Introduktion

1. Polymorfa modifieringar av kol: diamant och grafit

1.1 Allmänna egenskaper hos en diamant

1.2. Allmänna egenskaper hos grafit

2. Industriella typer av avlagringar av granit och diamant

3. Naturliga och tekniska typer av diamant- och grafitmalmer

4. Utveckling av avlagringar av granit och diamant

5. Användningsområden för granit och diamant

Slutsats

Bibliografi.

Introduktion

Diamantindustrin i vårt land är i utvecklingsfasen, införandet av ny teknik för bearbetning av mineraler.

De hittade diamantavlagringarna öppnas endast genom erosionsprocesser. För prospektorn betyder det att det finns många ”blinda” insättningar som inte kommer upp till ytan. Deras närvaro kan kännas igen av de upptäckta lokala magnetiska avvikelserna, vars övre kant ligger på hundratals djup, och om du har tur, tiotals meter. (A. Portnov).

Baserat på ovanstående kan jag bedöma utsikterna för utvecklingen av diamantindustrin. Det är därför jag valde ämnet - "Diamant och grafit: egenskaper, ursprung och betydelse".

I mitt arbete försökte jag analysera förhållandet mellan grafit och diamant. För att göra detta jämförde jag dessa ämnen ur flera synvinklar. Jag undersökte de allmänna egenskaperna hos dessa mineraler, de industriella typerna av deras avlagringar, naturliga och tekniska typer, utveckling av avlagringar, användningsområden, värdet av dessa mineraler.

Trots det faktum att grafit och diamant är polära i sina egenskaper, är de polymorfa modifieringar av samma kemiska element - kol. Polymorfa modifieringar eller polymorfer är ämnen som har samma kemiska sammansättning men olika kristallstrukturer. I början av syntesen av konstgjorda diamanter har intresset för studier och sökande efter polymorfa modifieringar av kol ökat kraftigt. För närvarande, förutom diamant och grafit, kan lonsdaleite och chaotite anses vara tillförlitligt etablerade. Den första hittades i alla fall endast i nära växning med diamant och kallas därför också sexkantig diamant, och den andra finns i form av plattor alternerande med grafit men ligger vinkelrätt mot dess plan.

1. Polymorfa modifieringar av kol: diamant och grafit

Det enda mineralbildande elementet i diamant och grafit är kol. Kol (C) är ett kemiskt element i grupp IV i Mendeleevs periodiska system av kemiska element, atomnummer - 6, relativ atommassa - 12.011 (1). Kol är stabilt i syror och alkalier, det oxideras endast av kalium eller natriumdikromat, järnklorid eller aluminium. Kol har två stabila isotoper, C (99,89%) och C (0,11%). Uppgifterna om kolens isotopiska sammansättning visar att det kan ha olika ursprung: biogena, icke-biogena och meteoriter. Mångfalden av kolföreningar, förklarade av dess atoms förmåga att kombinera med varandra och med atomerna hos andra element på olika sätt, bestämmer kolens speciella position bland andra element.

1.1 Allmänna egenskaper hos diamant

Ordet "diamant" tänker omedelbart på de hemliga berättelserna om skattejakten. En gång i tiden misstänkte människor som jagade diamanter inte ens att objektet för deras passion var kristallint kol, som bildar sot, sot och kol. Detta bevisades först av Lavoisier. Han satte upp ett experiment för att bränna en diamant med hjälp av en brandmaskin som är speciellt monterad för detta ändamål. Det visade sig att diamanten brinner i luft vid en temperatur på cirka 850-1000 * C, vilket inte lämnar några fasta rester, som vanligt kol, och brinner i en ström av rent syre vid en temperatur av 720-800 * C. Vid uppvärmning till 2000-3000 * C utan syre omvandlas den till grafit (detta beror på att homeopolära bindningar mellan kolatomer i diamant är mycket starka, vilket orsakar en mycket hög smältpunkt.

Diamond är en färglös, transparent kristallin substans som bryter ljusstrålar extremt starkt.

Kolatomer i diamant befinner sig i ett tillstånd av sp3-hybridisering. I ett upphetsat tillstånd är valenselektronerna i kolatomer oparade och fyra oparade elektroner bildas.

Varje kolatom i en diamant är omgiven av fyra andra, placerade från den i riktning från centrum vid tetraederns hörn.

Avståndet mellan atomer i tetraeder är 0,154 nm.

Styrkan i alla bindningar är densamma.

Hela kristallen är ett enda tredimensionellt ramverk.

Vid 20 * C är diamantens densitet 3,1515 g / cm. Detta förklarar dess exceptionella hårdhet, som är annorlunda längs kanterna och minskar i sekvensen: oktaedron - rhombododecahedron - kub. Samtidigt har diamanten perfekt klyvning (längs oktaeder), och dess ultimata böjnings- och tryckhållfasthet är lägre än för andra material; därför är diamanten ömtålig, splittras med en skarp slag och, när den krossas, blir den relativt lätt till pulver. Diamond har maximal styvhet. Kombinationen av dessa två egenskaper gör att den kan användas för slipande och andra verktyg som arbetar vid betydande specifikt tryck.

Brytningsindex (2,42) och dispersion (0,063) av diamant är mycket högre än för andra transparenta mineraler, som i kombination med maximal hårdhet bestämmer dess kvalitet som en ädelsten.

Föroreningar av kväve, syre, natrium, magnesium, aluminium, kisel, järn, koppar och andra finns i diamanter, vanligtvis i tusendels procent.

Diamant är extremt motståndskraftig mot syror och alkalier, inte fuktad med vatten, men har förmågan att fästa vid vissa fettblandningar.

Diamanter i naturen finns både i form av väldefinierade individuella kristaller och polykristallina aggregat. Korrekt formade kristaller har formen av polyedroner med plana ytor: oktaeder, rombisk dodekaeder, kub och kombinationer av dessa former. Mycket ofta finns det många stadier av tillväxt och upplösning på diamantkanter; om de inte kan särskiljas för ögat, verkar kanterna böjda, sfäriska, i form av en oktahedroid, hexahedroid, kuboid och deras kombinationer. De olika formerna av kristaller beror på deras inre struktur, närvaron och karaktären hos fördelningen av defekter, liksom den fysikalisk-kemiska interaktionen med omgivningen kring kristallen.

Bland de polykristallina formationerna sticker ut - ballas, carbonado och kartong.

Ballas är sfärulitformationer med en radiell strålningsstruktur. Carbonado - kryptokristallina aggregat med en enda kristallstorlek på 0,5-50 mikron. Brädorna är klinkornade aggregat. Ballaser och särskilt carbonado har den högsta hårdheten av alla typer av diamanter.

Fig.1 Strukturen hos kristallgitteret av diamant.

Fig. 2 Strukturen hos kristallgitteret av diamant.

1.2 Allmänna egenskaper hos grafit

Grafit är en gråsvart kristallint ämne med en metallisk glans, fet vid beröring, sämre än hårdhet till papper.

Grafitstrukturen är skiktad, inuti skiktet är atomerna länkade genom blandade jon-kovalenta bindningar och mellan skikten - genom väsentligen metallbindningar.

Kolatomer i grafitkristaller är i sp2-hybridisering. Vinklarna mellan bindningsriktningarna är lika med 120 *. Resultatet är ett rutnät med vanliga hexagoner.

Vid uppvärmning utan åtkomst till luft genomgår ingen förändring av grafit upp till 3700 * C. Vid den angivna temperaturen drivs den ut utan att smälta.

Grafitkristaller är vanligtvis tunna flingor.

På grund av sin låga hårdhet och mycket perfekta klyvning lämnar grafit lätt ett märke på papper, fettigt att röra vid. Dessa egenskaper hos grafit beror på svaga bindningar mellan atomskikten. Styrkan hos dessa bindningar kännetecknas av den låga specifika grafitvärmen och dess höga smältpunkt. Som ett resultat är grafit extremt eldfast. Dessutom leder den elektricitet och värme väl, är motståndskraftig mot verkan av många syror och andra kemikalier, blandar lätt med andra ämnen, har låg friktionskoefficient och hög smörjnings- och döljkraft. Allt detta har lett till en unik kombination av viktiga egenskaper i ett mineral. Därför används grafit i stor utsträckning inom industrin.

Kolinnehållet i mineralaggregatet och grafitstrukturen är de viktigaste egenskaperna som bestämmer kvaliteten. Grafit kallas ofta ett material som som regel inte bara är monokristallint utan också monomineralt. I grund och botten menar de de sammanlagda formerna av grafitmaterial, grafit och grafitinnehållande bergarter och anrikningsprodukter. Förutom grafit innehåller de alltid föroreningar (silikater, kvarts, pyrit, etc.). Egenskaperna hos sådana grafitmaterial beror inte bara på innehållet av grafitkol utan också på storleken, formen och de ömsesidiga relationerna mellan grafitkristaller, dvs. från de strukturella och strukturella egenskaperna hos det använda materialet. För att bedöma egenskaperna hos grafitmaterial är det därför nödvändigt att ta hänsyn både till egenskaperna hos grafitens kristallstruktur och de strukturella strukturella egenskaperna hos deras andra komponenter.

Fig. 3. Strukturen av kristallgitteret av grafit.

Fig. 4. Fenokristaller av grafit i kalcit.

2. Industriella typer av diamant- och grafitavlagringar

Insättningar av diamanter är indelade i alluviala och primära, bland vilka typer och undertyper särskiljs, olika med avseende på förekomstförhållanden, former av malmkroppar, koncentrationer, kvalitet och reserver av diamanter, gruv- och bearbetningsförhållanden.

Primära avlagringar av diamanter av kimberlit är de viktigaste föremålen för exploatering över hela världen. Av dessa bryts cirka 80% av naturliga diamanter. Efter diamantreserver och -storlekar är de uppdelade i unika, stora, medelstora och små. De högsta horisonterna för unika och stora insättningar som dyker upp på dagytan bryts med störst lönsamhet. De innehåller de huvudsakliga reserverna och troliga resurserna för diamanter från enskilda diamantrika kimberlitfält. Kimberliter är "vulkaniska ventiler" fyllda med breccias. Breccia består av skräp och främlingsfientliga stenar, omgivande stenar och avsatta ovanifrån, av bergfragment som bärs från 45-90 km djup och mer. Cement är ett vulkaniskt material, tuffar av alkalisk-ultrabasisk komposition, de så kallade kimberliterna och lamproiterna. Kimberlite-rör ligger på plattformar, lamproiterör i sin vikta ram. Tidpunkten för rörbildning är annorlunda - från Archean till Cenozoic, och diamantåldern, till och med den yngsta av dem, är cirka 2-3 miljarder år. Bildandet av rör är förknippat med genombrottet uppåt genom smala kanaler under högt tryck, på ett djup av över 80 km, vid en temperatur av cirka 1000 * alkaliska ultrabasiska smältor. De flesta av de välstuderade kimberlitkropparna är komplexa i strukturen; i det mest förenklade fallet är två huvudtyper av stenar involverade i rörets struktur, som bildas under två på varandra följande faser av intrång: breccia (steg 1) och massiv "storporfyr" kimberlit (steg 2). I strukturen för vissa kimberlitrör har också kimberlitdiker och vener associerade med rör identifierats. Blinda kroppar hittades, bildade av delar av kimberlitmagma som inte nådde dagens yta. Insättningar i samband med vallar och kimberlit vener klassificeras vanligtvis som små, mindre ofta genomsnittliga i diamantreserver. I många fall nådde det uppåtgående genombrottet paleoytan, men många explosionsrör kan vara "blinda" och har ännu inte öppnats av erosion, dvs. .e. ligga någonstans på djupet. Men även på jordens yta finns det platser där trycket är tillräckligt för att bilda en diamant. Detta är platserna för meteoriternas inverkan, där diamanten inte bara finns på jorden utan också i ett antal meteoriter själva.

Den utbrutna magmans rörelsehastighet kan förmodligen vara mycket hög, cirka 800 km / h, magma slet av sig och bar upp skräp med olika sammansättning. Om de innehöll diamanter blev röret diamantformigt. Diamanter i sig är den mest stabila polymorfa modifieringen av kol i jordens djupa zoner. (A.V. Ukhanov.)

Figur: 5. Kimberlitrörets struktur.

Lamproittypen av diamantavlagringar upptäcktes relativt nyligen (1976) i västra Australien, där den stora Argyle-fyndigheten utnyttjas. Genom sin struktur liknar lamproitfyndigheter i allmänhet kimberlitfyndigheter. Baserat på Argyle-undersökningsdata klämmer lamproitrören ut något snabbare till ett djup där de förvandlas till vallar. Gruvsystemet för dessa insättningar och förmånstekniken är detsamma som på kimberlitplatser.

Kimberlite-lamproite typ representeras av en diamantavsättning i Arkhangelsk-regionen, där innehållet av indikatormineraler är betydligt lägre än i "klassiska" kimberliter, representeras den överväldigande majoriteten av diamanter av böjda former.

Ringstötstrukturer som sträcker sig i storlek från några till hundratals kilometer är förknippade med superkraftiga explosiva processer, vars källa, enligt olika forskare, var antingen utomjordisk (fallet av stora himmellegemer) eller endogen. Ett fält av denna typ har utforskats i Ryssland - Popigayskoye på den östra sluttningen av Anabar kristallmassiv. När det gäller malmreserver och diamantkvalitet överstiger depositionen hundratals gånger den största i kimberliter. Emellertid är diamanter i slagavlagringar inneslutna i fasta täta utstrålande bergarter och representeras uteslutande av tekniska kvaliteter med en blandning av lonsdaleite (polymorf modifiering av kol, förekommer i form av plattor alternerande med grafit, men ligger vinkelrätt mot dess plan).

Den metamorfogena typen representeras också hittills av en deponering på Kazakstans territorium, där diamanter finns i biotitgneiser, biotit-kvarts, granat-pyroxen och pyroxenkarbonat. När det gäller reserver och diamantinnehåll är det tiotals gånger högre än de största kimberlitrören med hög diamant. Diamanter har en extremt liten kristallstorlek och smycken och högkvalitativa tekniska sorter har ännu inte upptäckts.

Placer diamantfyndigheter representeras av fem huvudtyper.

Alluvial placers (floddalar) är de ledande när det gäller diamantbrytning från placers. Stora avlagringar är sällsynta och bildas vanligtvis på grund av erosion av flera primära källor eller mellanliggande reservoarer av arealtyp. De alluviala placeringarna har en struktur med två delar: de övre flodslätt alluviumfasierna representeras av mycket svagt diamantformiga grus-sandig-lerig och silig avlagringar ("torv"), de nedre kanalens facies består av produktiv grov grus ("sand").

Placerare av deluvial-proluvial typ bildas i sluttningarna och i rännorna nära de primära källorna och klassificeras som små och medelstora.

Kust-marina placerare är indelade i terrasser under vatten, strand och kust. Zonen för sådana placerare i sydvästra Afrika sträcker sig i många hundra km med en bredd på 5 till 20 km.

Placerare av andra industrityper spelar ingen betydande roll vid diamantbrytning.

Placeravsättningar av olika slag är indelade i grunda och djupgående djupmässigt. Genom graden av avlägsenhet från den primära källan särskiljs placerare av nära och avlägsen drift; de förstnämnda bildas nära den primära källan, den senare - på ett avstånd av tiotals kilometer under gynnsamma geologiska och strukturella förhållanden.

Industriella typer av grafitavlagringar.

Grafit bildades av organiska föreningar som ett resultat av metamorfiseringen av sedimentära bergarter.

Bland grafitfyndigheterna särskiljs fyra grupper av industriella typer av fyndigheter beroende på deras geologiska inställning.

Av reservmängden delas grafitavlagringar upp (miljoner ton) i: stora - mer än 1, medelstora - 0,5-1, små - upp till 0,5.

De mest utbredda och större när det gäller deras reserver är insättningar av Taiga, Madagaskar, Noginsky, mexikanska typer.

Grafitavlagringar av Ceylon- och Botogolsk-typerna är mindre vanliga, har sällan stora reserver, men kännetecknas av ett högt innehåll av grafit i malmen och mer värdefulla egenskaper.

3. Naturliga och teknologiska typer av diamantbärande malmer

Naturliga malmtyper är diamantformiga kimberliter och diamantformade lamproiter, som är indelade, baserat på förhållandet mellan kimberlitens riktiga och främlingsfientliga material och strukturella och strukturella egenskaper, i diamantformiga massiva kimberliter, kimberlitbreccias, tuffbreccias, xenotuphobreccias, sedimentära tuffar och tuffaceous bergarter.

Det finns ingen enhetlig teknisk klassificering av diamantbärande malmer. I den tekniska och ekonomiska typiseringen av malm skiljer sig två huvudteknologiska typer: breccias med en lerahalt på mindre än 20% och breccias med en lerahalt på mer än 20%. Vid bearbetning av dessa malmer skiljer sig både tekniska system och kostnader för gruvdrift.

I allmänhet utvecklas, som praxis visar, den tekniska klassificeringen av malm i varje enskilt fall oberoende under undersökningen och efterföljande drift av deponeringen. Ofta, när en kimberlitkropp består av stenar av olika intrångsfaser, som tydligt skiljer sig åt i strukturella och strukturella egenskaper och nivån på diamantinnehållet, sammanfaller naturliga malmer praktiskt taget med tekniska. Huvudfaktorn är diamantinnehållet. Således, i Dalnyaya-röret (Sakha-Yakutia), skiljer sig två naturtyper som identifieras här - kimberlite breccias och massive kimberlites - i diamantinnehållet i en storleksordning och är samtidigt teknologiska typer. Till exempel, under drift av Mir-röret, identifierades dock sex teknologiska typer av malm, som skilde sig åt i nyanser av struktur och diamantinnehåll, medan det bara fanns två intrångsfaser.

Tekniska typer av diamantbärande sand kännetecknas av deras stenblockering, lerinnehåll, tvättighet etc.

Naturliga och teknologiska typer av grafitmalmer.

Typisering av grafitmalmer utförs enligt strukturella och strukturella egenskaper. Grafiter är indelade i uttryckligen - och kryptokristallina. Bland de uppenbara kristallina sorterna utmärks täta kristallina och flagnande sorter. Täta kristallina grafiter är indelade i grovkristallina med en genomsnittlig kristallstorlek på mer än 50 μm och finkristallina.

När det gäller storleken på flingorna, deras diameter, flagnar grafiter sist i grova (100-500 mikron) och små flingor (1-100 mikron).

Kryptokristallina grafiter består av kristaller med en storlek mindre än 1 mikron. Täta och finfördelade eller diffusa sorter skiljer sig ut. I den senare sprids grafitkristaller i värdstenen. I täta sorter utgör grafitkristaller huvuddelen av grafitstenen. Endast täta sorter av kryptokristallin grafit är av industriell betydelse.

Kristallin klump - 92-95;

Kristallin stor skala - 85-90;

Kristallin mediumskala - 85-90;

Kristallin finflingad - 80-90;

Kristallina pulver med en storlek på upp till 0,074 mm och en grafitkolhalt på 80-99.

Undersökning av grafitavlagringar av andra industriella typer som inte har avlagringar rätt form eller linsformad och stavformad, utförs också av kärnborrningsbrunnar i kombination med gruvarbeten.

Vid utvärdering och undersökning av grafitavlagringar med borrning är det fastställt att det inte finns någon selektiv nötning av kärnan, vilket är möjligt med en ojämn fördelning av grafitkoncentrationer, i form av anrikade områden representerade av ett nätverk av vener, linser, bon etc. För detta ändamål bör grafitinnehållet i borrvätskor och sticklingar övervakas. Vid behov genomgår de kontrollarbeten med grovtestning.

4. Utveckling av diamantfyndigheter

Primära diamantavlagringar, utvecklade av öppen skärning eller kombinerade:

De övre horisonterna är öppna och de djupare är underjordiska. I Ryssland bryts diamanter endast i öppna gropen.

Metoden för gruvbrytning är ungefär densamma inom alla områden. Låt oss överväga det på exemplet med Fishy pipe (Sydafrika).

Röret har ett ovalt horisontellt tvärsnitt och nästan vertikala kontakter med värdstenarna. Väderzon för kimberliter sträcker sig till ett djup av 60 m. I sammansättningen av kimberliter upptas en betydande volym av en sekundär fas - saponit, ett svällande mineral som absorberar ett stort antal vatten. Av denna anledning är rörmalmen hygroskopisk och förlorar snabbt dess hållfasthetsegenskaper när den är fuktad, därför används speciella metoder för att isolera ytan på kimberlit från vatten och vid borrning av brunnar används torr dammuppsamling.

Gruvbrytningen av röret påbörjades 1966, och 1990 nådde öppet gropdjup 423 m med en genomsnittlig årlig minskning på 18-20 m. Mer än 97 miljoner ton kimberlit utvanns (cirka 5 miljoner ton per år) och 55 miljoner ton dumpades. massor av avfallsten. Ytområdet på ytan är 550 tusen m2. Denna metod för gruvdrift säkerställde en stabil drift av gruvan och goda tekniska och ekonomiska indikatorer: lågt avskalningsförhållande, systematisk övergång till den underjordiska metoden. En lutande axel 1300 m lång passerade genom de inneslutna stenarna i en vinkel på 12 ° från ytan till utgången till ett stenbrott på ett djup av 280 m. Den rymde en transportör för transport av malm till bearbetningsanläggningen och ett underjordiskt krossningskomplex, vilket kraftigt minskade antalet dumper.

Den underjordiska metoden använder flera system för underjordisk brytning av diamantrör.

Kamerasystemet möjliggör penetrering av 8 meter långa kammare, åtskilda av tillfälliga 8 meter pelare, vid varje arbetshorisont längs rörets korta axel. Kimberlite, som tas ut ur kamrarna och från pelarna i den överliggande horisonten, under påverkan av vikten på de kollapsade klipporna, faller på botten av transportgruvan, där den laddas i vagnar och rullas tillbaka till malmpasset i värdstenarna, genom vilken kimberlite matas till huvudtransporthorisonten.

Slitsutvecklingsmetoden användes på Premier-röret (Sydafrika). När röret utvecklades sprang huvuddrivningarna parallellt med slitsen vid varje arbetshorisont med ett intervall lika med halva avståndet från slitsen till malmkroppens gränser. På 270 m djup tappades malm från malm passerar i vagnar och transporteras längs godsdrift. Vidare matades malmen till en kross, krossades och transporterades till ytan. Den mest progressiva utvecklingsmetoden är självhålighet i golv; det ger hög produktivitet (upp till 5 miljoner ton kimberlit per år) till låga kostnader och relativt lite manuellt arbete. Med detta system sker förstörelsen av kimberlit under påverkan av tyngdkraften, antalet arbetshorisonter och laddpunkter minskas kraftigt. Kärnan i systemet är att från transportdriften, orienterad över röret, finns skrapdrift på ett avstånd av 14 m från varandra, där, med mellanrum på 3-5 m på båda sidor, kvadratiska nischer som mäter 1-2 m är ordnade i rutmönster. nischer stiger i form av en tratt och stiger till en höjd av 7,6 m över sulans nivå. Därefter klipps kimberlitblocken helt och lager 18 m tjocka bryts så att kimberlit går sönder och kollapsar i koniska upphöjda sängar. Som ett resultat bildas ett expansionsavstånd på 2,2 m i höjd över hela rörområdet. Därefter förblir en icke stödd massa kimberlit över expansionsutrymmet, som gradvis kollapsar på utloppstrattarna under sin egen vikt. När kimberliten kollapsar släpps den delvis för att återställa kompensationsutrymmet, därför stiger nivån på den kollapsade kimberliten ständigt tills den når klipporna i den överliggande horisonten. Därefter fortsätter frisättningen av malm i en viss hastighet tills avfallsten uppträder i skraporna. Utvecklingen av denna horisont slutar vid detta, varefter de börjar utveckla den underliggande.

Placeravlagringar med ett djup på upp till 40-45 m bearbetas med öppen skärmetod. I Republiken Sakha (Yakutia) utförs gruvdrift på sommaren med en bulldozer-hydraulisk metod. Sanden som matas av bulldozrar tvättas på ett hydrauliskt dammgaller med en maskstorlek på 30-50 mm. Det överdimensionerade materialet avlägsnas av en vattenström och den flytande uppslamningen matas av muddrar genom rör på ett avstånd av 20-2,5 km till en säsongsbunden stationär koncentrator. Från dalen med förlängda placerare bryts diamanter genom muddring. Släpar rör sig från botten uppför floddalen med tvärgående eller längsgående rörelser. Efter att huvudbestånden har tömts, flyttas muddrarna upp igen från topp till botten med en förskjutning av rörelserna i förhållande till de primära. Ibland riktas rörelserna över det primära.

Bild 6. Kimberliterör under utveckling.

Utveckling av avlagringar av grafitmalmer.

Utvecklingen av grafitmalmer utförs med öppna brunnar och underjordiska metoder. Bland de tre utnyttjade grafitfyndigheterna i Ryssland utvecklas två (Noginskoye, Botogolskoye) med den underjordiska metoden och en (Taiginskoye) är öppen.

Måtten på den öppna gropen vid Taiginskoyes kristallina grafitavlagring är cirka 3 km långa, 200-250 m breda och mer än 50 m djupa. Gruvförlusterna är cirka 1%, utspädning är obetydlig.

I USA sker gruvbrytning av grafitmalm med borrning och sprängning, följt av transport av malm på väg till koncentrationsanläggningar.

Ett ursprungligt system för utveckling av grafitavlagringar tillämpades i Republiken Madagaskar. Den öppna metoden bearbetar främst de övre, väderbitna grafitmalmerna till ett djup av 30-40 m. Arbetet utförs på terrasser med malm som faller ner till de nedre horisonterna, varifrån malmen går till koncentrationsanläggningen.

Noginskoye-grafitutfällningen, utvecklad med den underjordiska metoden (adit and mine), kännetecknas av utspädning på 2,8%, malmfuktinnehåll på 4,5%, förluster på 17,8%.

Botogolsk-deponeringen av högkvalitativ tät-kristallin grafit är utvecklad med adit-metod. Extraktionen utförs i vågräta lager från botten upp och med fyllning av behandlingsutrymmet. Gruvförlusterna är cirka 8%.

5. Omfattningar av diamanter

De viktigaste användningsområdena för naturliga diamanter.

Smycken diamanter. Det viktigaste användningsområdet för diamanter i värde är att skära i diamanter.

Tekniska diamanter. De tekniska inkluderar mörkfärgade kristaller med sprickor och andra defekter, liksom olika fragment, tvillingar, aggregat etc., från vilka det är omöjligt att göra en facetterad kristall. Beroende på kvalitet och syfte kan industriella diamanter delas upp i följande grupper:

Diamanter som bearbetas för att få korn med en viss geometrisk form. Dessa inkluderar diamanter avsedda för tillverkning av fräsar, borrar, spetsar, glasfräsar, lager osv .;

Diamantkristaller som används i sin råa form i borrkronor, diamantmetallpennor osv.

Slipande diamanter är oftast små kristaller med betydande defekter och lämpar sig endast för slipning till pulver.

Diamantpulver är oumbärliga för bearbetning av subminiatyrdelar som rubinur, lager av topas, beryl och safir, vars hårdhet är nära korundens. Endast användningen av diamantpulver säkerställer en hög renhet av de bearbetade mikroytorna, vilket bestämmer noggrannheten i mikrodelarnas arbete i apparater och anordningar.

Diamantpulververktyg. För skärning av hårda stenar, legeringar och andra hårda material producerar industrin diamantskivor och olika diamantsågar. Vanliga slipande diamantverktyg i en dorn, som ofta används inom metallindustrin för att klä slipskivor. Används också diamantmetallpennor, som är pressade insatser av hårdlegerat diamantpulver.

Diamant-enkristallverktyg. Skärare, nålar, glasskärare, matriser (lamelldiamanter med de finaste hålen borrade i dem) och andra verktyg är gjorda av enskilda diamantkristaller eller deras delar. Diamantnålar är kristaller av diamanter med en naturlig skarp spets eller skärvor med en skarp kant, fixerade i metallstavar. Diamantnålar används ofta för att göra kranar på gängslipmaskiner. Koniska diamantnålar med ett sfäriskt huvud används i profilometrar och profilografer, som används för att mäta de minsta oregelbundenheterna och ytrenheten hos olika delar. Diamanter används ofta för tillverkning av matriser vid tillverkning av trådar från hårda material, särskilt små diametrar för elektronikbehov.

Diamant klippverktyg. Användningen av diamanter för förstärkning av borrkronor gjorde det möjligt att öka borriggarnas produktivitet med 1,5-2 gånger jämfört med icke-diamantborrning.

Andra användningsområden för diamanter. Diamond är ett utmärkt optiskt material för alla typer av kyvetter och fönster, som klarar höga tryck och angrepp på ämnen av vilken grad som helst av aggressivitet och samtidigt är transparent i ett brett spektrum av våglängder.

Diamantsubstrat av halvledarkretsar, som ger sin utmärkta isolering, tar bort värme flera gånger snabbare än till exempel koppar, vilket avsevärt ökar effektiviteten hos kritiska komponenter i elektroniska kretsar. Förmågan att räkna kärnpartiklar med hjälp av diamanter i frätande miljöer och höga mekaniska belastningar, används diamant i speciella räknare.

Strukturen för konsumtion av industriella diamanter i högt utvecklade länder är som följer, (%):

Slipning, slipning av verktyg och maskindelar av hårda legeringar - 60-70;

Brunnborrning - 10;

Tråddragning - 10;

Skärning och slipning av delar och produkter av glas, keramik, marmor, borrning och efterbehandling av hårdmetalldelar, bearbetning av klockor och smycken - 10-12.

Omfattning av grafit.

Malm av nästan alla grafitavlagringar kan sällan användas i rå form av konsumenter. Nästan alla genomgår någon form av förbehandling för att göra malm till färdiga produkter.

Den tekniska klassificeringen av grafitmalmer sammanfaller med klassificeringen av naturtyper.

Klar kristallina malm bearbetas huvudsakligen genom flotationsscheman på grund av grafitens goda flytbarhet.

Kryptokristallint grafitråmaterial representeras av finfördelade mineraler i en mycket komplex groning med karga bergarter. Därför lämpar sig dessa typer av grafitmalmer knappast för mekanisk anrikning. De används främst för gruvdrift och, i speciella fall, metoder för kemiska, termiska eller andra bearbetningsmetoder. På grund av det faktum att dessa processer är dyra används de sällan.

De viktigaste indikatorerna genom vilka grafitprodukter utvärderas är: strukturella och strukturella, innehållet av kol, aska, fukt, flyktiga komponenter, skadliga föroreningar (järn, svavel, koppar, etc.), partikelstorleksfördelning.

I gjuteri föredras kryptokristallin grafit, eftersom pulverdispersion är viktig för denna produktion, vilket ger en jämn yta på gjutformarna och underlättar avlägsnandet av gjutgods från dem efter kylning.

Högkvalitativa alkristallina grafiter används ofta i specialgjutning av stål.

Degelgrafit finns i tre kvaliteter. Deras zonindelning överstiger inte 7 respektive; 8,5 och 10%, massfraktionen av järn i termer av Fe2O3 för alla märken är inte mer än 1,6%, flyktiga ämnen - mindre än 1,5%; fukt - högst 1%.

För tillverkning av grafitkeramiska smältdeglar och eldfasta material används högkvalitativ kristallin grafit.

I enlighet med kraven för smörjning av grafit produceras produkter i form av flera märken, som alla har sin egen applikationsriktning och kännetecknas av ett antal indikatorer. Gemensamt för alla märken är endast indikatorer på koncentrationen av vätejoner i vattenextraktet och fuktigheten.

Pennproduktion, liksom produktion av elkol, ställer de högsta kraven på grafitens kvalitet. I världspraxis används för de bästa pennkvaliteterna en blandning av Ceylon och annan kristallin eller kryptokristallin grafit, som oftast används för produktion av vanliga pennor.

Vid framställning av aktiva massor av alkaliska batterier används grovkristallin grafit ("silver"), erhållen genom flotering av malm från Taiginsky och Zavalievsky.

Tre typer av grafit används inom elkolindustrin - naturlig finkornig och kryptokristallin och artificiell. Konstgjord grafit används ofta på grund av dess höga renhet och konstanta sammansättning.

Vid tillverkningen av smörjmedel används naturlig kristallin grafit i stor utsträckning som fasta ämnen och tillsammans med den artificiell grafit. Denna produktion kräver grafit, vanligtvis med hög renhet och mycket fin slipning, ibland kolloidal dimension. Smörjmedel är oftast vattenhaltiga eller oljiga suspensioner av naturlig kristallin och konstgjord grafit.

Ett antal grader av grafit tillåter inte igensättning av föroreningar, inklusive grafit från andra avlagringar. Dessa kvaliteter inkluderar degel, elementar och elektrisk kolgrafit.

Slutsats

Efter att ha studerat två polymorfa modifieringar av kol: diamant och grafit kom jag till slutsatsen att, trots samma kemiska sammansättning, har polymorfer olika kristallgitterstrukturer och därför olika egenskaper och ursprung.

Diamond är en färglös, transparent kristallin substans med en exceptionell hårdhet på 10 och en diamantglans. Grafit är en gråsvart kristallint ämne med en metallisk glans, oljig vid beröring, sämre än hårdhet till papper - 1.

Diamanter förekommer naturligt som väldefinierade enskilda kristaller. Grafitkristaller är vanligtvis tunna flingor.

Ursprunget till diamanter är magmatiskt, grafit är metamorf.

Diamanter används i nästan alla industrier: el, elektronik, instrumenttillverkning och borrning.

Grafit används för tillverkning av smältdeglar och eldfasta grafitkeramiska keramiker, som smörjmedel, för produktion av pennor och för elkolindustrin.

Otaliga läroböcker ger diagram över diamant-grafitjämvikt och det skrivs att diamant härrör från grafit. Men av någon anledning ställde ingen frågan: var är grafit i manteln? .. Det är ju instabilt där, och det kallas ett "förbjudet" mineral för mantelns förhållanden. Karbider är en annan sak. De är stabila här: karbider av järn, fosfor, kisel, kväve, väte. Vätkarbid är en gas, vanlig metan, den är mobil och koncentreras lätt i en djup vätska.

Vid ett tillfälle fäste inte geologerna vikt vid den anmärkningsvärda upptäckten av den sovjetiska fysikern B. Deryagin, som redan 1969 syntetiserade diamant från metan och, vilket är mycket viktigt, vid tryck till och med under atmosfären. Även då borde denna upptäckt radikalt ha förändrat de befintliga idéerna om diamant som ett mineral som nödvändigtvis kristalliserar från smälter och vid höga tryck. B. Deryagins data gjorde det möjligt för mig att överväga möjligheten till diamantkristallisation från en vätska, en gasblandning i C-H-O-systemet.

Det visar sig att i en sådan flytande syre vid mantelns ultrahöga tryck förlorar sina oxiderande egenskaper och oxiderar inte ens väte. Men när gasen stiger uppåt, med bildandet av ett kimberlitrör, sjunker trycket. Det räcker att minska trycket tio gånger - från 50 till 5 kilobar för att syreaktiviteten ska öka en miljon gånger. Och sedan kombineras det direkt med väte och metan. Enkelt uttryckt antänds gasen spontant - en rasande eld bryter ut i det underjordiska röret.

Konsekvenserna av en sådan underjordisk "eld" beror på förhållandet mellan kol, väte och syre i vätskan. Om det inte finns för mycket syre kommer det bara att riva ut väte från metanmolekylen (CH4). Den resulterande vattenångan absorberas av mineralstoftet och bildar serpentinit, ett karakteristiskt kimberlitmineral. Kol som förblir "ensamt", vid ett tryck på tusentals atmosfärer och en temperatur på cirka 1000 ° C kommer att stänga sig av omättade valensbindningar och bilda en jätte molekyl av rent kol - diamant! I praktiken är en sådan gynnsam kombination av komponenter i en gasblandning sällsynt: endast fem procent av kimberlitrören är diamantrika.

Oftare händer det att det antingen finns för mycket syre eller inte tillräckligt med syre för att bilda en diamant. I det första fallet kommer kol att brinna och förvandlas till gaser - oxider: CO eller CO2. Då uppstår karga kimberliter. De kännetecknas av ökad magnetism, eftersom järnoxid-magnetit har dykt upp i dem. Det var mycket syre och han "drog ut" järn från silikaten. Med brist på syre eller metan kommer endast vattenånga att uppstå och de kommer att absorberas av serpentinit. Det visar sig att diamant uppstår som en produkt av spontan underjordisk förbränning av en kolhaltig vätska. Diamanter är analoger av aska eller sot som ligger i mantelns "skorstenar"! (A. Portnov - doktor i geologiska och mineralogiska vetenskaper, professor).

Bibliografi

1. Kol och dess föreningar - Kiev, "Naukova Dumka" 1978.

2. Bulakh A.G. Allmän mineralogi. 1999.

3. Sarasovsky. Pedagogisk tidskrift. Volym 6, 2000. Nr 5.

4. Dyadin Yu.A. Grafit och dess införande föreningar.

5. A. Portnov. "Diamond är sot från underjorden."

6. CJSC Geoinformmarn. Moskva 1997. Mineralråvaror. Grafit. Diamant.

7. Förlag "Soviet Encyclopedia". Moskva. 1972.

Introduktion

Diamantindustrin i vårt land är i utvecklingsfasen, införandet av ny teknik för bearbetning av mineraler.

De hittade diamantavlagringarna öppnas endast genom erosionsprocesser. För en prospektor betyder det att det finns många "blinda" insättningar som inte kommer upp till ytan. Deras närvaro kan kännas igen av de upptäckta lokala magnetiska avvikelserna, vars övre kant ligger på hundratals djup, och om du har tur, tiotals meter. (A. Portnov).

Baserat på ovanstående kan jag bedöma utsikterna för utvecklingen av diamantindustrin. Det är därför jag valde ämnet - "Diamant och grafit: egenskaper, ursprung och betydelse".

Trots det faktum att grafit och diamant är polära i sina egenskaper, är de polymorfa modifieringar av samma kemiska element - kol. Polymorfa modifieringar, eller polymorfer, är ämnen som har samma kemiska sammansättning men olika kristallstrukturer. Sedan början av syntesen av konstgjorda diamanter har intresset för att studera och söka efter polymorfa modifieringar av kol kraftigt ökat. För närvarande, förutom diamant och grafit, kan lonsdaleite och chaotite anses vara tillförlitligt etablerade. Den första hittades i alla fall endast i nära växning med diamant och kallas därför också sexkantig diamant, och den andra förekommer i form av plattor alternerande med grafit men ligger vinkelrätt mot dess plan.

Polymorfa modifieringar av kol: diamant och grafit

Allmänna egenskaper hos en diamant

Ordet "diamant" tänker omedelbart på de hemliga berättelserna om skattejakten. En gång i tiden misstänkte människor som jagade diamanter inte ens att objektet för deras passion var kristallint kol, som bildar sot, sot och kol. Detta bevisades först av Lavoisier. Han satte upp ett experiment för att bränna en diamant med hjälp av en brandmaskin som var speciellt monterad för detta ändamål. Det visade sig att diamanten brinner i luft vid en temperatur av cirka 850-1000 * C, vilket inte lämnar några fasta rester, som vanligt kol, och brinner i en ström av rent syre vid en temperatur av 720-800 * C. Vid uppvärmning till 2000-3000 * C utan syre omvandlas det till grafit (detta beror på att homeopolära bindningar mellan kolatomer i diamant är mycket starka, vilket leder till en mycket hög smältpunkt.

Diamond är en färglös, transparent kristallin substans som bryter ljusstrålar extremt starkt.

Kolatomer i diamant befinner sig i ett tillstånd av sp3-hybridisering. I ett upphetsat tillstånd är valenselektronerna i kolatomer oparade och fyra oparade elektroner bildas.

Varje kolatom i en diamant är omgiven av fyra andra, placerade bort från den i riktning från centrum vid tetraederns hörn.

Avståndet mellan atomer i tetraeder är 0,154 nm.

Styrkan i alla bindningar är densamma.

Hela kristallen är ett enda tredimensionellt ramverk.

Vid 20 * C är diamantens densitet 3,1515 g / cm. Detta förklarar dess exceptionella hårdhet, som skiljer sig längs kanterna och minskar i sekvensen: oktaedron - rhombododecahedron - kub. Samtidigt har diamanten perfekt klyvning (längs oktaeder), och dess ultimata böjnings- och tryckhållfasthet är lägre än för andra material; därför är diamanten ömtålig, delas med en skarp slag och, när den krossas, blir den relativt lätt till pulver. Diamond har maximal styvhet. Kombinationen av dessa två egenskaper gör att den kan användas för slipande och andra verktyg som arbetar vid betydande specifikt tryck.

Brytningsindex (2,42) och dispersion (0,063) av diamant är mycket högre än för andra transparenta mineraler, som i kombination med maximal hårdhet bestämmer dess kvalitet som en ädelsten.

Föroreningar av kväve, syre, natrium, magnesium, aluminium, kisel, järn, koppar och andra finns i diamanter, vanligtvis i tusendels procent.

Diamant är extremt motståndskraftig mot syror och alkalier, inte fuktad med vatten, men har förmågan att fästa vid vissa fettblandningar.

Diamanter i naturen finns både i form av väldefinierade individuella kristaller och polykristallina aggregat. Korrekt bildade kristaller har formen av polyedroner med plana ytor: oktaeder, rombisk dodekaeder, kub och kombinationer av dessa former. Mycket ofta finns det många stadier av tillväxt och upplösning på diamantkanter; om de inte kan särskiljas för ögat, verkar kanterna böjda, sfäriska, i form av en oktahedroid, hexahedroid, cuboid och deras kombinationer. De olika formerna av kristaller beror på deras inre struktur, närvaron och naturen hos fördelningen av defekter, liksom den fysikalisk-kemiska interaktionen med omgivningen kring kristallen.

Bland de polykristallina formationerna sticker ut - ballas, carbonado och kartong.

Ballas är sfärulitformationer med en radiell strålningsstruktur. Carbonado - kryptokristallina aggregat med en enda kristallstorlek på 0,5-50 mikron. Brädorna är klinkornade aggregat. Ballas och särskilt carbonado har den högsta hårdheten av alla typer av diamanter.

figur 1

Fig. 2

Allmänna egenskaper hos grafit

Grafit är en gråsvart kristallint ämne med en metallisk glans, fet vid beröring, sämre än hårdhet till papper.

Grafitstrukturen är skiktad, inuti skiktet är atomerna länkade genom blandade jon-kovalenta bindningar och mellan skikten - genom väsentligen metallbindningar.

Kolatomer i grafitkristaller är i sp2-hybridisering. Vinklarna mellan bindningarna är lika med 120 *. Resultatet är ett rutnät med vanliga hexagoner.

Vid uppvärmning utan åtkomst till luft genomgår ingen förändring av grafit upp till 3700 * C. Vid den angivna temperaturen drivs den ut utan att smälta.

Grafitkristaller är vanligtvis tunna flingor.

På grund av sin låga hårdhet och mycket perfekta klyvning lämnar grafit lätt ett märke på papper, fettigt att röra vid. Dessa egenskaper hos grafit beror på svaga bindningar mellan atomskikten. Styrkan hos dessa bindningar kännetecknas av den låga specifika grafitvärmen och dess höga smältpunkt. Som ett resultat är grafit extremt eldfast. Dessutom leder den väl elektricitet och värme, är stabil när den utsätts för många syror och andra kemiska reagenser, blandas lätt med andra ämnen, har låg friktionskoefficient och har hög smörj- och döljkraft. Allt detta ledde till en unik kombination av viktiga egenskaper i ett mineral. Därför används grafit i stor utsträckning inom industrin.

Kolinnehållet i mineralaggregatet och grafitstrukturen är de viktigaste egenskaperna som bestämmer kvaliteten. Grafit kallas ofta ett material som som regel inte bara är monokristallint utan också monomineralt. I grund och botten menar de de sammanlagda formerna av grafitmaterial, grafit och grafitinnehållande bergarter och anrikningsprodukter. Förutom grafit innehåller de alltid föroreningar (silikater, kvarts, pyrit, etc.). Egenskaperna hos sådana grafitmaterial beror inte bara på innehållet av grafitkol utan också på storleken, formen och de ömsesidiga relationerna mellan grafitkristaller, dvs. från de strukturella och strukturella egenskaperna hos det använda materialet. För att bedöma egenskaperna hos grafitmaterial är det därför nödvändigt att ta hänsyn till både funktionerna i grafitens kristallstruktur och strukturstrukturens egenskaper hos deras andra komponenter.

Fig. 3.

I den här artikeln:

"För vilka ändamål används diamant och grafit?" - denna fråga ställs knappast av någon av de människor som bara visar intresse för skalet av mineraler. Vad kan faktiskt koppla ihop två ämnen som är så olika i sina egenskaper? Diamant är ett hårt mineral vars avlagringar är sällsynta. Grafit är ett av de mjukaste mineralerna och finns i många delar av världen. Det verkar som om det inte finns något samband mellan dessa ämnen, men i verkligheten är det inte så - att förstå detta faktum tillåter inte bara att förstå var och för vilket syfte de används, utan också hur det görs.

Fysiska och kemiska egenskaper

Diamant är ett transparent mineral, formen är kristallin. Det finns diamanter färgade rött, blått och svart. En avskuren diamant blir en diamant, dess värde ökar, men detta påverkar inte ämnets egenskaper.

Artificiell diamant-grafit-relation

Mineralet är en allotropisk modifiering av kol. På Mohs-hårdhetsskalan intar den den 10: e positionen och anses därför vara den hårdaste av alla mineraler. Detta är skillnaden mellan diamant och grafit, trots att de kan vara derivat av varandra.

Diamant reflekterar och bryter ljus bättre än andra mineraler. Mineraldens densitet är 3,4-3,5 g / cm3. Förmågan att leda värme fluktuerar vid 2300 W. Friktionskoefficienten på metall är 0,1, vilket förklaras av närvaron av en film av adsorberad gas i diamanten. - 4000 grader Celsius, medan den måste utsättas för ett tryck på 11 GPa.

Minerals förbränningsprocess börjar när lufttemperaturen når 800-1000 grader. Genom att delta i förbränningen av rent syre antänds diamanten som propan. En blå flamma genereras under förbränningen.

Atomerna och molekylerna i diamantkristallgitteret är sammankopplade med starka bulkbindningar och bildar en vanlig tetraeder. Varje atom i en sådan tetraeder omges av andra atomer som bildar spetsen på tetraedrarna i närheten. Således är var och en av tetraederna en del av all tetraeder, som bestämmer diamantens hårdhet och oförstörbarhet. Diamant och grafit har olika gitterstrukturer.

Till skillnad från diamant är grafit inte en kristall. Mineral är en uppsättning svart med grå färgplattor. Minerals utseende liknar stål. Grafitisering av grafit sker i metalllegeringar som innehåller instabila kolkarbider. Vid kontakt med grafit känns närvaron av fett, men det i sig är mjukt, smular lätt och lämnar svarta fläckar.

Mineral är en ledare för värme och elektricitet. Att vara en polymorf modifiering av kol, det är mycket lika på sitt eget sätt. Ett utmärkande drag är strukturen hos det molekylära gitteret. Grafitgallret är platt. Alla grafitatomer är placerade i ett plan, representerat av en serie hexagoner med svaga bindningar mellan varandra. Gitterens struktur gör mineralet mjukt och skiktat, vilket gör att det kan användas inom olika aktivitetsområden.

Dessutom gör denna gitterstruktur det möjligt att omvandla grafit till diamant. Naturligtvis kräver en sådan omvandling betingelser såsom temperatur och lufttryck. Processen kan vändas: övergången av diamant till grafit sker under termisk exponering och tryck.

Användningsområden

Diamant är det svåraste av alla mineraler. Han skär glas, trä, metall, föremål gjorda av ämnen som är sämre än diamant i hårdhet. Denna förmåga utvidgar områden som tidigare varit begränsade till smycken.

Grafit är ett mjukt mineral, men det är det som gör det oumbärligt inom industri, arkitektur och till och med konst.

Diamant

Fram till mitten av förra seklet användes diamanter uteslutande som dekoration. Stenarna bearbetades, användes som ersättning för pengar. Det bör noteras att de första försöken att forma diamanten inte lyckades. tillät inte användning av föremål av metall, sten, trä för dess bearbetning. Under forskningsprocessen var det möjligt att ta reda på att diamanten måste skäras med samma starka substans, det vill säga diamanten själv. Denna typ av upptäckt ledde till idén om möjligheten att använda diamanter i andra områden.

Idag används diamanter i:

Konstruktion. Utvecklingen av diamantborrar gjorde det lättare att arbeta med betong- och stålkonstruktioner. Diamanter är en viktig del av borr-, skär- och rivningsverktyg. Användningen av mineraler eliminerar sprickor, vilket är särskilt viktigt vid läggning av tunnlar, läggning av rör, byggnad av byggnader. Diamantborrar och sågar skär betong, stål, granit, marmor och slipar krossad sten. I detta område är diamant och grafit inte jämförbara utan återigen sammankopplade.
Instrumentation. Många enheter innehåller en partikel av diamantdamm eller fasta diamanter.
Tekniska områden. Vid slipning av metallverktyg används oftast diamanter.
Rymdområde. Att göra exakta teleskop är omöjligt utan diamantdelar.
Kirurgi. Kirurgens huvudinstrument är skalpellen, vars tjocklek och skärpa i hög grad avgör operationens framgång. Diamant skalpeller gör det bästa jobbet på detta. Särskild uppmärksamhet bör ägnas de utvecklade lasrarna baserade på kristaller, vars ledande substans är diamant.
Telekommunikation och elektronik. Diamanter används också för att låta signaler med olika frekvenser färdas genom samma kabel. Deras användning i detta område är förknippat med deras förmåga att motstå höga temperaturer och spänningssteg.
Vetenskap. Mineralet neutraliserar effekterna av en aggressiv miljö, därför används det som ett skyddande element. Diamant är en integrerad del av experiment inom sådana områden som kvantfysik, optik och skapandet av lasrar.
Extraktion av mineraler. Enheter, vars huvudsakliga del är diamant, används vid gruvborrning, produktion av olja, kol och gas.

För industriella ändamål använder de diamanter som odlas uteslutande på ett syntetiskt sätt. Verkliga stenar används sällan, trots att grafit och diamant finns i naturen.

Grafit

Grafit används i många branscher:

Metallurgi. Den mjuka substansen av grafit gör det möjligt att göra eldfasta deglar från den, att använda den i beläggningen av gjutformar för att förhindra att gjutning bränns på jorden som används för gjutning.
Elektronik. Med hjälp av grafit produceras elektroder och bågkol.
Brevpapper. Kärnan i pennor och färgpennor är gjord av grafit. Mineralet används för tillverkning av kolpapper, svart bläck, tryckfärg.
Bilindustrin. I flytande tillstånd används mineralet när volymetrisk pressning av bildelar är nödvändig.

Ibland används grafit som smörjmedel när olja inte är möjlig. Ytan på ångpannor är belagd med grafit, som skyddar dem från skalbildning. I kärnpannor finns speciella grafitblock. Dessutom används mineralet i rymdindustrin.

Ett viktigt användningsområde för grafit är tillverkning.

Den tekniska utvecklingen står inte stilla, användningsområdena för diamant och grafit expanderar varje år, vilket ökar efterfrågan på mineraler.

Både diamant och grafit är olika former av samma element - kol. Den mjuka, sönderfallande grafiten och den hårdaste kristallen i världen har samma formel - C. Hur är detta möjligt?

Egenskaper hos diamant och grafit

Diamanter förekommer naturligt i en väldefinierad kristallin form.Det är en transparent och oftast färglös kristall, även om det också finns diamanter färgade i blått, rött och till och med svart. En sådan färgavvikelse från regeln är förknippad med särdragen hos de naturliga förhållandena för kristallbildning och närvaron av föroreningar i den. En raffinerad och polerad diamant får en speciell glans som människor har uppskattat.

Diamanter reflekterar ljuset väl och bryter det väl med en komplex form. Detta ger varumärkena glansen och överflödet av den raffinerade kristallen. Det är en värmeledare, men i förhållande till el är det en isolator.

Grafit är antipoden för diamant. Detta är inte en kristall, utan en samling tunna plattor. Den är svart med en grå nyans. Utseendet liknar stål med en övervägande av gjutjärn.

Trots sitt stålutseende är den fet vid beröring och mjuk när den används. Vid det minsta trycket sönderfaller det, vilket lockar en person som använder grafit som ett medel för att registrera information på papper.

Grafit, som diamant, är en bra värmeledare, men till skillnad från dess molekylära motsvarighet, leder den också elektricitet bra.

Dessa olika representanter för molekylär kolpolymorfism skiljer sig från varandra endast genom en sak - strukturen hos det molekylära gitteret. Allt annat är bara en följd av det viktigaste.

I grafit är kristallgitteret organiserat enligt planprincipen. Alla dess atomer är placerade i en sexkant, som ligger i samma plan. Därför är bindningarna mellan atomer i olika hexagoner så bräckliga, och själva grafiten är skiktad och dess skikt är dåligt förbundna med varandra. Denna struktur av kristallgitteret bestämmer dess mjukhet och olika användbarhet, men själva grafiten förstörs. Det är emellertid just denna struktur av kristallgitteret som gör det möjligt att, med speciella förhållanden och andra ämnen, göra diamant av grafit. Samma processer förekommer med detta mineral i naturen under liknande förhållanden.

Diamantgitteret bygger på principen om volymetriska förbindelser mellan alla och alla och alla med alla. Atomerna bildar en vanlig tetraeder. En atom i varje tetraeder omges av andra atomer, var och en bildar toppunkten för en annan tetraeder. Det visar sig att det finns mycket mer tetraeder i varje diamantbit än det finns molekyler som bildar dessa tetraeder, eftersom var och en av tetraederna är en del av en annan tetraeder. Av denna anledning är diamant det mest oförstörbara mineralet.

Ödet för kol i grafit och diamant

Kol tillhör de mest förekommande elementen i biosfären och hela planeten Jorden. Det finns i olika tillstånd i atmosfären (koldioxid), i vatten (upplöst koldioxid och andra föreningar) och i litosfären. Här, på jordens himmel, är det en del av de stora avlagringar av kol, olja, naturgas, torv etc. Men i sin rena form representeras den av avlagringar av diamant och grafit.

Mest av allt kol är koncentrerat i levande organismer. Alla organismer bygger sin kropp från kol, vars koncentration i levande kroppar överstiger kolinnehållet i livlös materia. Döda organismer bosätter sig på ytan av litosfären eller havet. Där sönderdelas de under olika förhållanden och bildar avlagringar som är rika på kol.

Ursprunget till den rena diamant- och grafitavlagringen är mycket kontroversiell. Det finns en åsikt att det här är tidigare organismer som har fallit i speciella förhållanden och har mineraliserats som kol. Man tror också att diamanter är av magmatiskt ursprung och grafit är av metamorfe ursprung. Detta innebär att komplexa processer i jordens tarmar är involverade i koncentrationen av diamanter på planeten, där en explosion och förbränning sker spontant i närvaro av syre. Som ett resultat av interaktionen mellan metan och syremolekyler bildas diamantkristaller. Under samma processer, men under vissa förhållanden, är grafitutseendet också möjligt.

Hur man får diamant från grafit

Produktion på den nuvarande utvecklingen av kemi har länge varit ett problem. Vad naturen gör på miljontals år kan människan göra på mycket kortare tid. Det viktigaste är att reproducera de förhållanden under vilka en form av rent kol i naturen passerade i en annan, det vill säga att skapa en hög temperatur och ett mycket högt tryck.

För första gången skapades sådana förhållanden med hjälp av en explosion. En explosion är en omedelbar förbränning under stort tryck. Efter att de hade samlat in det de lyckades samla in visade det sig att små diamanter dök upp i grafiten. Denna fragmenterade omvandling sker eftersom explosionen skapar ett stort antal tryck och temperaturer. Där förutsättningar skapades för övergången från grafit till diamant hände detta.

Denna instabilitet i processerna gjorde explosioner lovande för produktion av diamanter från grafit. Detta hindrade dock inte forskarna, och de fortsatte ihållande att utsätta grafit för alla typer av tester i hopp om att göra det till en diamant. Ett stabilt resultat erhölls genom att värma en grafitstång med pulser till en temperatur av 2000 ° C, vilket gjorde det möjligt att erhålla diamanter av betydande storlekar.

Experiment med högt tryck gav oväntade resultat - grafit förvandlades till diamant, men med ett tryckfall gick det över i sitt ursprungliga tillstånd. Det var inte möjligt att stabilt minska avståndet mellan kolatomer med endast ett tryck. Sedan började de kombinera tryck och värme. Slutligen var det möjligt att ta reda på vilken kombination av temperatur och tryck vid vilka diamantkristaller kan erhållas. Det är sant att detta endast producerade teknisk diamant, vars användning i smycken var svår.

Förutom de höga kostnaderna för energiförsörjningen av processen att omvandla grafit till diamant, fanns det ett annat problem - med en ökning av varaktigheten för exponering för höga temperaturer börjar grafitiseringen av diamant. Alla dessa finesser komplicerar den industriella produktionen av diamanter. Av denna anledning är naturen, som är extremt destruktiv för henne, fortfarande relevant och lönsam.

För att få en diamant avsedd för smyckesändamål började de odla kristaller med ett frö. Den färdiga diamantkristallen utsattes för en temperatur på 1500 °, vilket stimulerade tillväxt, först snabbt och sedan långsamt. Ju större kristallen desto långsammare växte den. Denna effekt gjorde en intressant upplevelse bara en upplevelse, eftersom dess produktion i industriell skala blev olönsam. Situationen förbättrades inte genom användning av metan som "utfodring" av den växande diamanten. Vid höga tryck och temperaturer sönderdelas metan till kol och väte. Detta kol är "foder" för diamanten.

Applicering av diamant och grafit

Båda mineralerna används ofta i industrin.

Diamanter används:

inom elektroteknik;
instrumentation;
radioelektronik;
på borriggar
i smycken.

Grafit används för:

produktion av deglar och annan eldfast utrustning;
tillverkning av smörjmedel;
göra pennor;
produktion av utrustning för elkolindustrin.

Trots mångfalden av tillämpningar av både grafit och diamant i olika branscher kan vi säkert säga om de större fördelarna med grafit. Diamant är, på grund av dess kristallgitters idealitet, inert. Den kan bara användas som en diamant. De flesta diamanter som bryts i naturen går till smyckenindustrins behov, eftersom mineralet är en av de dyraste ädelstenarna, som blir en diamant, stimulerar det cirkulationen av pengar, och detta är dess huvudsakliga egendom i ekonomin.

Grafit, borttaget från naturen, blir inte ett självförsörjande värde utan en stor produktionsarbetare. På grund av dess egenskaper används den både i sin sanna, naturliga form, det vill säga som grafit, och som ett medel på grundval av vilket nya ämnen kan erhållas, till exempel samma diamant.

Bakaeva Anastasia

Allt började med en enkel penna! Eller snarare, från sin kärna. I en fysiklektion gick vi igenom ämnet "Strukturen av fasta ämnen, flytande och gasformiga kroppar", och det visade sig att kol, grafit och diamant är "släktingar". Men hur, så, för att kol är en gas, och grafit och diamant är fasta ämnen med kristallgaller, men grafit "skriver", och en diamant är så hård att den kan skära glas och metaller och dekorera smycken! Det blev intressant för oss. Det visar sig att kärnan (bly) i en enkel penna är en speciellt bearbetad blandning av grafit, lera, vax. När vi ritar stratifieras kristallgallret av grafit och dess atomer läggs på ytan i sexkantiga plan, men grafit ingår inte i färgpennor! Precis så, som referens, kommer jag att ge en ungefärlig sammansättning av en färgpenna: organisk färgämne mjukgörare (stearin, till exempel från vilket ljus görs) talk (förresten, det mjukaste mineralet på Mohs-skalan) kaolin (vit lera, det används vid produktion av porslin och även i kosmetika ) lim CMC (Carboxy Methyl Cellulose) - här bindemedlet. Åh, så intressant! Vi förberedde ett kort meddelande om pennan och läraren föreslog att utvidga detta ämne och göra det till ett forskningsprojekt.

Ladda ner:

Förhandsvisning:

MOU "Gymnasium nr 2, Ershov, Saratov-regionen"

Forskningsrojekt

Kol, grafit, diamant

Bakaeva Anastasia

8 "A" -klass

chef: fysiklärare i första kategorin Filippova E.V.

2015


Introduktion
Huvudsak
Historisk referens
Kol
Grafit
Diamant
Praktisk del
Tillverkning av modeller av kristallgaller
Grafit
Diamant
Växande kristaller av kopparsulfat
Slutsats
Referenslista
Applikationer

Introduktion

Allt började med en enkel penna! Eller snarare, från sin kärna. I en fysiklektion gick vi igenom ämnet "Strukturen av fasta, flytande och gasformiga kroppar", och det visade sig att kol, grafit och diamant är "släktingar". Men hur, så, för att kol är en gas, och grafit och diamant är fasta ämnen med kristallgaller, men grafit "skriver", och en diamant är så hård att den kan skära glas och metaller och dekorera smycken! Jag undrade. Det visar sig att kärnan (bly) i en enkel penna är en speciellt bearbetad blandning av grafit, lera, vax. När vi ritar finns det en stratifiering av kristallgallret av grafit och dess atomer ligger på ytan i sexkantiga plan och iingen grafit ingår i färgpennor! Precis så kommer jag som referens att ge en ungefärlig sammansättning av en färgpenna:

Organiskt färgämne
mjukgörare (stearin, till exempel från vilket ljus görs)
talk (förresten, det mjukaste mineralet på Mohs-skalan)
kaolin (vit lera, den används vid produktion av porslin och även i kosmetika)
lim CMC (CarboxyMethylCellulose) - här ett bindemedel.

Åh, så intressant!

Vi förberedde ett kort meddelande om pennan och läraren föreslog att utvidga detta ämne och göra det till ett forskningsprojekt.

Syfte med arbetet:

Studera strukturen, fysikaliska egenskaperna hos kol, grafit och diamant

Lär dig mer om användningen av kol, grafit och diamant inom teknik, industri, smyckeproduktion och vetenskap

Lär dig mer om att göra konstgjorda diamanter

Uppgifter

Skapa visuella hjälpmedel för studier av kristallina fasta ämnen (kristallgaller)

Odla en kristall av kopparsulfat på egen hand (den har också ett kristallgitter, som grafit, diamant och till och med salt och socker ...)

Historisk referens.

Grafit, diamant och kol har varit kända sedan antiken. Det har länge varit känt att grafit kan användas för att markera annat material, och själva namnet "grafit", härledt från det grekiska ordet som betyder "att skriva", föreslogs av A. Werner 1789. Grafitens historia är emellertid förvirrad, ofta togs ämnen med liknande yttre fysikaliska egenskaper för det till exempel molybdenit (molybdensulfid), en gång betraktad som grafit. Andra namn för grafit inkluderar "svart bly", "hårdmetalljärn" och "silver bly". 1779 fastställde K. Scheele att grafit kan oxideras med luft för att bilda koldioxid. För första gången användes diamanter i Indien och i Brasilien fick ädelstenar kommersiell betydelse 1725; insättningar i Sydafrika upptäcktes 1867. På 1900-talet. de viktigaste diamantproducenterna är Sydafrika, Zaire, Botswana, Namibia, Angola, Sierra Leone, Tanzania och Ryssland. Konstgjorda diamanter vars teknik utvecklades 1970 produceras för industriella ändamål.”Kol förekommer naturligt i både fria och kombinerade tillstånd, i mycket olika former och former. I sitt fria tillstånd är kol känt i minst tre former: kol, grafit och diamant. I tillståndet av föreningar är kol en del av de så kallade organiska substanserna, dvs. många ämnen som finns i kroppen av varje växt och djur. Det finns i form av koldioxid i vatten och luft, och i form av koldioxidsalter och organiska rester i jorden och massan av jordskorpan. Mångfalden av ämnen som utgör kroppen av djur och växter är känd för alla. Vax och olja, terpentin och harts, bomullspapper och protein, cellvävnad från växter och muskelvävnad hos djur, vinsyra och stärkelse - alla dessa och många andra ämnen som ingår i vävnader och juice av växter och djur är kolhaltiga föreningar. Utbudet av kolföreningar är så stort att det utgör en speciell gren av kemi, dvs. kemi av kol eller, bättre, kolväteföreningar ”.

Kol

Växter extraherar kol från koldioxid - koldioxid - i atmosfären och använder det som byggsten för rötter, stjälkar och löv. Djur får det genom att äta dessa växter. Och i jorden ackumuleras det under nedbrytningen av döda varelser. Av alla former av ren kol existens är kol det mest kända och kanske det mest värdefulla för människor. Det handlar om 4/5 kol, och resten är väte och andra grundämnen. Värdet av kol kommer från de kemiska egenskaperna hos kol, vars huvudsakliga är att det lätt samverkar med syre. Denna process äger rum när kol bränns i luft, medan en stor mängd termisk energi frigörs, som kan användas för en mängd olika ändamål. Emellertid kan kol i livlös natur inte bara finnas i form av kol. Två andra former av dess existens i sin rena form, som skiljer sig kraftigt från varandra, är grafit och diamant. Grafit är väldigt mjukt och fet vid beröring. Det fungerar som ett utmärkt smörjmedel för många mekanismer. Och som ni vet är blyertsledningar gjorda av den. I detta fall blandas grafit med lera för att minska dess mjukhet. Däremot är diamanter de mest hållbara ämnen som man känner till. De används för att skapa extra starka framtänder samt smycken. Kolatomer kan bilda bindningar med varandra och med atomer av andra element. Resultatet är ett stort antal kolföreningar. Kol finns i växter och djur (~ 18%). Kolcykeln i naturen inkluderar den biologiska cykeln, frisättningen av CO2 till atmosfären under förbränningenfossilt bränsle, från vulkaniska gaser, heta mineralkällor, från ytskikten i havsvatten etc. Den biologiska cykeln är att kol i form av CO2 absorberas från troposfär växter. Sedan frånbiosfär återgår tillgeosfär: med växter kommer kol in i djur och människokropp och sedan under förfallet av djur- och växtmaterial i jorden och i form av CO2 - i atmosfär. I ångtillstånd och i form av föreningar medkväve och väte kol som finns i atmosfärenSolar , planeter, den finns i sten och järnmeteoriter ... Kol reagerar med många grundämnen för att bilda karbider (karbider är föreningarmetaller och icke-metaller från kol ). Kol används ofta i metallurgi. (Metallurgi är en uppsättning relaterade industrier och stadier av produktionsprocessen från gruvdriftråmaterial före utsläppet av färdiga produkter -svart och icke-järnmetaller och dem legeringar ). På grund av kolens förmåga att bilda polymerkedjor finns det en enorm klass av kolbaserade föreningar, som är mycket fler än oorganiska, och som studeras avorganisk kemi ... Bland dem finns de mest omfattande grupperna:kolväten, proteiner , fetter och andra. Kol spelar en stor roll i människolivet. Dess applikationer är lika varierade som själva det mångsidiga elementet. Kol är grunden för allt organiskt material. Varje levande organism består till stor del av kol. Kol är livsgrunden. Kolkällan för levande organismer är vanligtvis koldioxid från atmosfären eller vattnet. Som ett resultat av fotosyntes går det in i biologiska livsmedelskedjor, där levande varelser slukar varandra eller varandras rester och därmed extraherar kol för att bygga sina egna kroppar. Den biologiska kolcykeln avslutas med antingen oxidation och återinträde i atmosfären eller bortskaffande i form av kol eller olja. Fossilt bränslekol:kol och kolväten(olja , naturgas ) är en av de viktigaste källornaenergi för mänskligheten ... Kol i stålindustrin är en av de viktigaste komponenterna i legeringarjärn-kol (produktion gjutjärn och bli ). Kol är en del av atmosfäriska aerosoler, vilket leder till att det regionala klimatet kan förändras och antalet soliga dagar kan minska. Partiklar av kol absorberar solstrålning, vilket kan orsaka uppvärmning av jordens yta. Kol kommer in i miljön i form av sot i fordons avgaser, när kol förbränns vid ett värmekraftverk (Thermal Power Plant), vid utvinning av kolbrott, dess underjordiska förgasning, kolkoncentratproduktion etc. Koncentrationen av kol över förbränningskällorna är 100-400 μg / m³ , i stora städer 2,4-15,9 µg / m³, på landsbygden 0,5 - 0,8 µg / m³. Med gas- och aerosolutsläpp från NPP, (6-15) 109 Bkg / dag koldioxidgas. Den höga kolhalten i aerosoler i atmosfären leder till en ökad förekomst av befolkningen, särskiltövre luftvägarna och lungor ... Yrkessjukdomar - främst antrakos och dammbronkit... Kolinnehållet i den atmosfäriska luften är maximalt en gång 0,15, det dagliga genomsnittet 0,05 mg / m³. Den toxiska effekten av kol som ingår i sammansättningen av proteinmolekyler (särskilt i DNA ochRNA ) bestäms av strålningseffekten av betapartiklar och kväverekylkärnor och transmutationseffekten - en förändring i den kemiska sammansättningen av en molekyl som ett resultat av omvandlingen av en kolatom till en kväveatom.

Grafit

Grafit (namngiven av Abraham Gottlob Werner 1789, (från grekisk grafen - "pull / skriv", används i pennor) - en av de vanligaste allotroperna av kol. Det förekommer i naturen. Grafit är den mest stabila formen av kol under standardförhållanden. Det används för tillverkningelektroder , värmeelement, fasta smörjmedel, plastfyllmedel,neutronmoderator i kärnreaktorer , stavar pennor vid höga temperaturer och tryck (över 2000 ° C och 5 GPa) för att erhålla syntetisk diamant.

Diamant

Hobby-live.ru