Полезни изкопаеми

Полезни изкопаеми се наричат веществата, добивани от земната кора. Химическият състав и физичните свойства, които притежават, позволяват ефективното им използване в производството. Полезните изкопаеми се делят на горивни, рудни и нерудни. Изкопаеми горива са нефт, природен газ , въглища, горивна почва и битуминозни шисти. Рудните се делят на руди на черни и руди на цветни метали. Пример за нерудни полезни изкопаеми са гипс, каменна сол, огнеупорни глини. Горивните се срещат сред утаечните скали (седиментните скали). Образувани са през различни периоди от развитието на Земята. Рудните се образуват от вместването и застиването на магма в скалите на земната кора. Намират се главно в магмените скали, но се срещат и в утаечни и метаморфни скали. Използват се за производството на метали и електроенергия. Нерудните се образуват при утаяването и уплътняването на ((наносите)). Използват се за производството на строителни материали, порцеланови изделия, в медицината и за накити.Полезните изкопаеми са различни вещества в природата,които се използват от хората като материал за производство.Те се намират в земната кора или върху нея.Образуването им е свързано с развитието на Земята като планета,с процесите в земните недра и на повърхността на Земята,с образуването на скалите и формите на релефа.

Диаманд

Държави, членки на сдружението за сертифициране на диамантите, извлечени по процеса "Кимбърли" Диамантът (от гръцката дума ἀδάμας — несломим, несъкрушим), наричан също елмаз (на руски — "алмаз"), е минерал, естествен полиморфен алотроп на въглерода. Наречен е така заради високата му твърдост и устойчивостта му на корозия.[1] Има много висока химична и физична устойчивост — не се разтваря в киселини и основи и практически не се износва. Диамантът има няколко уникални качества, ненадминати в природата от нито един друг минерал. Той е най-твърдото естествено природно вещество, най-добрият проводник на топлината, има най-високата точка на топене и най-голям показател на пречупване на светлината от всички минерали.[2] Кристализира в кубична сингония във вид на октаедрични, ромбододекаедрични или кубични кристали или комбинация от тях, като най-често се срещат октаедрични кристали.[3] Най-твърдият от естествено образуваните минерали, диамантът, шлифован обикновено с форма на брилянт, е сред най-ценените скъпоценни камъни в бижутерията. Намира широко приложение и за промишлени цели (индустриални диаманти). Класическият обработен като брилянт диамант е с 57 фасети. Така се осигурява красивото и уникално пречупване на светлината, което го прави толкава ценен. Стойността на обработените диаманти се определя от 4 критерия — тегло, цвят, форма на обработка и чистота. Съдържание [скриване] 1 Химичен състав 2 Морфология 3 Структура и форма 4 Свойства 4.1 Физически характеристики 4.2 Оптични свойства 4.3 Кристалографски свойства 4.4 Други характеристики 5 История 6 Условия на образуване 7 Типове диамантени находища 8 Находища 8.1 Австралия 8.2 Ангола 8.3 Ботсуана 8.4 Гана 8.5 ДР Конго 8.6 Канада 8.7 Намибия 8.8 Република Южна Африка 8.9 Русия 8.10 Сиера Леоне 8.11 Танзания 9 Добив 10 Диагностика на диамантите 11 Най-големите и известни диаманти 12 Синтетични диаманти 12.1 История на изкуствените диаманти 12.2 Производство на синтетични диаманти 13 Приложения 14 Легенди и вярвания 15 Вижте също 16 Източници Химичен състав [редактиране]

Диамантът се състои от чист въглерод, но много често съдържа малки примеси от различни химични елементи, включени в кристалната му структура, или в състава му са включени и други минерали.[4] През 1694 г. Дж. Аверани и К. А. Тарджони, членове на Академията на естествоизпитателите във Флоренция, решили от няколко малки диаманта да получат един голям. За тази цел нагрели малките диаманти и останали поразени, когато те изгорели като въглища, оставяйки след себе си само малко пепел. През 1772 г. френският химик Антоан Лавоазие установил, че в кислородна среда диамантът изгаря, образувайки въглероден диоксид. Всъщност диамантът, нагрят над 800°С гори като чист въглерод:[5] С+O2= СO2 Ако диамантът се нагрее над 1500°С в безкислородна среда, се превръща в графит.[5] Морфология [редактиране]

Най-често диамантът се среща във вид на кристали, но може да бъде намерен във вид на радиално-лъчисти, влакнести или тънкозърнести агрегати.[4] Зърнестите разновидности на диаманта със сив до черен цвят са познати с наименованието борт. Представляват нискокачествени кристали и агрегати, непригодни за остеняване и се използват като абразивни материали. Когато се намират като тънкозърнести, порести агрегати, включващи примеси от графит се наричат карбонадо. Цветът им обикновено е сив до черен. Когато минералът борт съдържа примеси от железни оксиди се нарича стюартит.[1] Дребните, кръгли, лъчисти агрегати носят името балас. Всички тези разновидности се означават като технически диаманти.[3][4] Структура и форма [редактиране]

Структурата на диаманта е кубично хексооктаедрична (Fd3m), а=3,5668Å, Z=8. Тя може да бъде представена като две всестранно центрирани кубични решетки, вместени една в друга така, че всеки въглероден атом е обгърнат от други 4 въглеродни атома. Тази силна връзка между въглеродните атоми обяснява голямата твърдост на диаманта. Обикновено се среща като октаедрични или ромбододекаедрични кристали, чиито стени често са заоблени. Когато кристалите диамант са образувани при сравнително ниски температури, те обикновено са кубични. Когато температурата при създаването им е била по-висока, почти винаги кристалите имат форма на октаедър.[1] Често се срещат сдвоени кристали и срастъци, като някои от тях се характеризират с изпъкнали лица и извити краища.[4] Много пъти кристалите на диаманта съдържат някои структурни дефекти като точки, петна, линии, примеси. Тези несъвършенства в голяма степен определят физическите им свойства и тяхната стойност.[3] Свойства [редактиране]

Физически характеристики [редактиране] Съвършената цепителност на диаманта по (111) отговаря на посоката на най-плътните атомни плоскости и най-дебелите елементарни слоеве. Изключителната му твърдост се обяснява с чисто ковалентните връзки на въглеродните атоми. Твърдостта му по стените (111) е по-голяма от тази по (110) и (100). Максималната му твърдост е по стените на октаедъра, а минималната - по тези на куба. Относителната твърдост на диаманта по скалата на Моос е най-високата възможна - 10, като той е 4 пъти по-твърд от следващия в скалата — корунда.[6] Абсолютната му твърдост е 150 пъти по-голяма от твърдостта на корунда и 1000 пъти - от тази на кварца.[4] Диамантът е изотропен с натриева светлина N 2,4175 с много силна дисперсия — за червената светлина 2,408, за синята — 2,451. Това му свойство е причината за характерното искрене или "пламъка" на диаманта. Освен това той е флуоресцентен, фосфоресцентен, трибоелектричен и при триене се наелектризира положително.[1][4] Всеки диамант, облъчен с ултравиолетови лъчи, излъчва светлина и по този начин може да бъде разпознат от останалата руда. Флуоресценцията на диаманта обикновено е синя, но може да бъде и бяла, виолетова, жълта, зелена или оранжева.[4]

Схематично изображение на кристалната решетка на диаманта

Елементарна структура на кубична кристална решетка на диамант

Дисперсия при диаманта Твърдост по скалата на Моос — максималната 10[6] Плътност — 3,50-3,53 g/cm3[7] Чупливост — чуплив[8] Радиоактивност — 0[9] Цепителност — съвършена цепителност по (111).[1] Борт, карбонадо и додекаедри - несъвършена[2] Молекулно тегло — 12,01 gm[7] Топлопроводимост — материалът с най-висока топлопроводност измежду всички твърди тела, 5 пъти по-висока от тази на следващия най-добър — среброто[6] Електропроводимост - диелектрик[4] Температура на топене - 4090°С. При 1500°С без кислород се превръща в графит.[2][4] Оптични свойства [редактиране] Ювелирните диаманти са най-често безцветни, прозрачни или с жълтеникав до кафеникав оттенък. Най-рядко срещани са цветните диаманти, които могат да бъдат розови, с оттенък на коняк, оранжеви, пурпурни, зелени, сини, синьосиви, червени и черни. Цената на цветните диаманти може да бъде много висока. Оптичен клас — изотропен[8] Цвят — най-често безцветен или оцветен в син, жълт, сив, зелен, кафяв, черен цвят[3] Черта — безцветна[7] Прозрачност — прозрачен в голям спектър от дължина на светлинните вълни (от ултравиолетови до инфрачервени), полупрозрачен до непрозрачен[6][9] Блясък — диамантен [8] Дисперсия — силна, n = 2,4354 (486), 2,4175 (589), 2,4076 (687)[8] Показател на пречупване — nα = 2,418[9] Луминесценция — синя, флуоресцентен, фосфоресцентен[1][9] Кристалографски свойства [редактиране] Кристална решетка — кубично хексооктаедрична (Fd3m), а=3,5668Å, Z=8[1] Сингония — кубична[1] Точкова група — 4/m 3 2/m, възможност 43m, хексооктаедричен[8] Пространствена група - Fd3m (F4/m 3 2/m)[9] Лом — мидест[7] Други характеристики [редактиране] Група — въглеродна[1] IMA статус — действителен, описан преди 1959 г.[9] Свързани минерали — форстерит, флогопит, пироп, диоспид, илменит, гранат, рутил, брокит, анатаз, хематит, магнетит, турмалин, злато, циркон, топаз[8] Произход на името — от гръцки — ἀδάμας (произношение — адамас) — несломим, несъкрушим[1] История [редактиране]

Според изследванията на археолозите още около 3000 г.пр.н.е. в Индия са се добивали диаманти. Според някои данни първите диаманти са открити в наносите на индийската река Голконда, но находката не е датирана точно. Според данъчни книги от ІV в.пр.н.е., написани на санскрит, диамантът в Индия е стока, предмет на търговия и заплащане. До средата на 18 век тази страна е основният доставчик на диаманти в света.[3][10] Значително по-късно, през VІ в. диаманти са открити и в Калимантан, Индонезия.[3] Предполага се, че първите диаманти са донесени в Европа от Александър Македонски. Плиний Стари пише за диамантите в своята "Естествена история", а в Древния Рим за тях се говори още през І век. В началото те са рядко срещани камъни и хората им приписват магически и лечебни качества. През ХІІІ век най-големите пазари на диаманти се намират в Персия и Венеция. За откривател на шлифования диамант се смята фламандският ювелир Лодевейк ван Беркен от град Брюге. Постепенно този град става център както на търговията с диаманти, така и на тяхната обработка. Диамантената промишленост започва да се развива много бързо, но процесът на обработка на диамантите още дълго е пазен в тайна.[10] След ХV век техниката на обработка се усъвършенства, а кристалите с неправилна форма се разделят чрез разцепване. Изобретява се шлифоването върху стоманена подложка, покрита с диамантен прах и "табличните" брусове с форма на ромбове, квадрати, правоъгълници и различни розетки. Постепенно диамантът става символ на сърдечното обвързване. Първите сведения за подарен обработен диамант, като символ на любовта, са от ХV век и се предполага, че първият подарен годежен пръстен с диамант е от 1477 г. Ерцхерцог Максимилиян Австрийски подарява диамантен годежен пръстен на Мария Бургундска и оттогава тази традиция се разпространява по целия свят.[10]

"Алхимик" от Adriaen van Ostade След като през 1498 г. португалският мореплавател Вашку да Гама открива морския път край нос Добра надежда до Индия, търговията с диаманти бързо се разраства и центърът ѝ се пренася в Лисабон. По-късно в Антверпен е изобретено шлифовъчното колело, което позволява оформянето на диаманти с геометрично правилни фасети, а градът става световен център на търговията с тези скъпоценни камъни.[10][11] В еврейския му квартал през 1904 г. се организира тържище, което по-късно прераства в най-голямата борса на диаманти в света.[12] През ХVІІ в. започва шлифоването на диамантите в най-разнообразни форми - овали, капки, маркизи и други, а обработката им е съсредоточена в същия град. След като през ХVІІІ в. индийските мини са почти изчерпани, търговията в града постепенно замира.[10][11] През 1886 г. в Трансваал и Орания, днес на територията на РЮА, след откриването на диаманта "Звездата на Южна Африка", започва "диамантената треска", във връзка с която от Европа и главно от Великобритания, пристигат хиляди нови заселници. Опитът на британските власти в Южна Африка да наложат контрол над диамантените и златни залежите през 1899 г. довеждат до началото на Втората бурска война.[13] Популярността на диамантите нараства през 19-ти век поради увеличаване на предлагането, подобряване на техниките на рязане и полиране и ръста в световната икономика. Модерното шлифоване на диамантите е изнамерено и усъвършенствано в началото на ХХ век. За негов създател се счита белгийският инженер Марсел Толковски, който създава и идеалните параметри за шлифовка, приети като световен еталон на съвършения брилянт. Според тях стойността на един брилянт се определя от десет основни критерия - форма, вид на шлифовката, тегло, цвят, група на дефектност, пропорция, симетрия, полировка, флуоресцентност и впечатление.[11] В наше време обработката на диамантите е високотехнологичен процес и се осъществява в няколко традиционни центъра — Амстердам, Антверпен, Йоханесбург, Ню Йорк и Тел Авив. Нови центрове се създават в Индия, Китай и Тайланд, най-вече заради евтината работна ръка и ниските данъци в тези страни.[14] Антверпен отново е център на търговията с диаманти. В него функционират 4 борси, в които с диаманти търгуват над 1500 фирми, а из града са пръснати около 250 работилници за шлифоването им и голямо количество бижутерийни магазини. През тях преминават между 70 и 80% от търгуваните по света нешлифовани диаманти и около половината от обработените. Тук се продават и приблизително 40% от промишлените диаманти в света.[12] Условия на образуване [редактиране]

Съществуват три официални предположения за образуването на диамантите: 1. Предполага се, че диамантът е един от първите минерали, който кристализира по време на изстиването на силикатната стопилка на мантията на дълбочина 150-200 km при налягане от около 5000 MPa и температура не по-малко от 1200°С. Излиза на повърхността на земята в резултат на взривните процеси, съпътстващи формирането на кимбърлитовите тръби, 15-20% от които съдържат диаманти.[4] 2. Диамантите могат да кристализират на по-малка дълбочина при разпадане или частично окисляване на метан в газова система на CHOS при температура от 1000°С и налягане 100-500МРа.[4] 3. Диамантите се формират благодарение на въглеродосъдържащи късове, поети от от кимбърлитовата магма от околните скали. Техен първоизточник се предполага, че е постоянно присъстващия в магмата CO2, който преминава по реакцията на Будуар в чист въглерод.[3] Диаманти могат да се срещнат в дълбочинни скални породи и в някои дълбоко метаморфизирани гранатови гнайси. Голямо количество дребни диамантени късове са открити в метеоритите, както и в метеоритните кратери, когато разтопените породи съдържат значително количество диамантени микрокристали.[4] Типове диамантени находища [редактиране]

Кимбърлитова тръба Диамантените находища се разделят на първични (коренни) и вторични (разсипни).[3] Коренните находища са представени от т.н. кимбърлити или кимбърлитови скали, формирани при взривно проникване на магмения материал в земната кора. Те функционират като "асансьори", по които нагоре се издигат различни скални материали, включително и такива, съдържащи диамантени кристали. Благодарение на своята твърдост диамантът може да премине безпрепятствено през земната кора и носен от скалите, в които се намира, да достигне до повърхността. Двата вида скали, носещи диамантите нагоре, са кимбърлит и лампроит и почти не се различават един от друг. Първичните находища, в които са разпръснати диамантите, са с магмен произход.[3][15] Кимбърлитите представляват тръбообразни вертикални тела с диаметър от 30 до 1500 m, най-често 30-100 m. Дълбочината им стига до около 1100 m. Появяват се на повърхността като конусовидни комини със стесняващ се надолу край. Съставени са от ултраосновни скали, обикновено богати на оливин, а понякога и на флогопит, диопсид (зелен пироксен) и други минерали. Характерно за тях е присъствието на различни видове гранати и червен пироп. Червеният пироп е добър показател за наличие на диаманти и е един от водещите признаци при търсенето на диамантени находища. Не всички кимбърлитови комини съдържат диаманти, а в някои концентрацията е толкова малка, че не позволява промишлен добив. Диамантите в кимбърлитите обикновено имат красива компактна форма и са във вид на изкристализирали октаедри или заоблени додекаедроиди. Размерите на отделните кристалчета варират от миникристали до 8-10 см в диаметър. Съдържанието в основния материал обикновено е от 0,05 до 1 карат на тон кимбърлитова скала. Най-известните коренни находища са разположени предимно в древни платформи, като най-широкото им разпространение е в Афро-Арабската платформа. Кимбърлитовите тръби носят името си от селището Кимбърли в РЮА, разположено на тази платформа.[3][15] Доскоро се е смятало, че коренните находища са свързани единствено с кимбърлитовите тръби. През последните години са получени данни за повсеместно разпространение на дребни диаманти, които съществено се отличават от тези в кимбърлитовите находища по своята морфология и физически свойства. Характерни за тях са кубичните кристали, докато при кимбърлитовите те са октаедрични. Освен това почти във всички случаи те са оцветени и с много малки размери, а кимбърлитовите обикновено са безцветни и доста по-едри.[3] От втория тип, разсипните находища, се получават само около 15% от всички добивани диаманти в света. Те се образуват при разрушаване на коренните находища под въздействието на различни екзогенни фактори, главно вятър и вода. Всички скали на земната повърхност, както и тези, съдържащи диаманти, са подложени на механичното въздействие от дъждове, ветрове, резки температурни колебания. Част от минералите се разпадат и раздробените им частици образуват т.нар. жълта материя, наричана "жълта земя" в диамантените находища. Поради силната ерозия диамантите се освобождават от скалата-майка и течащите води ги отнасят заедно с разтрошените скали към реките. Поради голямото си специфично тегло диамантите се утаяват на дъното на речните корита и водата постепенно ги изтласква по течението към устието на реката. На определени места, най-често по речните завои и устието, концентрацията им се повишава и се оформят речни и крайречни вторични алувиални депозити.[3][15] Разсипните находища могат да бъдат съвременни или древни. Диамантите в тях са по-дребни и са свързани с някои типове магмени и метаморфни скали като перидотити, пироксенити, лампрофири, базалти, пикрити и др. Съществува мнение, че техните запаси са огромни, но това все още не е потвърдено, а и няма разработена технология за извличане на диамантите от скалите.[3] Най-известните разсипни находища се намират в Югозападна Африка, където със специално оборудвани морски съдове се добиват диаманти. Диамантоносните отложения се намират в шелфа във вид на две широки ивици, обхващащи площ от около 50 000 km2. Предполага се, че са се образували вследствие на разрушаване на кимбърлитовите тръби под въздействието на вълните и теченията, или са довлечени от сушата от водите на Оранжева река и р. Ваал. Работи се на разстояние до 300 м. от брега и за едно денонощие се добиват около 20-25 карата диаманти.[3]

Каменни Въглища

Каменните въглища са изкопаемо гориво, извличано от земята чрез открит (кариери) или подземен (минен) въгледобив. Те представляват запалима черна или кафеникаво-черна седиментна скала. Основните елементи, изграждащи въглищата са въглерод, азот, кислород и водород. В по малки количества сяра и фосфор, както и различно количество минерални примеси(пепелно съдържание). Често асоциирани с Индустриалната революция, въглищата и днес са важно гориво за добив на електричество в ТЕЦ.