Алмаз

АЛМАЗ (тюркский, от греческого ?δ?μας, родительный падеж ?δ?μαντος - непобедимый, несокрушимый), самый твёрдый минерал, полиморфная кубическая модификация углерода, образующаяся в природе при высоких давлениях.

Структура. Элементарная ячейка кристаллической решётки алмаза имеет вид куба, в котором атомы углерода расположены в вершинах, в центрах его граней, а также в центрах 4 несмежных октантов куба. Каждый атом углерода связан с четырьмя ближайшими (симметрично расположенными по вершинам тетраэдра) ковалентной химической связью и находится на расстоянии 0,154 нм от каждого из них. Идеальный кристалл алмаза можно представить себе как одну гигантскую молекулу. В реальных кристаллах алмаза всегда присутствуют примеси (Si, Al, Са, Mg, Na, Ва, Мn, Fe, Cr, Ti, В, Н, N и другие элементы) и дефекты решётки. Из примесей наибольшее влияние на физические свойства алмаза оказывает азот, который изоморфно входит в структуру и образует (самостоятельно или в совокупности со структурными дефектами) центры, ответственные за окраску, люминесценцию, поглощение (в ультрафиолетовой, видимой, инфракрасной и микроволновой областях), характер рассеивания рентгеновских лучей и др.

Морфология. Алмаз кристаллизуется в кубические сингонии. Важнейшие кристаллографические формы алмаза: плоскогранные (возникающие при росте кристаллов) - октаэдр, ромбододекаэдр, куб и различные их комбинации; кривогранные (образующиеся при растворении кристаллов) - додекаэдроиды, октаэдроиды и кубоиды; встречаются и более сложные комбинированные формы, двойники срастания (по шпинелевому закону) и прорастания. Грани кристаллов часто покрыты фигурами роста и растворения - выступами, углублениями и ступеньками. Среди поликристаллических агрегатов алмаза выделяют баллас (шаровидной формы сферолиты радиальнолучистого строения), сростки, карбонадо (скрыто- и микрокристаллические агрегаты неправильной формы, плотные или шлакоподобные), карбонадо с лонсдейлитом (гексагональная модификация углерода) и борт (неправильной формы мелко- и крупнозернистые поликристаллические образования). Размер алмазов колеблется от микроскопических зёрен до весьма крупных кристаллов массой в сотни и тысячи карат. Масса добываемых алмазов обычно 0,1-1,0 карат (1 карат = 0,2 г); крупные кристаллы свыше 100 карат встречаются очень редко; как правило, таким камням присваивают собственные имена (таблица 1). Из самого крупного - «Куллинана» сделано 105 бриллиантов, в том числе «Звезда Африки» («Куллинан I») в 530,2 карата и «Куллинан II» в 317,4 карата, которые вставлены в императорскую корону и скипетр Великобритании. Крупнейший российский алмаз (342,5 карат) найден в Якутии (трубка «Мир»).

Физические свойства. Встречаются алмазы бесцветные, желтоватые, коричневые, зелёные, голубые, синие, розовые (разных оттенков и интенсивности окраски), молочно-белые, серые (до чёрного). При облучении заряженными частицами бесцветный кристалл приобретает зелёный или голубой цвет. Плотность у различных разновидностей колеблется в пределах от 3470 до 3560 кг/м³ (у карбонадо от 3010 до 3470 кг/м³). Твёрдость по Мооса шкале - 10. Анизотропией алмаза определяются многие его свойства, например различная твёрдость по разным кристаллографическим, направлениям (наиболее твёрдой является грань октаэдра), что позволяет обрабатывать его алмазным инструментом. Алмаз хрупок (при наличии дефектов или включений), имеет совершенную спайность по граням октаэдра, яркий блеск, обусловленный высоким показателем преломления - 2,417 (для длины волны 0,5893 мкм), и сильно выраженный эффект дисперсии, обеспечивающий радужную игру света на гранях бриллианта. Степень прозрачности зависит от количества включений - твёрдых (графит, оливин, пироксен, гранаты, хромшпинелиды, коэсит и другие минералы) и газово-жидких. Как правило, в кристаллах проявляется аномальное двулучепреломление из-за напряжений, возникающих в связи со структурными дефектами и включениями. В большинстве кристаллов наблюдается люминесценция (в зелёной и синей частях спектра) под действием ультрафиолетового, рентгеновского и гамма-излучений, а также фосфоресценция. Чистая поверхность кристаллов обладает высокой гидрофобностью, в природе на поверхности образуются тончайшие плёнки, повышающие смачиваемость. Алмаз - диэлектрик (удельное электросопротивление изменяется в пределах 1-10¹⁰ Ом?см), диамагнетик, обладает высокой теплопроводностью (у некоторых кристаллов при комнатной температуре превышает теплопроводность меди в 4 раза). Полиморфный переход алмаза в графит при атмосферном давлении происходит при температуре 1885 ± 5°С по всему объёму кристалла. На воздухе сгорает при температуре свыше 850 °С.

Месторождения. Проявления алмазов известны в 43 странах, промышленные месторождения выявлены в 26. Общие запасы алмазов, установленные в 25 странах (без России), составляют 991 миллион карат (таблица 2), в том числе в Африке (54,5%), Австралии (9,6%), Южной и Северной Америке (34,8), Азии (0,6%). Наиболее крупные запасы алмаза (зарубежные) сосредоточены в Южно-Африканской, Центральноафриканской, Канадской, Западноафриканской, Западноавстралийской и Южно-Американской алмазоносных провинциях. Около 85% известных запасов алмазов сосредоточено в коренных месторождениях, остальные - в россыпях. Коренные месторождения выявлены: в магматических породах - кимберлитах (в трубках, дайках, силлах; например, Ботсвана, Россия, ЮАР, Канада, Ангола, Сьерра-Леоне); лампроитах (трубках, дайках; Австралия, Индия), в их древних метаморфизованных разновидностях - «филлитах» и тальковых сланцах (Бразилия, Гана, Гайана); импактитах (Попигайская астроблема, Якутия, Россия); метаморфических породах - эклогитах, карбонатных метасоматитах, гнейсах (Казахстан). Промышленные месторождения алмаза в коренных породах пока известны только в кимберлитах (почти все) и оливиновых лампроитах (крупнейшее в мире по запасам месторождение Аргайл, Австралия). Единственное метаморфогенное месторождение алмазов - Кумдыкольское (Казахстан) и шокметаморфические месторождения в Попигайской астроблеме (наиболее крупные Скальное и Ударное значительно превосходят по запасам известные месторождения традиционных генетических типов) пока не представляют промышленного интереса, т.к. содержат мелкие и трудноизвлекаемые алмазы специфической морфологии и структуры. В мире выявлено свыше 6500 кимберлитовых тел, но промышленно алмазоносны из них несколько десятков. Содержание алмаза в коренных месторождениях колеблется в широких пределах от 0,1—7 карат/т (редко больше). В большинстве коренных месторождений наиболее ценные ювелирные разновидности алмазов по числу кристаллов составляют 5-15%, по массе - 40-70% и по стоимости - 97,5-98%. По содержанию алмазов крупнейшей является уникальная якутская трубка «Интернациональная» (до 17 карат/т), по стоимости 1 т руды - якутская трубка «Имени XXIII партсъезда» - до 700 долларов/т, по общей стоимости добытых алмазов — месторождение Джваненг (Ботсвана). Наиболее крупные промышленные коренные месторождения алмазов расположены в Ботсване, России (Якутия, Архангельская область), ЮАР, Австралии, Канаде, Анголе, Демократической Республике Конго.

Распространённость и происхождение. Алмазы встречается в кимберлитах, лампроитах, в «родственных» им магматических породах (некоторых типах лампрофиров, пикритах, перидотитах), а также в различных россыпях. Алмазы, резко отличные от вышеуказанных типов (карбонадо, карбонадо с лонсдейлитом), находят иногда в импактитах, выполняющих астроблемы, в метаморфических породах, а также в метеоритах. По вопросам происхождения алмазов нет единого мнения. Происхождение алмазов кимберлит-лампроитового типа большая часть учёных связывает с верхней мантией Земли, с глубинами свыше 150 км, где он кристаллизуется в глубинных магматических ультраосновных (перидотиты) и основных (эклогиты) породах и находится там при чрезвычайно высоких давлениях (40-65, до 1,05?10⁷ кПа) и температурах около 1150-1350°С. Большинство исследователей признаёт, что кимберлитовая или лампроитовая магма (заполняющая диатремы), ранее считавшаяся многими исследователями средой формирования алмазов, выполняет в этом процессе роль транспортёра. В зависимости от её свойств (температуры, скорости подъёма магматической колонны, содержания различных химическая элементов, особенно щелочных) она может, как достаточно хорошо консервировать алмаз, так и быть по отношению к нему крайне агрессивной - вплоть до полного его растворения и/или преобразования в графит. Генезис алмаза в метаморфических породах большая часть исследователей объясняет формированием их при низких температурах и давлениях в верхних горизонтах земной коры одновременно с образованием вмещающих пород. По альтернативной точке зрения, эти алмазы изначально связаны с мантийной алмазоносной ультраосновной породой, внедрившейся в верхние горизонты коры, затем там преобразованной (почти полностью изменившей свой химический и минеральный состав) в результате воздействия метасоматических процессов. Образование поликристаллических алмазов (карбонадо, карбонадо с лонсдейлитом), содержащихся в импактитах астроблем, объясняют перекристаллизацией графита древних метаморфических графитсодержащих пород в результате так называемого шок-метаморфизма ударной (внедрение крупного метеорита) или взрывной природы (эндогенная взрывная структура).

Таблица 2. Наиболее крупные ресурсы и запасы природных алмазов, в том числе ювелирных по странам и суммарные мировые (без России; оценка к начало 2004), миллион карат

Россыпные месторождения связаны с аллювиальными образованиями русел, пойм, террас современных и древних речных долин, а также морских наземных и подводных террас и палеодолин рек. Промышленное значение имеют также элювиальные, делювиальные и карстовые россыпи. Содержание алмазов в россыпях 0,001-5 карат/м³ (иногда достигает десятков карат на м³). Качество (а также размер и соответственно цена) алмазов в россыпях существенно выше, чем в коренных месторождениях: в некоторых россыпях ЮАР она превышает 1200 доллар/карат, в якутских - около 60-80, в уральских - до 350 доллар/карат. Крупнейшие россыпные месторождения выявлены в Демократической Республике Конго, Намибии, ЮАР, Анголе, Гане, Бразилии и др. Основные запасы ювелирного сырья сосредоточены в Ботсване, России, Анголе, Канаде, ЮАР, Венесуэле, Австралии; технические алмазы - в Канаде, России, ЮАР, Австралии, Демократической Республике Конго, Ботсване, Венесуэле.

Россия занимает ведущее место в мире, как по разведанным запасам алмаза, так и по прогнозным ресурсам. Разведанные запасы сосредоточены в коренных месторождениях (94,6%, кимберлиты) и россыпях (5,4%). Первые алмазы в стране были обнаружены в Уральской алмазоносной провинции в 1829 году в золотоносных аллювиальных россыпях на Среднем Урале (в бассейне реки Койва). Россыпи Урала характеризуются высоким выходом ювелирных камней (средняя масса 0,15-1,0 карат), однако их запасы ограничены (около 0,1% общероссийских); коренные источники пока не обнаружены. Основная часть месторождений находится в Якутской алмазоносной провинции и Архангельском алмазоносном районе. В 1970-е годы выявлена высокая алмазоносность импактитов Попигайской астроблемы, которая связана с продуктами переплавления пород «мишени» (тагамиты) или их взрывного разрушения (зювиты). В большинстве случаев алмазоносные тела тагамитов и зювитов имеют пластообразную форму, субгоризонтальное залегание и характеризуются устойчивым содержанием алмаза по простиранию и на глубину. Алмазы изредка находят в Карской, Пучеж-Катуньской и других астроблемах России.

Использование природных алмазов. На мировом рынке различают 3 вида алмазов: ювелирные (прозрачные монокристаллы совершенной формы, массой в основном не менее 0,05 карат, с небольшим количеством включений и других дефектов), субъювелирные (с несколько большим количеством дефектов) и технические. Ювелирные и субъювелирные алмазы, огранённые специальной бриллиантовой огранкой, называются бриллиантами, остальные используют в технических целях. Некоторое количество алмазов ювелирного качества также используют в технических целях, в основном в области электроники и других высокотехнологичных производствах (при соотношении цены сырья к цене изготовленного на его основе прибора не более чем 1:100), но их доля в связи с высокой стоимостью невелика.

Синтетические алмазы получают из графита и углеродсодержащих веществ начиная с середины 1950-х годов. Существуют три основных метода синтеза алмаза. При высоких давлениях (выше 4 ГПа) и высоких температурах (выше 1100°С) получают алмазные порошки и крупные (массой более 1 карат) моно- и поликристаллы. При низком давлении химическим осаждением алмазов из газовой фазы углеводородов (в основном СН₄) на подложку получают моно- и поликристаллические алмазные плёнки диаметром до 100 мм и толщиной до 1 мм. При взрыве углеродсодержащих веществ (метод динамического синтеза) при сверхвысоких давлениях и температурах получают ультрадисперсные алмазные порошки - наноалмазы с размером частиц 5-8 нм и удельной поверхностью 250-350 см²/г.

Синтетические алмазы применяются главным образом в режущих и шлифовальных инструментах, а также в полупроводниковой электронике и прецизионном приборостроении; крупные монокристаллы высокого качества используются для изготовления ювелирных изделий.

Алмазная промышленность охватывает поиск, разведку, добычу и обработку природных алмазов, а также производство синтетических алмазов.

Добыча алмазов - одна из старейших отраслей. До 18 века единственным источником алмазов была Индия. В начале 18 века алмазы обнаружили в Бразилии, к ней перешла монополия в снабжении сырьём быстроразвивающихся гранильных центров в Амстердаме и Антверпене.

Как самостоятельная отрасль алмазная промышленность сформировалась в Южной Африке после открытия здесь в 1866 году коренных месторождений алмазов. В России промышленная добыча алмазов начата с 1955 года после открытия в Якутии алмазоносных месторождений.

Алмазы добываются в 24 странах, основными из которых являются Россия (ведущее место по объёму добычи, 2002), Австралия, Ботсвана, Демократическая Республика Конго, ЮАР, Ангола, Канада. На них приходится около 95% алмазов общемировой добычи. О крупнейших рудниках мира смотри в таблице 3. Общепринятой характеристикой мировой добычи алмаза является её среднегодовой уровень.

Таблица 3. Крупнейшие алмазодобывающие предприятия мира (2001)

На производство бриллиантов идёт не более 40% добываемых алмазов (по массе). При этом на готовый бриллиант приходится менее половины массы исходного кристалла (остальное превращается в пыль). Крупнейшие в мире центры огранки расположены в Бельгии (Брюссель), США (Нью-Йорк), Индии (Сурат), Израиле (Рамат-Ган).

Всю мировую добычу алмазов сосредоточили несколько крупных компаний. В каждой стране-производителе алмазов есть одна доминирующая алмазодобывающая компания. Все компании контролируются крупными транснациональными корпорациями — «Де Бирс», «Рио-Тинто», «Би-Эйч-Пи». В России практически вся добыча алмазов производится акционерной компанией (АК) АЛРОСА. Особняком стоит конголезская компания МИБА, находящаяся под контролем франко-бельгийского капитала.

Рынок алмазов высокомонополизирован. Он контролируется «Де Бирс», сосредоточившей добычу (свыше 30% ежегодной мировой добычи) в ЮАР, Ботсване, Намибии, имеющей долгосрочные соглашения с основными крупными продуцентами алмазов на закупку у них всех или большей части добываемых алмазов. Кроме того, значительные объёмы алмазов, поставляемые на свободный рынок, скупаются «Де Бирс» и вовлекаются, таким образом, в оборот монопольного рынка. Продажа алмазов и скупка их на свободном рынке осуществляются «Де Бирс» через Центральную сбытовую организацию (ЦСО). «Де Бирс» создала в 1930-х годах одноканальную систему сбыта, через которую до сих пор реализуется подавляющий объём добываемых в мире алмазов. Кроме того, она создала систему долгосрочных соглашений о маркетинге алмазов, заключённых с крупными производителями. На рубеже 20 и 21 веков корпорация контролировала до 70% физического объёма алмазов, реализуемых на мировом рынке. Уникальное положение «Де Бирс» на рынке алмазов во многом определило его современную структуру и основные механизмы регулирования.

Синтетические алмазы впервые получены в Швеции в 1953 году. Начало их промышленного производства датируется 1957 годом («Дженерал электрик»). В 1959 году оно составляло уже 1 миллион карат, а к началу 1970-х годов превысило объём потребления природных технических алмазов. В СССР промышленное производство синтетических алмазов началось в 1963-64 годах и к концу 1960-х годов составляло уже несколько миллион карат. В начало 21 века мировое производство синтетических алмазов составило 600 миллион карат в год, основные страны-производители - Россия, США, Великобритания, Китай, Украина и Япония. Около 70% синтетических алмазов в мире производят «Дженерал электрик» и «Де Бирс». Средняя цена 1 карата синтетического алмаза в 10-15 раз ниже, чем производственно-технических.

Алмазная промышленность входит в состав алмазно-бриллиантового комплекса (АБК), включающего хозяйствующие субъекты алмазной, гранильной и ювелирной отраслей, а также хозяйствующие субъекты промышленности, производящей синтетические алмазы. АБК Российской Федерации ежегодно производит товарной продукции более чем на 2,3 миллиарда долларов (около 0,9% общего объёма промышленной продукции страны). Экспортный потенциал АБК - около 1,5 миллиарда долларов, в комплексе занято свыше 50 тысяч человек.

В России свыше 200 предприятий заняты огранкой природных алмазов ювелирного качества. Лидирующие позиции занимает предприятие «Кристалл» (45%).

Совокупный объём производимых бриллиантов по балансовой стоимости свыше 1 миллиарда долларов. На внутренний рынок для производства ювелирных изделий поступает около 8% огранённых камней. Гранильное производство является экспортно-ориентированным. На рынке действуют в основном совместные предприятия с участием иностранного капитала, жёстко зависящие от иностранных кредиторов. Последние формируют у себя основную добавленную стоимость при экспорте бриллиантов.

АК АЛРОСА добывается 98% (по стоимости) российских алмазов, 2,0% - в Пермской области на «Народном предприятии прииске "Уралалмаз"». В Архангельской области ОАО «Севералмаз» ведёт подготовительные работы по освоению месторождения имени М. В. Ломоносова.

С 1993 года добыча алмазов в Российской Федерации в стоимостном выражении увеличивалась в среднем на 5,9% в год и к началу 21 века превысила 1,5 миллиарда долларов, что составило около 21% его мирового объёма по стоимости.

Лит.: Харькив А. Д., Зинчук Н. Н., Крючков А. И. Коренные месторождения алмаза мира. М., 1998; Алмазоносные импактиты Попигайской астроблемы / Ред. В. Л. Масайтис. СПб., 1998; Handbook of industrial diamonds and diamond films / Ed. М.А. Prelas а. остров N. Y., 1998; Лаврова Л.Д., Печников В. А., Плешаков А. М. Новый генетический тип алмазных месторождений. М., 1999; Ваганов В. И. Алмазные месторождения России и мира: Основы прогнозирования. М., 2000.