในการแยกออกเป็นแผ่นบางๆ และกราไฟท์ที่มีความแข็งต่ำมากในทิศทางขนานกับชั้นของโครงตาข่ายคริสตัลของแร่

การก่อตัวของสารที่มีองค์ประกอบทางเคมีเหมือนกันแต่ต่างกันในโครงสร้างโครงตาข่ายของผลึกเรียกว่าโพลิมอร์ฟิซึม และสารดังกล่าวเองก็เรียกว่าการดัดแปลงโพลีมอร์ฟิก ดังนั้นเพชรและกราไฟท์จึงเป็นองค์ประกอบของคาร์บอน

พิจารณาคุณสมบัติที่สำคัญที่สุดของเพชรและติดตามความเชื่อมโยงกับโครงสร้างภายในของแร่

แม้ว่าเพชรในรูปแบบบริสุทธิ์จะประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอนเท่านั้น แต่ผลึกธรรมชาติที่แท้จริงของแร่นี้กลับมีสิ่งเจือปนจากสารอื่น ๆ อยู่ตลอดเวลา ปริมาณสิ่งสกปรกที่น้อยที่สุดเป็นเรื่องปกติสำหรับเพชรโปร่งใสที่ไม่มีสีและมีสีอ่อน เมื่อเผาหินดังกล่าวปริมาณเถ้าจะไม่เกิน 0.02-0.05% ของมวล ในเพชรพันธุ์ที่มีเมฆมากและทึบแสงโดยเฉพาะ ปริมาณเถ้าจะสูงถึงหลายเปอร์เซ็นต์

การวิเคราะห์สเปกตรัมเผยให้เห็นซิลิคอน แมกนีเซียม แคลเซียม อลูมิเนียม เหล็ก ไทเทเนียม และองค์ประกอบทางเคมีอื่นๆ ในองค์ประกอบของเถ้า

นอกเหนือจากการเจือปนที่เล็กที่สุดแล้ว เพชรมักประกอบด้วยอนุภาคแปลกปลอมที่ค่อนข้างใหญ่ โดยส่วนใหญ่มักเป็นกราไฟต์ ซึ่งมักมีแร่ธาตุที่เป็นซิลิเกตทางเคมี (โอลิวีน ไพรอกซีน) อลูมิโนซิลิเกต (โกเมน) และออกไซด์เชิงซ้อน (โครม สปิเนล) ในคริสตัลเพชรขนาดใหญ่ การเจือคริสตัลขนาดเล็กก็เป็นเรื่องปกติเช่นกัน

ความหนาแน่นของเพชรประมาณ 3.52 ค่านี้เป็นเรื่องปกติสำหรับผลึกบริสุทธิ์ที่มีรูปทรงสวยงาม ในมวลรวมเนื้อละเอียดซึ่งมักจะมีกราไฟต์รวมอยู่ด้วยและมีองค์ประกอบไม่มากนัก ความหนาแน่นจะลดลงอย่างมีนัยสำคัญ และในคาร์โบนาโดบางชนิดจะลดลงเหลือ 3.0 เพื่อการเปรียบเทียบ เราชี้ให้เห็นว่าความหนาแน่นของกราไฟท์ไม่เกิน 2.23 ดังนั้น "ความหลวม" ของโครงสร้างอะตอมของกราไฟท์ทำให้ความหนาแน่นลดลงมากกว่าหนึ่งเท่าครึ่ง

เราได้กล่าวถึงคุณสมบัติการหักเหของสีและการหักเหของแสงของเพชรในบทที่แล้ว และในที่นี้เราจะพูดถึงคุณสมบัติที่น่าสนใจและสำคัญอีกประการหนึ่งของเพชร ซึ่งเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับโครงสร้างภายในด้วย เราจะพูดถึงการเรืองแสง การเรืองแสงคือความสามารถของสารธรรมชาติและสารสังเคราะห์บางชนิดที่จะเรืองแสงภายใต้อิทธิพลของรังสีเอกซ์ รังสีอัลตราไวโอเลต และรังสีแคโทด ซึ่งโดยปกติจะแสดงด้วยคำศัพท์พิเศษ: การเรืองแสงด้วยรังสีเอกซ์, การเรืองแสงด้วยแสง, แคโทโดลูมิเนสเซนซ์

เพชรส่วนใหญ่มีการเรืองแสงทั้งสามประเภท คริสตัลบางอันเรืองแสงเป็นสีน้ำเงิน บางอันก็เขียว เหลืองหรือชมพู คริสตัลสีเข้ม (สีน้ำตาล สีดำ ฯลฯ) และคริสตัลเฟอร์รูจินัส รวมถึงคริสตัลใสบางชนิดจะไม่เรืองแสง

สิ่งที่มีการศึกษามากที่สุดคือการเอ็กซ์เรย์และโฟโตลูมิเนสเซนซ์ของเพชร ซึ่งใช้ในการสำรวจแร่ทางธรณีวิทยา ซึ่งจะกล่าวถึงรายละเอียดเพิ่มเติมในบทสุดท้าย นักวิจัยบางคนเชื่อมโยงการเรืองแสงกับการมีอยู่ของสิ่งเจือปนจากต่างประเทศ คนอื่นชี้ไปที่ สาเหตุปรากฏการณ์นี้ด้วยคุณสมบัติเฉพาะของผลึกขัดแตะของแร่

ผลึกบริสุทธิ์มีความโปร่งใสไม่เพียงแต่ต่อแสงเท่านั้น แต่ยังโปร่งใสต่อรังสีเอกซ์ด้วย ซึ่งทำให้ง่ายต่อการระบุเพชรในหมู่แร่ธาตุที่มีลักษณะคล้ายกัน และยังแยกแยะเพชรจากของปลอมทุกประเภทได้อีกด้วย แต่เพชรจำนวนมากไม่ได้ส่งรังสีอัลตราไวโอเลตเลย

ความแข็งเป็นคุณสมบัติที่สำคัญมากของเพชร ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว ซึ่งเป็นตัวกำหนดบทบาทที่สำคัญอย่างยิ่งของเพชรในกิจกรรมการผลิตของมนุษย์ ความแข็งมักหมายถึงความต้านทานของร่างกายหนึ่งต่อการทะลุทะลวงของอีกวัตถุหนึ่ง ในการกำหนดความแข็งสัมพัทธ์ของแร่ธาตุในเชิงคุณภาพ มีการใช้ระดับความแข็งที่เรียกว่า (ระดับ Mohs) ซึ่งเสนอเมื่อต้นศตวรรษที่ 19 กันอย่างแพร่หลาย มาตราส่วนประกอบด้วยแร่ธาตุมาตรฐาน 10 ชนิด จัดเรียงตามความแข็งที่เพิ่มขึ้น ในกรณีนี้ หมายเลขซีเรียลของมาตรฐานจะถือเป็นคะแนนความแข็ง

ระดับความแข็งแร่วิทยา

ความแข็งของสารตามสเกล Mohs ถูกกำหนดโดยการออกแรงวิ่งไปที่ขอบหรือเศษแหลมคมของวัตถุที่กำลังศึกษาอยู่ตามพื้นผิวเรียบของแร่อ้างอิง หากสารนั้นแข็งกว่าสารมาตรฐาน ร่องและรอยขีดข่วนยังคงอยู่บนพื้นผิวของสารหลัง หากสารที่อยู่ระหว่างการศึกษามีความแข็งน้อยกว่าแร่อ้างอิง ก็จะไม่ทำให้เกิดรอยขีดข่วนบนพื้นผิว หากความแข็งของวัตถุและมาตรฐานเท่ากัน จะมีรอยขีดข่วนตื้น ๆ หลงเหลืออยู่บนแต่ละชิ้น เพชรซึ่งมีความแข็งสูงสุด จะทิ้งร่องลึกไว้บนแร่ธาตุทั้งหมด และไม่เกิดการเปลี่ยนแปลงแม้แต่น้อย

มีความแม่นยำมากกว่า แต่ในขณะเดียวกันก็มีวิธีที่ซับซ้อนกว่ามากในการกำหนดความแข็ง เราจะพูดถึงสองคำที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดโดยไม่ต้องอาศัยคำอธิบาย หนึ่งในนั้นขึ้นอยู่กับอัตราการบด (บด) ของสารทดสอบภายใต้สภาวะมาตรฐาน อีกวิธีหนึ่งคือทำการวัดโดยใช้อุปกรณ์พิเศษ - เครื่องทดสอบความแข็ง โครงสร้างการทำงานของมันคือปิระมิดเพชรทรงสี่หน้า (และสำหรับการวัดบนวัตถุที่มีความแข็งโดยเฉพาะ เป็นรูปสามเหลี่ยม) ส่วนปลายของปิรามิดภายใต้ภาระที่กำหนดจะถูกกดลงในพื้นผิวขัดเงาของวัตถุที่กำลังศึกษาและขึ้นอยู่กับขนาดของการกดทับที่เกิดขึ้น ดัชนีความแข็ง (ความแข็งระดับไมโคร) ของสารจะคำนวณเป็นกิโลกรัมแรงต่อตารางเมตร มิลลิเมตร. ค่าของตัวบ่งชี้นี้มีไว้สำหรับแป้ง 2.4, แคลไซต์ 109, อะพาไทต์ 536, ควอตซ์ 1120, คอรันดัม 2060, เพชร 10060

ความแข็งของเพชรก็เหมือนกับแร่ธาตุอื่นๆ ที่ไม่คงที่บนแต่ละหน้าของคริสตัลเดียวกัน นักอัญมณีสังเกตมานานแล้วว่าเมื่อขัดคริสตัลเพชร ใบหน้าของลูกบาศก์จะเกิดแรงต้านทานน้อยที่สุด และจะต้านทานได้น้อยที่สุดโดยใบหน้าทรงสิบสองหน้าของขนมเปียกปูน และแรงต้านทานสูงสุดจะเกิดขึ้นที่ใบหน้าของทรงแปดหน้า การศึกษาโดยละเอียดในยุคของเราทำให้เกิดความผันผวนที่เห็นได้ชัดเจนในความแข็งแม้ในทิศทางที่ต่างกันภายในหน้าผลึกเดี่ยว

ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าความแข็งของพื้นผิวต่างๆ ของผลึกเพชรนั้นขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของอะตอมคาร์บอนบนระนาบที่สอดคล้องกับพื้นผิวแต่ละหน้าโดยตรง ระนาบดังกล่าวไม่เพียงแต่รวมถึงพื้นผิวของใบหน้าเท่านั้น แต่ยังรวมถึงระนาบจำนวนนับไม่ถ้วนที่ขนานไปกับพวกมันภายในคริสตัลด้วยเรียกว่าตาข่ายแบน จำนวนอะตอมต่อหน่วยพื้นผิวของตาข่ายแบนถือเป็นความหนาแน่น ความหนาแน่นของโครงข่ายรูปแปดด้าน รูปสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูน และลูกบาศก์ในเพชรแสดงด้วยอัตราส่วน 2.308:1.414:1 ในลำดับเดียวกัน ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว ความแข็งของผิวหน้าคริสตัลจะลดลง

การกระจายความแข็งในทิศทางที่แตกต่างกันภายในแต่ละหน้ามีรูปแบบที่คล้ายกัน: ทิศทางที่มีระยะห่างระหว่างอะตอมมากที่สุดจะมีความแข็งค่อนข้างต่ำกว่า (รูปที่ 15)

ความแตกต่างที่มีนัยสำคัญในความแข็งเฉลี่ยของเพชรจากแหล่งสะสมต่างๆ เป็นที่ทราบกันอย่างกว้างขวาง สาเหตุหลักคือ อาจมีหรือไม่มีสิ่งเจือปนบางอย่างในเพชร และความแปรปรวนในระดับความสมบูรณ์แบบของโครงตาข่ายคริสตัล ซึ่งขึ้นอยู่กับลักษณะทางกายภาพและ เงื่อนไขทางเคมีการตกผลึกของเพชรอาจมีข้อบกพร่องต่างๆ มากหรือน้อยก็ได้

ควรเน้นย้ำว่าแม้แต่เพชรที่ "อ่อนที่สุด" ก็ยังแข็งกว่าคอรันดัมและแร่ธาตุอื่น ๆ หลายเท่า

นอกจากจะมีความแข็งสูงเป็นพิเศษแล้ว เพชรยังมีคุณสมบัติในการแตกตัวภายใต้อิทธิพลของอิทธิพลทางกลและการกระแทกที่แข็งแกร่งและคมชัดเพียงพอ ยิ่งกว่านั้นโดยไม่คำนึงถึงรูปร่างภายนอกของเพชร ตามกฎแล้วพวกมันจะแยกไปตามระนาบขนานกับใบหน้าของแปดหน้า ความสามารถของผลึกในการแยกตัวตามพื้นผิวบางส่วนขนานกับใบหน้าเรียกว่าความแตกแยกในแร่วิทยา เนื่องจากทรงแปดหน้ามีหน้าขนานกันแปดหน้า ดังนั้น ความแตกแยกของเพชรจึงขนานกับระนาบสี่ด้าน

ความแตกแยกตามระนาบของทรงแปดหน้าในผลึกเพชรเกิดจากการจัดเรียงที่ไม่สม่ำเสมอของโครงข่ายอะตอมแบนที่จับคู่กันซึ่งขนานไปกับใบหน้าของทรงแปดหน้า ระยะห่างระหว่างกริดสองคู่เหล่านี้เกือบสามเท่าของระยะห่างระหว่างกริดที่สร้างแต่ละคู่ การแตกแยกของเพชรในระหว่างการประมวลผล ช่วยให้สามารถแยกชิ้นส่วนคริสตัลที่มีข้อบกพร่องออกหรือขัดขวางการให้รูปทรงที่ต้องการแก่เพชรและผลิตภัณฑ์เพชรทางเทคนิคทุกประเภท (แม่พิมพ์ เครื่องเจียระไน ฯลฯ) แทนที่จะเจียรนัย

เพชรเป็นตัวนำความร้อนที่ดี เมื่อถูแล้วจะเกิดไฟฟ้า ตามที่ได้กล่าวไปแล้วข้างต้นว่าเพชรบางชนิดมีคุณสมบัติเป็นสารกึ่งตัวนำและจัดอยู่ในประเภทสารกึ่งตัวนำชนิด p พลังงานกระตุ้นของตัวรับคือ 0.35-0.40 eV และความต้านทานในช่วงอุณหภูมิตั้งแต่ -100 ถึง 600 ° C จะแตกต่างกันไปภายในช่วง 250-750 โอห์ม*ซม.

สันนิษฐานว่าคุณสมบัติของเซมิคอนดักเตอร์ของเพชรเกิดจากการมีโบรอนเจือปนอยู่ในนั้น

คุณสมบัติที่สำคัญและน่าสนใจของเพชรก็คือการเกิดขึ้นของแสงวาบและพัลส์ของกระแสไฟฟ้าเมื่ออนุภาคที่มีประจุเร็วเข้าสู่คริสตัล แสงวาบ (แวววาว) ในเพชรมีความเข้มข้นมากจนสามารถตรวจจับแหล่งกำเนิดรังสีนิวเคลียร์ใดๆ ที่มีพลังงานสูงกว่าเพียงไม่กี่พันอิเล็กตรอนโวลต์ได้อย่างน่าเชื่อถือโดยใช้หลอดโฟโตมัลติพลายเออร์แบบธรรมดา

ความเข้มของการเรืองแสงวาบขึ้นอยู่กับพลังงานของอิเล็กตรอนเพียงเล็กน้อย เกือบจะคงที่ที่อุณหภูมิต่ำกว่า -50° C แต่จะลดลงตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น และหายไปโดยสิ้นเชิงที่ 100° C ความสัมพันธ์ระหว่างความสามารถในการส่องแสงแวววาวกับคุณสมบัติอื่นๆ ของเพชรยังไม่ได้รับการยอมรับ การศึกษาในช่วง -125 ¢+ 230°C แสดงให้เห็นว่าความสามารถในการนับและการนำไฟฟ้าด้วยแสงของเพชรจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่ลดลง ข้อดีของเครื่องนับเพชรคือความแข็งแกร่ง ความเสถียร และความทนทาน แม้ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงมาก รวมถึงในสภาพแวดล้อมที่มีสนามแม่เหล็กและแรงโน้มถ่วงแรงสูง

เพชรไม่ไวต่อผลกระทบของกรดที่แรงที่สุด (ไฮโดรคลอริก, ซัลฟิวริก, ไนตริก, ไฮโดรฟลูออริก) แม้ว่าจะนำไปต้มก็ตาม มันไม่ทำปฏิกิริยากับด่างเช่นกัน และเฉพาะในการละลายของด่างกัดกร่อน ดินประสิว หรือโซดาเท่านั้นที่เพชรจะออกซิไดซ์และเผาไหม้ได้

การทดลองให้ความร้อนเพชร เริ่มขึ้นในกลางศตวรรษที่ 17 ในเมืองฟลอเรนซ์สืบเนื่องมาในสมัยของเรา เป็นที่ยอมรับกันว่าเมื่อถูกความร้อนในอากาศถึง 850-1,000° C เพชรจะไหม้ ในกระแสออกซิเจนบริสุทธิ์ จะจุดไฟที่อุณหภูมิ 720-800° C เมื่อเริ่มเผาไหม้ด้วยความร้อนสีแดงอ่อน หินก็จะกลายเป็นสีขาวร้อนอย่างรวดเร็วและลุกไหม้ด้วยเปลวไฟสีน้ำเงิน

การทำความร้อนที่ความดันบรรยากาศปกติโดยไม่มีออกซิเจนจนถึงอุณหภูมิสูงกว่า 1,200-1500 ° C นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงของเพชรเป็นกราไฟท์ กระบวนการนี้ค่อนข้างช้า และอัตราการเปลี่ยนแปลงจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น การสร้างกราฟิคเริ่มต้นที่ส่วนปลายและขอบ กระจายไปยังพื้นผิวทั้งหมดของคริสตัล และจากนั้นไปยังชิ้นส่วนภายใน ด้วยเหตุนี้ แทนที่จะเป็นคริสตัลเพชรประกาย เราจึงได้มวลรวมกราไฟท์สีดำหม่นซึ่งมีรูปทรงของหินดั้งเดิม แต่มีปริมาตรมากกว่าเล็กน้อย (เนื่องจากความหนาแน่นของเพชรและกราไฟต์แตกต่างกัน) การเปลี่ยนกราไฟท์แบบย้อนกลับเป็นเพชรภายใต้ความดันบรรยากาศไม่สามารถทำได้โดยการให้ความร้อนหรือความเย็น หรือโดยวิธีอื่นใด

ดังนั้นที่ความดันบรรยากาศ การเปลี่ยนแปลงที่เสถียรของคาร์บอนคือกราไฟต์ และเพชรภายใต้สภาวะเหล่านี้คือการดัดแปลงสารนี้ไม่เสถียร (แพร่กระจายได้) หากเป็นเช่นนั้น ก็จะมีคำถามสองข้อที่ค่อนข้างเป็นธรรมชาติเกิดขึ้น ประการแรก เหตุใดเพชรจึงกลายเป็นกราไฟท์ได้ก็ต่อเมื่อให้ความร้อนสูงเท่านั้น และที่อุณหภูมิปกติจะไม่เปลี่ยนแปลงเป็นเวลาหลายพันปี และดังที่เราจะได้เห็นในบทต่อๆ ไป แม้กระทั่งหลายร้อยล้านปี ประการที่สอง คาร์บอนตกผลึกในรูปเพชรภายใต้เงื่อนไขใด

คำตอบสำหรับคำถามแรกนั้นมาจากผลการศึกษากระบวนการทางกายภาพและเคมีของการก่อตัวของหิน

พื้นที่เส้นประของขอบเขตไม่มีการยืนยันการทดลอง

หินและแร่ธาตุ เป็นที่ยอมรับกันว่าปฏิกิริยาการเปลี่ยนแปลงแบบโพลีมอร์ฟิก (ซึ่งตรงข้ามกับการหลอมละลาย) เกิดขึ้นด้วยความยากลำบากอย่างมากและที่ความเร็วต่ำ เพื่อเริ่มต้นการเปลี่ยนแปลงของการดัดแปลงอย่างหนึ่งไปสู่อีกอันหนึ่งที่มีเสถียรภาพมากขึ้น อนุภาคที่ประกอบเป็นคริสตัล (อะตอม ไอออน) จำเป็นจะต้องมีพลังงานจำนวนหนึ่งเพียงพอที่จะเอาชนะ "อุปสรรคด้านพลังงาน" ในระหว่างการปรับโครงสร้างของคริสตัล โครงสร้าง. ยิ่งอุณหภูมิต่ำลง ความน่าจะเป็นที่จะเอาชนะ "อุปสรรค" ดังกล่าวก็จะยิ่งต่ำลง และอัตราการเปลี่ยนแปลงก็จะยิ่งต่ำลง

ที่ อุณหภูมิต่ำอัตราการเปลี่ยนแปลงสามารถกลายเป็นศูนย์ได้ จากนั้นการแก้ไข metastable จะคงอยู่อย่างไม่มีกำหนด

อัตราการแปลงที่ต่ำเป็นเรื่องปกติสำหรับกรณีที่โพลีมอร์ฟมีความแตกต่างกันอย่างมากในโครงสร้างผลึก เป็นเพราะความแตกต่างอย่างมากในโครงสร้างของโครงผลึกที่ทำให้การเปลี่ยนแปลงของเพชรเป็นกราไฟท์โดยธรรมชาติไม่ได้เกิดขึ้นที่อุณหภูมิปกติบนพื้นผิวโลก

คำตอบสำหรับคำถามที่สอง - เกี่ยวกับเงื่อนไขของการตกผลึกของคาร์บอนในรูปของเพชร - ได้มาจากการศึกษาทางทฤษฎีซึ่งผลลัพธ์ได้รับการยืนยันอย่างสมบูรณ์จากการทดสอบเชิงทดลอง

นักวิทยาศาสตร์ชาวโซเวียต O.I. Leypunsky คำนวณตามหลักทฤษฎีว่าในการเปลี่ยนกราไฟท์เป็นเพชรในสถานะของแข็ง ต้องใช้ความดันประมาณ 60,000 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร และอุณหภูมิ 1,700-1,800 องศาเซลเซียส การก่อตัวของเพชรที่เป็นไปได้ที่ความดันต่ำกว่าเล็กน้อย หากคุณใช้สารที่มีจุดหลอมเหลวค่อนข้างต่ำและมีความสามารถในการละลายคาร์บอนเพียงพอ หนึ่งในสารเหล่านี้เรียกว่าเหล็ก

ตารางที่ 2. การเปรียบเทียบคุณสมบัติบางประการของเพชรและกราไฟท์

คุณสมบัติ	เพชร	กราไฟท์
โครงสร้าง	อะตอมของคาร์บอนถูกอัดแน่นและแต่ละอะตอมถูกผูกไว้อย่างแน่นหนากับอะตอมโดยรอบทั้งสี่อะตอม	ซ้อนกันเป็นชั้น ๆ เกิดจากชั้นขนานกันของตาข่ายหกเหลี่ยม การเชื่อมต่อระหว่างชั้นต่างๆ อ่อนแอ
ความแข็งของโมห์	10 (สูงสุด)	1 (ขั้นต่ำ)
ความหนาแน่น	3,47-3,56	2,21-2,23
แรงกระแทก	บอบบาง	หนืด
ความแตกแยก	เฉลี่ยในสี่ทิศทาง (เครื่องบิน)	สมบูรณ์แบบมากในเครื่องบินลำเดียว
การระบายสี	ไม่มีสี, เหลือง, น้ำตาล, เทา, ดำ, น้ำเงินและแดงน้อยกว่า	เหล็กสีเทาและสีดำ
ส่องแสง	แข็งแกร่ง (เพชร)	โลหะ
การนำไฟฟ้า	อ่อนแอ (เซมิคอนดักเตอร์ชนิด p ถูกไฟฟ้าจากแรงเสียดทาน)	ดี
ทนต่อสารเคมี	ไม่ได้รับผลกระทบจากกรดที่อุณหภูมิห้องและการเดือด เผาไหม้ในด่างหลอมเหลว ในอากาศจะเผาไหม้ที่ 850-1,000° C ในกระแสออกซิเจน - ที่ 720-800° C เมื่อไม่มีอากาศเข้าถึง เมื่อได้รับความร้อนสูงกว่า 1200° C จะกลายเป็นกราไฟท์	ไม่ทำปฏิกิริยากับกรด เผาไหม้ในด่างหลอมเหลว ละลายที่อุณหภูมิ 3850 ±50° C

ในช่วงปลายยุค 50 และต้นยุค 60 ของศตวรรษที่ XX นักวิจัยหลายคนได้ดำเนินการคำนวณทางอุณหพลศาสตร์ของความเสถียรของเพชรและกราไฟท์ที่ความดันและอุณหภูมิต่างๆ

การคำนวณดำเนินการโดยใช้ระดับการประมาณที่แตกต่างกัน แต่ทั้งหมดบ่งชี้ว่าการก่อตัวของเพชรเกิดขึ้นได้ที่ความดันสูงเท่านั้น โดยวัดเป็นหมื่นกิโลกรัมต่อตารางเซนติเมตร (รูปที่ 16) ข้อสรุปทางทฤษฎีเกี่ยวกับความจำเป็นในการใช้แรงดันสูงในการก่อตัวของเพชรได้รับการยืนยันจากการทดลองอย่างสมบูรณ์ (รูปที่ 17) และพบการนำไปประยุกต์ใช้ในทางปฏิบัติอย่างกว้างขวาง ปัจจุบันโรงงานผลิตเพชรเทียมเปิดดำเนินการในหลายประเทศทั่วโลก และการผลิตรวมของโรงงานเหล่านี้มีจำนวนสิบล้านกะรัต ประเด็นเหล่านี้จะกล่าวถึงโดยละเอียดในบทถัดไป

ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างการดัดแปลงโพลีมอร์ฟิกที่พิจารณาของคาร์บอนสรุปไว้ในตาราง 1 2.

เมื่อเร็ว ๆ นี้มีรายงานว่าสถาบันสารประกอบออร์กาโนเอลิเมนต์ของ USSR Academy of Sciences ได้รับคาร์บอน - คาร์ไบน์ผลึกรูปแบบที่สามรูปแบบใหม่ อะเซทิลีนถูกใช้เป็นวัสดุเริ่มต้นสำหรับการสังเคราะห์ ปืนสั้นก็เหมือนกับเพชรบางประเภท ที่มีคุณสมบัติเซมิคอนดักเตอร์และความสามารถในการนำแสง การมีอยู่ของรูปแบบของผลึกคาร์บอนใกล้กับคาร์ไบน์นั้นถูกบันทึกไว้ในอุกกาบาตแต่ละลูก

ความเสถียรทางเคมีสูงและทนความร้อน ความหนาแน่นค่อนข้างต่ำ ความเป็นแม่เหล็กสัมบูรณ์ และคุณสมบัติอื่นๆ มากมายของผลึกคาร์บอน กระตุ้นให้เกิดการค้นหาวัสดุคาร์บอนใหม่ งานวิจัยที่มีแนวโน้มดีมากคือการสังเคราะห์สารลูกผสมที่รวมคุณสมบัติเฉพาะของเพชร กราไฟต์ และคาร์ไบน์เข้าด้วยกัน ขั้นตอนแรกในทิศทางนี้ได้ถูกดำเนินการไปแล้ว แก้วคาร์บอนผลิตจากถ่านหิน โดยผสมผสานการทนความร้อนและความคงตัวทางเคมีของกราไฟท์เข้ากับคุณสมบัติของเซมิคอนดักเตอร์ และมีความหนาแน่นต่ำกว่าอีกด้วย การค้นหาดำเนินต่อไป

เพชรแข็งที่เล่นกับแสงและกราไฟท์ที่ลอกออกได้ง่ายสามารถเรียกได้ว่าเป็นพี่น้องกัน ท้ายที่สุดองค์ประกอบทางเคมีของทั้งสองมีองค์ประกอบเดียวเท่านั้นคือคาร์บอน มาดูกันว่าเหตุใดแร่ธาตุเหล่านี้จึงแตกต่างกันมากและมีต้นกำเนิดร่วมกัน และเพชรแตกต่างจากกราไฟต์อย่างไร

คำนิยาม

เพชร- แร่ธาตุที่มีคาร์บอน มีลักษณะเป็น metastability นั่นคือความสามารถในการ สภาวะปกติดำรงอยู่อย่างไม่มีกำหนดในรูปแบบไม่เปลี่ยนแปลง การฝังเพชรในสภาวะเฉพาะ เช่น ในสุญญากาศที่ อุณหภูมิสูงนำไปสู่การเปลี่ยนมาใช้กราไฟท์

เพชร

กราไฟท์– แร่ธาตุที่ทำหน้าที่ดัดแปลงคาร์บอน ในระหว่างการเสียดสี เกล็ดจะถูกแยกออกจากมวลรวมของสาร การใช้กราไฟท์ที่มีชื่อเสียงที่สุดคือการทำไส้ดินสอจากมัน

กราไฟท์

การเปรียบเทียบ

ปรากฏการณ์ที่สารมีคุณสมบัติต่างกัน แต่เกิดจากองค์ประกอบทางเคมีทั่วไป เรียกว่า allotropy อย่างไรก็ตาม ในธรรมชาติแล้ว บางทีอาจจะไม่มีรูปแบบ allotropic ที่แตกต่างกันอย่างสิ้นเชิงขององค์ประกอบเดียวกันอีกต่อไป อะไรอธิบายความแตกต่างระหว่างเพชรและกราไฟท์

บทบาทชี้ขาดในที่นี้แสดงโดยลักษณะของโครงสร้างผลึกของสารแต่ละชนิด มาพูดถึงเพชรกันดีกว่า พันธะระหว่างอะตอมของมันแข็งแกร่งมากอย่างไม่น่าเชื่อ นี่เป็นเพราะวิธีที่พวกมันอยู่สัมพันธ์กัน เซลล์อะตอมที่อยู่ติดกันของสารจะมีรูปร่างเป็นลูกบาศก์ อนุภาคอยู่ที่มุมของเซลล์ บนขอบ และข้างในเซลล์ โครงสร้างประเภทนี้เรียกว่าจัตุรมุข

เซลล์เพชร

เรขาคณิตของอะตอมนี้ช่วยให้มั่นใจว่ามีการจัดเรียงตัวหนาแน่นที่สุด เนื่องจากเพชรจะแข็งและทนทานต่อการเสียรูป ในขณะเดียวกันก็เป็นสารเปราะบางที่สามารถแตกร้าวได้เมื่อถูกกระแทก โครงสร้างยังกำหนดค่าการนำความร้อนสูงของเพชรและความสามารถของคริสตัลในการหักเหแสง

กราไฟท์มีโครงสร้างที่แตกต่างกัน ในระดับอะตอมประกอบด้วยชั้นต่างๆ ที่อยู่ในระนาบต่างๆ แต่ละชั้นประกอบด้วยรูปหกเหลี่ยมที่อยู่ติดกันเหมือนรวงผึ้ง พันธะระหว่างอะตอมที่เป็นจุดยอดของรูปหกเหลี่ยมมีความแข็งแรงภายในแต่ละชั้นเท่านั้น และอะตอมที่อยู่ในชั้นต่าง ๆ นั้นแทบจะเป็นอิสระจากกัน

โครงสร้างกราไฟท์

รอยดินสอเป็นชั้นกราไฟท์ที่ถอดออกได้อย่างง่ายดาย เนื่องจากคุณสมบัติเชิงโครงสร้าง สารจึงดูดซับแสง ทำให้มีรูปลักษณ์ที่ค่อนข้างไม่เด่นชัด (แต่มีความเงาของโลหะ) และเป็นสื่อกระแสไฟฟ้า

คุณสมบัติโดยธรรมชาติของแร่ธาตุเป็นตัวกำหนดความเหมาะสมในพื้นที่เฉพาะ เพชรและกราไฟท์ในการใช้งานแตกต่างกันอย่างไร เพชรสุกใสเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการผลิตเครื่องประดับ และความแข็งของวัสดุนี้ทำให้สามารถนำไปใช้ทำเครื่องตัดกระจกคุณภาพสูง ดอกสว่านที่มีความแข็งแรงสูง และผลิตภัณฑ์ยอดนิยมอื่นๆ ได้

แท่งกราไฟท์มีบทบาทเป็นอิเล็กโทรดในระหว่างกระบวนการต่างๆ กราไฟท์บดเป็นส่วนหนึ่งของสีแร่และใช้เป็นสารหล่อลื่น และจากส่วนผสมของสารนี้กับดินเหนียวทำให้เกิดภาชนะพิเศษสำหรับหลอมโลหะ

การแนะนำ

1.1.ลักษณะทั่วไปของเพชร

1.2. ลักษณะทั่วไปของกราไฟท์

2. หินแกรนิตและเพชรประเภทอุตสาหกรรม

3. แร่เพชรและกราไฟท์ประเภทธรรมชาติและเทคโนโลยี

4. การพัฒนาแหล่งสะสมหินแกรนิตและเพชร

5. การใช้หินแกรนิตและเพชร

บทสรุป

บรรณานุกรม.

การแนะนำ

อุตสาหกรรมเพชรในประเทศของเรากำลังอยู่ในขั้นตอนของการพัฒนาโดยมีการนำเทคโนโลยีใหม่ ๆ มาใช้ในการแปรรูปแร่

คราบเพชรที่พบจะถูกเปิดเผยโดยกระบวนการกัดเซาะเท่านั้น สำหรับนักสำรวจ นั่นหมายความว่ามีชั้นหินที่ "มองไม่เห็น" จำนวนมากซึ่งไปไม่ถึงพื้นผิว การมีอยู่ของพวกมันสามารถรับรู้ได้จากความผิดปกติของแม่เหล็กในท้องถิ่นที่ตรวจพบ ซึ่งขอบด้านบนอยู่ที่ระดับความลึกหลายร้อย และถ้าคุณโชคดี ก็สามารถสูงได้หลายสิบเมตร (อ. ปอร์ตอฟ).

จากข้อมูลข้างต้น ฉันสามารถตัดสินแนวโน้มการพัฒนาอุตสาหกรรมเพชรได้ นั่นคือเหตุผลที่ฉันเลือกหัวข้อ - "เพชรและกราไฟต์: คุณสมบัติ ต้นกำเนิด และความหมาย"

ในงานของฉัน ฉันพยายามวิเคราะห์ความสัมพันธ์ระหว่างกราไฟท์กับเพชร ในการทำเช่นนี้ ฉันเปรียบเทียบสารเหล่านี้จากหลายมุมมอง ฉันได้ตรวจสอบลักษณะทั่วไปของแร่ธาตุเหล่านี้ ประเภทอุตสาหกรรมของแหล่งสะสม จากธรรมชาติและ ประเภททางเทคนิค, การพัฒนาของคราบสะสม, พื้นที่การใช้งาน, ความสำคัญของแร่ธาตุเหล่านี้

แม้ว่ากราไฟท์และเพชรจะมีคุณสมบัติเป็นขั้ว แต่ก็เป็นการดัดแปลงโพลีมอร์ฟิกขององค์ประกอบทางเคมีเดียวกันนั่นคือคาร์บอน โพลีมอร์ฟหรือโพลีมอร์ฟเป็นสารที่มีองค์ประกอบทางเคมีเหมือนกัน แต่มีโครงสร้างผลึกต่างกัน เมื่อเริ่มต้นการสังเคราะห์เพชรเทียม ความสนใจในการศึกษาและการค้นหาการดัดแปลงคาร์บอนแบบโพลีมอร์ฟิกก็เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ในปัจจุบัน นอกเหนือจากเพชรและกราไฟท์แล้ว ยังถือว่าลอนสดาไลต์และคาโอไทต์มีความน่าเชื่อถืออีกด้วย ครั้งแรกในทุกกรณีพบเฉพาะในการเจริญเติบโตใกล้ชิดกับเพชรเท่านั้นจึงเรียกว่าเพชรหกเหลี่ยม และที่สองพบในรูปแบบของแผ่นเปลือกโลกสลับกับกราไฟท์ แต่ตั้งฉากกับระนาบของมัน

1. การดัดแปลงโพลีมอร์ฟิกของคาร์บอน: เพชรและกราไฟท์

องค์ประกอบเดียวที่ก่อให้เกิดแร่ธาตุของเพชรและกราไฟท์คือคาร์บอน คาร์บอน (C) เป็นองค์ประกอบทางเคมีของกลุ่ม IV ของระบบธาตุขององค์ประกอบทางเคมีของ D.I. Mendeleev เลขอะตอม - 6 มวลอะตอมสัมพัทธ์ - 12.011 (1) คาร์บอนมีความเสถียรในกรดและด่าง และถูกออกซิไดซ์โดยโพแทสเซียมหรือโซเดียมไดโครเมต เฟอร์ริกคลอไรด์ หรืออลูมิเนียมเท่านั้น คาร์บอนมีไอโซโทปเสถียรสองชนิด C (99.89%) และ C (0.11%) ข้อมูลเกี่ยวกับองค์ประกอบไอโซโทปของคาร์บอนแสดงให้เห็นว่าคาร์บอนมาจากต้นกำเนิดที่แตกต่างกัน: ทางชีวภาพ ไม่ใช่ทางชีวภาพ และอุกกาบาต ความหลากหลายของสารประกอบคาร์บอน ซึ่งอธิบายได้จากความสามารถของอะตอมในการรวมตัวเข้าด้วยกันและอะตอมของธาตุอื่นๆ ในรูปแบบต่างๆ เป็นตัวกำหนดตำแหน่งพิเศษของคาร์บอนเหนือองค์ประกอบอื่นๆ

1.1 ลักษณะทั่วไปของเพชร

คำว่า “เพชร” ชวนให้นึกถึงเรื่องราวลับเกี่ยวกับการล่าสมบัติทันที กาลครั้งหนึ่ง ผู้คนที่ตามล่าหาเพชรไม่รู้ว่าเป้าหมายที่พวกเขาหลงใหลคือคาร์บอนที่เป็นผลึก ซึ่งก่อตัวเป็นเขม่า เขม่าและถ่านหิน สิ่งนี้ได้รับการพิสูจน์ครั้งแรกโดย Lavoisier เขาทดลองเผาเพชรโดยใช้เครื่องก่อความไม่สงบที่ประกอบขึ้นเพื่อการนี้โดยเฉพาะ ปรากฎว่าเพชรเผาไหม้ในอากาศที่อุณหภูมิประมาณ 850-1,000*C โดยไม่ทิ้งคราบของแข็งเหมือนถ่านหินทั่วไป และเผาไหม้ในกระแสออกซิเจนบริสุทธิ์ที่อุณหภูมิ 720-800*C เมื่อถูกความร้อนถึง 2,000-3,000*C โดยไม่มีออกซิเจน มันจะเปลี่ยนเป็นกราไฟท์ (ซึ่งอธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าพันธะโฮโมโพลาร์ระหว่างอะตอมของคาร์บอนในเพชรมีความแข็งแรงมาก ซึ่งทำให้มีจุดหลอมเหลวที่สูงมาก

เพชรเป็นสารผลึกใสไม่มีสีที่หักเหรังสีแสงได้แรงมาก

อะตอมของคาร์บอนในเพชรอยู่ในสถานะการผสมพันธุ์แบบ sp3 ในสภาวะตื่นเต้น เวเลนซ์อิเล็กตรอนในอะตอมของคาร์บอนจะถูกจับคู่กัน และเกิดอิเล็กตรอนที่ไม่จับคู่สี่ตัว

คาร์บอนแต่ละอะตอมในเพชรถูกล้อมรอบด้วยอะตอมอีกสี่อะตอม ซึ่งอยู่ห่างจากศูนย์กลางที่จุดยอดของจัตุรมุข

ระยะห่างระหว่างอะตอมในจัตุรมุขคือ 0.154 นาโนเมตร

ความเข้มแข็งของการเชื่อมต่อทั้งหมดจะเหมือนกัน

คริสตัลทั้งหมดเป็นกรอบสามมิติเดียว

ที่อุณหภูมิ 20*C ความหนาแน่นของเพชรคือ 3.1515 กรัม/ซม. สิ่งนี้อธิบายถึงความแข็งพิเศษของมัน ซึ่งแตกต่างกันไปตามขอบและลดลงตามลำดับ: ทรงแปดหน้า - ขนมเปียกปูน สิบสองหน้า - ลูกบาศก์ ในเวลาเดียวกัน เพชรมีความแตกแยกที่สมบูรณ์แบบ (ตามแนวทรงแปดหน้า) และกำลังการดัดงอและแรงอัดต่ำกว่าวัสดุอื่น ดังนั้น เพชรจึงเปราะบาง แตกเป็นชิ้นเมื่อถูกกระแทกอย่างรุนแรง และเมื่อบดขยี้จนกลายเป็นผง ค่อนข้างง่าย เพชรมีความแข็งสูงสุด การรวมกันของคุณสมบัติทั้งสองนี้ทำให้สามารถใช้กับเครื่องมือขัดและเครื่องมืออื่นๆ ที่ทำงานภายใต้แรงกดดันเฉพาะที่สำคัญได้

ดัชนีการหักเหของแสง (2.42) และการกระจายตัว (0.063) ของเพชรนั้นสูงกว่าแร่ธาตุโปร่งใสอื่นๆ อย่างมาก ซึ่งเมื่อรวมกับความแข็งสูงสุดแล้ว จะเป็นตัวกำหนดคุณภาพของเพชรดังกล่าว

สิ่งเจือปนของไนโตรเจน ออกซิเจน โซเดียม แมกนีเซียม อลูมิเนียม ซิลิคอน เหล็ก ทองแดง และอื่นๆ พบได้ในเพชร โดยปกติจะอยู่ในหนึ่งในพันของเปอร์เซ็นต์

เพชรมีความทนทานต่อกรดและด่างอย่างมาก ไม่เปียกน้ำ แต่มีความสามารถในการเกาะติดกับส่วนผสมของไขมันบางชนิด

เพชรนั้นพบได้ในธรรมชาติทั้งในรูปแบบของผลึกเดี่ยวที่มีการกำหนดไว้อย่างชัดเจนและผลึกรวมหลายผลึก คริสตัลที่ขึ้นรูปอย่างถูกต้องจะดูเหมือนรูปทรงหลายเหลี่ยมที่มีหน้าแบน: ทรงแปดหน้า, ขนมเปียกปูนทรงสิบสองหน้า, ลูกบาศก์ และการผสมผสานของรูปร่างเหล่านี้ บ่อยครั้งที่มีการเจริญเติบโตและการสลายของเพชรหลายขั้นตอน หากไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตา ขอบจะมีลักษณะโค้ง ทรงกลม มีรูปร่างแปดด้าน หกเหลี่ยม ทรงลูกบาศก์ และประกอบกัน รูปทรงที่แตกต่างกันของคริสตัลนั้นเนื่องมาจากโครงสร้างภายใน การมีอยู่และธรรมชาติของการกระจายตัวของข้อบกพร่อง ตลอดจนปฏิสัมพันธ์ทางเคมีกายภาพกับสภาพแวดล้อมรอบๆ คริสตัล

ในบรรดารูปทรงโพลีคริสตัลไลน์ บัลลาส คาร์โบนาโด และบอร์ดมีความโดดเด่น

บัลลาสเป็นรูปแบบทรงกลมที่มีโครงสร้างเป็นรัศมี Carbonado - การรวมตัวของ cryptocrystalline ด้วยขนาดของผลึกแต่ละอัน 0.5-50 ไมครอน เม็ดบีดเป็นมวลรวมเนื้อใส บัลลาสและโดยเฉพาะอย่างยิ่งคาร์โบนาโดมีความแข็งสูงสุดในบรรดาเพชรทุกประเภท

รูปที่ 1 โครงสร้างของโครงตาข่ายคริสตัลเพชร

รูปที่ 2 โครงสร้างของโครงตาข่ายคริสตัลเพชร

1.2 ลักษณะทั่วไปของกราไฟท์

กราไฟต์เป็นสารผลึกสีเทา-ดำที่มีความแวววาวของโลหะ เมื่อสัมผัสจะมันเยิ้ม และมีความแข็งด้อยกว่าแม้แต่กระดาษ

โครงสร้างของกราไฟต์เป็นแบบหลายชั้น ภายในชั้นนั้นอะตอมจะเชื่อมต่อกันด้วยพันธะไอออนิก-โควาเลนต์ผสมกัน และระหว่างชั้นต่างๆ ด้วยพันธะโลหะเป็นหลัก

อะตอมของคาร์บอนในผลึกกราไฟท์อยู่ในรูปแบบ sp2 ไฮบริด มุมระหว่างทิศทางพันธะเท่ากับ 120* ผลลัพธ์ที่ได้คือตารางที่ประกอบด้วยรูปหกเหลี่ยมปกติ

เมื่อถูกความร้อนโดยไม่มีอากาศเข้า กราไฟท์จะไม่เกิดการเปลี่ยนแปลงใดๆ สูงถึง 3700 * C ที่อุณหภูมิที่กำหนดจะไล่ออกโดยไม่ละลาย

ผลึกกราไฟท์มักเป็นแผ่นบาง

เนื่องจากมีความแข็งต่ำและมีความแตกแยกที่สมบูรณ์แบบมาก กราไฟท์จึงทิ้งรอยไว้บนกระดาษที่มีความมันเยิ้มเมื่อสัมผัสได้อย่างง่ายดาย คุณสมบัติของกราไฟท์เหล่านี้เกิดจากพันธะที่อ่อนแอระหว่างชั้นอะตอม ลักษณะความแข็งแรงของพันธะเหล่านี้มีลักษณะเฉพาะคือกราไฟท์ความร้อนจำเพาะต่ำและมีจุดหลอมเหลวสูง ด้วยเหตุนี้กราไฟท์จึงมีความต้านทานไฟสูงมาก นอกจากนี้ยังนำไฟฟ้าและความร้อนได้ดี ทนทานต่อกรดและสารเคมีหลายชนิด ผสมกับสารอื่นได้ง่าย มีค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำ มีความสามารถในการหล่อลื่นและเคลือบสูง ทั้งหมดนี้นำไปสู่การรวมคุณสมบัติที่สำคัญไว้ในแร่ธาตุเดียว ดังนั้นกราไฟท์จึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม

ปริมาณคาร์บอนในมวลแร่และโครงสร้างของกราไฟท์เป็นคุณสมบัติหลักที่กำหนดคุณภาพ กราไฟท์มักถูกเรียกว่าเป็นวัสดุที่ตามกฎแล้ว ไม่เพียงแต่เป็นผลึกเดี่ยวเท่านั้น แต่ยังรวมถึงแร่ธาตุเดี่ยวด้วย ส่วนใหญ่หมายถึงรูปแบบรวมของสารกราไฟท์ หินที่มีกราไฟท์และกราไฟท์ และผลิตภัณฑ์เสริมสมรรถนะ นอกจากกราไฟท์แล้ว ยังมีสิ่งเจือปนอยู่เสมอ (ซิลิเกต ควอตซ์ ไพไรต์ ฯลฯ) คุณสมบัติของวัสดุกราไฟท์ดังกล่าวไม่เพียงแต่ขึ้นอยู่กับปริมาณของกราไฟท์คาร์บอนเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับขนาด รูปร่าง และความสัมพันธ์ร่วมกันของผลึกกราไฟท์ด้วย เช่น ลักษณะเนื้อสัมผัสและโครงสร้างของวัสดุที่ใช้ ดังนั้น ในการประเมินคุณสมบัติของวัสดุกราไฟท์ จึงจำเป็นต้องคำนึงถึงทั้งคุณลักษณะของโครงสร้างผลึกของกราไฟท์ ตลอดจนคุณลักษณะพื้นผิวและโครงสร้างของส่วนประกอบอื่นๆ ด้วย

รูปที่ 3 โครงสร้างของโครงตาข่ายคริสตัลกราไฟท์

รูปที่ 4. ฟีโนคริสต์กราไฟท์ในแคลไซต์

2. คราบเพชรและกราไฟท์ประเภทอุตสาหกรรม

แหล่งสะสมของเพชรแบ่งออกเป็นลุ่มน้ำและแหล่งปฐมภูมิ ซึ่งมีประเภทและชนิดย่อยที่แตกต่างกันตามเงื่อนไขของการเกิด รูปแบบของเนื้อแร่ ความเข้มข้น คุณภาพและปริมาณสำรองของเพชร สภาวะการขุดและการเสริมสมรรถนะ

แหล่งสะสมเพชรประเภทคิมเบอร์ไลท์ปฐมภูมิทั่วโลกเป็นเป้าหมายหลักในการแสวงหาผลประโยชน์ เพชรธรรมชาติประมาณ 80% ถูกขุดขึ้นมาจากเพชรเหล่านี้ ขึ้นอยู่กับปริมาณสำรองเพชรและขนาด เพชรจะแบ่งออกเป็นขนาดไม่ซ้ำกัน ใหญ่ กลาง และเล็ก ขอบเขตด้านบนของเงินฝากขนาดใหญ่ที่มีเอกลักษณ์และสัมผัสกับพื้นผิวจะถูกขุดด้วยความสามารถในการทำกำไรสูงสุด ประกอบด้วยปริมาณสำรองหลักและทรัพยากรเพชรที่คาดการณ์ไว้ของแหล่งคิมเบอร์ไลต์ที่มีเพชรแต่ละแหล่ง Kimberlites คือ “ปล่องภูเขาไฟ” ที่เต็มไปด้วยเบรชเซีย Breccia ประกอบด้วยเศษหินและซีโนลิธที่อยู่รอบๆ และสะสมอยู่บนหิน จากเศษหินที่นำมาจากความลึก 45-90 กิโลเมตร หรือมากกว่านั้น ซีเมนต์เป็นวัสดุจากภูเขาไฟ ซึ่งมีองค์ประกอบเป็นด่าง-อัลโตรบาซิก ที่เรียกว่าคิมเบอร์ไลต์และแลมโปรต์ ท่อ Kimberlite ตั้งอยู่บนชานชาลา ท่อ lamproite อยู่ในกรอบพับ เวลาของการก่อตัวของท่อนั้นแตกต่างกันตั้งแต่ Archean ถึง Cenozoic และอายุของเพชรแม้จะอายุน้อยที่สุดก็อยู่ที่ประมาณ 2-3 พันล้านปี การก่อตัวของท่อเกี่ยวข้องกับการทะลุทะลวงของอัลคาไลน์-อัลตราเบสิกที่ละลายขึ้นไปด้านบนผ่านช่องแคบๆ ภายใต้แรงดันสูง ที่ความลึกมากกว่า 80 กม. ที่อุณหภูมิประมาณ 1,000* ตัวคิมเบอร์ไลต์ที่ได้รับการศึกษาอย่างดีส่วนใหญ่มีโครงสร้างที่ซับซ้อน ในกรณีที่ง่ายที่สุด โครงสร้างของท่อเกี่ยวข้องกับหินสองประเภทหลักที่เกิดขึ้นระหว่างการบุกรุกสองระยะติดต่อกัน: breccia (ระยะที่ 1) และคิมเบอร์ไลต์ "พอร์ฟีรีหยาบ" ขนาดใหญ่ (ระยะที่ 2) ในโครงสร้างของท่อ Kimberlite บางชนิด ได้มีการระบุเขื่อน Kimberlite และหลอดเลือดดำที่เกี่ยวข้องกับท่อด้วย วัตถุตาบอดที่เกิดจากส่วนของแมกมาคิมเบอร์ไลต์ซึ่งไปไม่ถึงพื้นผิวถูกค้นพบ ตามกฎแล้วเงินฝากที่เกี่ยวข้องกับเขื่อนกั้นน้ำและเส้นเลือดคิมเบอร์ไลต์จัดอยู่ในประเภทของเพชรสำรองขนาดเล็กและไม่ค่อยมีขนาดกลาง ในหลายกรณี การพัฒนาที่สูงขึ้นไปถึงพื้นผิว Paleo แต่ท่อระเบิดจำนวนมากอาจ "ตาบอด" และ ยังไม่ได้รับการกัดเซาะ t .e. อยู่ที่ไหนสักแห่งที่ลึก แต่ก็มีสถานที่บนพื้นผิวโลกที่มีแรงกดดันเกิดขึ้นซึ่งเพียงพอต่อการก่อตัวของเพชร สถานที่เหล่านี้เป็นจุดที่ชนกับอุกกาบาตซึ่งพบเพชรไม่เพียงแต่ในโลกเท่านั้น แต่ยังพบได้ในอุกกาบาตจำนวนหนึ่งด้วย

การแนะนำ

1.1.ลักษณะทั่วไปของเพชร

1.2. ลักษณะทั่วไปของกราไฟท์

2. หินแกรนิตและเพชรประเภทอุตสาหกรรม

3. แร่เพชรและกราไฟท์ประเภทธรรมชาติและเทคโนโลยี

4. การพัฒนาแหล่งสะสมหินแกรนิตและเพชร

5. การใช้หินแกรนิตและเพชร

บทสรุป

บรรณานุกรม.

การแนะนำ

ในงานของฉัน ฉันพยายามวิเคราะห์ความสัมพันธ์ระหว่างกราไฟท์กับเพชร ในการทำเช่นนี้ ฉันเปรียบเทียบสารเหล่านี้จากหลายมุมมอง ฉันได้ตรวจสอบลักษณะทั่วไปของแร่ธาตุเหล่านี้ ประเภททางอุตสาหกรรมของแหล่งสะสม ประเภททางธรรมชาติและทางเทคนิค การพัฒนาของแหล่งสะสม ลักษณะการใช้งาน และความสำคัญของแร่ธาตุเหล่านี้

1. การดัดแปลงโพลีมอร์ฟิกของคาร์บอน: เพชรและกราไฟท์

1.1 ลักษณะทั่วไปของเพชร

เพชรเป็นสารผลึกใสไม่มีสีที่หักเหรังสีแสงได้แรงมาก

ระยะห่างระหว่างอะตอมในจัตุรมุขคือ 0.154 นาโนเมตร

ความเข้มแข็งของการเชื่อมต่อทั้งหมดจะเหมือนกัน

คริสตัลทั้งหมดเป็นกรอบสามมิติเดียว

ในบรรดารูปทรงโพลีคริสตัลไลน์ บัลลาส คาร์โบนาโด และบอร์ดมีความโดดเด่น

รูปที่ 1 โครงสร้างของโครงตาข่ายคริสตัลเพชร

รูปที่ 2 โครงสร้างของโครงตาข่ายคริสตัลเพชร

1.2 ลักษณะทั่วไปของกราไฟท์

ผลึกกราไฟท์มักเป็นแผ่นบาง

รูปที่ 3 โครงสร้างของโครงตาข่ายคริสตัลกราไฟท์

รูปที่ 4. ฟีโนคริสต์กราไฟท์ในแคลไซต์

2. คราบเพชรและกราไฟท์ประเภทอุตสาหกรรม

ความเร็วในการเคลื่อนที่ของแมกมาที่ปะทุอาจสูงมาก ประมาณ 800 กม./ชม. หินหนืดฉีกออกและพาชิ้นส่วนที่มีองค์ประกอบต่างกันขึ้นไป ถ้าพวกมันมีเพชร ท่อก็จะกลายเป็นเพชร ตัวเพชรเองเป็นการดัดแปลงคาร์บอนแบบโพลีมอร์ฟิกที่เสถียรที่สุดในบริเวณลึกของโลก (A.V. Ukhanov.)

ข้าว. 5. โครงสร้างของท่อคิมเบอร์ไลท์

แหล่งสะสมเพชรประเภทแลมโพรวต์ถูกค้นพบเมื่อไม่นานมานี้ (พ.ศ. 2519) ในรัฐเวสเทิร์นออสเตรเลีย ซึ่งมีการใช้ประโยชน์จากแหล่งสะสมอาร์ไกล์ขนาดใหญ่ ในแง่ของโครงสร้าง เงินฝากแลมโปรต์โดยทั่วไปจะคล้ายกับเงินฝากคิมเบอร์ไลต์ เมื่อพิจารณาจากข้อมูลการสำรวจแหล่งสะสมอาร์ไจล์ ท่อแลมโพรอิต์จะบีบออกค่อนข้างเร็วกว่าจนกลายเป็นเขื่อน ระบบการขุดสำหรับแหล่งสะสมเหล่านี้และเทคโนโลยีการเพิ่มคุณค่าจะเหมือนกับระบบคิมเบอร์ไลต์

ประเภท Kimberlite-lamproite นั้นเกิดจากการสะสมของเพชรในภูมิภาค Arkhangelsk ซึ่งเนื้อหาของแร่ธาตุตัวบ่งชี้นั้นต่ำกว่าใน Kimberlites แบบ "คลาสสิก" อย่างมีนัยสำคัญเพชรส่วนใหญ่มีรูปแบบโค้ง

โครงสร้างการกระแทกของวงแหวนที่มีขนาดตั้งแต่ไม่กี่ร้อยไปจนถึงหลายร้อยกิโลเมตรนั้นสัมพันธ์กับกระบวนการระเบิดที่มีพลังมหาศาล ตามที่นักวิจัยหลายคนระบุว่า แหล่งที่มาของเหตุการณ์นั้นมาจากนอกโลก (การล่มสลายของเทห์ฟากฟ้าขนาดใหญ่) หรือจากภายนอก มีการสำรวจเงินฝากประเภทนี้ในรัสเซีย - Popigaiskoye บนทางลาดด้านตะวันออกของเทือกเขาผลึก Anabar ในแง่ของปริมาณสำรองสินแร่และปริมาณเพชร ปริมาณสะสมนั้นมากกว่าปริมาณแร่คิมเบอร์ไลต์ที่ใหญ่ที่สุดหลายร้อยเท่า อย่างไรก็ตาม เพชรในชั้นหินกระแทกนั้นถูกล้อมรอบด้วยหินที่แข็งแกร่ง หนาแน่น และพรั่งพรูออกมา และแสดงด้วยเกรดทางเทคนิคโดยเฉพาะที่มีส่วนผสมของลอนสดาไลต์ (การดัดแปลงคาร์บอนแบบโพลีมอร์ฟิก ซึ่งพบในรูปแบบของแผ่นเปลือกโลกที่สลับกับกราไฟต์ แต่ตั้งฉากกับระนาบของมัน ).

จนถึงขณะนี้ประเภทการเปลี่ยนแปลงรูปร่างยังแสดงโดยการสะสมเพียงครั้งเดียวในดินแดนคาซัคสถาน ซึ่งเพชรพบได้ในหินไบโอไทต์ gneisses, ไบโอไทต์-ควอตซ์, โกเมน-ไพรอกซีน และหินไพรอกซีน-คาร์บอเนต ในแง่ของปริมาณสำรองและปริมาณเพชร มีค่ามากกว่าท่อคิมเบอร์ไลท์ที่มีเพชรสูงที่ใหญ่ที่สุดหลายสิบเท่า เพชรมีขนาดคริสตัลที่เล็กมาก และยังไม่มีการค้นพบเครื่องประดับและเกรดทางเทคนิคคุณภาพสูง

เงินฝากเพชร Placer แบ่งออกเป็นห้าประเภทหลัก

ตัววางตะกอนน้ำ (หุบเขาแม่น้ำ) เป็นผู้นำในแง่ของขนาดของการขุดเพชรจากตัววาง ตะกอนขนาดใหญ่นั้นหาได้ยากและมักเกิดขึ้นเนื่องจากการกัดเซาะของแหล่งน้ำปฐมภูมิหรือแหล่งกักเก็บประเภทพื้นที่ระดับกลางหลายแห่ง ตะกอนลุ่มน้ำมีโครงสร้างสองส่วน: บริเวณที่ราบน้ำท่วมถึงตอนบนของลุ่มน้ำแสดงด้วยกรวด ทราย ดินเหนียว และตะกอนตะกอนเพชรที่มีเพชรอยู่อย่างอ่อนมาก (“พีท”) ส่วนส่วนหน้าของช่องทางด้านล่างประกอบด้วยก้อนกรวดหยาบที่มีประสิทธิผล ( “ทราย”)

การวางประเภท deluvial-proluvial จะเกิดขึ้นบนเนินเขาและในหุบเขาใกล้แหล่งหินและมีขนาดเล็กและขนาดกลาง

ที่ตั้งทางทะเลชายฝั่งแบ่งออกเป็นระเบียงใต้น้ำ ชายหาด และชายฝั่ง โซนของสถานที่ดังกล่าวในแอฟริกาตะวันตกเฉียงใต้ทอดยาวหลายร้อยกิโลเมตรโดยมีความกว้าง 5 ถึง 20 กม.

ผู้วางประเภทอุตสาหกรรมอื่นไม่ได้มีบทบาทสำคัญในการขุดเพชร

ตะกอน Placer ประเภทต่างๆ ตามความลึกแบ่งออกเป็นแบบตื้นและลึก ตามระดับความห่างไกลจากแหล่งที่มาของราก จะแยกแยะผู้วางการรื้อถอนทั้งใกล้และไกล อดีตถูกสร้างขึ้นใกล้กับแหล่งกำเนิดรากส่วนหลัง - ที่ระยะทางหลายสิบกิโลเมตรในสภาพทางธรณีวิทยาและโครงสร้างที่ดี

คราบกราไฟท์ประเภทอุตสาหกรรม

กราไฟท์เกิดขึ้นจากสารประกอบอินทรีย์อันเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงของหินตะกอน

ในบรรดาคราบกราไฟท์นั้น คราบประเภทอุตสาหกรรมสี่กลุ่มมีความโดดเด่นตามการตั้งค่าทางธรณีวิทยาของที่ตั้ง

ขึ้นอยู่กับขนาดของปริมาณสำรอง เงินฝากกราไฟท์จะถูกแบ่ง (ล้านตัน) เป็น: ใหญ่ - มากกว่า 1, กลาง - 0.5-1, เล็ก - มากถึง 0.5

ปริมาณสำรองที่แพร่หลายและใหญ่กว่าคือเงินฝากประเภทไทกามาดากัสการ์โนกินสค์และเม็กซิกัน

เงินฝากกราไฟท์ของประเภท Ceylon และ Botogol นั้นพบได้น้อย มักจะมีปริมาณสำรองจำนวนมากน้อยกว่า แต่มีความโดดเด่นด้วยปริมาณกราไฟท์ที่สูงในแร่และคุณภาพที่มีคุณค่ามากกว่า

3. แร่เพชรประเภทธรรมชาติและเทคโนโลยี

แร่ธรรมชาติประเภทต่างๆ ได้แก่ คิมเบอร์ไลต์ที่มีเพชรและแลมป์โปรต์ที่มีเพชร ซึ่งแบ่งตามอัตราส่วนของคิมเบอร์ไลต์ที่เหมาะสมกับวัสดุที่ทำให้เกิดซีโนเจนิก และคุณสมบัติทางโครงสร้างและเนื้อสัมผัส ให้เป็นคิมเบอร์ไลต์ขนาดใหญ่ที่มีเพชร, คิมเบอร์ไลต์ breccias, tuff breccias, xenotufo breccias, tuffs และหินตะกอนหินปูน

ไม่มีการจำแนกประเภทแร่เพชรทางเทคโนโลยีแบบครบวงจร ในการจัดประเภทแร่ทางเทคนิคและเศรษฐกิจ มีเทคโนโลยีหลักสองประเภทที่แตกต่างกัน: Breccias ที่มีส่วนประกอบของดินเหนียวน้อยกว่า 20% และ breccias ที่มีส่วนประกอบของดินเหนียวมากกว่า 20% เมื่อแปรรูปแร่เหล่านี้ ทั้งรูปแบบทางเทคโนโลยีและต้นทุนการขุดจะแตกต่างกัน

โดยทั่วไป ดังที่แสดงให้เห็นในทางปฏิบัติ การจำแนกประเภททางเทคโนโลยีของแร่ได้รับการพัฒนาในแต่ละกรณีเฉพาะอย่างเป็นอิสระระหว่างการสำรวจและการหาประโยชน์จากแหล่งสะสมในภายหลัง บ่อยครั้งเมื่อร่างกายของ Kimberlite ประกอบด้วยหินที่มีขั้นตอนการบุกรุกที่แตกต่างกันซึ่งแตกต่างกันอย่างชัดเจนในลักษณะโครงสร้างและพื้นผิวและระดับของปริมาณเพชรแร่ประเภทธรรมชาติจะตรงกับแร่ทางเทคโนโลยี ปัจจัยหลักคือปริมาณเพชร ดังนั้นในท่อ Dalnyaya (Sakha-Yakutia) ทั้งสองประเภทตามธรรมชาติที่ระบุไว้ที่นี่ - Kimberlite breccias และ Kimberlites ขนาดใหญ่ - แตกต่างกันในระดับของปริมาณเพชรตามลำดับความสำคัญและในขณะเดียวกันก็เป็นประเภททางเทคโนโลยี อย่างไรก็ตามตัวอย่างเช่นในระหว่างการทำงานของท่อ Mir มีการระบุประเภทของแร่ทางเทคโนโลยีหกประเภทซึ่งแตกต่างกันในความแตกต่างของโครงสร้างและปริมาณเพชรในขณะที่การแนะนำมีเพียงสองขั้นตอนเท่านั้น

ประเภทเทคโนโลยีของทรายที่มีเพชรมีความโดดเด่นโดยพิจารณาจากการเป็นก้อนหิน ปริมาณดินเหนียว ความสามารถในการซึมผ่าน ฯลฯ

แร่กราไฟท์ประเภทธรรมชาติและเทคโนโลยี

การพิมพ์แร่กราไฟท์นั้นดำเนินการตามลักษณะเนื้อสัมผัสและโครงสร้าง กราไฟท์แบ่งออกเป็นอย่างชัดเจนและแบบเข้ารหัสลับ ในบรรดาผลึกที่ชัดเจนนั้นมีความโดดเด่นในด้านผลึกหนาแน่นและมีเกล็ด กราไฟท์ที่เป็นผลึกหนาแน่นจะถูกแบ่งออกเป็นผลึกหยาบโดยมีขนาดผลึกเฉลี่ยมากกว่า 50 ไมครอน และผลึกละเอียด

ตามขนาดของเกล็ด เส้นผ่านศูนย์กลาง กราไฟท์เกล็ดจะถูกแบ่งออกเป็นขุยขนาดใหญ่ (100-500 ไมครอน) และขุยละเอียด (1-100 ไมครอน)

กราไฟท์คริปโตคริสตัลไลน์ประกอบด้วยผลึกที่มีขนาดน้อยกว่า 1 µm พันธุ์ที่มีความหนาแน่นและกระจายตัวอย่างประณีตหรือทำให้เป็นอะตอมนั้นมีความโดดเด่น ในระยะหลัง ผลึกกราไฟท์จะกระจัดกระจายอยู่ในหินโฮสต์ ในผลึกกราไฟท์ที่มีความหนาแน่นสูงจะประกอบขึ้นเป็นหินกราไฟท์จำนวนมาก กราไฟท์คริสตัลไลน์ชนิดหนาแน่นเท่านั้นที่มีความสำคัญทางอุตสาหกรรม

ก้อนผลึก – 92-95;

เกล็ดหยาบผลึก – 85-90;

ผลึกเป็นขุยปานกลาง – 85-90;

ผลึกละเอียดเป็นขุย – 80-90;

ผงผลึกที่มีขนาดสูงสุด 0.074 มม. และมีปริมาณกราไฟต์คาร์บอน 80-99

การสำรวจแหล่งสะสมกราไฟท์ของอุตสาหกรรมประเภทอื่น ๆ ที่มีรูปร่างผิดปกติหรือมีรูปทรงเลนส์และรูปทรงสต็อกยังดำเนินการโดยการขุดเจาะแกนร่วมกับงานเหมืองแร่ด้วย

เมื่อประเมินและสำรวจการสะสมของกราไฟท์โดยใช้การเจาะ พบว่าไม่มีการขัดถูแบบเลือกสรรของแกน ซึ่งเป็นไปได้ด้วยการกระจายความเข้มข้นของกราไฟท์ที่ไม่สม่ำเสมอ ในรูปแบบของพื้นที่ที่ได้รับการเสริมสมรรถนะซึ่งแสดงโดยเครือข่ายของหลอดเลือดดำ เลนส์ รัง ฯลฯ เพื่อจุดประสงค์นี้ ควรตรวจสอบปริมาณกราไฟท์ในของเหลวสำหรับเจาะและการตัด หากจำเป็น ให้ดำเนินการควบคุมด้วยการทดสอบจำนวนมาก

4. การพัฒนาแหล่งสะสมเพชร

แหล่งสะสมเพชรปฐมภูมิที่พัฒนาโดยวิธีเปิดหลุมหรือแบบรวม:

ขอบฟ้าด้านบนเปิดกว้าง และส่วนที่ลึกกว่านั้นอยู่ใต้ดิน ในรัสเซีย เพชรถูกขุดโดยการขุดแบบเปิดเท่านั้น

วิธีการพัฒนาท่อแบบเปิดจะใกล้เคียงกันในทุกสาขา ลองพิจารณาโดยใช้ตัวอย่างท่อคาว (แอฟริกาใต้)

หลอดก็มี รูปร่างวงรีส่วนแนวนอนและเกือบแนวตั้งสัมผัสกับหินโฮสต์ โซนการผุกร่อนของคิมเบอร์ไลต์ขยายไปถึงระดับความลึก 60 ม. ในองค์ประกอบของคิมเบอร์ไลต์นั้นมีปริมาตรที่สำคัญถูกครอบครองโดยเฟสทุติยภูมิ - ซาโปไนต์ซึ่งเป็นแร่ธาตุที่บวมซึ่งดูดซับ จำนวนมากน้ำ. ด้วยเหตุนี้แร่ในท่อจึงดูดความชื้นและเมื่อถูกความชื้นจะสูญเสียคุณสมบัติความแข็งแรงอย่างรวดเร็วดังนั้นจึงใช้วิธีการพิเศษเพื่อแยกพื้นผิวคิมเบอร์ไลต์ออกจากน้ำและเมื่อเจาะบ่อจะใช้การเก็บฝุ่นแห้ง

การพัฒนาท่อแบบเปิดเริ่มขึ้นในปี พ.ศ. 2509 และภายในปี พ.ศ. 2533 ความลึกของหลุมถึง 423 ม. โดยลดลงเฉลี่ย 18-20 ม. ต่อปี มีการขุด Kimberlite มากกว่า 97 ล้านตัน (ประมาณ 5 ล้านตันต่อปี) และ 55 ล้านตัน ถูกทิ้งเป็นกองขยะจำนวนมาก พื้นที่ผิวของเหมืองคือ 550,000 m2 วิธีการทำเหมืองนี้ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการดำเนินงานที่มั่นคงของเหมือง และตัวชี้วัดทางเทคนิคและเศรษฐกิจที่ดี: อัตราส่วนการปอกต่ำ การเปลี่ยนไปใช้วิธีใต้ดินอย่างเป็นระบบ เพลาเอียงที่มีความยาว 1300 ม. ที่มุม 12° จากพื้นผิวถึงช่องเปิดของเหมืองที่ความลึก 280 ม. ถูกขับเคลื่อนผ่านหินหลัก เป็นที่ตั้งของสายพานลำเลียงสำหรับขนส่งแร่ไปยังโรงงานแปรรูปและ คอมเพล็กซ์การบดใต้ดินซึ่งทำให้สามารถลดจำนวนรถดัมพ์ที่ใช้งานได้อย่างรวดเร็ว

วิธีการใต้ดินใช้หลายระบบสำหรับการขุดใต้ดินของท่อที่มีเพชร

ระบบห้องจัดให้มีการขุดค้นห้องขนาด 8 เมตร สูง 12 เมตร โดยแยกจากกันด้วยเสาชั่วคราวสูง 8 เมตร ที่ขอบฟ้าการทำงานแต่ละด้านตามแนวแกนสั้นของท่อ Kimberlite ซึ่งถูกย้ายออกจากห้องและจากเสาของขอบฟ้าที่อยู่เบื้องบน ภายใต้อิทธิพลของน้ำหนักของหินที่ถล่มลงมา ตกลงบนฐานของเหมืองขนส่งสินค้า ซึ่งมันถูกบรรทุกลงรถเข็นและกลิ้งกลับไปยังช่องแร่ที่อยู่ใน หินเจ้าภาพ ซึ่งคิมเบอร์ไลต์จะถูกป้อนไปยังขอบฟ้าการขนส่งหลัก

วิธีการขุดสล็อตถูกนำมาใช้กับท่อพรีเมียร์ (แอฟริกาใต้) ขณะที่ท่อได้รับการพัฒนา ที่ขอบฟ้าการทำงานแต่ละจุด ดริฟต์หลักจะวิ่งขนานกับช่องว่างโดยมีระยะห่างเท่ากับครึ่งหนึ่งของระยะห่างจากช่องว่างถึงขอบเขตของตัวแร่ ที่ระดับความลึก 270 ม. แร่ถูกปล่อยออกจากแร่ผ่านเข้าไปในรถเข็นและขนส่งไปตามแท่นขนส่ง จากนั้นแร่จะถูกป้อนเข้าเครื่องบดบดและขนย้ายขึ้นสู่ผิวน้ำ วิธีการพัฒนาที่ก้าวหน้าที่สุดคือการยุบตัวของพื้น โดยให้ผลผลิตสูง (คิมเบอร์ไลท์สูงถึง 5 ล้านตันต่อปี) ด้วยต้นทุนที่ต่ำและการใช้งานค่อนข้างน้อย แรงงานคน- ด้วยระบบนี้ การทำลาย Kimberlite เกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง จำนวนขอบเขตการทำงานและจุดรับน้ำหนักจะลดลงอย่างรวดเร็ว สาระสำคัญของระบบคือการดริฟท์ของมีดโกนขยายจากการดริฟท์ของการขนส่งโดยวางตัวข้ามท่อที่ระยะห่าง 14 ม. จากกัน โดยในช่องสี่เหลี่ยมจัตุรัสขนาด 1-2 ม. จะอยู่ในช่วงเวลา 3-5 ม. ทั้งสอง ด้านข้างในรูปแบบกระดานหมากรุก ช่องนั้นถูกครอบครองโดยไรเซอร์ที่มีรูปร่างเป็นกรวย โดยมีความสูงถึง 7.6 ม. เหนือระดับฐาน จากนั้นบล็อกคิมเบอร์ไลต์จะถูกตัดด้านล่างทั้งหมด และชั้นหนา 18 ม. จะถูกขุดขึ้นมา เพื่อให้คิมเบอร์ไลต์แตกตัวและยุบตัวเป็นแนวยกคล้ายกรวย เป็นผลให้เกิดช่องว่างการชดเชยสูง 2.2 ม. ทั่วทั้งพื้นที่ของท่อ หลังจากนั้น มวลคิมเบอร์ไลต์ที่ไม่ได้รับการสนับสนุนยังคงอยู่เหนือพื้นที่การชดเชย ซึ่งภายใต้อิทธิพลของน้ำหนักของมันเอง จะค่อยๆ ยุบลงบนทางออก ช่องทาง ในขณะที่คิมเบอร์ไลต์พังทลาย มันก็จะถูกปล่อยออกมาบางส่วนเพื่อฟื้นฟูพื้นที่การชดเชย ดังนั้นระดับของคิมเบอร์ไลต์ที่พังทลายจึงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องจนกระทั่งถึงโขดหินที่อยู่ขอบฟ้าที่อยู่เบื้องบน หลังจากนั้นการผลิตแร่จะดำเนินต่อไปในอัตราหนึ่งจนกระทั่งเศษหินปรากฏขึ้นในเครื่องขูด การขุดขอบฟ้านี้สิ้นสุดที่นี่ หลังจากนั้นพวกเขาก็เริ่มขุดอันที่อยู่ด้านล่าง

เงินฝากของผู้วางที่มีความลึกสูงสุด 40-45 เมตรได้รับการประมวลผลโดยใช้การขุดแบบเปิด ในสาธารณรัฐซาฮา (ยาคุเตีย) ดำเนินการผลิตใน ช่วงฤดูร้อนวิธีรถปราบดิน - ไฮดรอลิก ทรายที่ป้อนโดยรถปราบดินจะถูกล้างบนตะแกรงของเปลไฮดรอลิกที่มีขนาดเซลล์ 30-50 มม. วัสดุที่อยู่นอกกริดจะถูกกำจัดออกด้วยกระแสน้ำ และเยื่อกระดาษที่อยู่ด้านล่างจะถูกขนส่งผ่านท่อโดยเรือขุดในระยะทาง 20.-2.5 กม. ไปยังโรงงานแปรรูปที่อยู่กับที่ตามฤดูกาล จากหุบเขาที่มีผู้วางขยายออกไป เพชรจะถูกขุดโดยการขุดลอก การขุดลอกเคลื่อนจากล่างขึ้นบนไปตามหุบเขาแม่น้ำโดยใช้ทางเดินตามขวางหรือตามยาว หลังจากที่กองหนุนหลักหมดลง การขุดลอกจะถูกดำเนินการใหม่จากบนลงล่างโดยมีการแทนที่จังหวะที่สัมพันธ์กับจังหวะหลัก บางครั้งการเคลื่อนไหวก็มุ่งตรงไปที่การเคลื่อนไหวหลัก

รูปที่ 6. ท่อ Kimberlite ระหว่างการพัฒนา

การพัฒนาแหล่งสะสมแร่กราไฟท์

การพัฒนาแร่กราไฟท์นั้นดำเนินการโดยวิธีเปิดและใต้ดิน ในบรรดาแหล่งสะสมกราไฟท์ที่ถูกใช้ประโยชน์สามแห่งในรัสเซีย สองแห่ง (Noginskoye, Botogolskoye) ได้รับการพัฒนาใต้ดิน และอีกหนึ่งแห่ง (Taiginskoye) ได้รับการพัฒนาแบบหลุมเปิด

ขนาดของเหมืองเปิดที่แหล่งสะสมกราไฟท์ผลึก Taiginskoye มีความยาวประมาณ 3 กม. กว้าง 200-250 ม. และลึกมากกว่า 50 ม. การสูญเสียจากการขุดอยู่ที่ประมาณ 1% การเจือจางไม่มีนัยสำคัญ

ในสหรัฐอเมริกา การทำเหมืองแร่กราไฟท์แบบเปิดจะดำเนินการโดยใช้การขุดเจาะและการระเบิด ตามด้วยการขนส่งแร่ทางถนนไปยังโรงงานแปรรูป

ระบบดั้งเดิมสำหรับการพัฒนาคราบกราไฟท์ถูกนำไปใช้ในสาธารณรัฐมาดากัสการ์ วิธีการเปิดส่วนใหญ่ดำเนินการกับแร่กราไฟท์ที่ผ่านการผุกร่อนแล้วที่ระดับความลึก 30-40 ม. งานนี้จะดำเนินการในขั้นบันไดโดยลดระดับแร่ลงไปจนถึงขอบฟ้าด้านล่าง ซึ่งเป็นจุดที่แร่ถูกส่งไปยังโรงงานแปรรูป

คราบกราไฟท์ Noginsk ที่พัฒนาใต้ดิน (adit และก้าน) มีลักษณะพิเศษคือการเจือจาง 2.8% ปริมาณความชื้นของแร่ 4.5% และการสูญเสีย 17.8%

การสะสมของ Botogol ของกราไฟท์ผลึกหนาแน่นคุณภาพสูงได้รับการพัฒนาโดยใช้วิธี adit การขุดจะดำเนินการในชั้นแนวนอนจากล่างขึ้นบนโดยเติมพื้นที่บำบัด การสูญเสียการผลิตประมาณ 8%

5. การประยุกต์เพชร

พื้นที่หลักของการใช้เพชรธรรมชาติ

เครื่องประดับเพชร ขอบเขตหลักของการใช้เพชรในแง่ของมูลค่าคือการเจียระไนให้มีความแวววาว

เพชรอุตสาหกรรม ทางเทคนิค ได้แก่ คริสตัลสีเข้มที่มีรอยแตกและข้อบกพร่องอื่น ๆ รวมถึงชิ้นส่วนต่าง ๆ สองเท่า intergrowth ฯลฯ ซึ่งเป็นไปไม่ได้ที่จะสร้างคริสตัลเหลี่ยมเพชรพลอย ขึ้นอยู่กับคุณภาพและวัตถุประสงค์ เพชรอุตสาหกรรมสามารถแบ่งออกเป็นกลุ่มต่างๆ ได้ดังต่อไปนี้:

เพชรที่ผ่านการแปรรูปเพื่อผลิตเม็ดที่มีรูปทรงเรขาคณิตเฉพาะ ซึ่งรวมถึงเพชรที่มีไว้สำหรับการผลิตใบมีด สว่าน ปลาย มีดตัดกระจก ตลับลูกปืน ฯลฯ

ผลึกเพชรที่ใช้ในรูปแบบดิบในดอกสว่าน ดินสอเพชร-โลหะ ฯลฯ

เพชรที่มีฤทธิ์กัดกร่อนโดยพื้นฐานแล้วเป็นผลึกขนาดเล็กที่มีข้อบกพร่องอย่างมาก และเหมาะสำหรับการเจียรให้เป็นผงเท่านั้น

ผงเพชรเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้เมื่อแปรรูปชิ้นส่วนขนาดเล็ก เช่น หินนาฬิกาทับทิม ตลับลูกปืนที่ทำจากโทแพซ เบริล และแซฟไฟร์ ซึ่งมีความแข็งใกล้เคียงกับคอรันดัม การใช้ผงเพชรเท่านั้นที่ทำให้มั่นใจได้ถึงความบริสุทธิ์สูงของพื้นผิวไมโครที่ผ่านการแปรรูป ซึ่งเป็นตัวกำหนดความแม่นยำของชิ้นส่วนขนาดเล็กในอุปกรณ์และเครื่องมือ

เครื่องมือที่ทำจากผงเพชร สำหรับการตัดหินแข็ง โลหะผสม และวัสดุแข็งอื่นๆ ใบเพชรและใบเลื่อยเพชรต่างๆ ผลิตโดยอุตสาหกรรม เครื่องมือขัดเพชรแบบแมนเดรลเป็นเรื่องปกติและมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมงานโลหะเพื่อการตกแต่งล้อเจียร นอกจากนี้ยังใช้ดินสอโลหะเพชรซึ่งเป็นเม็ดมีดอัดที่ทำจากผงเพชรโลหะผสมแข็ง

เครื่องมือที่ทำจากเพชรคริสตัลเดี่ยว คัตเตอร์ เข็ม คัตเตอร์กระจก แม่พิมพ์ (เพชรรูปทรงแผ่นซึ่งมีรูบางๆ เจาะเข้าไป) และเครื่องมืออื่นๆ ทำจากคริสตัลเพชรแต่ละชิ้นหรือชิ้นส่วนของเพชรเหล่านั้น จุดเพชรคือผลึกเพชรที่มีปลายแหลมคมตามธรรมชาติหรือเศษขอบแหลมคมที่ฝังอยู่ในแท่งโลหะ เข็มเพชรถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการทำต๊าปบนเครื่องเจียรเกลียว เข็มเพชรทรงกรวยที่มีหัวเป็นทรงกลมถูกนำมาใช้ในโพรฟิโลมิเตอร์และโปรไฟล์กราฟ ซึ่งใช้ในการวัดความผิดปกติที่เล็กที่สุดและความสะอาดพื้นผิวของชิ้นส่วนต่างๆ เพชรถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการทำแม่พิมพ์ในการผลิตลวดจากวัสดุแข็ง โดยเฉพาะเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดเล็กสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

เครื่องมือตัดหินเพชร การใช้เพชรเพื่อเสริมกำลังดอกสว่านทำให้สามารถเพิ่มผลผลิตของแท่นขุดเจาะได้ 1.5-2 เท่า เมื่อเทียบกับการเจาะที่ไม่ใช่เพชร

การใช้เพชรในด้านอื่นๆ Diamond เป็นวัสดุนำแสงที่ดีเยี่ยมสำหรับคิวเวตต์และหน้าต่างทุกประเภท ซึ่งสามารถทนต่อแรงกดดันสูงและผลกระทบของสารไม่ว่าจะมีความรุนแรงในระดับใดก็ตาม และในขณะเดียวกันก็มีความโปร่งใสในช่วงความยาวคลื่นที่หลากหลาย

พื้นผิวเพชรของวงจรเซมิคอนดักเตอร์ซึ่งให้ฉนวนที่ดีเยี่ยม ช่วยขจัดความร้อนได้เร็วกว่าทองแดง เช่น หลายเท่า ซึ่งเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของส่วนประกอบสำคัญของวงจรอิเล็กทรอนิกส์ได้อย่างมาก ความสามารถในการใช้เพชรเพื่อนับอนุภาคนิวเคลียร์ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงและมีภาระทางกลสูง เพชรถูกใช้ในเคาน์เตอร์พิเศษ

โครงสร้างการบริโภคเพชรอุตสาหกรรมของประเทศที่พัฒนาแล้วมีดังต่อไปนี้ (%):

การเจียร การลับคมเครื่องมือและชิ้นส่วนเครื่องจักรที่ทำจากโลหะผสมแข็ง – 60-70

แมนเดรลล้อเจียร – 10-12;

การขุดเจาะบ่อ – 10;

การวาดลวด – 10;

การตัดและการเจียรชิ้นส่วนและผลิตภัณฑ์ที่ทำจากแก้ว เซรามิก หินอ่อน การเจาะและการตกแต่งชิ้นส่วนคาร์ไบด์ การแปรรูปนาฬิกาและ เครื่องประดับ – 10-12.

พื้นที่ใช้งานกราไฟท์

ผู้บริโภคแทบจะไม่สามารถนำแร่จากแหล่งสะสมกราไฟท์เกือบทั้งหมดในรูปแบบดิบได้ เกือบทั้งหมดผ่านการประมวลผลล่วงหน้าเพื่อเปลี่ยนแร่ให้เป็นผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป

การจำแนกประเภททางเทคโนโลยีของแร่กราไฟท์เกิดขึ้นพร้อมกับการจำแนกประเภทของแร่ธรรมชาติ

แร่ที่เป็นผลึกอย่างชัดเจนได้รับการประมวลผลโดยใช้รูปแบบการลอยอยู่ในน้ำเป็นหลัก เนื่องจากมีความสามารถในการลอยตัวของกราไฟท์ได้ดี

วัตถุดิบกราไฟท์คริปโตคริสตัลไลน์ถูกแสดงโดยแร่ธาตุที่กระจัดกระจายอย่างประณีตในการเจริญเติบโตที่ซับซ้อนมากกับเศษหิน ดังนั้นแร่กราไฟท์ประเภทนี้จึงแทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะเสริมสมรรถนะด้วยเครื่องจักร ส่วนใหญ่จะนำไปใช้กับการขุดแร่ และในกรณีพิเศษ วิธีทางเคมี การใช้ความร้อน หรือการประมวลผลอื่นๆ เนื่องจากกระบวนการเหล่านี้มีราคาแพงจึงไม่ค่อยมีใครใช้

ตัวบ่งชี้หลักที่ใช้ประเมินผลิตภัณฑ์กราไฟท์ ได้แก่ พื้นผิวและโครงสร้าง ปริมาณคาร์บอน เถ้า ความชื้น ส่วนประกอบที่ระเหยง่าย สิ่งเจือปนที่เป็นอันตราย (เหล็ก ซัลเฟอร์ ทองแดง ฯลฯ) การกระจายขนาดอนุภาค

ในการผลิตโรงหล่อ มักให้ความสำคัญกับกราไฟท์แบบเข้ารหัสลับ เนื่องจากการกระจายตัวของผงมีความสำคัญสำหรับการผลิตนี้ ทำให้แม่พิมพ์หล่อมีพื้นผิวที่เรียบ และอำนวยความสะดวกในการถอดแบบหล่อออกจากแม่พิมพ์หลังจากเย็นลง

กราไฟท์ผลึกชัดเจนคุณภาพสูงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการหล่อเหล็กชนิดพิเศษ

Crucible Graphite มีจำหน่ายสามเกรด การแบ่งเขตของพวกเขาไม่เกิน 7; 8.5 และ 10% เศษส่วนมวลของเหล็กในรูปของ Fe2O3 สำหรับทุกเกรดไม่เกิน 1.6% สารระเหย - น้อยกว่า 1.5%; ความชื้น – ไม่เกิน 1%

สำหรับการผลิตถ้วยใส่ตัวอย่างการหลอมกราไฟท์-เซรามิกและวัสดุทนไฟ จะใช้กราไฟท์ผลึกชัดเจนคุณภาพสูง

ตามข้อกำหนดสำหรับการหล่อลื่นกราไฟท์ผลิตภัณฑ์จะถูกผลิตในรูปแบบของหลายเกรดซึ่งแต่ละเกรดมีพื้นที่การใช้งานของตัวเองและมีลักษณะเฉพาะด้วยตัวบ่งชี้จำนวนหนึ่ง ตัวชี้วัดเดียวที่เหมือนกันสำหรับทุกยี่ห้อคือความเข้มข้นของไอออนไฮโดรเจนในน้ำสกัดและความชื้น

การผลิตดินสอ เช่นเดียวกับการผลิตคาร์บอนไฟฟ้า ถือเป็นความต้องการคุณภาพของกราไฟท์สูงสุด ในทางปฏิบัติของโลก สำหรับดินสอประเภทที่ดีที่สุด มีการใช้ส่วนผสมของซีลอนและกราไฟท์แบบผลึกหรือคริปโตคริสตัลไลน์อื่นๆ ซึ่งส่วนใหญ่มักใช้สำหรับการผลิตดินสอประเภทธรรมดา

ในการผลิตแบตเตอรี่อัลคาไลน์จำนวนมากที่ใช้งานอยู่ จะใช้กราไฟท์เกล็ดหยาบ (“เงิน”) ที่เป็นผลึกอย่างชัดเจน ซึ่งได้มาจากการลอยแร่จากแหล่งสะสม Taiginsky และ Zavalevsky

ในอุตสาหกรรมถ่านหินไฟฟ้า มีการใช้กราไฟท์สามประเภท: ละเอียดจากธรรมชาติและคริสตัลไลน์แบบเข้ารหัส และประดิษฐ์ กราไฟท์ประดิษฐ์เริ่มแพร่หลายเนื่องจากมีความบริสุทธิ์สูงและองค์ประกอบสม่ำเสมอ

ในการผลิตน้ำมันหล่อลื่น กราไฟท์ผลึกธรรมชาติและกราไฟท์เทียมถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในฐานะสารของแข็ง การผลิตนี้ต้องใช้กราไฟท์ ซึ่งมักจะมีความบริสุทธิ์สูงและการบดละเอียดมาก บางครั้งอาจมีขนาดคอลลอยด์ น้ำมันหล่อลื่นส่วนใหญ่มักเป็นสารแขวนลอยแบบน้ำหรือน้ำมันของผลึกธรรมชาติและกราไฟท์เทียม

เกรดกราไฟท์จำนวนหนึ่งไม่อนุญาตให้มีสิ่งเจือปนอุดตัน รวมถึงกราไฟท์จากแหล่งสะสมอื่นๆ เกรดเหล่านี้ประกอบด้วยกราไฟท์เบ้าหลอม ธาตุ และอิเล็กโตรคาร์บอน

บทสรุป

หลังจากศึกษาการดัดแปลงคาร์บอนแบบโพลีมอร์ฟิกสองแบบ ได้แก่ เพชรและกราไฟต์ ฉันได้ข้อสรุปว่าแม้จะมีองค์ประกอบทางเคมีเหมือนกัน แต่โพลีมอร์ฟก็มีโครงสร้างโครงตาข่ายคริสตัลที่แตกต่างกัน ดังนั้นจึงมีคุณสมบัติและต้นกำเนิดที่แตกต่างกัน

เพชรเป็นสารผลึกใสไม่มีสี มีความแข็งเป็นพิเศษ - 10 และความแวววาวของเพชร กราไฟต์เป็นสารผลึกสีเทาดำที่มีความแวววาวของโลหะ มันเยิ้มเมื่อสัมผัส และมีความแข็งด้อยกว่าแม้แต่กระดาษ - 1

เพชรเกิดขึ้นในธรรมชาติในรูปของผลึกแต่ละเม็ดที่มีการกำหนดไว้อย่างชัดเจน ผลึกกราไฟท์มักเป็นแผ่นบาง

ต้นกำเนิดของเพชรคือหินอัคนี กราไฟต์เป็นการแปรสภาพ

เพชรถูกนำมาใช้ในเกือบทุกอุตสาหกรรม: วิศวกรรมไฟฟ้า วิทยุอิเล็กทรอนิกส์ การทำเครื่องมือ และการขุดเจาะ

กราไฟท์ใช้สำหรับการผลิตถ้วยใส่ตัวอย่างการหลอมกราไฟต์-เซรามิกและวัสดุทนไฟ เป็นสารหล่อลื่น ในการผลิตดินสอ และในอุตสาหกรรมถ่านหินไฟฟ้า

หนังสือเรียนจำนวนนับไม่ถ้วนแสดงแผนภาพสมดุลของเพชร-กราไฟท์ และบอกว่าเพชรเกิดขึ้นจากกราไฟท์ แต่ด้วยเหตุผลบางอย่างไม่มีใครถามคำถาม: กราไฟท์มาจากไหนในเนื้อโลก?.. ท้ายที่สุดแล้วมันไม่เสถียรที่นั่นและมันถูกเรียกว่าแร่ "ต้องห้าม" สำหรับสภาพของเนื้อโลก คาร์ไบด์เป็นเรื่องที่แตกต่างกัน พวกมันเสถียรที่นี่: คาร์ไบด์ของเหล็ก, ฟอสฟอรัส, ซิลิคอน, ไนโตรเจน, ไฮโดรเจน ไฮโดรเจนคาร์ไบด์เป็นแก๊ส มีเทนธรรมดา เคลื่อนที่ได้และมีความเข้มข้นได้ง่ายในของเหลวที่อยู่ลึก

ครั้งหนึ่ง นักธรณีวิทยาไม่ได้ให้ความสำคัญกับการค้นพบที่น่าทึ่งของนักฟิสิกส์ชาวโซเวียต B. Deryagin ซึ่งย้อนกลับไปในปี 1969 ได้สังเคราะห์เพชรจากมีเธน และสิ่งที่สำคัญมากคือที่ความดันต่ำกว่าชั้นบรรยากาศด้วยซ้ำ ถึงกระนั้น การค้นพบนี้น่าจะเปลี่ยนแปลงแนวคิดที่มีอยู่เดิมอย่างสิ้นเชิงเกี่ยวกับเพชรในฐานะแร่ธาตุที่ต้องตกผลึกจากการหลอมละลายและที่ความดันสูง ข้อมูลของ Deryagin ช่วยให้ฉันพิจารณาความเป็นไปได้ของการตกผลึกของเพชรจากของเหลว ซึ่งเป็นส่วนผสมของก๊าซในระบบ C-H-O

ปรากฎว่าในของเหลวดังกล่าว ออกซิเจนที่ความดันแมนเทิลสูงเป็นพิเศษจะสูญเสียคุณสมบัติในการออกซิไดซ์และไม่ออกซิไดซ์ไฮโดรเจนด้วยซ้ำ แต่เมื่อก๊าซลอยสูงขึ้น เมื่อมีท่อคิมเบอร์ไลท์เกิดขึ้น ความดันจะลดลง ก็เพียงพอแล้วที่จะลดความดัน 10 เท่า - จาก 50 เหลือ 5 กิโลบาร์ - เพื่อให้กิจกรรมของออกซิเจนเพิ่มขึ้นล้านเท่า จากนั้นมันจะรวมตัวกับไฮโดรเจนและมีเทนทันที พูดง่ายๆ ก็คือ ก๊าซจะติดไฟได้เอง - ไฟไหม้อันรุนแรงลุกลามในท่อใต้ดิน

ผลที่ตามมาของ "ไฟ" ใต้ดินนั้นขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของคาร์บอน ไฮโดรเจน และออกซิเจนในของเหลว หากไม่มีออกซิเจนมากเกินไปก็จะกำจัดเฉพาะไฮโดรเจนออกจากโมเลกุลมีเทน (CH4) ไอน้ำที่เกิดขึ้นจะถูกดูดซับโดยฝุ่นแร่และก่อตัวเป็นเซอร์เพนไทไนต์ ซึ่งเป็นแร่ธาตุที่มีลักษณะเฉพาะที่สุดของคิมเบอร์ไลต์ คาร์บอนที่ยังคง "โดดเดี่ยว" อยู่ที่ความกดดันหลายพันบรรยากาศและอุณหภูมิประมาณ 1,000 ° C จะปิดด้วยพันธะวาเลนซ์ที่ไม่อิ่มตัว "บนตัวมันเอง" และก่อตัวเป็นโมเลกุลขนาดยักษ์ของคาร์บอนบริสุทธิ์ - เพชร! ในทางปฏิบัติ การผสมผสานส่วนประกอบที่ดีในส่วนผสมของก๊าซนั้นหาได้ยาก: ท่อคิมเบอร์ไลต์เพียงห้าเปอร์เซ็นต์เท่านั้นที่มีแบริ่งเพชร

บ่อยครั้งมักเกิดขึ้นว่ามีออกซิเจนมากเกินไปที่จะสร้างเพชรหรือไม่เพียงพอ ในกรณีแรก คาร์บอนจะเผาไหม้และกลายเป็นก๊าซ - ออกไซด์: CO หรือ CO2 จากนั้นคิมเบอร์ไลต์ที่แห้งแล้งก็ปรากฏขึ้น มีลักษณะเป็นแม่เหล็กที่เพิ่มขึ้นเนื่องจากมีเหล็กออกไซด์ - แมกนีไทต์ มีออกซิเจนจำนวนมาก และมัน "แย่ง" เหล็กออกจากซิลิเกต หากมีการขาดออกซิเจนหรือมีเทน จะปรากฏเพียงไอน้ำและเซอร์เพนไทไนต์จะดูดซับไว้ ปรากฎว่าเพชรปรากฏเป็นผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้ของของเหลวคาร์บอนใต้ดินที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ เพชรเปรียบเสมือนขี้เถ้าหรือเขม่าที่เกาะอยู่ใน "ปล่องไฟ" ของเสื้อคลุม! (อ. พอร์ทนอฟ – ศาสตราจารย์สาขาธรณีวิทยาและแร่วิทยา, ศาสตราจารย์)

บรรณานุกรม

1. คาร์บอนและสารประกอบของมัน - Kyiv, “Naukova Dumka” 1978

2. บูลัค เอ.จี. แร่วิทยาทั่วไป 1999.

3. ซาราซอฟสกี้. นิตยสารการศึกษา เล่มที่ 6 พ.ศ. 2543 ฉบับที่ 5.

4. ดาดิน ยูเอ กราไฟท์และสารประกอบรวมของมัน

5. เอ. ปอร์ตนอฟ. “เพชรมาจากใต้พิภพ”

6. JSC "ภูมิสารสนเทศ". มอสโก 2540 วัตถุดิบแร่ กราไฟท์ เพชร.

7. สำนักพิมพ์ "สารานุกรมโซเวียต" มอสโก 1972.