Как добывают алмазы

Алмаз — кристаллическая модификация углерода, которая формируется при высоком давлении и при воздействии высоких температур. Такие условия образуются при извержении вулканов, выделении магмы в земную кору, падении метеоритов на Землю. Алмазные месторождения, которые разрабатывают сегодня, сформировались очень давно — от сотни миллионов до миллиардов лет назад. Поэтому добывать кристаллы из недр очень непросто. Расскажем, как это делается.

Этапы добычи алмазов

Весь процесс состоит из трех этапов:

• Горные работы — извлечение руды из недр;

• Обогащение руды — непосредственное извлечение алмазов;

• Сортировка и оценка.

Горные работы

В зависимости от характера месторождения могут использоваться три способа добычи:

• Открытый. Если порода находится в верхней части земной коры, удобнее всего добывать кристаллы открытым способом. Для этого снимают слой почвы и постепенно углубляют карьер с помощью направленных взрывов. Из руды, которая добывается таким способом, впоследствии извлекают алмазы.

• Закрытый. Если залежи находятся глубоко в недрах земли, применить открытый способ не получится. В таком случае создаются шахты, и добыча ведется в закрытых подземных рудниках. Руду поднимают наверх и обрабатывают.

• Комбинированный. В одном месторождении алмазы могут залегать и в верхних слоях, и глубоко в недрах. В подобных ситуациях сначала ведутся открытые поверхностные работы, а затем роются шахты для подземных.

Количество искомых драгоценных камней в руде, как правило, невелико. Нередко на одну тонну приходит всего лишь 1 карат алмаза, а после огранки этот объем становится еще меньше.

Есть и нетипичные способы добычи. Например, в якутских месторождениях алмазы находят на дне холодных рек и озер. Их поднимают на поверхность специальными кораблями, которые могут работать в условиях вечной мерзлоты.

Обогащение руды

Вся руда, которая добывается посредством открытой и подземной разработки, направляется в горно-обогатительные комбинаты. Это предприятия, на которых из руды извлекают драгоценные камни. Способы обработки подбирают так, чтобы минимизировать возможные повреждения кристаллов.

Обработка проходит в пять этапов:

• Дробление;

• Измельчение;

• Классификация;

• Обогащение или рентгеновская сепарация;

• Ручная доводка.

Расскажем о каждом из этапов более подробно.

Дробление

Сначала сырье погружают в щековые дробилки, которые делят руду на крупные куски — до 1,5 м в диаметре.

Измельчение

Крупные куски руды, которые уже прошли через щековые дробилки, погружают в мельницы мокрого самоизмельчения. В них добавляется вода, которая помогает измельчить породу до небольших частей: их диаметр не превышает 50 мм.

Классификация

Измельченные куски руды отправляют на оценку плотности в спиральных классификаторах. Если руда недостаточно плотная, алмазов в ней быть не может, а значит, она не будет проходить через специальное обогащение, направленное на извлечение именно этих кристаллов.

Оставшуюся руду рассеивают на грохотах — специальных вибрационных ситах, которые разделяют образцы на классы крупности. Далее каждая фракция обрабатывается отдельно.

Обогащение

Обогащение используется для фракций мелкой и средней крупности:

• Материал среднего размера направляется на отсадочные машины или установки тяжелосредного обогащения. Под воздействием физических процессов внутри машин происходит разделение на две фракции — тяжелую и легкую.

• К мелким образцам добавляют водный реагент и направляют их в пневмофлотационную машину. С ее помощью легко извлекаются мелкие алмазы — они прилипают к пенному слою и выводятся из машины.

Рентгеновская сепарация

Крупные и плотные образцы руды отправляются в сепаратор, в котором подвергаются воздействию рентгеновских лучей. При этом алмазная порода люминесцирует, а другие минералы не реагируют на рентген. После каждой люминесцентной вспышки на устройство подается сигнал, и оно отделяет драгоценные камни от руды.

Доводка

После обогащения или сепарации алмазы направляются в цех окончательной доводки, где требуется ручная работа. Все камни чистят, а затем сортируют и упаковывают.

Сортировка и оценка

Из горно-обогатительного комбината минералы переправляют в сортировочный центр. В нем специалисты сортируют камни по классам крупности и проводят оценку в соответствии с эталонными образцами.

Если кристаллы не соответствуют международным стандартам по цвету или чистоте, их признают техническими и не направляют ювелиру. Такие камни находят применение в других сферах — промышленности, медицине, оптике, науке, электронике.

Все алмазы ювелирного качества разделяют на 16 размерно-весовых групп и направляют к огранщикам — мастерам, которые превратят их в бриллианты.

Как создают выращенные алмазы

Природный алмаз — один из самых редких минералов на Земле. Вместе с тем он очень востребован не только в ювелирном деле, но и в других отраслях. Спрос на него только увеличивается, а месторождения постепенно иссякают. Добыча не может удовлетворить всех потребностей современного рынка.

На смену природным кристаллам приходят выращенные в лаборатории. Ученые научились искусственно создавать условия, при которых графит переходит в алмаз.

Для синтеза используется несколько технологий:

• HPHT (от англ. High Pressure, High Temperature — «высокое давление, высокая температура»). Технология была впервые применена в 1955 году. Графит растворяли в расплавленном металле (железе, никеле или кобальте) и помещали в ленточный пресс. При синтезе использовали температуру выше 2000 °C и давление более 10 ГПа. Первые образцы не отличались высоким качеством, но постепенно технологию усовершенствовали, и с 1970 года она позволяет создавать кристаллы ювелирного качества. Это самый популярный метод.

• CVD (от англ. Chemical Vapor Deposition — «химическое осаждение из газовой фазы»). Технология получила развитие в 1950-х годах в США и СССР. Она состоит в создании алмазной пленки путем пиролиза углеводородных газов при относительно низкой температуре — 800 °C. С помощью CVD с 1980-х годов создаются недорогие алмазные покрытия для промышленных и научных целей.

• DND (от англ. Detonation nanodiamond — «детонационные наноалмазы») — взрывной метод, который не пользуется большой популярностью. Его применяют в Китае для создания алмазного порошка, который используют для полировки.

• Ультразвуковая технология — в процессе разработки.

Выращенные кристаллы полностью идентичны природным по составу и свойствам. Они находят широкое применение в разных областях, в том числе в ювелирном деле.

Преимущества выращенных бриллиантов:

• Высокая чистота. В лабораторных образцах отсутствуют включения, которых крайне редко удается избежать в природе.

• Возможность синтеза кристаллов любого размера и оттенка.

• Более доступная цена. Лабораторные образцы не так редки, как природные алмазы. Это снижает их стоимость.

• Гуманное и экологичное производство.

Искусственно выращенные камни могут практически полностью вытеснить природные: это уже произошло с жемчугом. Со временем природные бриллианты с многомиллионной историей станут достоянием музеев и частных ювелирных коллекций.