Allotrope Substanzen: Diamant und Graphit. Formel aus Graphit und Diamant. Polymorphe Modifikationen von Kohlenstoff: Diamant und Graphit. Tabelle der chemischen Eigenschaften von Diamant und Graphit

Für einen gewöhnlichen Menschen sind Diamant und Graphit zwei völlig unterschiedliche Elemente und stehen in keiner Beziehung zueinander. Diamant weckt Assoziationen an schillernden Schmuck; der Ausdruck „glitzert wie ein Diamant“ kommt mir in den Sinn. Graphit ist etwas Graues, woraus normalerweise Bleistiftminen hergestellt werden.

Es ist kaum zu glauben, dass es sich bei beiden Mineralien bei unterschiedlicher Verarbeitung um denselben Stoff handelt.

Konzept und Haupteigenschaften von Mineralien

Diamant ist ein transparenter Kristall, der keine Farbe hat und hohe Lichtbrechungseigenschaften aufweist. Folgende Haupteigenschaften des Minerals werden unterschieden:

Die Natur erzeugt sowohl Diamanten in bestimmten Formen als auch in mehreren kristallinen Formen, was auf ihre innere Struktur zurückzuführen ist. Ausgeprägte Kristalle haben die Form eines Würfels oder Tetraeders mit flachen Kanten. Manchmal erscheinen die Ränder erhaben, da zahlreiche, für das Auge unsichtbare Wucherungen und Veränderungen vorhanden sind.

Obwohl viele Diamanten für das stärkste Material der Welt halten, kennt die Wissenschaft eine Substanz, die mehr als 11 % stärker als Diamant ist – „Hyperdiamant“.

Graphit ist eine grauschwarze kristalline Substanz mit metallischem Glanz. Graphit hat in seiner Zusammensetzung eine Schichtstruktur; seine Kristalle bestehen aus kleinen dünnen Plättchen. Dies ist ein sehr sprödes Mineral, das im Aussehen Stahl oder Gusseisen ähnelt. Graphit hat eine geringe Wärmekapazität, aber einen hohen Schmelzpunkt. Darüber hinaus ist dieses Mineral:

Graphit fühlt sich fettig an und hinterlässt Spuren, wenn es über Papier geführt wird. Dies liegt daran, dass die Atome des Kristallgitters schwach gebunden sind.

Der Unterschied zwischen Graphit und Diamant, Strukturmerkmale und der Übergangsprozess von einem Mineral zum anderen

Diamant und Graphit sind zueinander allotrope Mineralien, das heißt, sie haben unterschiedliche Eigenschaften, sind aber unterschiedliche Formen von Kohlenstoff. Ihr Hauptunterschied liegt lediglich in der chemischen Struktur des Kristallgitters.

Das Kristallgitter des Diamanten hat die Form eines Tetraeders, in dem jedes Atom von vier weiteren Atomen umgeben ist und die Spitze des benachbarten Tetraeders bildet, wodurch eine unendliche Anzahl von Atomen mit starken kovalenten Bindungen gebildet wird.

Auf atomarer Ebene besteht Graphit aus Schichten von Sechsecken mit Atomen an der Spitze. Atome sind nur auf Schichtebene gut miteinander verbunden, die Schichten haben jedoch keine starke Verbindung untereinander, was Graphit weich und instabil gegenüber Zerstörung macht. Diese Eigenschaft ermöglicht die Gewinnung von Diamant aus Graphit.

Die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Diamant und Graphit sind aus der Tabelle deutlich ersichtlich.

Charakteristisch
Struktur des Atomgitters	Kubische Form	Sechseckig
Lichtleitfähigkeit	Leitet das Licht gut	Lässt kein Licht durch
Elektrische Leitfähigkeit	Hat nicht	Hat eine gute elektrische Leitfähigkeit
Atomare Verbindungen	Räumlich	Planar
Struktur	Härte und Sprödigkeit	Schichtung
Die maximale Temperatur, bei der ein Mineral unverändert bleibt	720 Grad Celsius	3700 Grad Celsius
Farbe	Weiß, Blau, Schwarz, Gelb, farblos	Schwarz, Grau, Stahl
Dichte	3560 kg/m3	2230 kg/m3
Verwendung	Schmuck, Industrie	Gießerei, Elektrokohleindustrie.
Mohshärte	10	1

Die chemische Formel von Diamant und Graphit ist dieselbe – Kohlenstoff (C), aber der Entstehungsprozess in der Natur ist unterschiedlich. Diamant entsteht bei sehr hohen Drücken und sofortiger Abkühlung, während Graphit dagegen bei niedrigem Druck und hoher Temperatur entsteht.

Folgende Methoden zur Gewinnung von Diamanten werden unterschieden:

Der Diamant-zu-Graphit-Prozess ist ähnlich. Der einzige Unterschied besteht im Druck und der Temperatur.

Mineralvorkommen

Diamanten kommen in Tiefen von mehr als 100 km bei Temperaturen von 1300 °C vor. Durch die Druckwelle tritt Kimberlit-Magma in Aktion und bildet sogenannte Kimberlit-Röhren, die primären Diamantenvorkommen.

Das Kimberlitrohr ist nach der afrikanischen Provinz Kimberley benannt, wo es erstmals entdeckt wurde. Gesteine ​​mit Diamantvorkommen werden Kimberlite genannt.

Die bekanntesten Vorkommen befinden sich heute in Indien, Südafrika und Russland. Bis zu 80 % aller Diamanten werden aus Primärlagerstätten gefördert, die aus Kimberlit- und Lamproit-Röhren bestehen.

Röntgenstrahlen helfen bei der Suche nach Diamanten im abgebauten Gestein. Die meisten der gefundenen Steine ​​werden in der Industrie verwendet, da sie nicht über ausreichende Eigenschaften für Schmuck verfügen. Industriesteine ​​werden in drei Typen unterteilt:

• Brett - kleine Steine ​​mit körniger Struktur;
• Ballas – runde oder birnenförmige Steine;
• Carbonado ist ein schwarzer Stein, der seinen Namen wegen seiner Ähnlichkeit mit Kohle hat.

Es ist merkwürdig, dass die größten Diamanten mit herausragenden Eigenschaften einen eigenen, einzigartigen Namen erhalten. Die bekanntesten von ihnen sind „Shah“, „Stern von Minas“, „Kohinur“, „Stern des Südens“, „Präsident Vargas“, „Minas Gerais“, „Englischer Diamant von Dresden“ usw.

Graphit entsteht durch die Veränderung von Sedimentgesteinen. Die Graphitvorkommen in Mexiko, Noginsk und Madagaskar sind reich an Erzen mit minderwertigem Graphit. Weniger verbreitet sind die Typen Botogol und Ceylon, die sich durch Erz mit hohem Graphitgehalt auszeichnen. Die größten bekannten Vorkommen befinden sich in der Ukraine und in der Region Krasnodar.

Geltungsbereich

Diamant und Graphit werden viel häufiger verwendet, als es auf den ersten Blick scheint. Diamanten haben in folgenden Bereichen ihre Anwendung gefunden:

Der Prozentsatz des Diamantverbrauchs sieht wie folgt aus:

1. Werkzeuge, Maschinenteile – 60 %.
2. Rahmen von Schleifscheiben -10 %.
3. Drahtrecycling – 10 %.
4. Brunnenbohrung – 10 %.
5. Schmuck, Kleinteile – 10 %.

Graphit wird praktisch nicht in reiner Form verwendet, sondern unterliegt einer Vorverarbeitung, obwohl in verschiedenen Bereichen Graphit unterschiedlicher Qualität verwendet wird. Für Schreibwarenstifte wird Graphit höchster Qualität verwendet. Es wird am häufigsten in Gießereien verwendet und verleiht verschiedenen Stahlformen eine glatte Oberfläche. Hier wird nahezu unbearbeiteter Graphit verwendet.

In der Elektrokohleindustrie wird neben natürlichem Graphit auch künstlich hergestellter Graphit verwendet, der aufgrund seiner besonderen Reinheit und Konsistenz der Zusammensetzung ebenfalls weit verbreitet ist. Die elektrische Leitfähigkeit hat Graphit zu einem Material für Elektroden in elektrischen Geräten gemacht. In der Metallurgie wird es als Schmiermittel verwendet.

Diamant und Graphit sind in ihrer Zusammensetzung identisch, aber auf ihre Art einzigartig. Die Vorteile von Graphit für verschiedene Branchen sind viel größer als die von Diamant.

Diamanten, die durch ihre Schönheit begeistern sollen, sind für die Wirtschaft von unschätzbarem Wert und bringen enorme Gewinne aus ihrer Verwendung in der Schmuckindustrie.

Einführung

1. Polymorphe Modifikationen von Kohlenstoff: Diamant und Graphit

1.1.Allgemeine Eigenschaften von Diamant

1.2. Allgemeine Eigenschaften von Graphit

2. Industrielle Arten von Granit- und Diamantvorkommen

3. Natürliche und technologische Arten von Diamant- und Graphiterzen

4. Entwicklung von Granit- und Diamantvorkommen

5. Anwendungen von Granit und Diamant

Abschluss

Literaturverzeichnis.

Einführung

Die Diamantenindustrie unseres Landes befindet sich in der Entwicklungsphase und der Einführung neuer Technologien zur Verarbeitung von Mineralien.

Gefundene Diamantvorkommen werden erst durch Erosionsprozesse sichtbar. Für einen Forscher bedeutet dies, dass es viele „blinde“ Ablagerungen gibt, die nicht an die Oberfläche gelangen. Ihr Vorhandensein lässt sich an den entdeckten lokalen magnetischen Anomalien erkennen, deren Oberkante sich in einer Tiefe von Hunderten und mit etwas Glück sogar mehreren Dutzend Metern befindet. (A. Portnov).

Auf der Grundlage des oben Gesagten kann ich die Aussichten für die Entwicklung der Diamantenindustrie beurteilen. Deshalb habe ich das Thema „Diamant und Graphit: Eigenschaften, Herkunft und Bedeutung“ gewählt.

In meiner Arbeit habe ich versucht, den Zusammenhang zwischen Graphit und Diamant zu analysieren. Dazu habe ich diese Stoffe aus mehreren Blickwinkeln verglichen. Ich habe die allgemeinen Eigenschaften dieser Mineralien, die industriellen Arten ihrer Lagerstätten, die natürlichen und technischen Arten, die Entwicklung der Lagerstätten, die Anwendungsbereiche und die Bedeutung dieser Mineralien untersucht.

Obwohl Graphit und Diamant polare Eigenschaften haben, handelt es sich bei ihnen um polymorphe Modifikationen desselben chemischen Elements – Kohlenstoff. Polymorphe oder Polymorphe sind Substanzen, die die gleiche chemische Zusammensetzung, aber eine unterschiedliche Kristallstruktur haben. Mit Beginn der Synthese künstlicher Diamanten hat das Interesse an der Erforschung und Suche nach polymorphen Modifikationen von Kohlenstoff stark zugenommen. Derzeit gelten neben Diamant und Graphit auch Lonsdaleit und Chaotit als zuverlässig etabliert. Der erste kam in allen Fällen nur in enger Verwachsung mit Diamant vor und wird daher auch hexagonaler Diamant genannt, und der zweite kommt in Form von Platten vor, die sich mit Graphit abwechseln, aber senkrecht zu seiner Ebene liegen.

1. Polymorphe Modifikationen von Kohlenstoff: Diamant und Graphit

Das einzige mineralbildende Element von Diamant und Graphit ist Kohlenstoff. Kohlenstoff (C) ist ein chemisches Element der Gruppe IV des Periodensystems der chemischen Elemente von D. I. Mendeleev, Ordnungszahl – 6, relative Atommasse – 12,011 (1). Kohlenstoff ist in Säuren und Laugen stabil und wird nur durch Kalium- oder Natriumdichromat, Eisenchlorid oder Aluminium oxidiert. Kohlenstoff hat zwei stabile Isotope C (99,89 %) und C (0,11 %). Daten zur Isotopenzusammensetzung von Kohlenstoff zeigen, dass er unterschiedlichen Ursprungs ist: biogen, nicht biogen und meteoritisch. Die Vielfalt der Kohlenstoffverbindungen, die sich aus der Fähigkeit ihrer Atome ergibt, sich untereinander und mit den Atomen anderer Elemente auf unterschiedliche Weise zu verbinden, bestimmt die besondere Stellung des Kohlenstoffs unter anderen Elementen.

1.1 Allgemeine Eigenschaften von Diamant

Beim Wort „Diamant“ fallen einem sofort geheime Geschichten über Schatzsuchen ein. Es war einmal, als Menschen, die auf der Suche nach Diamanten waren, keine Ahnung hatten, dass das Objekt ihrer Leidenschaft kristalliner Kohlenstoff war, der Ruß, Ruß und Kohle bildet. Dies wurde erstmals von Lavoisier bewiesen. Er experimentierte mit dem Verbrennen von Diamanten mithilfe einer speziell für diesen Zweck konstruierten Brandmaschine. Es stellte sich heraus, dass Diamant an der Luft bei einer Temperatur von etwa 850–1000 °C brennt und keine festen Rückstände hinterlässt, wie gewöhnliche Kohle, und in einem Strom reinen Sauerstoffs bei einer Temperatur von 720–800 °C brennt. Wenn es ohne Zugang zu Sauerstoff auf 2000–3000 °C erhitzt wird, verwandelt es sich in Graphit (dies erklärt sich aus der Tatsache, dass die homöopolaren Bindungen zwischen den Kohlenstoffatomen im Diamant sehr stark sind, was zu einem sehr hohen Schmelzpunkt führt.

Diamant ist eine farblose, transparente kristalline Substanz, die Lichtstrahlen extrem stark bricht.

Kohlenstoffatome im Diamant befinden sich im Zustand der sp3-Hybridisierung. Im angeregten Zustand sind die Valenzelektronen in den Kohlenstoffatomen gepaart und es entstehen vier ungepaarte Elektronen.

Jedes Kohlenstoffatom im Diamant ist von vier weiteren Atomen umgeben, die sich entfernt vom Zentrum an den Ecken des Tetraeders befinden.

Der Abstand zwischen Atomen in Tetraedern beträgt 0,154 nm.

Die Stärke aller Verbindungen ist gleich.

Der gesamte Kristall ist ein einziger dreidimensionaler Rahmen.

Bei 20 °C beträgt die Dichte von Diamant 3,1515 g/cm. Dies erklärt seine außergewöhnliche Härte, die entlang der Kanten variiert und in der Reihenfolge Oktaeder – Rautendodekaeder – Würfel abnimmt. Gleichzeitig verfügt Diamant über eine perfekte Spaltbarkeit (entlang des Oktaeders) und seine Biege- und Druckfestigkeit ist geringer als die anderer Materialien. Daher ist Diamant zerbrechlich, zerbricht bei heftigen Stößen und verwandelt sich beim Zerkleinern in Pulver relativ einfach. Diamant hat maximale Härte. Die Kombination dieser beiden Eigenschaften ermöglicht den Einsatz für Schleif- und andere Werkzeuge, die unter erheblichem spezifischen Druck arbeiten.

Der Brechungsindex (2,42) und die Dispersion (0,063) von Diamant übertreffen bei weitem die anderer transparenter Mineralien, was in Kombination mit der maximalen Härte seine Qualität als Edelstein bestimmt.

Verunreinigungen von Stickstoff, Sauerstoff, Natrium, Magnesium, Aluminium, Silizium, Eisen, Kupfer und anderen finden sich in Diamanten, meist in Tausendstelprozent.

Diamant ist äußerst beständig gegen Säuren und Laugen, wird von Wasser nicht benetzt, hat aber die Fähigkeit, an manchen Fettmischungen zu haften.

Diamanten kommen in der Natur sowohl in Form wohldefinierter Einzelkristalle als auch in Form polykristalliner Aggregate vor. Korrekt geformte Kristalle sehen aus wie Polyeder mit flachen Flächen: Oktaeder, Rhombendodekaeder, Würfel und Kombinationen dieser Formen. Sehr oft gibt es auf den Facetten von Diamanten zahlreiche Wachstums- und Auflösungsstadien; Wenn sie für das Auge nicht sichtbar sind, erscheinen die Kanten gekrümmt, kugelförmig, in der Form eines Oktaeders, Hexaeders, Quaders und Kombinationen davon. Die unterschiedlichen Formen von Kristallen sind auf ihre innere Struktur, das Vorhandensein und die Art der Verteilung von Defekten sowie auf physikalisch-chemische Wechselwirkungen mit der den Kristall umgebenden Umgebung zurückzuführen.

Unter den polykristallinen Formationen stechen Ballas, Carbonado und Board hervor.

Ballas sind Sphärolithformationen mit radialer Struktur. Carbonado – kryptokristalline Aggregate mit einer Größe einzelner Kristalle von 0,5–50 Mikrometern. Die Perle besteht aus klarkörnigen Aggregaten. Ballas und insbesondere Carbonado weisen die höchste Härte aller Diamantarten auf.

Abb.1 Struktur des Diamantkristallgitters.

Abb.2 Struktur des Diamantkristallgitters.

1.2 Allgemeine Eigenschaften von Graphit

Graphit ist eine grauschwarze kristalline Substanz mit metallischem Glanz, fühlt sich fettig an und ist in der Härte selbst Papier unterlegen.

Die Struktur von Graphit ist schichtförmig. Innerhalb der Schicht sind die Atome durch gemischte ionisch-kovalente Bindungen und zwischen den Schichten durch im Wesentlichen metallische Bindungen verbunden.

Kohlenstoffatome in Graphitkristallen befinden sich in sp2-Hybridisierung. Die Winkel zwischen den Bindungsrichtungen betragen 120*. Das Ergebnis ist ein Gitter, das aus regelmäßigen Sechsecken besteht.

Beim Erhitzen ohne Luftzutritt verändert sich Graphit bis 3700 * C nicht. Bei der angegebenen Temperatur wird es ausgetrieben, ohne zu schmelzen.

Graphitkristalle sind normalerweise dünne Plättchen.

Aufgrund seiner geringen Härte und sehr perfekten Spaltbarkeit hinterlässt Graphit leicht Spuren auf dem Papier, die sich fettig anfühlen. Diese Eigenschaften von Graphit sind auf schwache Bindungen zwischen Atomschichten zurückzuführen. Die Festigkeitseigenschaften dieser Bindungen sind durch die geringe spezifische Wärme des Graphits und seinen hohen Schmelzpunkt gekennzeichnet. Aus diesem Grund weist Graphit eine extrem hohe Feuerbeständigkeit auf. Darüber hinaus leitet es Strom und Wärme gut, ist beständig gegen viele Säuren und andere Chemikalien, lässt sich leicht mit anderen Stoffen mischen, hat einen niedrigen Reibungskoeffizienten sowie eine hohe Schmier- und Deckfähigkeit. All dies führte zu einer einzigartigen Kombination wichtiger Eigenschaften in einem Mineral. Daher wird Graphit in der Industrie häufig verwendet.

Der Kohlenstoffgehalt im Mineralgestein und die Struktur des Graphits sind die wichtigsten qualitätsbestimmenden Merkmale. Graphit wird oft als Material bezeichnet, das in der Regel nicht nur einkristallin, sondern auch monomineralisch ist. Dabei handelt es sich vor allem um Aggregatformen von Graphitsubstanz, Graphit und graphithaltigen Gesteinen sowie Anreicherungsprodukten. Sie enthalten neben Graphit immer auch Verunreinigungen (Silikate, Quarz, Pyrit etc.). Die Eigenschaften solcher Graphitmaterialien hängen nicht nur vom Gehalt an Graphitkohlenstoff ab, sondern auch von der Größe, Form und den gegenseitigen Beziehungen der Graphitkristalle, d. h. auf die Textur- und Struktureigenschaften des verwendeten Materials. Um die Eigenschaften von Graphitmaterialien zu beurteilen, müssen daher sowohl die Merkmale der kristallinen Struktur von Graphit als auch die Textur- und Strukturmerkmale ihrer anderen Komponenten berücksichtigt werden.

Abb. 3. Struktur des Graphitkristallgitters.

Abb.4. Graphitphänokristalle in Calcit.

2. Industrielle Arten von Diamant- und Graphitvorkommen

Diamantvorkommen werden in alluviale und primäre Lagerstätten unterteilt, wobei es Typen und Untertypen gibt, die sich hinsichtlich der Vorkommensbedingungen, Formen der Erzkörper, Konzentrationen, Qualität und Reserven von Diamanten sowie Abbau- und Anreicherungsbedingungen unterscheiden.

Primäre Diamantvorkommen vom Kimberlit-Typ auf der ganzen Welt sind die Hauptziele für die Ausbeutung. Etwa 80 % der natürlichen Diamanten werden daraus abgebaut. Basierend auf den Diamantenreserven und -größen werden sie in einzigartige, große, mittlere und kleine Diamanten unterteilt. Die oberen Horizonte einzigartiger und großer Lagerstätten, die an der Oberfläche liegen, werden mit der größten Rentabilität abgebaut. Sie enthalten die Hauptreserven und prognostizierten Diamantressourcen einzelner diamanthaltiger Kimberlitfelder. Kimberlite sind mit Brekzien gefüllte „Vulkanschlote“. Brekzien bestehen aus Fragmenten und Xenolithen, die Gesteine ​​umgeben und sich auf ihnen ablagern. Sie stammen aus Gesteinsfragmenten, die aus Tiefen von 45–90 km oder mehr transportiert werden. Bei dem Zement handelt es sich um vulkanisches Material, Tuffe alkalisch-ultrobasischer Zusammensetzung, die sogenannten Kimberlite und Lamproite. Kimberlitrohre befinden sich auf Plattformen, Lamproitrohre in ihrem gefalteten Rahmen. Die Entstehungszeit der Röhren ist unterschiedlich – vom Archäikum bis zum Känozoikum, und das Alter der Diamanten, selbst der jüngsten von ihnen, beträgt etwa 2-3 Milliarden Jahre. Die Bildung von Rohren ist mit dem Durchbruch alkalisch-ultrobasischer Schmelzen nach oben durch enge Kanäle unter hohem Druck in einer Tiefe von über 80 km bei einer Temperatur von etwa 1000* verbunden. Die meisten gut untersuchten Kimberlitkörper haben eine komplexe Struktur; Im einfachsten Fall besteht die Struktur des Rohrs aus zwei Hauptgesteinsarten, die während zweier aufeinanderfolgender Intrusionsphasen gebildet wurden: Brekzien (1. Stufe) und massiver „grober Porphyr“-Kimberlit (2. Stufe). In der Struktur einiger Kimberlitrohre wurden auch Kimberlitgänge und mit den Rohren verbundene Adern identifiziert. Es wurden Blindkörper entdeckt, die aus Anteilen von Kimberlit-Magma entstanden waren, die nicht die Oberfläche erreichten. Mit Gängen und Kimberlit-Adern verbundene Ablagerungen gehören in der Regel zur Kategorie der kleinen, seltener mittelgroßen Diamantenreserven. In vielen Fällen erreichte der Aufwärtsdurchbruch die Paläooberfläche, aber viele Explosionsrohre können „blind“ sein und noch nicht durch Erosion freigelegt wurden, d.h. irgendwo tief liegen. Es gibt aber auch Stellen auf der Erdoberfläche, an denen Drücke entstehen, die für die Entstehung von Diamanten völlig ausreichen. Hierbei handelt es sich um Meteoriteneinschlagstellen, an denen Diamanten nicht nur in der Erde, sondern auch in einer Reihe von Meteoriten selbst gefunden werden.

Die Bewegungsgeschwindigkeit des ausbrechenden Magmas dürfte sehr hoch sein, etwa 800 km/h, das Magma riss Fragmente unterschiedlicher Zusammensetzung ab und trug sie nach oben. Wenn sie Diamanten enthielten, wurde die Pfeife diamanthaltig. Diamanten selbst sind die stabilste polymorphe Modifikation des Kohlenstoffs in den tiefen Zonen der Erde. (A. V. Uchanow.)

Reis. 5. Struktur eines Kimberlitrohrs.

Die Diamantvorkommen vom Lamproit-Typ wurden vor relativ kurzer Zeit (1976) in Westaustralien entdeckt, wo die große Argyle-Lagerstätte ausgebeutet wird. Von ihrer Struktur her ähneln Lamproit-Lagerstätten im Allgemeinen Kimberlit-Lagerstätten. Den Explorationsdaten der Argyle-Lagerstätte zufolge schrumpfen Lamproitrohre etwas schneller in eine Tiefe, wo sie zu Deichen werden. Das Abbausystem für diese Lagerstätten und die Anreicherungstechnologie sind die gleichen wie bei Kimberlitstandorten.

Kimberlit-Lamproit-Typ wird durch eine Diamantenlagerstätte in der Region Archangelsk repräsentiert, wo der Gehalt an Indikatormineralien deutlich geringer ist als in „klassischen“ Kimberliten; die überwiegende Mehrheit der Diamanten wird durch gebogene Formen repräsentiert.

Ringeinschlagstrukturen mit einer Größe von wenigen bis zu Hunderten von Kilometern sind mit übermächtigen Explosionsprozessen verbunden, deren Quelle nach Ansicht verschiedener Forscher entweder außerirdisch (Sturz großer Himmelskörper) oder endogen war. Eine Lagerstätte dieser Art wurde in Russland erkundet – Popigaiskoye am Osthang des Anabar-Kristallmassivs. In Bezug auf Erzreserven und Diamantengehalt ist die Lagerstätte hunderte Male größer als die größte Kimberlit-Lagerstätte. Allerdings sind Diamanten in Impaktlagerstätten in starken, dichten, ergiebigen Gesteinen eingeschlossen und werden ausschließlich durch technische Qualitäten mit einer Beimischung von Lonsdaleit (einer polymorphen Modifikation von Kohlenstoff, die in Form von Platten im Wechsel mit Graphit vorkommt, aber senkrecht zu ihrer Ebene angeordnet ist) repräsentiert ).

Der metamorphogene Typ wird bisher auch durch eine Lagerstätte auf dem Territorium Kasachstans repräsentiert, wo Diamanten in Biotit-Gneisen, Biotit-Quarz-, Granat-Pyroxen- und Pyroxen-Karbonat-Gesteinen vorkommen. In Bezug auf Reserven und Diamantengehalt ist es zehnmal größer als die größten Kimberlitrohre mit hohem Diamantgehalt. Diamanten haben extrem kleine Kristallgrößen und Schmuck und hochwertige technische Qualitäten wurden noch nicht entdeckt.

Placer-Diamantvorkommen werden durch fünf Haupttypen repräsentiert.

Alluviale Seifen (Flusstäler) sind hinsichtlich des Ausmaßes des Diamantenabbaus aus Seifen führend. Große Lagerstätten sind selten und entstehen meist durch Erosion mehrerer Primärquellen oder zwischenliegender flächenhafter Stauseen. Alluviale Seifen haben eine zweigliedrige Struktur: Die obere Auenfazies des Alluviums wird durch sehr schwach diamanthaltige Kies-Sand-Ton- und Schluffablagerungen („Torf“) repräsentiert, die untere Kanalfazies besteht aus produktiven grobklastischen Kieselsteinen ( "Sand").

Seifen vom deluvial-proluvialen Typ bilden sich an Hängen und in Schluchten in der Nähe von Grundgesteinsquellen und sind klein und mittelgroß.

Küstenmeerseifen werden in Unterwasser-, Strand- und Küstenterrassen unterteilt. Die Zone solcher Placer im Südwesten Afrikas erstreckt sich über viele hundert Kilometer mit einer Breite von 5 bis 20 km.

Seifen anderer Industrietypen spielen im Diamantenabbau keine wesentliche Rolle.

Placer-Lagerstätten verschiedener Art werden je nach Tiefe in flache und tiefe Lagerstätten unterteilt. Je nach Entfernungsgrad von der Wurzelquelle werden Placer mit nahem und fernem Abriss unterschieden; Erstere entstehen in der Nähe der Wurzelquelle, letztere – in einer Entfernung von Dutzenden Kilometern unter günstigen geologischen und strukturellen Bedingungen.

Industrielle Arten von Graphitvorkommen.

Graphit entstand aus organischen Verbindungen durch die Metamorphose von Sedimentgesteinen.

Unter den Graphitlagerstätten werden anhand der geologischen Lage ihres Standorts vier Gruppen industrieller Lagerstättentypen unterschieden.

Basierend auf der Größe der Reserven werden Graphitvorkommen in folgende Kategorien unterteilt (Millionen Tonnen): groß – mehr als 1, mittel – 0,5–1, klein – bis zu 0,5.

Am weitesten verbreitet und hinsichtlich ihrer Reserven sind die Lagerstätten der Typen Taiga, Madagaskar, Noginsk und Mexiko am weitesten verbreitet.

Graphitvorkommen der Typen Ceylon und Botogol sind seltener, verfügen seltener über große Reserven, zeichnen sich aber durch einen hohen Graphitgehalt im Erz und wertvollere Qualitäten aus.

3. Natürliche und technologische Arten von Diamanterzen

Natürliche Erztypen sind diamanthaltige Kimberlite und diamanthaltige Lamproite, die auf der Grundlage des Verhältnisses von eigentlichem Kimberlit und xenogenem Material sowie struktureller und struktureller Merkmale in diamanthaltige massive Kimberlite, Kimberlit-Brekzien, Tuff-Brekzien, Xenotufo-Brekzien und Tuffe unterteilt werden und Tuff-Sedimentgestein.

Es gibt keine einheitliche technologische Klassifizierung von Diamanterzen. Bei der technischen und wirtschaftlichen Typisierung von Erzen werden zwei Haupttechnologietypen unterschieden: Brekzien mit einem Tonbestandteilgehalt von weniger als 20 % und Brekzien mit einem Tonbestandteilgehalt von mehr als 20 %. Bei der Verarbeitung dieser Erze unterscheiden sich sowohl die technologischen Schemata als auch die Abbaukosten.

Im Allgemeinen wird, wie die Praxis zeigt, die technologische Klassifizierung von Erzen im Einzelfall bei der Erkundung und anschließenden Ausbeutung der Lagerstätte eigenständig entwickelt. Wenn ein Kimberlitkörper aus Gesteinen unterschiedlicher Intrusionsphasen besteht, die sich deutlich in den Struktur- und Texturmerkmalen sowie im Diamantgehalt unterscheiden, stimmen die natürlichen Erztypen häufig praktisch mit den technologischen überein. Der Hauptfaktor ist der Diamantgehalt. So unterscheiden sich in der Dalnyaya-Röhre (Sakha-Yakutia) die beiden hier identifizierten natürlichen Typen – Kimberlit-Brekzien und massive Kimberlite – im Diamantgehalt um eine Größenordnung und sind gleichzeitig technologische Typen. Während des Betriebs des Mir-Rohrs wurden jedoch beispielsweise sechs technologische Erztypen identifiziert, die sich in den Nuancen der Struktur und des Diamantgehalts unterschieden, während es nur zwei Einführungsphasen gab.

Technologische Arten diamanthaltiger Sande werden anhand ihrer Boulderform, ihres Tongehalts, ihrer Durchlässigkeit usw. unterschieden.

Natürliche und technologische Arten von Graphiterzen.

Die Typisierung von Graphiterzen erfolgt nach Textur- und Strukturmerkmalen. Graphite werden in klar und kryptokristallin unterteilt. Unter den klar kristallinen Sorten werden dichtkristalline und schuppige Sorten unterschieden. Dichtkristalline Graphite werden in grobkristalline Graphite mit einer durchschnittlichen Kristallgröße von mehr als 50 Mikrometern und feinkristalline Graphite unterteilt.

Entsprechend der Größe der Flocken und ihrem Durchmesser werden Flockengraphite in großblättrige (100–500 Mikrometer) und feinblättrige (1–100 Mikrometer) unterteilt.

Kryptokristalline Graphite bestehen aus Kristallen mit einer Größe von weniger als 1 µm. Man unterscheidet dichte und fein verteilte bzw. zerstäubte Sorten. Bei Letzterem sind Graphitkristalle im Wirtsgestein verstreut. Bei dichten Sorten machen Graphitkristalle den Großteil des Graphitgesteins aus. Von industrieller Bedeutung sind nur dichte Sorten kryptokristallinen Graphits.

Kristallklumpen – 92-95;

Kristalline grobe Flocken – 85-90;

Kristallin mittelflockig – 85-90;

Kristallin, feinflockig – 80-90;

Kristalline Pulver mit einer Größe von bis zu 0,074 mm und einem graphitischen Kohlenstoffgehalt von 80-99.

Die Erkundung von Graphitlagerstätten anderer Industrietypen mit unregelmäßig geformten oder linsen- und stockförmigen Lagerstätten erfolgt ebenfalls durch Kernbohrungen in Kombination mit Bergbauarbeiten.

Bei der Beurteilung und Erkundung von Graphitvorkommen durch Bohrungen wird festgestellt, dass es nicht zu einem selektiven Abrieb des Kerns kommt, der bei einer ungleichmäßigen Verteilung der Graphitkonzentrationen in Form von angereicherten Bereichen möglich ist, die durch ein Netzwerk von Adern, Linsen, Nestern dargestellt werden. usw. Zu diesem Zweck sollte der Graphitgehalt in Bohrflüssigkeiten und Bohrklein überwacht werden. Bei Bedarf werden Kontrollarbeiten mit Massentests durchgeführt.

4. Entwicklung von Diamantvorkommen

Primäre Diamantvorkommen, die im Tagebau oder mit kombinierten Methoden erschlossen wurden:

Die oberen Horizonte sind offen und die tieferen liegen unter der Erde. In Russland werden Diamanten ausschließlich im Tagebau abgebaut.

Die Tagebaumethode zur Entwicklung von Rohren ist in allen Bereichen ungefähr gleich. Betrachten wir es am Beispiel der Fishy-Pfeife (Südafrika).

Das Rohr hat einen ovalen horizontalen Querschnitt und fast vertikale Kontakte mit dem Wirtsgestein. Die Verwitterungszone von Kimberliten erstreckt sich bis zu einer Tiefe von 60 m. In der Zusammensetzung von Kimberliten nimmt die Sekundärphase ein erhebliches Volumen ein – Saponit, ein quellendes Mineral, das große Mengen Wasser aufnimmt. Aus diesem Grund ist das Rohrerz hygroskopisch und verliert bei Befeuchtung schnell seine Festigkeitseigenschaften. Daher werden spezielle Methoden verwendet, um die Kimberlitoberfläche vom Wasser zu isolieren, und beim Bohren von Brunnen wird eine trockene Staubsammlung verwendet.

Die Erschließung des Rohrs im Tagebau begann im Jahr 1966, und 1990 erreichte die Grubentiefe 423 m mit einem durchschnittlichen jährlichen Rückgang von 18–20 m. Über 97 Millionen Tonnen Kimberlit wurden abgebaut (etwa 5 Millionen Tonnen pro Jahr) und 55 Millionen Tonnen wurden auf Deponien entsorgt. Tonnen taubes Gestein. Die Fläche des Steinbruchs beträgt 550.000 m2. Diese Abbaumethode gewährleistete einen stabilen Betrieb des Bergwerks und gute technische und wirtschaftliche Indikatoren: niedriges Abraumverhältnis, systematischer Übergang zur Untertagemethode. Durch das Wirtsgestein wurde ein Schrägschacht mit einer Länge von 1300 m in einem Winkel von 12° von der Oberfläche bis zur Öffnung des Steinbruchs in 280 m Tiefe getrieben. Darin befanden sich ein Förderband für den Transport des Erzes zur Aufbereitungsanlage und ein unterirdischer Brechkomplex, der es ermöglichte, die Anzahl der in Betrieb befindlichen Muldenkipper drastisch zu reduzieren.

Bei der Untertagemethode werden mehrere Systeme zum Untertageabbau diamanthaltiger Rohre eingesetzt.

Das Kammersystem sieht den Aushub von 8-Meter-Kammern mit einer Höhe von 12 m vor, die durch temporäre 8-Meter-Pfeiler voneinander getrennt sind, an jedem Arbeitshorizont entlang der kurzen Achse des Rohrs. Kimberlit, das unter dem Einfluss des Gewichts eingestürzter Gesteine ​​aus den Kammern und den Säulen des darüber liegenden Horizonts entfernt wurde, fällt auf die Basis des Förderbergwerks, wo es in Wagen verladen und zum Erzpass zurückgerollt wird Wirtsgestein, durch das der Kimberlit dem Hauptförderhorizont zugeführt wird.

Beim Premier-Pipe (Südafrika) wurde das Slot-Mining-Verfahren eingesetzt. Als das Rohr entwickelt wurde, verliefen die Hauptstollen an jedem Arbeitshorizont parallel zur Lücke in Abständen, die der halben Entfernung von der Lücke bis zu den Grenzen des Erzkörpers entsprachen. In einer Tiefe von 270 m wurde das Erz aus Erzpässen in Förderwagen abgefüllt und entlang von Förderstollen transportiert. Anschließend wurde das Erz einem Brecher zugeführt, zerkleinert und an die Oberfläche transportiert. Die fortschrittlichste Entwicklungsmethode ist der Selbsteinsturz des Bodens; Es bietet eine hohe Produktivität (bis zu 5 Millionen Tonnen Kimberlit pro Jahr) bei geringen Kosten und relativ geringem Einsatz manueller Arbeit. Bei diesem System erfolgt die Kimberlitzerstörung unter dem Einfluss der Schwerkraft, die Anzahl der Arbeitshorizonte und Ladepunkte wird stark reduziert. Der Kern des Systems besteht darin, dass sich vom Förderstollen quer zur Röhre ausgerichtete Kratzstollen in einem Abstand von 14 m voneinander erstrecken, in denen sich jeweils quadratische Nischen von 1-2 m im Abstand von 3-5 m befinden Seiten im Schachbrettmuster. Die Nischen werden von trichterförmigen Setzstufen eingenommen, die bis zu einer Höhe von 7,6 m über dem Niveau des Sockels ansteigen. Anschließend werden die Kimberlitblöcke vollständig unterhöhlt und 18 m dicke Schichten abgebaut, sodass der Kimberlit zerfällt und in kegelartige Steigrohre zusammenfällt. Dadurch entsteht über die gesamte Rohrfläche ein 2,2 m hoher Ausgleichsspalt. Danach verbleibt über dem Ausgleichsraum eine freitragende Kimberlitmasse, die unter dem Einfluss ihres Eigengewichts nach und nach auf den Auslass kollabiert Trichter. Wenn der Kimberlit kollabiert, wird er teilweise freigesetzt, um den Ausgleichsraum wiederherzustellen, sodass der Pegel des kollabierten Kimberlits ständig ansteigt, bis er das Gestein des darüber liegenden Horizonts erreicht. Danach wird die Erzproduktion mit einer bestimmten Geschwindigkeit fortgesetzt, bis Abraumgestein in den Abstreifern erscheint. Der Abbau dieses Horizonts endet hier, danach wird mit dem Abbau des darunter liegenden Horizonts begonnen.

Seifenlagerstätten mit einer Tiefe von bis zu 40-45 m werden im Tagebau aufbereitet. In der Republik Sacha (Jakutien) erfolgt der Bergbau im Sommer mit Bulldozer-hydraulischen Methoden. Der von Bulldozern zugeführte Sand wird auf dem Gitter einer hydraulischen Wiege mit einer Zellengröße von 30–50 mm gewaschen. Das über dem Gitter liegende Material wird durch einen Wasserstrahl entfernt, und der unter dem Gitter liegende Zellstoff wird durch Rohre mit Baggern über eine Entfernung von 20 bis 2,5 km zu einer saisonalen stationären Verarbeitungsanlage transportiert. Aus dem Tal der erweiterten Seifen werden Diamanten durch Baggerarbeiten abgebaut. Bagger bewegen sich in Quer- oder Längspassagen von unten nach oben entlang des Flusstals. Nachdem die Hauptreserven erschöpft sind, werden die Bagger wieder von oben nach unten vorgeschoben, wobei die Hübe gegenüber den Primärhüben verschoben werden. Manchmal sind die Bewegungen über die primären gerichtet.

Abb.6. Kimberlitrohr während der Entwicklung.

Erschließung von Graphiterzvorkommen.

Die Entwicklung von Graphiterzen erfolgt im offenen und unterirdischen Verfahren. Von den drei ausgebeuteten Graphitvorkommen in Russland werden zwei (Noginskoye, Botogolskoye) unterirdisch und eines (Taiginskoye) im Tagebau erschlossen.

Die Abmessungen des Tagebaus in der kristallinen Graphitlagerstätte Taiginskoe betragen etwa 3 km Länge, 200–250 m Breite und mehr als 50 m Tiefe. Die Abbauverluste betragen etwa 1 %, die Verdünnung ist unbedeutend.

In den USA erfolgt der Abbau von Graphiterz im Tagebau mittels Bohr- und Sprengarbeiten, gefolgt vom Transport des Erzes auf der Straße zu Verarbeitungsanlagen.

Ein ursprüngliches System zur Erschließung von Graphitvorkommen wurde in der Republik Madagaskar angewendet. Bei der offenen Methode werden hauptsächlich die oberen, verwitterten Graphiterze bis in eine Tiefe von 30–40 m verarbeitet. Die Arbeit erfolgt in Terrassen, wobei das Erz in die unteren Horizonte abgesenkt wird, von wo aus es der Aufbereitungsanlage zugeführt wird.

Die unter Tage erschlossene Graphitlagerstätte Noginsk (Stollen und Schacht) zeichnet sich durch eine Verdünnung von 2,8 %, einen Erzfeuchtigkeitsgehalt von 4,5 % und Verluste von 17,8 % aus.

Die Botogol-Lagerstätte mit hochwertigem dichtkristallinem Graphit wird nach der Stollenmethode erschlossen. Der Abbau erfolgt in horizontalen Schichten von unten nach oben, wobei der Aufbereitungsraum verfüllt wird. Die Produktionsverluste betragen etwa 8 %.

5. Anwendungen von Diamanten

Hauptanwendungsgebiete von Naturdiamanten.

Schmuckdiamanten. Das wertmäßige Hauptanwendungsgebiet von Diamanten ist das Schleifen in Brillanten.

Industriediamanten. Zu den technischen zählen dunkle Kristalle mit Rissen und anderen Defekten sowie verschiedene Fragmente, Doppelungen, Verwachsungen usw., aus denen sich kein facettierter Kristall herstellen lässt. Je nach Qualität und Verwendungszweck lassen sich Industriediamanten in folgende Gruppen einteilen:

Diamanten, die verarbeitet werden, um Körner mit einer bestimmten geometrischen Form herzustellen. Dazu gehören Diamanten, die für die Herstellung von Fräsern, Bohrern, Spitzen, Glasschneidern, Lagern usw. bestimmt sind;

Diamantkristalle, die im Rohzustand in Bohrern, Diamant-Metallstiften usw. verwendet werden;

Schleifdiamanten sind im Grunde kleine Kristalle, die erhebliche Mängel aufweisen und nur zum Mahlen zu Pulver geeignet sind.

Diamantpulver sind unverzichtbar bei der Bearbeitung von Kleinstteilen wie Rubin-Uhrensteinen, Lagern aus Topas, Beryll und Saphir, deren Härte der von Korund nahekommt. Nur die Verwendung von Diamantpulvern gewährleistet eine hohe Reinheit der bearbeiteten Mikrooberflächen, die die Genauigkeit der Mikroteile in Geräten und Instrumenten bestimmt.

Werkzeuge aus Diamantpulver. Zum Schneiden von Hartgestein, Legierungen und anderen harten Materialien werden von der Industrie Diamanttrennscheiben und verschiedene Diamantsägen hergestellt. Schleifdiamantwerkzeuge im Dorn sind weit verbreitet und werden in der metallverarbeitenden Industrie häufig zum Abrichten von Schleifscheiben eingesetzt. Es werden auch Diamantmetallstifte verwendet, bei denen es sich um gepresste Einsätze aus hartlegiertem Diamantpulver handelt.

Werkzeuge aus Einkristalldiamanten. Aus einzelnen Diamantkristallen oder Teilen davon werden Fräser, Nadeln, Glasschneider, Matrizen (plattenförmige Diamanten mit eingebohrten dünnen Löchern) und andere Werkzeuge hergestellt. Diamantspitzen sind Diamantkristalle mit einer natürlichen scharfen Spitze oder scharfkantigen Splittern, die in Metallstäbe eingefasst sind. Diamantnadeln werden häufig zur Herstellung von Gewindebohrern auf Gewindeschleifmaschinen verwendet. Konische Diamantnadeln mit kugelförmigem Kopf werden in Profilometern und Profilographen verwendet, mit denen kleinste Unregelmäßigkeiten und die Oberflächenreinheit verschiedener Teile gemessen werden. Diamanten werden häufig zur Herstellung von Matrizen bei der Herstellung von Drähten aus harten Materialien verwendet, insbesondere mit kleinen Durchmessern für die Elektronik.

Diamant-Steinschneidewerkzeug. Durch die Verwendung von Diamanten zur Verstärkung von Bohrkronen konnte die Produktivität von Bohranlagen im Vergleich zum Bohren ohne Diamanten um das 1,5- bis 2-fache gesteigert werden.

Weitere Einsatzgebiete von Diamanten. Diamant ist ein hervorragendes optisches Material für Küvetten und Fenster aller Art, das hohen Drücken und der Einwirkung von Substanzen jeglicher Aggressivität standhält und gleichzeitig in einem breiten Wellenlängenbereich transparent ist.

Das Diamantsubstrat von Halbleiterschaltkreisen sorgt für eine hervorragende Isolierung und leitet Wärme um ein Vielfaches schneller ab als beispielsweise Kupfer, wodurch die Betriebseffizienz kritischer Komponenten elektronischer Schaltkreise deutlich erhöht wird. Die Fähigkeit, Diamanten zur Zählung nuklearer Partikel in aggressiven Umgebungen und bei hohen mechanischen Belastungen einzusetzen; Diamant wird in speziellen Zählern eingesetzt.

Die Struktur des Verbrauchs von Industriediamanten durch hochentwickelte Länder ist wie folgt (%):

Schleifen, Schärfen von Werkzeugen und Maschinenteilen aus Hartlegierungen – 60-70;

Brunnenbohrung – 10;

Drahtziehen – 10;

Schneiden und Schleifen von Teilen und Produkten aus Glas, Keramik, Marmor, Bohren und Endbearbeiten von Hartmetallteilen, Bearbeitung von Uhren und Schmuck - 10-12.

Anwendungsgebiete von Graphit.

Die Erze fast aller Graphitlagerstätten können vom Verbraucher nur selten im Rohzustand genutzt werden. Fast alle werden einer Vorverarbeitung unterzogen, um das Erz in fertige Produkte umzuwandeln.

Die technologische Klassifizierung von Graphiterzen fällt mit der Klassifizierung natürlicher Typen zusammen.

Klarkristalline Erze werden aufgrund der guten Flotationsfähigkeit des Graphits hauptsächlich mittels Flotationsverfahren verarbeitet.

Kryptokristalline Graphitrohstoffe werden durch fein verteilte Mineralien in einer sehr komplexen Verwachsung mit Abfallgesteinen repräsentiert. Daher ist es nahezu unmöglich, diese Arten von Graphiterzen mechanisch anzureichern. Sie werden hauptsächlich für den Erzabbau und in besonderen Fällen für chemische, thermische oder andere Aufbereitungsverfahren eingesetzt. Da diese Verfahren teuer sind, werden sie selten eingesetzt.

Die Hauptindikatoren, anhand derer Graphitprodukte bewertet werden, sind: Textur und Struktur, Kohlenstoffgehalt, Asche, Feuchtigkeit, flüchtige Bestandteile, schädliche Verunreinigungen (Eisen, Schwefel, Kupfer usw.), Partikelgrößenverteilung.

In der Gießereiproduktion wird kryptokristalliner Graphit bevorzugt, da für diese Produktion die Dispersion des Pulvers wichtig ist, die für eine glatte Oberfläche der Gussformen sorgt und die Entformung der Gussteile nach dem Abkühlen erleichtert.

Hochwertige, klar kristalline Graphite werden häufig im Edelstahlguss verwendet.

Tiegelgraphit ist in drei Qualitäten erhältlich. Ihre Zoneneinteilung überschreitet nicht 7; 8,5 und 10 %, der Massenanteil von Eisen in Bezug auf Fe2O3 beträgt für alle Qualitäten nicht mehr als 1,6 %, flüchtige Stoffe - weniger als 1,5 %; Feuchtigkeit – nicht mehr als 1 %.

Für die Herstellung von Graphit-Keramik-Schmelztiegeln und feuerfesten Materialien wird hochwertiger klarkristalliner Graphit verwendet.

Entsprechend den Anforderungen an Schmiergraphit werden Produkte in mehreren Qualitäten hergestellt, die jeweils ihren eigenen Anwendungsbereich haben und sich durch eine Reihe von Indikatoren auszeichnen. Die einzigen Indikatoren, die allen Marken gemeinsam sind, sind die Konzentration von Wasserstoffionen im Wasserextrakt und die Luftfeuchtigkeit.

Die Bleistiftherstellung stellt ebenso wie die Elektrokohleherstellung höchste Anforderungen an die Qualität des Graphits. In der weltweiten Praxis wird für die besten Bleistifttypen eine Mischung aus Ceylon und anderem kristallinen oder kryptokristallinen Graphit verwendet, die am häufigsten für die Herstellung gewöhnlicher Bleistifttypen verwendet wird.

Bei der Herstellung aktiver Massen alkalischer Batterien wird klar kristalliner grobflockiger Graphit („Silber“) verwendet, der durch Flotation von Erzen aus den Lagerstätten Taiginsky und Zavalevsky gewonnen wird.

In der Elektrokohleindustrie werden drei Arten von Graphit verwendet: natürlicher fein- und kryptokristalliner sowie künstlicher. Künstlicher Graphit hat aufgrund seiner hohen Reinheit und Konsistenz der Zusammensetzung eine weite Verbreitung gefunden.

Bei der Herstellung von Schmierstoffen werden als Feststoffe häufig natürlicher kristalliner Graphit und damit auch künstlicher Graphit verwendet. Für diese Produktion wird Graphit benötigt, meist von hoher Reinheit und sehr feiner Mahlung, manchmal von kolloidaler Größe. Schmierstoffe sind meist Wasser- oder Ölsuspensionen aus natürlichem kristallinem und künstlichem Graphit.

Bei einer Reihe von Graphitsorten ist das Verstopfen durch Verunreinigungen, einschließlich Graphit aus anderen Lagerstätten, nicht möglich. Zu diesen Qualitäten gehören Tiegelgraphit, Elementargraphit und Elektrokohlenstoffgraphit.

Abschluss

Nachdem ich zwei polymorphe Modifikationen von Kohlenstoff untersucht hatte: Diamant und Graphit, kam ich zu dem Schluss, dass die Polymorphe trotz gleicher chemischer Zusammensetzung unterschiedliche Kristallgitterstrukturen und daher unterschiedliche Eigenschaften und Ursprünge aufweisen.

Diamant ist eine farblose, transparente kristalline Substanz mit außergewöhnlicher Härte – 10 und Diamantglanz. Graphit ist eine grauschwarze kristalline Substanz mit metallischem Glanz, die sich fettig anfühlt und in der Härte selbst Papier unterlegen ist – 1.

Diamanten kommen in der Natur in Form klar definierter Einzelkristalle vor. Graphitkristalle sind normalerweise dünne Plättchen.

Der Ursprung von Diamanten ist magmatisch, Graphit ist metamorph.

Diamanten werden in fast allen Branchen eingesetzt: Elektrotechnik, Radioelektronik, Instrumentenbau und Bohren.

Graphit wird zur Herstellung von Graphit-Keramik-Schmelztiegeln und feuerfesten Materialien, als Schmiermittel, bei der Herstellung von Bleistiften und in der Elektrokohleindustrie verwendet.

Unzählige Lehrbücher zeigen Diamant-Graphit-Gleichgewichtsdiagramme und sagen, dass Diamant aus Graphit entsteht. Aber aus irgendeinem Grund stellte niemand die Frage: Woher kommt Graphit im Erdmantel? Schließlich ist es dort instabil und wird für Mantelbedingungen als „verbotenes“ Mineral bezeichnet. Bei Karbiden ist das etwas anderes. Sie sind hier stabil: Karbide von Eisen, Phosphor, Silizium, Stickstoff, Wasserstoff. Wasserstoffkarbid ist ein Gas, gewöhnliches Methan, es ist mobil und lässt sich leicht in tiefen Flüssigkeiten konzentrieren.

Geologen legten einst keinen Wert auf die bemerkenswerte Entdeckung des sowjetischen Physikers B. Deryagin, der bereits 1969 Diamanten aus Methan synthetisierte, und das, was sehr wichtig ist, bei einem Druck sogar unter dem Atmosphärendruck. Schon damals hätte diese Entdeckung die bestehenden Vorstellungen über Diamant als Mineral, das zwangsläufig aus Schmelzen und unter hohen Drücken kristallisiert, radikal verändert. Die Daten von B. Deryagin ermöglichten es mir, die Möglichkeit der Diamantkristallisation aus einer Flüssigkeit, einem Gasgemisch im C-H-O-System, in Betracht zu ziehen.

Es stellt sich heraus, dass in einer solchen Flüssigkeit Sauerstoff bei ultrahohem Manteldruck seine oxidierenden Eigenschaften verliert und nicht einmal Wasserstoff oxidiert. Wenn das Gas jedoch nach oben steigt und sich ein Kimberlitrohr bildet, sinkt der Druck. Es reicht aus, den Druck um das Zehnfache – von 50 auf 5 Kilobar – zu reduzieren, damit sich die Aktivität des Sauerstoffs um das Millionenfache erhöht. Und dann verbindet es sich sofort mit Wasserstoff und Methan. Einfach ausgedrückt entzündet sich das Gas spontan – in einem unterirdischen Rohr bricht ein wütendes Feuer aus.

Die Folgen eines solchen unterirdischen „Brandes“ hängen vom Verhältnis von Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff in der Flüssigkeit ab. Wenn nicht zu viel Sauerstoff vorhanden ist, wird nur Wasserstoff aus dem Methanmolekül (CH4) entfernt. Der entstehende Wasserdampf wird vom Mineralstaub absorbiert und bildet Serpentinit, das charakteristischste Mineral der Kimberlite. Kohlenstoff, der bei einem Druck von Tausenden Atmosphären und einer Temperatur von etwa 1000 ° C „einsam“ bleibt, schließt sich mit ungesättigten Valenzbindungen „an sich selbst“ und bildet ein riesiges Molekül aus reinem Kohlenstoff – einen Diamanten! In der Praxis ist eine so günstige Kombination von Komponenten in einem Gasgemisch selten: Nur fünf Prozent der Kimberlitrohre sind diamanthaltig.

Häufiger kommt es vor, dass entweder zu viel Sauerstoff vorhanden ist, um einen Diamanten zu bilden, oder nicht genug. Im ersten Fall verbrennt Kohlenstoff und verwandelt sich in Gase – Oxide: CO oder CO2. Dann erscheinen karge Kimberlite. Sie zeichnen sich durch einen erhöhten Magnetismus aus, da sie Eisenoxid – Magnetit – enthalten. Es war viel Sauerstoff vorhanden, der den Silikaten das Eisen „entriss“. Bei einem Mangel an Sauerstoff oder Methan entsteht nur Wasserdampf, der vom Serpentinit absorbiert wird. Es stellt sich heraus, dass Diamant als Produkt der spontanen unterirdischen Verbrennung einer kohlenstoffhaltigen Flüssigkeit entsteht. Diamanten sind Analoga von Asche oder Ruß, die sich in den „Schornsteinen“ des Erdmantels ablagern! (A. Portnov – Doktor der Geologie und Mineralogischen Wissenschaften, Professor).

Literaturverzeichnis

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2. Bulakh A.G. Allgemeine Mineralogie. 1999.

3. Sarasowski. Bildungsmagazin. Band 6, 2000. Nr. 5.

4. Dyadin Yu.A. Graphit und seine Einschlussverbindungen.

5. A. Portnov. „Diamant ist Ruß aus der Unterwelt.“

6. JSC „Geoinformmarn“. Moskau 1997. Mineralische Rohstoffe. Graphit. Diamant.

7. Verlag „Sowjetische Enzyklopädie“. Moskau. 1972.

Hallo, unsere lieben Leser! Haben Sie sich jemals gefragt, was Diamant und Graphit gemeinsam haben könnten? Es scheint, dass teurer Schmuck aus einem Diamanten besteht, der selbst den anspruchsvollsten Geschmack erfreut. Hart, zäh und nahezu unzerstörbar. Und Graphit, das Hauptelement zur Herstellung von Bleistiften, ist sehr zerbrechlich und bricht leicht. Erinnern Sie sich, wie oft Ihr Stift kaputt gegangen ist?

Allerdings sind beide Mineralien miteinander verwandt. Darüber hinaus ermöglicht die Wiederherstellung besonderer Bedingungen die Durchführung des Umwandlungsprozesses von Graphit zu Diamant und umgekehrt.

Wenn Sie den Artikel lesen, erfahren Sie, welche Eigenschaften die im Artikel vorgestellten Mineralien haben, wie sie überhaupt auf der Erde entstanden sind und wohin Sie gehen müssen, um Diamanten abzubauen. Oder, wenn Sie weniger Glück haben, Graphit, und ist es außerdem möglich, Diamanten und Graphit zu Hause herzustellen?

Wir wünschen Ihnen eine angenehme Lektüre!

Merkmale von Diamant und Graphit

Die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale eines Diamanten sind:

• die Fähigkeit, Sonnenlicht zu brechen und zu reflektieren, was ihm seinen berühmten Glanz verleiht;
• die höchste Härte (im Vergleich zu anderen Mineralien) und Zerbrechlichkeit;
• Metastabilität – die Fähigkeit, seine Struktur und seinen Zustand unter normalen Bedingungen über Hunderte von Jahren hinweg nicht zu verändern;
• hohe Wärmeleitfähigkeit;
• hohe Beständigkeit gegen Säuren und Laugen;
• hat einen niedrigen Reibungskoeffizienten;
• Dielektrikum, leitet keinen elektrischen Strom.

Solche Eigenschaften des Minerals werden dadurch möglich, dass seine innere Struktur ein komplexes Kristallgitter aufweist, bei dem es sich um einen Würfel oder Tetraeder handelt. Die Struktur basiert auf dem chemischen Element Kohlenstoff.

Befinden sich Verunreinigungen in seinem Kristallgitter, kann es seine Farbe verändern, was jedem bekannt ist. So verleiht das Vorhandensein von Eisen in der Zusammensetzung dem Mineral einen braunen Farbton, Lithium - Gelb, Aluminium - Blau, Mangan - Rosa oder Rot (je nach Konzentration), Bor - Blau, Chrom - Grün.

Graphit ist das genaue Gegenteil von Diamant. Seine Struktur besteht aus mehreren Schichten, die äußerlich dünnen Platten ähneln. Das wichtigste Strukturelement ist Kohlenstoff. Es hat eine schwarze Farbe mit einem Hauch von Metall. Fühlt sich weich und leicht ölig an.

Hat folgende Besonderheiten:

• lässt kein Licht durch und bricht es nicht;
• gute Wärmeleitfähigkeit;
• gute Feuerbeständigkeit;
• Zerbrechlichkeit;
• niedriger Reibungskoeffizient;
• leitet elektrischen Strom;
• kann mit anderen Substanzen gemischt werden.

Trotz solch unterschiedlicher Eigenschaften hat die moderne Wissenschaft gelernt, die hier vorgestellten Mineralien künstlich voneinander herzustellen.

Ist Diamant ein Mineral oder nicht?

Um diese Frage zu beantworten, wollen wir herausfinden, was ein „Mineral“ eigentlich ist. In der modernen Wissenschaft gilt ein Mineral als fester Körper natürlichen Ursprungs, der eine kristalline Struktur aufweist, das heißt, die Anordnung der Atome ist streng geordnet.

Da Diamant eine Würfel- oder Tetraederstruktur hat und über ein klares Kristallgitter verfügt, kann er getrost als Mineral klassifiziert werden.

Ähnlich verhält es sich mit Graphit, dessen Lamellenstruktur ebenfalls eine strenge Ordnung aufweist.

Herkunft von Diamanten und Graphit

Es gibt keine genauen und zuverlässigen Daten darüber, woher diese Mineralien stammen. Es gibt nur einige Hypothesen, nämlich:

1. Hypothese magmatischen Ursprungs
2. Mantelursprungshypothese
3. Hypothese des flüssigen Ursprungs

Die ersten beiden Theorien sind die beliebtesten und laufen darauf hinaus, dass das Erscheinen in den Tiefen unserer Erde vor vielen Millionen Jahren in einer Tiefe von einhundert bis zweihundert Kilometern stattfand. Durch Explosionen und Vulkanausbrüche wurden Kristalle an die Oberfläche gebracht.

Graphit wiederum kann auch durch Veränderungen in Sedimentgesteinen entstehen.

Eine interessante Tatsache ist das Vorhandensein von Diamantsplittern in Meteoriten. Dies deutet darauf hin, dass es neben dem terrestrischen Ursprung auch Kristalle meteoritischen Ursprungs gibt, die aus dem Weltraum mitgebracht wurden.

Es gibt eine Reihe von Hypothesen darüber, wie sich in Meteoriten Krümel bilden könnten. Die populärste Theorie besagt, dass der Meteorit selbst keine Diamantsplitter in „reiner“ Form enthält, sondern nur mit Kohlenstoff angereichert ist. Beim Aufprall auf die Erde entstehen ideale Bedingungen für die Neubildung des Minerals: hohe Temperatur (zwei- bis dreitausend Grad) und Druck (von 5 bis 10 GPa). Durch diese Methode gebildete Diamanten werden Impaktiten genannt.

Leider sind Kristalle kosmischen Ursprungs für den industriellen Abbau zu klein und daher sind alle für den Bergbau genutzten Lagerstätten nur natürlichen Ursprungs.

Haupteinlagen

Die größten Diamantenvorkommen befinden sich in der Indischen Republik, der Russischen Föderation und der Provinz Kimberley (auf die 80 % der gesamten Produktion entfallen).

Russische Vorkommen befinden sich in der Republik Sacha (Jakutien), im Perm-Territorium und in der Region Archangelsk.

Zur Erkennung von Diamantvorkommen werden Röntgenstrahlen eingesetzt. Die Suche dauert Jahrzehnte. Eine sehr kleine Anzahl entdeckter Lagerstätten enthält Mineralien von hoher Qualität, die für die Verwendung in der Schmuckindustrie ausreichen.

Beim Abbauprozess wird das Erz abgebaut und zerkleinert, wobei die dazugehörigen Gesteine ​​abgetrennt werden. Anschließend werden mithilfe spezieller Geräte die Kategorien und Klassen des geförderten Materials bestimmt.

Die größten Graphitvorkommen befinden sich in der Region Krasnodar und in der Ukraine. Lagerstätten mit minderwertigem Material befinden sich in Madagaskar, Brasilien, Kanada und Mexiko.

In der Regel kommt es zusammen mit Kalksteingesteinen wie Apatit und Phlogopit sowie in Pneumatolitformationen vor, nämlich: Quarz, Feldspat, Biotit, Titanomagnetit.

Anwendungsgebiet

Wird in vielen Bereichen der Industrie eingesetzt.

• Elektrotechnik;
• Funkelektronik und Leistungselektronik;
• Bohrinseln;
• Herstellung von wertvollem Schmuck und Accessoires.

Anwendungsbereich von Graphit:

• Herstellung feuerfester Ausrüstung;
• Herstellung von Schmierstoffen;
• Herstellung von Bleistiftminen;
• Kernenergie (als Neutronenmoderator);
• künstliche Herstellung von Diamanten.

Das beliebteste Einsatzgebiet ist die Schmuckherstellung. Das verarbeitete Mineral, Diamant genannt, hat einen hohen Wert und ist auf dem Schmuckmarkt sehr beliebt. Für viele Menschen ist es immer noch eine hervorragende Anlagemöglichkeit.

Technologie zur Herstellung von Diamanten aus Graphit

Für die moderne Wissenschaft ist es eine Kleinigkeit, einen künstlichen Diamantkristall zu züchten. Während die Entstehung unter natürlichen Bedingungen Hunderte von Millionen Jahren dauert, gelingt dies in einem speziell ausgestatteten Labor in viel kürzerer Zeit.

Das Prinzip der unnatürlichen Produktion besteht darin, optimale Bedingungen zu schaffen, die für die Veränderung der Kohlenstoffform am günstigsten sind. Es sind sowohl hohe Temperaturen (von 1500 bis 3000 Grad) als auch hohe Drücke (mehrere GPa) erforderlich. Der einfachste Weg, es zu erhalten, besteht darin, Graphit pulsierend auf zweitausend Grad zu erhitzen. Durch die Aufrechterhaltung eines hohen Drucks erfolgt die Umwandlung von Graphit in Diamanten. Gleichzeitig beginnt bei sinkendem Druck der umgekehrte Prozess, bei dem sich ein Mineral in ein anderes verwandelt.

Um einen Diamantkristall zu erhalten, ist es in diesem Zusammenhang erforderlich, hohe Temperatur- und Druckparameter über einen langen Zeitraum stabil aufrechtzuerhalten. Dies macht die Umwandlungstechnologie energieintensiv und kostenintensiv. Darüber hinaus entstehen bei diesem Verfahren nur Industriediamanten, die für die Verwendung in Schmuck ungeeignet sind.

Aus diesen Gründen gilt die Produktion unnatürlicher Diamanten im Vergleich zum Bergbau als unrentabel.

Herstellung von künstlichem Graphit

Es gibt folgende Arten von künstlichem Graphit: Hochofengraphit, Koks, Retortengraphit, Acheson.

Die beliebteste unnatürliche Sorte ist Cola. Bei der Herstellungsmethode wird aus Sand und Koks eine dichte Kohlenstoffmasse gewonnen, diese gebrannt und mit der Karbonisierung verbunden. Im letzten Schritt erfolgt die Kristallisation (Graphitisierung). Um die Porosität zu verringern, wird das resultierende Mineral mit Kunstharzen imprägniert und das Rösten wiederholt. Jeder wiederholte Zyklus reduziert die Porosität erheblich. Insgesamt kann es bis zu fünf Zyklen geben.

Ein wesentlicher Nachteil von künstlichem Graphit ist der Gehalt an verschiedenen Verunreinigungen und dementsprechend die geringe „Reinheit“.

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Team LyubiKamni

Harter Diamant, der im Licht spielt, und undurchsichtiger, leicht abziehbarer Graphit können im übertragenen Sinne als Geschwister bezeichnet werden. Schließlich enthält die chemische Zusammensetzung beider nur ein Element – ​​Kohlenstoff. Lassen Sie uns herausfinden, warum sich diese Mineralien aufgrund ihres gemeinsamen Ursprungs so stark voneinander unterscheiden und wie sich Diamant von Graphit unterscheidet.

Definition

Diamant- ein Mineral auf Kohlenstoffbasis. Es zeichnet sich durch Metastabilität aus, also die Fähigkeit, unter normalen Bedingungen für unbegrenzte Zeit in unveränderter Form zu existieren. Die Lagerung von Diamant unter bestimmten Bedingungen, beispielsweise im Vakuum bei erhöhter Temperatur, führt zu seiner Umwandlung in Graphit.

Diamant

Graphit– ein Mineral, das als Modifikation von Kohlenstoff wirkt. Bei der Reibung werden Schuppen von der Gesamtmasse des Stoffes abgetrennt. Die bekannteste Verwendung von Graphit ist die Herstellung von Bleistiftminen.

Graphit

Vergleich

Das Phänomen, bei dem Stoffe unterschiedliche Eigenschaften haben, aber durch ein gemeinsames chemisches Element gebildet werden, wird Allotropie genannt. In der Natur gibt es jedoch möglicherweise keine so völlig unterschiedlichen allotropen Formen desselben Elements mehr. Was erklärt den Unterschied zwischen Diamant und Graphit?

Die entscheidende Rolle spielen dabei die Eigenschaften der Kristallstruktur jedes Stoffes. Reden wir über Diamanten. Die Bindung zwischen seinen Atomen ist unglaublich stark. Dies liegt an der Art und Weise, wie sie relativ zueinander angeordnet sind. Benachbarte Atomzellen eines Stoffes haben eine kubische Form. Partikel befinden sich in den Ecken von Zellen, an ihren Rändern und in ihnen. Diese Art von Struktur wird Tetraeder genannt.

Diamantzelle

Diese Geometrie der Atome sorgt für ihre dichteste Organisation, wodurch der Diamant hart und verformungsbeständig wird. Gleichzeitig handelt es sich um eine zerbrechliche Substanz, die bei Stößen reißen kann. Die Struktur bestimmt auch die hohe Wärmeleitfähigkeit von Diamant und die Fähigkeit seiner Kristalle, Licht zu brechen.

Graphit hat eine andere Struktur. Auf atomarer Ebene besteht es aus Schichten, die in verschiedenen Ebenen liegen. Jede Schicht besteht aus aneinandergrenzenden Sechsecken, ähnlich einer Bienenwabe. Die Bindung zwischen den Atomen, die die Eckpunkte der Sechsecke bilden, ist nur innerhalb jeder Schicht stark. Und Atome in verschiedenen Schichten sind praktisch unabhängig voneinander.

Graphitstruktur

Bleistiftmarkierungen sind leicht entfernbare Graphitschichten. Aufgrund seiner Struktureigenschaften absorbiert der Stoff Licht, wirkt dabei eher unauffällig (jedoch mit metallischem Glanz) und ist elektrisch leitend.

Die inhärenten Eigenschaften von Mineralien bestimmen ihre Eignung für ein bestimmtes Gebiet. Was ist der Unterschied zwischen Diamant und Graphit hinsichtlich ihrer Anwendungen? Ein brillanter Diamant ist ideal für die Schmuckherstellung. Und die Härte dieses Materials ermöglicht die Herstellung hochwertiger Glasschneider, superstarker Bohrer und anderer beliebter Produkte.

Graphitstäbe spielen bei vielen Prozessen die Rolle von Elektroden. Gemahlener Graphit ist Bestandteil von Mineralfarben und wird als Schmiermittel verwendet. Und aus einer Mischung dieser Substanz und Ton werden spezielle Behälter zum Schmelzen von Metallen hergestellt.

Einführung

1.1.Allgemeine Eigenschaften von Diamant

1.2. Allgemeine Eigenschaften von Graphit

2. Industrielle Arten von Granit- und Diamantvorkommen

3. Natürliche und technologische Arten von Diamant- und Graphiterzen

4. Entwicklung von Granit- und Diamantvorkommen

5. Anwendungen von Granit und Diamant

Abschluss

Literaturverzeichnis.

Einführung

Die Diamantenindustrie unseres Landes befindet sich in der Entwicklungsphase und der Einführung neuer Technologien zur Verarbeitung von Mineralien.

Gefundene Diamantvorkommen werden erst durch Erosionsprozesse sichtbar. Für einen Forscher bedeutet dies, dass es viele „blinde“ Ablagerungen gibt, die nicht an die Oberfläche gelangen. Ihr Vorhandensein lässt sich an den entdeckten lokalen magnetischen Anomalien erkennen, deren Oberkante sich in einer Tiefe von Hunderten und mit etwas Glück sogar mehreren Dutzend Metern befindet. (A. Portnov).

Auf der Grundlage des oben Gesagten kann ich die Aussichten für die Entwicklung der Diamantenindustrie beurteilen. Deshalb habe ich das Thema „Diamant und Graphit: Eigenschaften, Herkunft und Bedeutung“ gewählt.

In meiner Arbeit habe ich versucht, den Zusammenhang zwischen Graphit und Diamant zu analysieren. Dazu habe ich diese Stoffe aus mehreren Blickwinkeln verglichen. Ich habe die allgemeinen Eigenschaften dieser Mineralien, die industriellen Arten ihrer Lagerstätten, die natürlichen und technischen Arten, die Entwicklung der Lagerstätten, die Anwendungsbereiche und die Bedeutung dieser Mineralien untersucht.

Obwohl Graphit und Diamant polare Eigenschaften haben, handelt es sich bei ihnen um polymorphe Modifikationen desselben chemischen Elements – Kohlenstoff. Polymorphe oder Polymorphe sind Substanzen, die die gleiche chemische Zusammensetzung, aber eine unterschiedliche Kristallstruktur haben. Mit Beginn der Synthese künstlicher Diamanten hat das Interesse an der Erforschung und Suche nach polymorphen Modifikationen von Kohlenstoff stark zugenommen. Derzeit gelten neben Diamant und Graphit auch Lonsdaleit und Chaotit als zuverlässig etabliert. Der erste kam in allen Fällen nur in enger Verwachsung mit Diamant vor und wird daher auch hexagonaler Diamant genannt, und der zweite kommt in Form von Platten vor, die sich mit Graphit abwechseln, aber senkrecht zu seiner Ebene liegen.

1. Polymorphe Modifikationen von Kohlenstoff: Diamant und Graphit

Das einzige mineralbildende Element von Diamant und Graphit ist Kohlenstoff. Kohlenstoff (C) ist ein chemisches Element der Gruppe IV des Periodensystems der chemischen Elemente von D. I. Mendeleev, Ordnungszahl – 6, relative Atommasse – 12,011 (1). Kohlenstoff ist in Säuren und Laugen stabil und wird nur durch Kalium- oder Natriumdichromat, Eisenchlorid oder Aluminium oxidiert. Kohlenstoff hat zwei stabile Isotope C (99,89 %) und C (0,11 %). Daten zur Isotopenzusammensetzung von Kohlenstoff zeigen, dass er unterschiedlichen Ursprungs ist: biogen, nicht biogen und meteoritisch. Die Vielfalt der Kohlenstoffverbindungen, die sich aus der Fähigkeit ihrer Atome ergibt, sich untereinander und mit den Atomen anderer Elemente auf unterschiedliche Weise zu verbinden, bestimmt die besondere Stellung des Kohlenstoffs unter anderen Elementen.

1.1 Allgemeine Eigenschaften von Diamant

Beim Wort „Diamant“ fallen einem sofort geheime Geschichten über Schatzsuchen ein. Es war einmal, als Menschen, die auf der Suche nach Diamanten waren, keine Ahnung hatten, dass das Objekt ihrer Leidenschaft kristalliner Kohlenstoff war, der Ruß, Ruß und Kohle bildet. Dies wurde erstmals von Lavoisier bewiesen. Er experimentierte mit dem Verbrennen von Diamanten mithilfe einer speziell für diesen Zweck konstruierten Brandmaschine. Es stellte sich heraus, dass Diamant an der Luft bei einer Temperatur von etwa 850–1000 °C brennt und keine festen Rückstände hinterlässt, wie gewöhnliche Kohle, und in einem Strom reinen Sauerstoffs bei einer Temperatur von 720–800 °C brennt. Wenn es ohne Zugang zu Sauerstoff auf 2000–3000 °C erhitzt wird, verwandelt es sich in Graphit (dies erklärt sich aus der Tatsache, dass die homöopolaren Bindungen zwischen den Kohlenstoffatomen im Diamant sehr stark sind, was zu einem sehr hohen Schmelzpunkt führt.

Diamant ist eine farblose, transparente kristalline Substanz, die Lichtstrahlen extrem stark bricht.

Kohlenstoffatome im Diamant befinden sich im Zustand der sp3-Hybridisierung. Im angeregten Zustand sind die Valenzelektronen in den Kohlenstoffatomen gepaart und es entstehen vier ungepaarte Elektronen.

Jedes Kohlenstoffatom im Diamant ist von vier weiteren Atomen umgeben, die sich entfernt vom Zentrum an den Ecken des Tetraeders befinden.

Der Abstand zwischen Atomen in Tetraedern beträgt 0,154 nm.

Die Stärke aller Verbindungen ist gleich.

Der gesamte Kristall ist ein einziger dreidimensionaler Rahmen.

Bei 20 °C beträgt die Dichte von Diamant 3,1515 g/cm. Dies erklärt seine außergewöhnliche Härte, die entlang der Kanten variiert und in der Reihenfolge Oktaeder – Rautendodekaeder – Würfel abnimmt. Gleichzeitig verfügt Diamant über eine perfekte Spaltbarkeit (entlang des Oktaeders) und seine Biege- und Druckfestigkeit ist geringer als die anderer Materialien. Daher ist Diamant zerbrechlich, zerbricht bei heftigen Stößen und verwandelt sich beim Zerkleinern in Pulver relativ einfach. Diamant hat maximale Härte. Die Kombination dieser beiden Eigenschaften ermöglicht den Einsatz für Schleif- und andere Werkzeuge, die unter erheblichem spezifischen Druck arbeiten.

Der Brechungsindex (2,42) und die Dispersion (0,063) von Diamant übertreffen bei weitem die anderer transparenter Mineralien, was in Kombination mit der maximalen Härte seine Qualität als Edelstein bestimmt.

Verunreinigungen von Stickstoff, Sauerstoff, Natrium, Magnesium, Aluminium, Silizium, Eisen, Kupfer und anderen finden sich in Diamanten, meist in Tausendstelprozent.

Diamant ist äußerst beständig gegen Säuren und Laugen, wird von Wasser nicht benetzt, hat aber die Fähigkeit, an manchen Fettmischungen zu haften.

Diamanten kommen in der Natur sowohl in Form wohldefinierter Einzelkristalle als auch in Form polykristalliner Aggregate vor. Korrekt geformte Kristalle sehen aus wie Polyeder mit flachen Flächen: Oktaeder, Rhombendodekaeder, Würfel und Kombinationen dieser Formen. Sehr oft gibt es auf den Facetten von Diamanten zahlreiche Wachstums- und Auflösungsstadien; Wenn sie für das Auge nicht sichtbar sind, erscheinen die Kanten gekrümmt, kugelförmig, in der Form eines Oktaeders, Hexaeders, Quaders und Kombinationen davon. Die unterschiedlichen Formen von Kristallen sind auf ihre innere Struktur, das Vorhandensein und die Art der Verteilung von Defekten sowie auf physikalisch-chemische Wechselwirkungen mit der den Kristall umgebenden Umgebung zurückzuführen.

Unter den polykristallinen Formationen stechen Ballas, Carbonado und Board hervor.

Ballas sind Sphärolithformationen mit radialer Struktur. Carbonado – kryptokristalline Aggregate mit einer Größe einzelner Kristalle von 0,5–50 Mikrometern. Die Perle besteht aus klarkörnigen Aggregaten. Ballas und insbesondere Carbonado weisen die höchste Härte aller Diamantarten auf.

Abb.1 Struktur des Diamantkristallgitters.

Abb.2 Struktur des Diamantkristallgitters.

1.2 Allgemeine Eigenschaften von Graphit

Graphit ist eine grauschwarze kristalline Substanz mit metallischem Glanz, fühlt sich fettig an und ist in der Härte selbst Papier unterlegen.

Die Struktur von Graphit ist schichtförmig. Innerhalb der Schicht sind die Atome durch gemischte ionisch-kovalente Bindungen und zwischen den Schichten durch im Wesentlichen metallische Bindungen verbunden.

Kohlenstoffatome in Graphitkristallen befinden sich in sp2-Hybridisierung. Die Winkel zwischen den Bindungsrichtungen betragen 120*. Das Ergebnis ist ein Gitter, das aus regelmäßigen Sechsecken besteht.

Beim Erhitzen ohne Luftzutritt verändert sich Graphit bis 3700 * C nicht. Bei der angegebenen Temperatur wird es ausgetrieben, ohne zu schmelzen.

Graphitkristalle sind normalerweise dünne Plättchen.

Aufgrund seiner geringen Härte und sehr perfekten Spaltbarkeit hinterlässt Graphit leicht Spuren auf dem Papier, die sich fettig anfühlen. Diese Eigenschaften von Graphit sind auf schwache Bindungen zwischen Atomschichten zurückzuführen. Die Festigkeitseigenschaften dieser Bindungen sind durch die geringe spezifische Wärme des Graphits und seinen hohen Schmelzpunkt gekennzeichnet. Aus diesem Grund weist Graphit eine extrem hohe Feuerbeständigkeit auf. Darüber hinaus leitet es Strom und Wärme gut, ist beständig gegen viele Säuren und andere Chemikalien, lässt sich leicht mit anderen Stoffen mischen, hat einen niedrigen Reibungskoeffizienten sowie eine hohe Schmier- und Deckfähigkeit. All dies führte zu einer einzigartigen Kombination wichtiger Eigenschaften in einem Mineral. Daher wird Graphit in der Industrie häufig verwendet.

Der Kohlenstoffgehalt im Mineralgestein und die Struktur des Graphits sind die wichtigsten qualitätsbestimmenden Merkmale. Graphit wird oft als Material bezeichnet, das in der Regel nicht nur einkristallin, sondern auch monomineralisch ist. Dabei handelt es sich vor allem um Aggregatformen von Graphitsubstanz, Graphit und graphithaltigen Gesteinen sowie Anreicherungsprodukten. Sie enthalten neben Graphit immer auch Verunreinigungen (Silikate, Quarz, Pyrit etc.). Die Eigenschaften solcher Graphitmaterialien hängen nicht nur vom Gehalt an Graphitkohlenstoff ab, sondern auch von der Größe, Form und den gegenseitigen Beziehungen der Graphitkristalle, d. h. auf die Textur- und Struktureigenschaften des verwendeten Materials. Um die Eigenschaften von Graphitmaterialien zu beurteilen, müssen daher sowohl die Merkmale der kristallinen Struktur von Graphit als auch die Textur- und Strukturmerkmale ihrer anderen Komponenten berücksichtigt werden.

Abb. 3. Struktur des Graphitkristallgitters.

Abb.4. Graphitphänokristalle in Calcit.

2. Industrielle Arten von Diamant- und Graphitvorkommen

Diamantvorkommen werden in alluviale und primäre Lagerstätten unterteilt, wobei es Typen und Untertypen gibt, die sich hinsichtlich der Vorkommensbedingungen, Formen der Erzkörper, Konzentrationen, Qualität und Reserven von Diamanten sowie Abbau- und Anreicherungsbedingungen unterscheiden.

Primäre Diamantvorkommen vom Kimberlit-Typ auf der ganzen Welt sind die Hauptziele für die Ausbeutung. Etwa 80 % der natürlichen Diamanten werden daraus abgebaut. Basierend auf den Diamantenreserven und -größen werden sie in einzigartige, große, mittlere und kleine Diamanten unterteilt. Die oberen Horizonte einzigartiger und großer Lagerstätten, die an der Oberfläche liegen, werden mit der größten Rentabilität abgebaut. Sie enthalten die Hauptreserven und prognostizierten Diamantressourcen einzelner diamanthaltiger Kimberlitfelder. Kimberlite sind mit Brekzien gefüllte „Vulkanschlote“. Brekzien bestehen aus Fragmenten und Xenolithen, die Gesteine ​​umgeben und sich auf ihnen ablagern. Sie stammen aus Gesteinsfragmenten, die aus Tiefen von 45–90 km oder mehr transportiert werden. Bei dem Zement handelt es sich um vulkanisches Material, Tuffe alkalisch-ultrobasischer Zusammensetzung, die sogenannten Kimberlite und Lamproite. Kimberlitrohre befinden sich auf Plattformen, Lamproitrohre in ihrem gefalteten Rahmen. Die Entstehungszeit der Röhren ist unterschiedlich – vom Archäikum bis zum Känozoikum, und das Alter der Diamanten, selbst der jüngsten von ihnen, beträgt etwa 2-3 Milliarden Jahre. Die Bildung von Rohren ist mit dem Durchbruch alkalisch-ultrobasischer Schmelzen nach oben durch enge Kanäle unter hohem Druck in einer Tiefe von über 80 km bei einer Temperatur von etwa 1000* verbunden. Die meisten gut untersuchten Kimberlitkörper haben eine komplexe Struktur; Im einfachsten Fall besteht die Struktur des Rohrs aus zwei Hauptgesteinsarten, die während zweier aufeinanderfolgender Intrusionsphasen gebildet wurden: Brekzien (1. Stufe) und massiver „grober Porphyr“-Kimberlit (2. Stufe). In der Struktur einiger Kimberlitrohre wurden auch Kimberlitgänge und mit den Rohren verbundene Adern identifiziert. Es wurden Blindkörper entdeckt, die aus Anteilen von Kimberlit-Magma entstanden waren, die nicht die Oberfläche erreichten. Mit Gängen und Kimberlit-Adern verbundene Ablagerungen gehören in der Regel zur Kategorie der kleinen, seltener mittelgroßen Diamantenreserven. In vielen Fällen erreichte der Aufwärtsdurchbruch die Paläooberfläche, aber viele Explosionsrohre können „blind“ sein und noch nicht durch Erosion freigelegt wurden, d.h. irgendwo tief liegen. Es gibt aber auch Stellen auf der Erdoberfläche, an denen Drücke entstehen, die für die Entstehung von Diamanten völlig ausreichen. Hierbei handelt es sich um Meteoriteneinschlagstellen, an denen Diamanten nicht nur in der Erde, sondern auch in einer Reihe von Meteoriten selbst gefunden werden.