Wszystko co chcielibyście wiedzieć o diamentach a baliście się zapytać - myśląc że odpowiedź będzie zbyt pobieżna, zbyt lifestylowa, za mało naukowa. Poniżej niezwykły bo fascynujący a jednocześnie pozbawiony fałszywego blichtru artykuł tłumaczący to wszystko czego nie wiemy o niezwykłych minerałach, których wagę określamy za pomocą wagi manny z nieba.
Gorąco polecam.
Citronian-Man
----------------------------------------------------------------
Nietrudno zauważyć, że książka ta niewiele mówi o kamieniach szlachetnych i ozdobnych. Nie jest to przeoczenie. O kamieniach tych napisano u nas już wiele książek. Można by zresztą mówić i pisać o nich bez końca. Każdy ze sławnych diamentów ma swoją barwną historię, która, zanim została spisana atramentem przez kronikarzy, wcześniej została napisana, bez żadnej przesady, krwią i łzami. Jeśli nawet jednak pominie się te historie, to w książce o minerałach nie sposób pominąć samego diamentu - minerału o niezwykłych cechach, niezwykłej roli w dziejach i współczesności, i niezwykłym pochodzeniu...
Wbrew powszechnemu mniemaniu nie jest to natomiast minerał najdroższy. Na światowych giełdach jubilerskich najwyżej ceniony jest nie diament, lecz rubin. Doskonale wykształcony birmański rubin o barwie określanej jako „gołębia krew" jest dwukrotnie droższy od doskonałego diamentu tej samej wielkości. Wartość wydobywanych na świecie diamentów przekracza jednak znacznie wartość wszystkich innych kamieni jubilerskich razem wziętych, gdyż na diamenty przypada 96% ogólnej wartości, podczas gdy na wszystkie pozostałe kamienie tylko 4%. Wśród światowych produktów górniczych diament zajmuje pod względem wartości siódme miejsce.
Również wbrew powszechnej opinii, według której diament jest
przede wszystkim kamieniem szlachetnym, jedynie około 20% diamentów może być
wykorzystane dla celów jubilerskich - są to pojedyncze, dobrze wykształcone kryształy
nie zawierające wrostków i wolne od defektów. Większość diamentów to diamenty
przemysłowe, wśród których wyróżnia się kilka odmian:
- bort - pochodzące ze złóż afrykańskich diamenty
mikrokrystaliczne, zrosty drobnych kryształów nieprzezroczyste od wrostków
obcych substancji;
- ballas - kuliste diamenty o strukturze koncentrycznej;
- karbonado - mikrokrystaliczne agregaty drobnych, czarnych
kryształów, pochodzące z Ameryki Południowej;
- kongo - drobnoziarniste kruszywo diamentowe stosowane
jedynie jako materiał ścierny.
Wysoki udział diamentów przemysłowych w ogólnym wydobyciu
tego minerału oraz wielkie znaczenie diamentu we współczesnej technice są
powodem, że krzywa wzrostu produkcji diamentów ma przebieg podobny jak krzywa
wzrostu produkcji stali. Świadczy to, że obecnie diament to w mniejszym stopniu
kamień jubilerski (bez którego można by się obejść),
w większym zaś stopniu surowiec przemysłowy, bez którego
niewyobrażalna byłaby współczesna technika.
Skład chemiczny diamentu jest bardzo prosty. Diament jest
krystaliczną postacią węgla. Jego wzór chemiczny C jest taki sam jak symbol
pierwiastka. Odpowiednio do prostego składu chemicznego diament krystalizuje w
układzie krystalograficznym o najwyższej symetrii, czyli w układzie regularnym.
Węgiel może występować w przyrodzie także w postaci innego minerału - grafitu,
krystalizującego w układzie heksagonalnym, a więc również w układzie o wysokiej
symetrii. Stosunek tych minerałów do siebie długo był niejasny. Sir Isaac
Newton wyraził w 1675 r. przypuszczenie, że diament jest ciałem palnym; idąc za
jego myślą dwaj włoscy uczeni, Averani i Targioni, przeprowadzili w 1694 r. doświadczenie,
w wyniku którego diament uległ spaleniu. Ostatecznie rozstrzygnęły zagadnienie
badania uczonych angielskich. Smithson Tennant spalając diament i grafit
stwierdził identyczność produktów reakcji, a Humphry Davy i Michał Faraday
udowodnili, że diament spalony w atmosferze tlenu przechodzi bez reszty w
dwutlenek węgla.
Istnieje siarka rombowa i jednoskośna, fosfor biały, żółty i
czerwony, ale w przypadku dwóch minerałów, w skład których wchodzi pierwiastek
węgiel, można powiedzie, że przyroda przeszła samą siebie tworząc dwie
substancje o całkowicie przeciwstawnych cechach. Diament jest najtwardszy ze
wszystkich minerałów, grafit należy do minerałów najbardziej miękkich. Diament
jest bezbarwny (zdarzają się jednak odmiany barwne - żółte, niebieskie, różowe
itd.) i doskonale przezroczysty, grafit jest czarny i całkowicie nieprzezroczysty. Grafit o gęstości 2,25 g/cm3 należy
do minerałów najlżejszych, diament o gęstości 3,52 g/cm3 należy do minerałów
ciężkich. Diament jest stosowany w technice do cięcia i ścierania wszystkich
innych materiałów, grafit jest używany tam, gdzie sam się ściera - w ołówkach i
smarach grafitowych.
W sieci przestrzennej diamentu występują niekiedy atomy obcych
pierwiastków, głównie azotu i boru. W kryształach diamentów występują wrostki
innych minerałów, najczęściej tlenków żelaza i różnych form krzemionki. Tlenki
żelaza nadają diamentom barwę żółtawą, o diamentach technicznych ze złoża Bushimaia
w Zairze mówi się, że mają barwę „zamarzniętego końskiego moczu" -
określenie niezbyt estetyczne, ale obrazowe.
Jako wrostki w diamentach tkwią także ilmenit, rutyl,
fragmenty skał oraz powstałe wcześniej drobne diamenty. Ciekłe wrostki
dwutlenku węgla zamkniętego w diamencie pod wysokim ciśnieniem powodują
niekiedy samorzutne pękanie diamentów.
Krystalizujący w układzie regularnym diament występuje w
postaci ośmiościanu, sześcianu, dwunastościanu rombowego, rzadziej
czworościanu. Szczególnie pospolita jest pierwsza z tych postaci; ośmiościany
diamentu mają zwykle nieco wypukłe ściany i zaokrąglone krawędzie, co nadaje im
pokrój kulisty.
Jednostką miary wielkości diamentów jest karat (karat ten
nie ma jednak nic wspólnego z karatem stosowanym w złotnictwie do określania
próby złota, czyli procentowej zawartości czystego złota w stopie). Karat
jubilerski jest jednostką masy kamieni szlachetnych. Jednostka ta ma ciekawą
historię. W obszarze śródziemnomorskim rośnie drzewo o strączkowych owocach
nazywane popularnie chlebem świętojańskim (szarańczyn - Ceratonia siligua).
Drzewo to rośnie dziko, bywa też hodowane ze względu na różnorodne pożytki,
strąki są pożywieniem dla ludzi i paszą dla koni, sok jest używany do napojów
alkoholowych i syropów, z drewna wyrabiane są meble, zaś twarde nasiona służyły
już w starożytności jako odważniki stosowane przez jubilerów i farmaceutów.
Nazwa karat pochodzi od greckiej nazwy tej rośliny - keration. Nasiona tkwiące
w dojrzałych strąkach mają bardzo wyrównaną wielkość (197 miligramów), niemniej
jednak jednostka ta nie była zbyt ściśle określona i stwarzała możliwości
nadużyć i nieporozumień, i dlatego od 1907 r. stosuje się tak zwany karat
metryczny o masie 0,2 g, czyli 200 mg. Natomiast masę diamentów przemysłowych
określa się w gramach.
Wielkość kryształów diamentu bywa różna, od
submikroskopowych do ponad 600 g. Taką bowiem masę - 3106 karatów miał
największy z dotychczas znalezionych diamentów, słynny Cullinan. Był to zresztą
tylko fragment kryształu, którego całkowita masa musiała być co najmniej
dwukrotnie większa, drugiego fragmentu niestety nie odnaleziono. Okruchowe
ziarna diamentu występujące w złożach rozsypiskowych mają formy
ostrokrawędziste lub zaokrąglone.
Nadzwyczajna twardość diamentu była powodem, dla którego w
starożytności nadano mu nazwę „adamas" - niepokonany, od której pochodzi
obecna nazwa. Gorzej, że nieraz mylono pojęcie twardości ze spójnością,
uważając, że diament jest odporny na wszelkie działania mechaniczne i
sprawdzano jakość diamentów uderzeniem młota kowalskiego w diament leżący na
kowadle. Takiej próbie żaden diament nie mógł sprostać, jest on bowiem, przy
swej wielkiej twardości, minerałem kruchym. Była to więc metoda badań równie
kosztowna jak odróżnianie banknotów prawdziwych od fałszywych na podstawie
różnic popiołu po ich spaleniu.
Twardość diamentu jest niezwykła, wynosi 10 w skali Mohsa;
nie oznacza to jednak, że diament jest dziesięć razy twardszy od talku o
twardości 1, a dwa razy twardszy od fluorytu o twardości 5. W rzeczywistości
twardość diamentu jest około 180 razy większa od twardości korundu - minerału,
który w skali Mohsa bezpośrednio go poprzedza. Twardość diamentu jest więc
zupełnie wyjątkowa i w dużym stopniu decyduje o niezwykłości tego minerału.
Skrytokrystaliczne odmiany diamentu mają twardość równie wysoką jak kryształy
pojedyncze, a jednocześnie dzięki swej mikrokrystalicznej, mozaikowo pozazębianej
strukturze nie pękają pod działaniem nawet silnego uderzenia. Dlatego też bort
jest materiałem technicznym znacznie cenniejszym niż diament występujący w
pojedynczych kryształach.
Z nadzwyczajną twardością diamentu wiążą się sposoby obróbki
tego kamienia. Już w starożytnych Indiach szlifierze doszli do wniosku, że
diament można obrabiać tylko innym diamentem, a polerować tylko za pomocą
proszku diamentowego. Wyższa twardość proszku diamentowego od twardości
pojedynczego diamentu wynika z tego, że twardość diamentu jest w różnych
kierunkach różna. Jest to zjawisko pospolite w kryształach minerałów (kryształy
są ciałami anizotropowymi), ale w przypadku diamentu ta różnica twardości ma
wyjątkowe znaczenie. W proszku diamentowym znajdują się cząstki o różnej
twardości, a więc także o twardości najwyższej z możliwych. One właśnie
decydują o twardości proszku diamentowego. Szlifierze diamentów twierdzą także,
że diamenty z niektórych złóż są wyjątkowo twarde, do takich należą diamenty z
wyspy Kalimantan (Borneo) oraz z Nowej Południowej Walii.
Mimo swej wysokiej twardości diament pod wpływem uderzenia
może pękać wzdłuż płaszczyzn równoległych do ścian ośmiościaniu (zdarza się
także pękanie oszlifowanych diamentów pod wpływem długotrwałego nacisku
oprawy). Łupliwość wykorzystuje się, aby kamieniom nadać odpowiednią formę
przed ich cięciem i szlifowaniem. Straty masy diamentu podczas obróbki są
bardzo duże i przygotowanie odpowiedniej kształtki jest bardzo istotne dla
dalszej obróbki. Przykładem takiej operacji może być wspomniany już, znaleziony
w 1905 r. diament Cullinan. Na diament o masie 3106 karatów trudno było znaleźć
nabywcę, wobec tego zakupił go za 150.000 funtów szterlingów rząd Transwaalu na
podarek urodzinowy dla króla Edwarda VIII. W 1908 r. zlecono amsterdamskiej
firmie I.J. Asscher obróbkę tego diamentu; wstępnym jej etapem miało być
rozłupanie kamienia. Właściciel firmy najpierw przez miesiąc przyglądał się
diamentowi. Później (dokładnie 10 lutego o godzinie 14.45) umieścił ostrze
klingi w V-kształtnym nacięciu i z całej siły uderzył w jej grzbiet młotem.
Kryształ jednak nie ustąpił. Przy następnym uderzeniu kryształ pękł zgodnie z
przewidywaniem, całkiem jednak nieoczekiwanie jubiler padł zemdlony na ziemię.
Z rozłupanego kryształu wykonano dwa największe z
oszlifowanych diamentów. Cullinan I, czyli „Gwiazda Afryki" o masie 530,2
karata ma kształt gruszki o 74 ścianach (czyli „fasetkach") - jest
umieszczony w brytyjskim berle. Cullinan II, o masie 317,4 karata, jest
wstawiony w koronę brytyjską.
Prócz tego poddano obróbce jeszcze dwa dalsze duże brylanty -
Cullinan III i Cullinan IV, uzyskując jeden kamień w kształcie serca, jeden w
kształcie jaja, dwa czółenka, czyli markizy, oraz 96 małych brylantów. Ogólna
masa wszystkich obrobionych kamieni wynosiła 1063,65 karata; oznacza to, że
straty przy obróbce wyniosły 65,75% pierwotnej masy kamienia. W listopadzie
1908 r. klejnoty oddano królowi Edwardowi VIII.
Szybkość obróbki jubilerskiej Cullinana nie była niczym
nadzwyczajnym. Pochodzący z Indii słynny diament Koh-i-noor został w 1852 r.
przeszlifowany na owalny, płaski brylant w czasie 38 dni (dzień pracy trwał 12
godzin). Masa diamentu zmniejszyła się ze 191 do 108,9 karata. Nowy szlif
polepszył „grę światła kamienia, ale nie osiągnięto klasycznych proporcji
brylantu, a jednocześnie diament przestał być tym, czym był przez długie wieki -
przekazem historycznym z epoki wielkich Mogołów i ozdobą Pawiego Tronu.
Pojęcia „diament" i „brylant" są niekiedy mylone.
Brylant (błyszczący) to szczególny rodzaj szlifu uwypuklającego cechy optyczne
diamentu. Brylant skrzy się różnymi barwami - „rzuca ognie", w każdej
chwili jest inny, w każdej chwili niepowtarzalny. Niezniszczalny, wieczny
kamień jest jednocześnie kalejdoskopem blasków krótszych niż mgnienie oka...
Na własności optyczne diamentu składa się jego doskonała
przezroczystość, bardzo wysoki współczynnik załamania i bardzo duża dyspersja
współczynnika załamania, czyli różnica współczynników załamania dla skrajnych
części widma światła białego. Różnica ta powoduje rozszczepienie światła podobne
do rozszczepienia przez pryzmat. Wysoki współczynnik załamania światła powoduje
silne odbicie od ścian kryształu - diament i inne minerały o wysokim
współczynniku mają połysk zwany diamentowym. Odbiciu ulega jednak tylko część
padającego na powierzchnię diamentu światła. Ta część, która wniknęła w
kryształ, znajduje się teraz w ośrodku o większej gęstości optycznej, tyle razy
większej od gęstości optycznej powietrza, ile wynosi współczynnik załamania
światła - w przypadku diamentu jest on równy 2,41. Z tak wysokiego
współczynnika
 |
Rye. 1. Struktura diamentu. |
załamania wynika, że graniczny kąt całkowitego wewnętrznego
odbicia wynosi 24°26\ Jeśli promień, który wniknął do kryształu, padnie na jego
przeciwległą stronę pod kątem niniejszym od kąta granicznego, to nie wydostanie
się z kryształu, lecz odbije się wewnątrz niego, rozkładając jednocześnie na
barwy składowe. Odbite promienie padając na inne ściany mogą również odbijać
się wewnątrz kryształu, aż wreszcie padając pod kątem większym od granicznego
wynurzają się i trafiają do oka obserwatora.
Własności optyczne diamentu, z osobna biorąc, nie osiągają
wartości skrajnych. Wyższe współczynniki załamania ma hematyt, proustyt
(tetraedryt srebrowy), rutyl i anataz (tlenki tytanu), kupryt i krokoit
(chromian ołowiu). Wyższą dyspersję współczynników załamania ma rutyl, anataz,
tytanit, sfaleryt (siarczek cynku), kasyteryt (tlenek cyny) i jeszcze kilka
innych minerałów. W żadnym przypadku nie ma jednak takiej zbieżności
korzystnych cech jak u diamentu. Zarówno współczynniki załamania jak ich
dyspersja nie ujawniają się wyraźnie w minerałach słabo przezroczystych, a do
takich należy większość z wymienionych. Są one poza tym zbyt miękkie. Dla
przykładu kasyteryt ma dyspersję współczynników załamania wyższą niż diament,
ale sam współczynnik (ściśle mówiąc - współczynniki, gdyż kasyteryt nie należy
do układu regularnego i ma dwa współczynniki załamania światła) znacznie niższy
niż diament, zaś twardość jego wynosi tylko 7. Rutyl mając wyższe współczynniki
i wyższą dyspersję jest najczęściej nieprzezroczysty, poza tym twardość jego
wynosi zaledwie 6. Na placu pozostaje sam tylko diament - adamas - niepokonany.
Diamenty w stanie surowym są mniej efektowne od barwnych kamieni
szlachetnych. Dlatego też w średniowiecznej Persji ceniono je niżej od pereł,
rubinów, szmaragdów i chryzolitów. Podobnie traktowano diamenty także w
średniowiecznej Europie. Wynikało to częściowo ze sposobu obróbki tych kamieni.
Wszystkie diamenty Bliskiego Wschodu i Europy pochodziły w tym czasie z Indii i
były obrabiane na sposób indyjski, to znaczy tak, aby pozostawić możliwie jak
najwięcej z pierwotnej masy kamienia, płaskie powierzchnie szlifowano tylko
wtedy, gdy trzeba było usunąć jakiś występ lub warstwę dla pozbycia się głębiej
tkwiącej skazy. Tak obrobiony diament nie mógł okazać całego swego piękna.
Pełnię tego piękna wydobyły dopiero umiejętności człowieka.
Chociaż diamenty są znane od kilku tysięcy lat, pierwsze próby obróbki uwzględniającej
ich własności optyczne datują się od XIV wieku. Pierwotnie
diamenty oprawiano w stanie nie obrobionym lub co najwyżej zacierano przez
szlifowanie rażące wady powierzchni. Później nauczono się uzyskiwać dość
prawidłowe ośmiościany przez rozłupywanie diamentu według płaszczyn łupliwości.
Kolejnym etapem obróbki było szlifowanie płaskiej tabliczki ścinającej górny
wierzchołek ośmiościanu. W XV w. pojawił się szlif łączący płaską tabliczkę i
regularny stożek. Za twórcę właściwej formy brylantu jest uznany Wenecjanin
Vincenzo Perucci żyjący w XVII w. Najważniejszymi elementami tego szlifu są:
tabliczka, korona i podstawa. Promień świetlny padający na koronę i tabliczkę
powinien po przejściu przez brylant padać na ściany podstawy pod kątem mniejszym
od granicznego kąta 24°26', tak aby nie wydostał się na zewnątrz, następnie zaś
po wewnętrznym odbiciu powinien padać na koronę i tabliczkę pod kątem większym
od tej wartości, gdyż inaczej - nie mogąc wyjść z diamentu - byłby stracony dla
oka obserwatora. Pełnię blasku diamentu pozwolił osiągnąć dopiero „szlif
brylantowy nowoczesny" opracowany w 1910 r. Szlif ten ma w górnej części
tabliczkę i co najmniej 32 ścianki, zaś w dolnej co najmniej 24 ścianki. Szlif
brylantowy został opracowany specjalnie dla diamentów, dlatego też nazwa
„brylant" oznacza, że jest to diament, któremu nadano taki właśnie szlif.
Istnieją także inne rodzaje szlifu, ustępują one jednak brylantowi. Jako
przykład można wymienić szlif „8/8", w którym część górna i dolna mają po
osiem ścian (górna ma także tabliczkę). Szlif ten jest stosowany do obróbki
małych diamentów, na jeden karat może przypadać 500 diamentów o takim szlifie.
Obróbka diamentów należy do najbardziej wyspecjalizowanych
gałęzi przemysłu. Około 80% światowej produkcji diamentów jest kontrolowane
przez koncern „De Beers Consolidated Mines Limited". Handel hurtowy
koncentruje się w Londynie, skąd kamień wędruje do Amsterdamu, Antwerpii,
Nowego Jorku, Mediolanu, Toronto, Tel-Awiwu, Idar-Oberstein i innych centrów
obróbki. Metody obróbki ulegają ewolucji, ale najważniejszym czynnikiem jest,
jak w żadnym chyba innym zawodzie, pewność ręki i oka szlifierza. Znaczną
oszczędność masy diamentów uzyskano zastąpieniem ryzykownego rozłupywania przez
cięcie diamentowymi piłami. Piły takie, o grubości 0,05 mm, są wykonane z brązu
fosforowego i obsadzone na obwodzie proszkiem diamentowym. Obracając się z
prędkością 500 obr./min. przecinają diament o masie 1 karata (około 6,5 mm
średnicy) w czasie około 7 godzin.
Dla ochrony przed kradzieżą i próbami sprzedaży po rozcięciu
i przeszlifowaniu największe diamenty mają kartoteki swoich szczególnych cech w
postaci atlasów plam odbitych i załamanych promieni.
Diament odróżnia się od innych kamieni przede wszystkim na
podstawie jego twardości. Prostą metodą jest także obserwacja zapocenia
diamentu, gdyż parowanie naniesionej przez oddech cienkiej warstewki skroplonej
pary jest znacznie szybsze niż jej parowanie z powierzchni innych kamieni. Udoskonaloną
metodą opartą na tej samej zasadzie jest „diamentowy ołówek" - czujnik
wskazujący obniżenie temperatury przyłożonego do diamentu styku metalowego na
skutek szybkiego odprowadzenia ciepła przez diament.
Wysokie przewodnictwo cieplne diamentu jest zjawiskiem
osobliwym. Przewodnictwo cieplne jest zwykle związane z przewodnictwem
elektrycznym. W przypadku diamentu jest inaczej, łączy on dwie, na pozór
wykluczające się cechy. Jego własności elektryczne stawiają go na jednym z
pierwszych miejsc wśród izolatorów, a jednocześnie przewodnictwo cieplne jest
wyższe niż przewodnictwo metali i w ogóle wszystkich znanych substancji.
Cechy diamentu zostały wykorzystane w wielu dziedzinach
współczesnej techniki. Najpopularniejszym i jednym z najstarszych zastosowań
jest cięcie szkła. Diament jest tutaj niezastąpiony; obliczono, że masa jednego
karata wystarczyłaby do przecięcia tafli szklanej o długości większej niż
odległość z Ziemi do Księżyca. Cięcie szkła to jednak nie tylko przycinanie
szyby okiennej - diamentem nacina się po- działki na najdokładniejszych
przyrządach optycznych i siatki dyfrakcyjne spektrometrów.
Nacięcia na szkle były podobno punktem wyjścia dla
zastosowania diamentów w wiertnictwie. Podczas budowy pierwszego tunelu
kolejowego pod Alpami prace szły tak opornie, że prowadzący je inżynier doszedł
do wniosku, że trzeba na nich „postawić krzyżyk" i odpowiednio do swoich
myśli zrobił ruch ręką, na której palcu miał pierścień z diamentem. Na szybie,
przez którą patrzył na plac budowy, powstały dwa krzyżujące się ślady. To
nasunęło mu myśl, aby do skrawania skał, których twardość jest zbliżona do
twardości, szkła, zastosować diament. Taki miał być (jeśli to prawda) początek
diamentowych koronek, czyli rur, na których obwodzie osadzone są diamenty.
Zastosowanie diamentów zamiast twardych spieków znacznie zwiększa szybkość
wiercenia i obniża jego koszt. W koronkach wiertniczych stosuje się diamenty o
masie 0,5-1 karata. Ze względów całkiem zrozumiałych nie są to diamenty
jubilerskie; pomijając wszystko inne, diamenty takie łatwo pękałyby według
płaszczyzn łupliwości. Najbardziej odpowiednie są diamenty karbonado, a
zwłaszcza ballas o formach owalnych. Jeśli diamenty przemysłowe form takich nie
mają, nadaje się je przez wzajemne ich obijanie w odpowiednich wirujących
urządzeniach. Diamenty takie wytrzymują większe naciski i mimo że są bardziej
tępe od ostrokrawędzistych, lepiej i szybciej drążą skały.
Noże diamentowe służą do wygładzania tarcz ściernych,
ostrzenia przyrządów skrawających i obrabiania powierzchni z dokładnością do 0,5
mikrometra; jest to szczególnie ważne przy obróbce powierzchni krzywek, wałków
i palców rozrządu itd. Diamentowe igły gramofonowe zapewniają doskonałe
odtwarzanie zapisu dźwiękowego i przedłużają żywotność płyt. Diamentowe ostrza
stosuje się w niektórych narzędziach chirurgicznych i mikrotomach.
Do głównych zastosowań diamentów należy wyrób filier, czyli
wkładek kalibracyjnych do ciągadeł drutów i włókien sztucznych. Ma to
szczególne znaczenie w produkcji drutów dla przemysłu elektrotechnicznego, sit
metalowych i tkanin spadochronowych. Filiery diamentowe są kilkaset razy
twardsze od wykonanych z innych materiałów i mogą znacznie dłużej pracować. Do
niedawna wielkim problemem było samo wykonanie takich filier, przewiercano je
za pomocą proszku diamentowego nakładanego na koniec stalowej igły.
Majstersztykiem było takie wiercenie otworów z dwu stron, aby dokładnie
zetknęły się ze sobą. Obecnie wykonuje się to przy zastosowaniu wiązki promieni
laserowych.
Około 80% wszystkich diamentów przemysłowych wykorzystuje
się w stanie rozdrobnionym, w postaci proszków i past. Podczas rozdrabniania
diamentu znacznie wzrasta sumaryczna powierzchnia jego ziarn, a tym samym jego
własności skrawające i ścierające. W różnych dziedzinach stosuje się proszki o
różnym uziarnieniu. Na jeden karat proszku diamentowego o uziarnieniu 500
mikrometrów przypada 1600 ziarn, zaś o uziarnieniu 1 mikrometra aż 150
miliardów ziarn. Proszki diamentowe stosuje się do cięcia skał w kamieniołomach
i do cięcia kryształów półprzewodników. Proszki o najdrobniejszym uziarnieniu
są stosowane do wyrobu pole- rowniczych past diamentowych. Obecnie podstawowa
masa diamentowych proszków ściernych to diamenty syntetyczne - w tej dziedzinie
wypierają one diamenty naturalne.
Badania wykazały, że wśród diamentów można wyróżnić kilka
odmian, różnią się one m.in. zawartością domieszek innych pierwiastków, wśród
których szczególną rolę odgrywają azot i bor. Azot - bliski sąsiad węgla w
okresowym układzie pierwiastków jest domieszką najczęstszą, na 100 diamentów
naturalnych aż 98 zawiera azot w ilości od 0,05 do 0,25%. Nieliczne diamenty
bezazotowe mają najwyższe przewodnictwo cieplne, są one niezrównanym materiałem
odprowadzającym ciepło w układach półprzewodnikowych. Domieszka boru powoduje
natomiast, że sam diament nabiera własności półprzewodnikowych.
Diamenty są stosowane także jako dozymetry promieniowania,
przejście przez ich sieć przestrzenną zjonizowanej cząstki powoduje rozbłysk,
który może być zarejestrowany i wzmocniony przez fotopowielacz. Takie liczniki
diamentowe (do tego celu nadają się jednak nie wszystkie diamenty) mogą być
stosowane w medycynie wobec całkowitej obojętności chemicznej diamentu.
Diament jest całkowicie odporny na działanie kwasów i zasad
(ulega tylko działaniu gorącej chro- mianki), a mimo to do obróbki diamentów
może być stosowana metoda chemiczna. Istota jej polega na tym, że nikiel,
kobalt i żelazo mają zdolność rozpuszczania w sobie węgla. Na podstawie tego
zjawiska opracowano w Jakuckiej Filii AN ZSRR oryginalną metodę obróbki
diamentu. Cienką płytkę żelazną umieszcza się na powierzchni diamentu i
podgrzewa do około 1000°C w atmosferze wodoru. W tych warunkach węgiel diamentu
rozpuszcza się w żelazie i dyfundując wędruje ku przeciwnej stronie płytki,
gdzie opuszcza jej powierzchnię wiążąc się z wodorem w postaci metanu. Płytka
zapada się w diament z prędkością około 1 mm/dobę. Jedynie taką metodą można
wycinać w diamencie profilowane otwory - płytka działa jak mikrofrez lub
mikrowiertło o dowolnym profilu. Termochemiczna metoda stanowi przełom w
technice obróbki diamentów.
Niezwykłym własnościom diamentu towarzyszy niezwykłość jego
pochodzenia. Przez długie wieki nie zdawano sobie zresztą z tego sprawy, gdyż
znano tylko diamenty pochodzące ze złóż rozsypiskowych.
Aż do początków XVIII w. wszystkie diamenty pochodziły z
Indii i w niewielkim stopniu z Borneo. Złoża te były już prawie wyczerpane, gdy
w 1725 r. znaleziono diamenty w Brazylii, w okręgu Tejuco (obecnie Diamantina).
Diamenty kojarzyły się jednak tak bardzo ze Wschodem, że wiadomość o znalezieniu
ich w Brazylii przyjęto z niedowierzaniem, następnie zaś, aby utrzymać wysokie
ceny, przewożono je do portugalskiej kolonii Goa w Indiach i dopiero stamtąd
eksportowano do Europy. Fikcja nie mogła jednak trwać bez końca i po pewnym
czasie pierwszym dostawcą diamentów stała się Brazylia. W 1844 r. znaleziono
tam czarne, mikrokrystaliczne agregaty określane jako karbonado.
W 1851 r. znaleziono diamenty w Nowej Południowej Walii.
Największe odkrycie nastąpiło jednak w 1867 r. na obszarze
dzisiejszej Republiki Południowej Afryki. Odkrycia tego dokonały dzieci
burskiego farmera bawiące się kamieniami w wyschniętym korycie rzeki. Po
pierwszym przypadkowym odkryciu przyszły następne. Były to jednak zawsze,
podobnie jak w Indiach, na Borneo, w Brazylii i Australii, diamenty występujące
w żwirach rzecznych lub w zlepieńcach. Pozostawało tajemnicą, skąd się do tych
okruchowych utworów dostały.
W maju 1871 roku nastąpiło wydarzenie, które zmieniło
poglądy na pochodzenie diamentów. W pobliżu farmy De Beers znaleziono diamenty
nie związane ze żwirami rzecznymi. Nowe złoże nazwano Kimberley na cześć
ówczesnego ministra kolonii. Eksploatacja tego złoża biła swoim rozmachem
wszystkie dotychczasowe przedsięwzięcia górnicze. Na czele spółki De Beers,
która z czasem przerodziła się w obecny koncern, stanął Cecil Rhodes, którego
nazwisko nosiła później brytyjska kolonia Rodezja (obecnie Zimbabwe). W
największym wyrobisku Kimberley, zwanym po prostu Wielką Dziurą osiągnięto
głębokość 1200 m.
Nowe złoże różniło się od wszystkich eksploatowanych
dotychczas. W górnej części złoża, blisko powierzchni ziemi, diamenty
występowały w yellow groud - „żółtej
ziemi", o miąższości około 30 m. Niżej występowała blue ground - „ziemia
niebieska", znacznie mniej zwietrzała od żółtej i ku dołowi przechodząca w
skałę, jaka dotychas nigdzie nie była spotykana. Skała ta miała charakter
brekcji, czyli ostrokrawędzistego zlepieńca, i najbardziej była zbliżona do
skał wypełniających kominy wulkaniczne. Od miejsca występowania nazwano ją
kimberlitem. Składa się z zasobnych w żelazo i magnez krzemianów - oliwinu i
piroksenu, krwistoczerwonego granatu - piropu, magnezowej miki - flogogitu. Z
diamentem współwystępuje coesyt, minerał o składzie takim samym jak pospolity
kwarc, lecz o znacznie większej gęstości wskazującej na powstanie w warunkach
wysokiego ciśnienia. Forma występowania tych skał również przypomina kominy
wulkaniczne schodzące pionowo w dół, ich największe rozmiary poprzeczne
dochodziły do 880 x 430 m. Zawartość diamentów w kominach kimberlitowych jest
różna. Wiele kominów jest całkowicie płonnych. W kimberlitach produktywnych
zawartość diamentów waha się w granicach od tysięcznych karata do kilku karatów
na tonę. W kimberlitach Południowej Afryki przeciętnie występuje 0,5 karata na
tonę. Oznacza to, że na 10 milionów ziarn mineralnych w skale tylko jedno z
nich jest diamentem. Ale nawet przy tak wielkim rozproszeniu diamentów w masie
skalnej ich eksploatacja jest opłacalna, a złoża te są uważane za bogate.
Najłatwiejsze było wydobywanie diamentów z luźnej „żółtej ziemi".
Niezwietrzały kimberlit występujący głębiej wymaga uprzedniego kruszenia.
Dawniej diamenty były wybierane ręcznie, obecnie są
wybierane mechanicznie przez przylepianie do taśmociągów posmarowanych
specjalnymi pastami.
Dokładność wybierania diamentów z urobku jest bardzo wysoka.
Dzięki temu dokonano odkrycia, które rzuciło światło na pochodzenie diamentów w
kimberlitach. W jednym z kominów znaleziono w urobku pochodzącym z różnych
głębokości dwa rozłamane fragmenty ośmiościennego kryształu, pasujące dokładnie
do siebie. Świadczy to, że diamenty nie powstały w kimberlicie, w którym
obecnie występują. Wykrystalizowały gdzieś głęboko i zostały przyniesione przez
kimberlit blisko powierzchni ziemskiej, zaś w czasie transportu zostały
rozłamane i rozsunięte. Brekcja kimberlitowa nie jest skałą macierzystą
diamentu, jest tylko jego przybraną matką. Obecnie sądzi się, że diamenty powstały
na głębokości 100-200 km, a następnie wraz z fragmentami skały, w której
wykrystalizowały, zostały „wstrzelone" z prędkością pocisku w górne partie
skorupy ziemskiej, w trakcie tej wędrówki często ulegały spękaniu.
Krytyczny Czytelnik może tutaj jednak mieć wątpliwości.
Wiadomo bowiem, że im głębiej, tym bardziej wzrasta zawartość pierwiastków
ciężkich, zaś węgiel wchodzący w skład diamentu należy do pierwiastków
najlżejszych, co więcej - w diamentach bardzo często występują domieszki innych
lekkich pierwiastków - azotu i boru. Jak to jest możliwe?
Nie ma w tym jednak żadnej niedorzeczności. Diament jako
minerał zrodził się w głębi Ziemi, lecz węgiel wchodzący w jego skład pochodzi
z powierzchni. W czasie ruchów górotwórczych fragmenty dna oceanicznego
pokrytego osadami węglanowymi zostały pogrążone pod nasuwającymi się krami kontynentalnymi
i na głębokości kilkuset kilometrów uległy przetopieniu, w wyniku którego
powstał stop magmowy zasobny w węgiel. Podczas stygnięcia stopu węgiel, który
nie może wchodzić w skład minerałów krzemianowych, wykrystalizował w postaci
diamentu.
Nie koniec jednak na tym. Niezwykły minerał -: diament może
powstawać także na powierzchni naszej planety.
Przeszło sto lat temu, 10 września 1886 r., mieszkańcy wsi
Nowyj Uriej w guberni penzeńskiej orali pole. Nagle oślepił ich błysk i z
potwornym hukiem upadła obok nich wielka kula świetlna. Za chwilę druga kula
ognista upadła na pobliski las. Przerażeni chłopi upadli na ziemię, a gdy minął
najgorszy strach podeszli do miejsca upadku, leżał tam gorący jeszcze meteoryt.
Największego okruchu, który wpadł w bagno, nie udało się odnaleźć, ale i tak
znaleziono dwa fragmenty. Miejscowy nauczyciel przesłał jeden z meteorytów do
zbadania w Petersburgu, drugi meteoryt natomiast zniknął. Jak się potem
okazało, został on zjedzony przez mieszkańców wsi, którzy potraktowali go jako
dar niebios, z całą pewnością obdarzony własnościami leczniczymi.
Badania mineralogiczne meteorytu (zachowanego do dziś w
zbiorach Instytutu Górniczego w Sankt- Petersburgu) wykazały, że występuje w
nim bardzo twardy minerał. Podejrzewano, że jest to korund (tlenek glinu), ale
rzekomy korund okazał się odporny na stapianie z kwaśnym siarczanem potasu,
jego gęstość była niższa od gęstości korundu, zaś jego drobne ziarnka rysowały
z łatwością ściany kryształów korundu. Był to więc niewiątpliwie diament typu
karbonado.
Występowanie diamentu w meteorytach (gdyż potem znaleziono
go także w innych) było zachętą do poszukiwania go także w meteorytowym
kraterze Canon Diablo w Arizonie, nazywanym także Barringer Crater.
Przedsiębiorczy inżynier Barringer zorganizował bowiem spółkę akcyjną, która
miała na celu eksploatację meteorytowego żelaza, a liczyła także na obecność
platyny i diamentów. Znaleziono ich jednak niewiele, a towarzystwo akcyjne
wkrótce się rozpadło. W meteorytach z Canon Diablo diamenty występują tylko w
tych okazach, które znaleziono na wale okalającym krater, a więc tam, gdzie w
chwili uderzenia ciśnienie wynosiło około milion atmosfer. Z diamentem
współwystępował tam wspomniany już coesyt oraz stiszowit - inna polimorficzna
odmiana krzemionki SiO2 o jeszcze większej gęstości (4,28 g/cm3
wobec 3,01 coesytu i 2,65 kwarcu). I te minerały świadczą więc o bardzo wysokim
ciśnieniu w chwili ich powstania. Była to dosłownie chwila, gdyż ocenia się, że
tak wysokie ciśnienie panowało w milionowym ułamku sekundy.
W 1970 r. geolodzy radziecy znaleźli diamenty w jednym z
gigantycznych kraterów meteorytowych, czyli tak zwanych astroblemów. Jednym z takich
astroblemów jest wspomniany już krater w Arizonie, jest to jednak astroblem
niewielki. Jego średnica wynosi tylko 1800 m, podczas gdy największe zidentyfikowane
do tej pory astroblemy mają średnicę 70 km. Diamenty znalezione wokół
astroblemów i w ich podłożu były ostrokrawędzistymi, polikrystalicznymi
ziarnami półprzezroczystymi i nieprzezroczystymi, o barwie żółtawej, szarej i
czarnej. Wielkość ich dochodziła do 0,4 mm, przypominają one wyglądem diamenty
syntetyczne uzyskiwane w wysokich ciśnieniach i temperaturach. Diamenty te
uznano za produkt metamorfizmu uderzeniowego związanego z upadkiem meteorytu.
Diamentonośne skały powstałe w wyniku takiego metamorfizmu sięgają na głębokość
kilku kilometrów poniżej czaszy astroblemu. Niektóre z nich mogą mieć znaczenie
złożowe. Znaleziono także rozsypiskowe koncentracje takich diamentów.
Głównym źródłem diamentów są jednak oczywiście złoża
pochodzenia ziemskiego. Przez długie lata głównym światowym dostawcą diamentów
była Południowa Afryka. W1910 r. znaleziono rozsypiskowe złoża diamentów
(głównie przemysłowych) w Kongo Belgijskim oraz na obszarze dzisiejszej
Tanzanii. W 1919 r. znaleziono diamenty w Ghanie, a w 1930 r. w Sierra Leone
(gdzie w 1972 r. znaleziono trzeci co do wielkości ze znalezionych dotychczas
diamentów - „Gwiazdę Sierra Leone" o masie 968,9 karata). Wielkie
pierwotne złoża diamentów znaleziono także w kimberlitowych kominach Botswany
sąsiadujących z RPA.
Liczne próby eksploatacji diamentów w stanie Arkansas w USA
zakończyły się niepowodzeniem. Porzucone wyrobiska stały się tylko atrakcją
turystyczną. Tym większe było szczęście pewnej turystki, która na powierzchni
gruntu znalazła wielki diament - „Gwiazdę Arkansas".
Sukcesem zakończyły się natomiast poszukiwania diamentów na
Syberii. Droga do Syberii wiedzie przez Ural, tam też znaleziono w 1829 r.
pierwszy rosyjski diament. Do Rewolucji znaleziono ich około 250, a podczas II
Wojny Światowej podjęto eksploatację ubogich rozsypiskowych złóż diamentów przemysłowych
na zachodnich zboczach Uralu.
Wielkie złoża diamentów na Syberii odkryto dopiero po
wojnie. Do odkrycia tego zbliżano się etapami. Pod koniec lat trzydziestych
geolodzy doszli do wniosku, że budowa geologiczna obszaru między Jenisejem a
Leną jest podobna do budowy Południowej Afryki. Przypomniano sobie wówczas, że
w 1898 r. w obszarze tym znaleziono dwa małe diamenty. Ekspedycja poszukiwawcza
miała wyruszyć w 1941 r., ale przeszkodziła jej wojna. Po jej zakończeniu
objęto badaniami obszar dorzecza Dolnej Tunguzki i Wiluja. Gdy oprócz licznych
diamentów tkwiących luźno w żwirach rzecznych znaleziono także diament
wrośnięty w otoczak skały, stało się jasne, że złoże pierwotne jest gdzieś
niedaleko. Kominy kimberlitowe odkryto jednak dopiero po kilku latach.
Minerałem przewodnim w tych poszukiwaniach był nie sam diament lecz
krwistoczerwony granat - pirop, taki sam, jaki występuje w kimberlitach
Południowej Afryki. Diamentonośny komin kimberlitowy odkryto w 1955 r. Zgodnie
z nakazami panującej wówczas tajności odkrywcy zawiadomili kierownictwo
ekspedycji szyfrem: „zapaliliśmy fajkę pokoju" - tytoń doskonały. Obecnie
Jakucja jest jednym z głównych diamentonośnych obszarów świata. Udział
diamentów jubilerskich w ogólnym wydobyciu nie jest duży, a największy ze
znalezionych dotychczas diamentów mieści się w czwartej dziesiątce na światowej
liście wielkich diamentów.
Czasem życie przynosi coś, czego człowiek z pewnością nigdy
by nie wymyślił. Odkryte przeszło sto lat temu złoża diamentów w Południowej
Afryce występują w pobliżu miasta Kimberley, które dało swą nazwę
diamentonośnym skałom. Na mapach jest jednak jeszcze inne Kimberley -
niewysokie pasmo górskie w północno-zachodniej Australii. I tutaj właśnie, na
obszarze dziwnym zbiegiem okoliczności noszącym taką samą nazwę, odkryto w 1978
r. wielki komin kimberlitowy i liczne złoża rozsypiskowe. Roczna produkcja
uruchomionej w 1985 r. kopalni Argyl wynosi 34 miliony karatów - jest to
przeszło jedna trzecia światowej produkcji. Udział diamentów jubilerskich jest
niewielki - około 5%, lecz zdarzają się wśród nich diamenty różowe, uzyskujące
cenę wielokrotnie wyższą od bezbarwnych.
Diament - minerał zaskakujący różnorodnością swoich cech,
może być darem głębokiego wnętrza Ziemi oraz zachodzących na jej powierzchni
katastrof kosmicznych. W ostatnich dziesięcioleciach jest on także w coraz
większym stopniu wynikiem działalności ludzkiej. Próby syntezy diamentu były
prowadzone od stu lat. Wcześniejsze rzekomo udane wyniki zostały później
zakwestionowane. Na skalę przemysłową udało się wytworzyć diamenty w 1953 r.
grupie szwedzkich inżynierów, wkrótce potem uzyskano je w jednym z laboratoriów
amerykańskiego koncernu General Electric. Syntezę diamentów prowadzi się w
temperaturze około 3000°C pod ciśnieniem 100 000 atmosfer (uzyskanie takich
ciśnień stało się możliwe dzięki zastosowaniu komór ze stopionych węglików
boru). W ostatnich latach prowadzone są badania nad syntezą diamentu w niższych
ciśnieniach oraz nad wzrostem kryształów diamentu na zarodkach diamentowych.
Produkcja przemysłowa diamentów syntetycznych jest już prawie równa wydobyciu
diamentów naturalnych, a opanowanie wytwarzania diamentów jubilerskich jest
tylko sprawą czasu. □
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz