Содержание
Введение
1.Полиморфные модификации углерода: алмаз и графит
1.1.Общаяхарактеристика алмаза
1.2.Общая характеристика графита
2.Промышленные типы месторождений гранита и алмаза
3.Природные и технологические типы алмазосодержащих и графитовых руд
4.Разработка месторождений гранита и алмаза
5.Области применения гранита и алмаза
Заключение
Списокиспользуемой литературы.
Введение
Алмазная промышленность нашей странынаходится в стадии развития, внедрения новых технологий обработки минералов.
Найденные месторождения алмазоввскрываются лишь процессами эрозии. Для разведчика это означает, что существуетмножество «слепых» месторождений, не выходящих на поверхность. Об ихприсутствии можно узнать по обнаруженным локальным магнитным аномалиям, верхняякромка которых располагается на глубине в сотни, а если повезет – то в десяткиметров. (А. Портнов).
Исходя из вышесказанного, я могу судитьо перспективности развития алмазной промышленности. Именно поэтому я выбралатему – «Алмаз и графит: свойства, происхождение и значение».
В своей работе я попыталасьпроанализировать связь между графитом и алмазом. Для этого сравнила этивещества с нескольких точек зрения. Я рассмотрела общую характеристику данныхминералов, промышленные типы их месторождений, природные и технические типы,разработку месторождений, области применения, значение данных минералов.
Несмотря на то, что графит и алмазполярные по своим свойствам, они являются полиморфными модификациями одного итого же химического элемента — углерода. Полиморфные модификации, или полиморфы— это вещества, которые имеют одинаковый химический состав, но различнуюкристаллическую структуру. С началом синтеза искусственных алмазов резко возросинтерес к исследованию и поискам полиморфных модификаций углерода. В настоящеевремя, кроме алмаза и графита, достоверно установленными можно считатьлонсдейлит и чаотит. Первый во всех случаях был найден только в тесномвзаимопрорастании с алмазом и поэтому называется еще гексагональным алмазом, авторой встречается в виде пластинок, чередующихся с графитом, но расположенныхперпендикулярно его плоскости.
1. Полиморфные модификации углерода:алмаз и графит
Единственный минералообразующий элементалмаза и графита — это углерод. Углерод (С) — химический элемент IV группыпериодической системы химических элементов Д.И.Менделеева, атомный номер — 6,относительная атомная масса — 12,011(1). Углерод устойчив в кислотах ищелочах, окисляется только дихроматом калия или натрия, хлористым железом илиалюминием. Углерод имеет два стабильных изотопа С(99,89%) и С(0,11%). Данныеизотопного состава углерода показывают, что он бывает разного происхождения:биогенного, небиогенного и метеоритного. Многообразие соединений углерода,объясняющееся способностью его атомов соединяться друг с другом и атомамидругих элементов различными способами, обусловливает особое положение углеродасреди других элементов.
1.1 Общая характеристика алмаза
Прислове «алмаз» сразу же вспоминаются тайные истории, повествующие о поискахсокровищ. Когда-то люди, охотившиеся за алмазами, и не подозревали, чтопредметом их страсти является кристаллический углерод, который образует сажу,копоть и уголь. Впервые это доказал Лавуазье. Онпоставил опыт по сжиганию алмаза, используя собранную специально для этой целизажигательную машину. Оказалось, алмаз сгорает на воздухе при температуре около850-1000*С, не оставляя твердого остатка, как и обычный уголь, а в струе чистого кислорода сгорает при температуре 720-800*С. При нагревании до2000-3000*С без доступа кислорода он переходит в графит (это объясняется тем,что гомеополярные связи между атомами углерода в алмазе очень прочны, чтообусловливает очень высокую температуру плавления.
Алмаз — бесцветное, прозрачное кристаллическое вещество,чрезвычайно сильно преломляющее лучи света.
Атомы углерода в алмазе находятся в состоянииsp3-гибридизации. В возбужденном состоянии происходит распаривание валентныхэлектронов в атомах углерода и образование четырёх неспаренных электронов.
Каждый атом углерода в алмазе окружен четырьмя другими,расположенными от него в направлении от центра в вершинах тетраэдра.
Расстояние между атомами в тетраэдрах равно 0,154 нм.
Прочность всех связей одинакова.
Весь кристалл представляет собой единый трехмерный каркас.
При 20*С плотность алмаза составляет 3,1515 гр/см. Этимобъясняется его исключительная твердость, которая по граням различна иуменьшается в последовательности: октаэдр — ромбододекаэдр — куб. В то же времяалмаз обладает совершенной спайностью (по октаэдру), а предел прочности наизгиб и сжатие у него ниже, чем у других материалов, поэтому алмаз хрупок, прирезком ударе раскалывается и при дроблении сравнительно легко превращается впорошок. Алмаз обладает максимальной жесткостью. Сочетание этих двух свойствпозволяет использовать его для абразивных и других инструментов, работающих призначительном удельном давлении.
Показатель преломления (2,42) и дисперсия (0,063) алмазанамного превышают аналогичные свойства других прозрачных минералов, что всочетании с максимальной твердостью обусловливает его качество как драгоценногокамня.
В алмазах обнаружены примеси азота, кислорода, натрия,магния, алюминия, кремния, железа, меди и других, обычно в тысячных доляхпроцента.
Алмаз чрезвычайно стоек к кислотам и щелочам, не смачиваетсяводой, но обладает способностью прилипать к некоторым жировым смесям.
Алмазы в природе встречаются как в виде хорошо выраженныхотдельных кристаллов, так и поликристаллических агрегатов. Правильнообразованные кристаллы имеют вид многогранников с плоскими гранями: октаэдр,ромбододекаэдр, куб и комбинации этих форм. Очень часто на гранях алмазовимеются многочисленные ступени роста и растворения; если они неразличимыглазом, грани кажутся искривленными, сферическими, в форме октаэдроида,гексаэдроида, кубоида и их комбинаций. Различная форма кристаллов обусловленаих внутренним строением, наличием и характером распределения дефектов, а такжефизико-химическим взаимодействием с окружающей кристалл средой.
Среди поликристаллических образований выделяются — баллас,карбонадо и борт.
Баллас — это сферолитовые образования с радиально-лучистымстроением. Карбонадо — скрытокристаллические агрегаты с размером отдельныхкристаллов 0,5-50 мкм. Борт — яснозернистые агрегаты. Балласы и особеннокарбонадо имеют самую высокую твердость из всех видов алмазов.
/>
Рис.1 Строение кристаллической решетки алмаза.
/>
Рис.2 Строение кристаллической решетки алмаза.
1.2 Общаяхарактеристика графита
Графит — серо-черноекристаллическое вещество с металлическим блеском, жирное на ощупь, по твердостиуступает даже бумаге.
Структура графитаслоистая, внутри слоя атомы связаны смешанными ионно-ковалентными связями, амежду слоями — существенно металлическими связями.
Атомы углерода вкристаллах графита находятся в sp2-гибридизации. Углы между направлениямисвязей равны 120*. В результате образуется сетка, состоящая из правильныхшестиугольников.
При нагревании бездоступа воздуха графит не претерпевает никакого изменения до 3700 *С. Приуказанной температуре он выгоняется, не плавясь.
Кристаллы графита —это, как правило, тонкие пластинки.
В связи с низкойтвердостью и весьма совершенной спайностью графит легко оставляет след на бумаге,жирный на ощупь. Эти свойства графита обусловлены слабыми связями междуатомными слоями. Прочностные характеристики этих связей характеризуют низкаяудельная теплоемкость графита и его высокая температура плавления. Благодаряэтому, графит обладает чрезвычайно высокой огнеупорностью. Кроме того, онхорошо проводит электричество и тепло, устойчив при воздействии многих кислот идругих химических реагентов, легко смешивается с другими веществами, отличаетсямалым коэффициентом трения, высокой смазывающей и кроющей способностью. Все этопривело к уникальному сочетанию в одном минерале важных свойств. Поэтому графитшироко используется в промышленности.
Содержание углерода вминеральном агрегате и структура графита являются главными признаками,определяющими качество. Графитом часто называют материал, который, как правило,не является не только монокристаллическим, но и мономинеральным. В основномимеют в виду агрегатные формы графитового вещества, графитовые играфитсодержащие породы и продукты обогащения. В них, кроме графита, всегдаприсутствуют примеси (силикаты, кварц, пирит и др.). Свойства таких графитовыхматериалов зависят не только от содержания графитового углерода, но и отвеличины, формы и взаимных отношений кристаллов графита т.е. оттекстурно-структурных признаков используемого материала. Поэтому для оценкисвойств графитовых материалов необходимо учитывать как особенностикристаллической структуры графита, так и текстурно-структурные особенностидругих их составляющих.
/>
Рис.3. Строениекристаллической решетки графита.
/>
Рис.4. Вкрапленникиграфита в кальците.
2. Промышленные типыместорождений алмаза и графита
Месторождения алмазовподразделяются на россыпные и коренные, среди которых выделяются типы иподтипы, различающиеся по условиям залегания, формам рудных тел, концентрациям,качеству и запасам алмазов, условиям добычи и обогащения.
Коренныеместорождения алмазов кимберлитового типа во всем мире являютсяосновными объектами эксплуатации. Из них добывается около 80% природныхалмазов. По запасам алмазов и размерам они разделяются на уникальные, крупные,средние и мелкие. С наибольшей рентабельностью отрабатываются верхние горизонтывыходящих на дневную поверхность уникальных и крупных месторождений. В нихсосредоточены основные запасы и прогнозные ресурсы алмазов отдельныхалмазоносных кимберлитовых полей. Кимберлиты – это «вулканические жерла»,заполненные брекчией. Брекчия состоит из обломков и ксенолитов, окружающих иосевших сверху пород, из обломков пород, вынесенных с глубин 45-90 км и более. Цементом является вулканический материал, туфы щелочно-ультроосновного состава, такназываемые кимберлиты и лампроиты. Кимберлитовые трубки располагаются на платформах,лампроитовые – в их складчатом обрамлении. Время образования трубок разное – отархея до кайнозоя, а возраст алмазов, даже самых молодых из них, составляетоколо 2-3 млрд. лет. Образование трубок связано с прорывом вверх по узкимканалам под большим давлением, на глубине свыше 80 км, при температуре около 1000*щелочно-ультроосновных расплавов. Большинство хорошо изученныхкимберлитовых тел имеет сложное строение; в наиболее упрощенном случае встроении трубки участвуют две основные разновидности пород, образовавшихся входе двух последовательных фаз внедрения: брекчия (1-й этап) и массивный«крупнопорфировый» кимберлит (2-й этап). В строении некоторых кимберлитовыхтрубок выявлены также кимберлитовые дайки и жилы, связанные с трубками.Обнаружены слепые тела, образованные порциями кимберлитовой магмы, недоходившими до дневной поверхности. Месторождения, связанные с дайками и жиламикимберлитов, как правило, относятся к категории мелких, реже средних по запасамалмазов Во многих случаях прорыв вверх достигал палео-поверхности, но многиетрубки взрыва могут быть «слепыми» и до сих пор не вскрыты эрозией, т.е.залегают где-то на глубине. Но и на поверхности Земли есть места, где возникаютдавления вполне достаточные для образования алмаза. Это места удара метеоритов,где алмаз встречается не только в Земле, но и в ряде самих метеоритов.
Скоростьдвижения прорывающейся магмы, вероятно, могла быть очень большой, около 800 км/ч, магма отрывала и выносила вверх обломки разного состава. Если в них содержались алмазы,трубка становилась алмазоносной. Сами же алмазы являются наиболее стабильнойполиморфной модификацией углерода в глубинных зонах Земли. (А.В. Уханов.)
/>
Рис.5. Строение кимберлитовой трубки.
Лампроитовыйтип месторожденийалмазов открыт сравнительно недавно (1976 г.) в Западной Австралии, где эксплуатируется крупное месторождение Аргайл. По своему строению лампроитовыеместорождения в целом аналогичны кимберлитовым. Судя по данным разведкиместорождения Аргайл, трубки лампроитов несколько быстрее выклиниваются наглубину, где они переходят в дайки. Система отработки этих месторождений и технологияобогащения такие же, как и на кимберлитовых объектах.
Кимберлит-лампроитовыйтиппредставлен месторождением алмазов в Архангельскойобласти, где содержание минералов-индикаторов существенно ниже, чем в«классических» кимберлитах, подавляющее большинство алмазов представленокривогранными формами.
Кольцевыеимпактные структуры размером от первых до сотни км связанысо сверхмощными взрывными процессам, источник которых имел, по мнению разныхисследователей, либо внеземной (падение крупных небесных тел), либо эндогенныйхарактер. В России разведано одно месторождение этого типа — Попигайское навосточном склоне Анабарского кристаллического массива. По запасам руды исодержанием алмазов месторождение превышает в сотни раз самые крупные вкимберлитах. Однако алмазы в импактных месторождениях заключены в крепкиеплотные эффузивного облика породы и представлены исключительно техническимисортами с примесью лонсдейлита (полиморфная модификация углерода, встречается ввиде пластинок, чередующихся с графитом, но расположенных перпендикулярно егоплоскости).
Метаморфогенныйтип такжепредставлен пока одним месторождением на территории Казахстана, где алмазыустановлены в биотитовых гнейсах, биотит-кварцевых, гранат-пироксеновых ипироксен-карбонатных породах. По запасам и содержанию алмазов оно в десятки разпревышает самые крупные высокоалмазоносные кимберлитовые трубки. Алмазы имеюткрайне мелкий размер кристаллов, а ювелирных и высококачественных техническихсортов пока не обнаружено.
Россыпныеместорождения алмаза представлены пятью основными типами.
Аллювиальныероссыпи (речныхдолин) являются ведущими по масштабу добычи алмазов из россыпей. Крупныеместорождения редки и образуются обычно за счет размыва нескольких коренныхисточников или промежуточных коллекторов площадного типа. Аллювиальные россыпиимеют двухчленное строение: верхняя пойменная фация аллювия представлена весьмаслабоалмазоносными гравийно-песчано-глинистыми и илистыми отложениями («торф»),нижняя русловая фация сложена продуктивными грубообломочными галечниками(«пески»).
Россыпиделювиально-пролювиального типа формируются на склонах и в логахвозле коренных источников и относятся к мелким и средним по масштабу.
Прибрежно-морскиероссыпиподразделяются на подводные, пляжевые и береговые террасы. Зона таких россыпейв юго-западной Африке простираются на многие сотни км при ширине от 5 до 20 км.
Россыпиостальных промышленных типов существенной роли в добыче алмазов не играют.
Россыпныеместорождения различных типов по глубине залегания подразделяются намелкозалегающие и глубокозалегающие. По степени удаленности от коренногоисточника выделяются россыпи ближнего и дальнего сноса; первые формируютсявблизи от коренного источника, вторые — на удалении десятков км в благоприятныхгеолого-структурных условиях.
Промышленные типы месторождений графита.
Графит образовался изорганических соединений в результате метаморфизации осадочных пород.
Среди месторожденийграфита выделяются по геологической обстановке их нахождения четыре группыпромышленных типов месторождений.
По величине запасовместорождения графита подразделяют (млн. т) на: крупные — больше 1, средние —0,5-1, мелкие — до 0,5.
Наиболее широкораспространенными и более крупными по своим запасам являются месторождениятайгинского, мадагаскарского, ногинского, мексиканского типов.
Графитовыеместорождения цейлонского, ботогольского типов менее распространены, реже имеюткрупные запасы, но отличаются высоким содержанием графита в руде и болееценными качествами.
3. Природные итехнологические типы алмазосодержащих руд
Природные типы руд –алмазоносные кимберлиты и алмазоносные лампроиты, которые подразделяют исходяиз соотношений собственно кимберлита и ксеногенного материала иструкрурно-текстурных особенностей, на алмазоносные массивные кимберлиты,кимберлитовые брекчии, туфобрекчии, ксенотуфобрекчии, туфы итуфогенно-осадочные породы.
Единая технологическаяклассификация алмазосодержащих руд отсутствует. При технико-экономическойтипизации руд выделяют два основных технологических типа: брекчии с содержаниемглинистой составляющей менее 20% и брекчии с содержанием глинистой составляющейболее 20%. При обработке этих руд отличаются как технологические схемы, так исебестоимость отработки.
В целом, как показываетпрактика, технологическая классификация руд разрабатывается в каждом конкретномслучае самостоятельно в ходе разведки и последующей эксплуатации месторождения.Нередко, когда кимберлитовое тело сложено породами разных фаз внедрения, четкоотличающимися структурно-текстурными признаками и уровнем алмазоносности,природные типы руд практически совпадают с технологическими. Главный фактор –содержание алмазов. Так, в трубке Дальняя (Саха-Якутия) два выделяемых здесьприродных типа – кимберлитовые брекчии и массивные кимберлиты – различаются поуровню алмазоносности на порядок и являются одновременно технологическимитипами. Однако, например, в ходе эксплуатации трубки «Мир», выделено шестьтехнологических типов руд, отличающихся нюансами структуры и алмазоносности,тогда как фаз внедрения было только две.
Технологические типыалмазоносных песков выделяют, исходя из их валунистости, глинистости,промывитости и т.д.
Природные итехнологические типы графитовых руд.
Типизация графитовыхруд проводится по текстурно-структурным признакам. Графиты делятся на явно – искрытокристаллические. Среди явнокристаллических выделяют плотнокристаллическиеи чешуйчатые разновидности. Плотнокристаллические графиты подразделяют накрупнокристаллические со средним размером кристаллов более 50 мкм имелкокристаллические.
По величине чешуек, ихдиаметру, чешуйчатые графиты длятся на крупночешуйчатые (100-500 мкм) имелкочешуйчатые (1-100 мкм).
Скрытокристаллическиеграфиты сложены кристаллами, имеющими величину менее 1 мкм. Выделяют плотные итонкодисперсные или распыленные разности. В последних кристаллики графитарассеяны во вмещающей породе. В плотных разностях кристаллики графитасоставляют основную массу графитовой породы. Промышленное значение имеют толькоплотные разности скрытокристаллического графита.
По уровню содержанияуглерода природный графит слагает шесть товарных групп (%):
— кристаллическийкусковой – 92-95;
— кристаллическийкрупночешуйчатый – 85-90;
— кристаллическийсреднечешуйчатый – 85-90;
— кристаллическиймелкочешуйчатый – 80-90;
-кристаллическиепорошки с размером до 0,074 мм и содержанием графитного углерода 80-99.
Разведка графитовыхместорождений других промышленных типов, имеющих залежи неправильной формы илилинзовидные и штокообразные, также проводится скважинами колонкового бурения всочетании с горными выработками.
При оценке и разведкеграфитовых месторождений с применением бурения устанавливают отсутствиеизбирательного истирания керна, которое возможно при неравномерном распределенииконцентраций графита, в виде обогащенных участков, представленных сетьюпрожилков, линз, гнезд и т.п. С этой целью следует контролировать содержаниеграфита в промывочных буровых растворах и шламе. При необходимости проходятконтрольные выработки с валовым опробованием.
4. Разработкаместорождений алмазов
Коренные месторожденияалмазов, разработанные открытым способом, либо комбинированным:
Верхние горизонты –открытым, а более глубокие – подземным. В России алмазы добывают толькооткрытым способом.
Открытый способразработки трубок примерно одинаков на всех месторождениях. Рассмотрим его напримере трубки Фиши (ЮАР).
Трубка имеет овальнуюформу горизонтального сечения и почти вертикальные контакты с вмещающимипородами. Зона выветривания кимберлитов распространяется на глубину 60 м. В составе кимберлитов значительный объем занимает вторичная фаза — сапонит, разбухающийминерал, впитывающий большое количество воды. По этой причине руда трубкигигроскопична и при увлажнении быстро теряет прочностные свойства, поэтомуприменяют специальные методы изоляции поверхности кимберлита от воды, а прибурении скважин используют сухое пылеулавливание.
Разработка трубкиоткрытым способом началась в 1966 г., а к 1990 г. глубина карьера достигла 423 м при среднем годовом понижении 18-20 м. Было добыто свыше 97 млн т кимберлита (около 5 млн т в год) и удалено в отвалы 55 млн т пустойпороды. Площадь карьера на поверхности 550 тыс.м2. Такой способ отработкиобеспечил устойчивую работу рудника и хорошие технико-экономические показатели:низкий коэффициент вскрыши, планомерный переход на подземный способ. Вовмещающих породах пройден наклонный ствол протяженностью 1300 м под углом 12° от поверхности до выхода в карьер на глубине 280 м. В нем разместились конвейер для транспортировки руды на обогатительную фабрику и подземныйдробильный комплекс, что позволило резко сократить количество работающихсамосвалов.
При подземном способеиспользуют несколько систем подземной отработки алмазоносных трубок.
Камерная системапредусматривает проходку 8-метровых камер высотой 12м, разделенных между собойвременными 8-метровыми целиками, на каждом рабочем горизонте вдоль короткой оситрубки. Кимберлит, вынимаемый из камер и из целиков вышележащего горизонта, поддействием веса обрушенных пород попадает на подошву откаточной выработки, гдегрузится в вагонетки и откатывается к расположенному во вмещающих породахрудоспуску, по которому кимберлит подают на главный откаточный горизонт.
Метод щелевойразработки использован на трубке Премьер (ЮАР). По мере разработки трубки накаждом рабочем горизонте параллельно щели проходили главные штреки синтервалом, равным половине расстояния от щели до границ рудного тела. Наглубине 270 м руду выпускали из рудоспусков в вагонетки и транспортировали пооткаточным штрекам, Далее руду подавали в дробилку, измельчали итранспортировали на поверхность. Наиболее прогрессивный метод разработки –этажное самообрушение; он обеспечивает высокую производительность (до 5 млн ткимберлита в год) при низкой себестоимости и относительно малом примененииручного труда. При этой системе разрушение кимберлита происходит под действиемсилы тяжести, число рабочих горизонтов и погрузочных пунктов резко сокращается.Сущность системы состоит в том, что из откаточного штрека, ориентированного поперектрубки, проходят скреперные штреки на расстоянии 14 м друг от друга, в которых с интервалами 3-5 м на обеих сторонах в шахматном порядке располагаютсяквадратные ниши размером 1-2 м. Из ниш проходят восстающие в форме воронки,поднимающейся до высоты 7,6 м над уровнем подошвы. Кимберлитовые блоки затемполностью подрезаются, и слои мощностью 18 м вырабатываются так, что кимберлит разламывается и обрушается в конусные восстающие. В результате на всей площадитрубки образуется компенсационная щель высотой 2,2 м. После этого над компенсационным пространством остается не имеющий опоры массив кимберлита,который под действием собственного веса постепенно обрушивается на выпускныеворонки. По мере обрушения кимберлита производится его частичный выпуск с цельювосстановления компенсационного пространства, поэтому уровень обрушаемогокимберлита постоянно поднимается до тех пор, пока не достигнет породвышележащего горизонта. После этого выпуск руды продолжается с определеннойскоростью, пока в скреперах не появится пустая порода. Отработка данногогоризонта на этом заканчивается, после чего приступают к отработкенижележащего.
Россыпные месторожденияс глубиной залегания до 40-45 м обрабатываются открытым способом. В РеспубликеСаха (Якутия) добычу ведут в летний период бульдозерно-гидравлическим способом.Пески, поданные бульдозерами, промывают на решётке гидровашгерда с размеромячейки 30-50 мм. Надрешетный материал струей воды удаляется, а подрешётнаяпульпа землесосами по трубам подается на расстояние 20,-2,5 км на сезонную стационарную обогатительную фабрику. Из долины протяженных россыпей алмазыдобывают дражным способом. Драги двигают снизу вверх по долине реки поперечнымиили продольными ходами. После исчерпания основных запасов драги повторнопродвигают уже сверху вниз со смещением ходов по отношению к первичным. Иногдаходы направлены вкрест первичных.
/>
Рис.6. Кимберлитоваятрубка во время разработки.
Разработкаместорождений графитовых руд.
Разработкаграфитовых руд ведется открытым и подземным способами. Среди трехэксплуатируемых месторождений графита в России два (Ногинское, Ботогольское)разрабатываются подземным способом и одно (Тайгинское) – открытым.
Размерыкарьера при открытой разработке на Тайгинском месторождении кристаллическогографита имеют длину около 3 км, ширину 200-250 м и глубину более 50 м. Потери при добыче составляют около 1%, разубоживание незначительное.
В СШАоткрытая добыча графитовой руды ведется с применением буровзрывных работ споследующей транспортировкой руды автотранспортом на обогатительные фабрики.
Оригинальнаясистема разработки графитовых месторождений применена в республике Мадагаскар.Открытым способом обрабатываются преимущественно верхние, выветрелые графитовыеруды до глубины 30-40 м. Работы ведутся террасами со спуском руды на нижниегоризонты, откуда руда поступает на обогатительную фабрику.
Ногинскоеграфитовое месторождение, разрабатываемое подземным способом (штольней ишахтой), характеризуется разубоживанием 2,8 %, влажностью руды 4,5%, потерями17,8%.
Ботогольскоеместорождение высококачественного плотнокристаллического графитаразрабатывается штольневым способом. Добыча ведется горизонтальными слоямиснизу вверх, с закладкой очистного пространства. Потери при добыче составляютоколо 8%.
5. Областиприменения алмазов
Основныеобласти применения природных алмазов.
Ювелирныеалмазы. Главная область применения алмазов в стоимостном выражении – огранка вбриллианты.
Техническиеалмазы. К техническим относятся темноцветные кристаллы, имеющие трещины идругие дефекты, а также различные осколки, двойники, сростки и т.д., из которыхневозможно изготовить ограненный кристалл. В зависимости от качества иназначения технические алмазы можно условно разделить на следующие группы:
— алмазы, подвергающиеся обработке с целью получения зерен определеннойгеометрической формы. К ним относятся алмазы, предназначенные для изготовлениярезцов, сверл, наконечников, стеклорезов, подшипников и др.;
— кристаллы алмазов, используемые в необработанном виде в буровых коронках,алмазно-металлических карандашах и др.;
— абразивные алмазы – в основном мелкие кристаллы, имеющие значительные дефекты ипригодные только для измельчения в порошок.
Алмазныепорошки незаменимы при обработке сверхминиатюрных деталей, таких как часовыекамни из рубина, подшипники из топаза, берилла и сапфира, твердость которыхприближается к твердости корунда. Только применение алмазных порошковобеспечивает высокую чистоту обрабатываемых микроповерхностей, от чего зависитточность работы микродеталей в аппаратах и приборах.
Инструментыиз алмазных порошков. Для резания твердых пород, сплавов и других твердыхматериалов промышленностью выпускаются алмазные диски и различные алмазныепилы. Распространены абразивные алмазные инструменты в оправке, которые широкоприменяются в металлообрабатывающей промышленности для правки шлифовальныхкругов. Используются также алмазно-металлические карандаши, представляющиесобой прессованные вставки из алмазного порошка твердого сплава.
Инструментыиз монокристаллов алмаза. Резцы, иглы, стеклорезы, фильеры (пластинчатые алмазыс просверленными в них тончайшими отверстиями) и другой инструментизготавливаются из отдельных кристаллов алмаза или их частей. Алмазные иглы –это кристаллы алмазов с естественной острой вершиной или осколки с острымребром, закрепленные в металлических стержнях. Алмазные иглы широко применяютсядля изготовления метчиков на резьбошлифовальных станках. Алмазные иглыконической формы со сферической головкой используют в профилометрах ипрофилографах, которые служат для измерения мельчайших неровностей и чистотыповерхности различных деталей. Широко применяются алмазы для изготовленияфильер при производстве проволоки из твердых материалов, особенно малых диаметровдля нужд электроники.
Алмазныйпородоразрушающий инструмент. Применение алмазов для армирования буровыхкоронок позволило повысить производительность буровых установок в 1,5-2 раза посравнению с неалмазным бурением.
Другиеобласти применения алмазов. Алмаз – прекрасный оптический материал длявсевозможного рода кювет и окошек, способный выдерживать высокие давления инатиск веществ любой степени агрессивности и быть одновременно прозрачным вшироком диапазоне длин волн.
Алмазнаяподложка полупроводниковых схем, обеспечивая их прекрасную изоляцию, отводиттепло в несколько раз быстрее, чем, например, медь, существенно повышаяэффективность работы ответственных узлов электронных схем. Возможность спомощью алмазов считать ядерные частицы в условиях агрессивных сред и высокихмеханических нагрузок, алмаз используется в специальных счетчиках.
Структурапотребления технических алмазов высокоразвитыми странами следующая, (%):
— шлифование, заточка инструментов и деталей машин из твердых сплавов – 60-70;
— оправкашлифовальных кругов – 10-12;
— бурение скважин – 10;
— волочение проволоки – 10;
— резка и шлифование деталей и изделий из стекла, керамики, мрамора, сверление идоводка твердосплавных деталей, обработка часовых и ювелирных изделий – 10-12.
Областиприменения графита.
Рудыпочти всех графитовых месторождений редко могут быть в сыром виде использованыпотребителями. Практически все они подвергаются той или иной предварительнойобработке с целью превращения руды в готовую продукцию.
Технологическаяклассификация графитовых руд совпадает с классификацией природных типов.
Явнокристаллическиеруды перерабатываются преимущественно по флотационным схемам благодаря хорошейфлотируемости графита.
Скрытокристаллическоеграфитовое сырьё представлено тонкодисперсными минералами в весьма сложномпрорастании с пустыми породами. Поэтому такие типы графитовых руд почти неподдаются механическому обогащению. К ним применяются главным образомрудоразработка и в особых случаях, методы химического, термического или других способовобработки. В связи с тем, что эти процессы являются дорогими, он используютсяредко.
Основнымипоказателями, по которым оценивается графитовая продукция, являются:текстурно-структурные, содержание углерода, золы, влаги, летучих компонентов,вредных примесей (железо, сера, медь, и др.), гранулометрический состав.
Влитейном производстве предпочтение отдаётся скрытокристаллическому графиту,поскольку для этого производства важна дисперсность порошка, обеспечивающаягладкую поверхность литейных форм и облегчающая удаление из них отливок послеохлаждения.
Высококачественныеявнокристаллические графиты широко используются при специальном литье стали.
Тигельныйграфит представлен тремя марками. Зональность их не превышает соответственно 7;8,5 и 10%, массовая доля железа в пересчете на Fe2O3 для всех марок не более 1,6%, летучих веществ – менее 1,5%;влаги – не более 1%.
Дляпроизводства графито-керамических плавильных тиглей и огнеупоров используетсявысококачественный явнокристаллический графит.
Всоответствии с требованиями к смазочному графиту продукция выпускается в виденескольких марок, каждая из которых имеет своё направление применения ихарактеризуется рядом показателей. Общими для всех марок являются лишьпоказатели величины концентрации водородных ионов водной вытяжки и влажности.
Производствокарандашей, как и электроугольное, предъявляет наиболее высокие требования ккачеству графита. В мировой практике для лучших сортов карандашей употребляетсясмесь цейлонского и другого кристаллического или скрытокристаллическогографита, который чаще всего применяется для производства обыкновенных сортовкарандашей.
Впроизводстве активных масс щелочных аккумуляторов применяетсяявнокристаллический крупночешуйчатый графит («серебристый»), получаемый путёмфлотации руд Тайгинского и Завальевского месторождений.
Вэлектроугольной промышленности применяют графит трех типов – природный мелко- искрытокристаллический и искусственный. Искусственный графит получил широкоераспространение вследствие его высокой чистоты и постоянства состава.
Впроизводстве смазок в качестве твердых веществ широко используется природныйкристаллический графит и вместе с ним графит искусственный. Для этогопроизводства требуется графит обычно высокой чистоты и очень тонкого помола, иногдаколлоидной размерности. Смазки чаще всего представляют собой водные илимасляные суспензии из естественного кристаллического и искусственного графита.
Рядмарок графита не допускает засоряющих примесей, в том числе и графита другихместорождений. К этим маркам относятся тигельный, элементный и электроугольныйграфит.
Заключение
Исследовавдве полиморфные модификации углерода: алмаз и графит, я пришла к тому, чтонесмотря на одинаковый химический состав, полиморфы имеют разное строениекристаллической решетки, а следовательно и разные свойства и происхождение.
Алмаз — бесцветное,прозрачное кристаллическое вещество с исключительной твердостью – 10 и алмазнымблеском. Графит — серо-черное кристаллическое вещество с металлическим блеском,жирное на ощупь, по твердости уступает даже бумаге — 1.
Алмазы в природевстречаются в виде хорошо выраженных отдельных кристаллов. Кристаллы графита —это, как правило, тонкие пластинки.
Происхождение алмазовмагматическое, графита – метаморфическое.
Алмазы используютсяпрактически во всех отраслях промышленности: электротехническая,радиоэлектронная, приборостроительная, при буровых работах.
Графит же используютдля производства графито-керамических плавильных тиглей и огнеупоров, вкачестве смазок, производство карандашей, электроугольная промышленность.
В бесчисленныхучебниках приведены диаграммы равновесия алмаз-графит и написано, что алмазвозникает из графита. Но почему-то никто не задался вопросом: откуда же вмантии графит?.. Ведь он там нестабилен, и его называют «запрещенным»минералом для условий мантии. Иное дело карбиды. Они здесь устойчивы: карбидыжелеза, фосфора, кремния, азота, водорода. Карбид водорода — это газ, обычныйметан, он подвижен и легко концентрируется в глубинном флюиде.
В свое время геологи непридали значения замечательному открытию советского физика Б. Дерягина, которыйеще в 1969 году синтезировал алмаз из метана и, что очень важно, при давлениидаже ниже атмосферного. Это открытие уже тогда должно было бы в корне изменитьсуществовавшие представления об алмазе как о минерале, кристаллизующемсяобязательно из расплавов и при высоких давлениях. Данные Б. Дерягина позволилимне рассмотреть возможность кристаллизации алмаза из флюида, газовой смеси всистеме С-Н-О.
Оказывается, что втаком флюиде кислород при сверхвысоком давлении мантии теряет своиокислительные свойства и не окисляет даже водород. Но при подъеме газа вверх,при образовании кимберлитовой трубки, давление падает. Достаточно уменьшитьдавление в 10 раз — от 50 до 5 килобар, чтобы активность кислорода возросла вмиллион раз. И тогда он мгновенно соединяется с водородом и метаном. Прощеговоря, газ самовоспламеняется — в подземной трубе вспыхивает яростный огонь.
Последствия такогоподземного «пожара» зависят от соотношения углерода, водорода икислорода во флюиде. Если кислорода не слишком много, он вырвет из молекулыметана (СН4) лишь водород. Возникшие при этом пары воды будут поглощеныминеральной пылью и образуют серпентинит -характернейший минерал кимберлитов.Углерод, оставшись «одиноким», при давлении в тысячи атмосфер итемпературе около 1000 °С замкнется ненасыщенными валентными связями «самна себя» и образует гигантскую молекулу чистого углерода — алмаз! Напрактике такая благоприятная комбинация компонентов в газовой смеси встречаетсяредко: лишь пять процентов кимберлитовых трубок бывают алмазоносными.
Чаще случается так, чтокислорода или слишком много для образования алмаза, или недостаточно. В первомслучае углерод сгорит и превратится в газы — оксиды: СО или СО2. Тогдавозникают безрудные кимберлиты. Они отличаются повышенной магнитностью, потомучто в них появился оксид железа -магнетит. Кислорода было много, и он«вырвал» железо из состава силикатов. При дефиците кислорода илиметана возникнут лишь пары воды, и они будут поглощены серпентинитом. Выходит,что алмаз возникает как продукт самопроизвольного подземного горенияуглеродистого флюида. Алмазы — аналоги золы или сажи, осевшей в«дымоходах» мантии! (А. Портнов – доктор геолого-минералогическихнаук, профессор).
Списокиспользуемой литературы
1. Углерод и его соединения – Киев, «Наукова Думка» 1978.
2. Булах А.Г. Общая минералогия. 1999.
3. Сарасовский. Образовательный журнал. Том 6, 2000.№ 5.
4. Дядин Ю.А. Графит и его соединения включения.
5. А. Портнов. «Алмаз – сажа из преисподней».
6. ЗАО «Геоинформмарн». Москва 1997. Минеральное сырьё. Графит. Алмаз.
7. Издательство«Советская энциклопедия». Москва. 1972.