Diamanten
Wat is een diamant en hoe zijn deze ontstaan ?
Diamant is een vaste vorm van koolstof met een diamantachtige kubusvormige structuur. Bij kamertemperatuur en druk is het metastabiel en is grafiet de stabiele vorm, maar diamant wordt bijna nooit omgezet in grafiet. Diamant staat bekend om zijn excellente fysieke eigenschappen, waarvan de meeste afkomstig zijn van de sterke covalente binding tussen de atomen. In het bijzonder heeft het de hoogste hardheid en thermische geleidbaarheid van elk bulkmateriaal. Deze eigenschappen bepalen de belangrijkste industriële toepassingen van diamant in snij- en polijstgereedschappen en de wetenschappelijke toepassingen in diamantmessen en aambeeldcellen van diamant.
Vanwege zijn extreem rigide rooster kan diamant door maar zeer weinig soorten onzuiverheden, zoals boor en stikstof worden verontreinigd. Kleine hoeveelheden defecten of onzuiverheden (ongeveer één per miljoen roosteratomen) kleuren diamantblauw (boor), geel (stikstof), bruin (roosterdefecten), groen (blootstelling aan straling), paars, roze, oranje of rood. Diamant heeft ook een relatief hoge optische dispersie (vermogen om licht van verschillende kleuren te verspreiden).
De meeste natuurlijke diamanten hebben een leeftijd tussen 1 miljard en 3,5 miljard jaar. De meeste werden gevormd op een diepte van 150 tot 250 kilometer in de mantel van de aarde, hoewel er enkelen tot 800 kilometer (500 mijl) omhoog zijn gekomen. Onder hoge druk en temperatuur, vervangen koolstofhoudende vloeistoffen opgeloste mineralen door diamanten. Veel recenter (tientallen tot honderden miljoenen jaren geleden) werden ze naar de oppervlakte gebracht in vulkaanuitbarstingen en afgezet in stollingsgesteenten die bekend staan als kimberlieten en lamproieten.
Diamanten kunnen synthetisch worden geproduceerd middels een hogedrukmethode (HPHT) op hoge temperatuur, die min of meer de omstandigheden in de aardmantel simuleert. Een alternatieve en volledig andere techniek is chemische dampafzetting (CVD). Verschillende niet-diamantmaterialen lijken qua uiterlijk op diamanten en delen veel eigenschappen, waaronder kubieke zirkoniumoxide en siliciumcarbide en worden daarom vaak diamantsimulanten genoemd. Er zijn speciale geologische technieken ontwikkeld om natuurlijke diamanten, synthetische diamanten en diamantsimulanten van elkaar te onderscheiden.
Geschiedenis van de diamanten
De naam diamant is afgeleid van de oude Griekse αδάμας (adámas), “juist”, “onveranderlijk”, “onbreekbaar”, “ongetemd”, van ἀ- (a-), “un-” + δαμάω (damáō), “I overmeesteren “,” I tam “. Van diamanten wordt gedacht dat ze voor het eerst werden herkend en gedolven in India, waar langs de rivieren Penner, Krishna en Godavari vele eeuwen geleden significante alluviale afzettingen van de steen konden worden gevonden. Diamanten zijn al minstens 3000 jaar maar hoogstwaarschijnlijk 6000 jaar bekend in India.
Diamanten worden gekoesterd als edelstenen door hun gebruik als religieuze iconen in het oude India. Het gebruik ervan in graveergereedschap dateert ook uit de vroege menselijke geschiedenis. De populariteit van diamanten is sinds de 19e eeuw toegenomen vanwege het toegenomen aanbod, verbeterde snij- en polijsttechnieken, de groei van de wereldeconomie en innovatieve en succesvolle reclamecampagnes.
In 1772 gebruikte de Franse wetenschapper Antoine Lavoisier een lens om de stralen van de zon op een diamant te concentreren in een atmosfeer van zuurstof, en toonde aan dat het enige product van de verbranding kooldioxide was, wat bewijst dat diamant is samengesteld uit koolstof. Later, in 1797, herhaalde en expandeerde de Engelse chemicus Smithson Tennant dat experiment. Door aan te tonen dat het verbranden van diamant en grafiet dezelfde hoeveelheid gas afgeeft, stelde hij de chemische gelijkwaardigheid van deze stoffen vast.
De meest bekende toepassingen van diamanten zijn tegenwoordig als edelstenen voor versiering en als industriële schuurmiddelen voor het snijden van harde materialen. De dispersie van wit licht in spectrale kleuren is het belangrijkste gemmologische kenmerk van diamanten. In de 20e eeuw ontwikkelden experts in edelsteenmethodes methoden voor het sorteren van diamanten en andere edelstenen op basis van de kenmerken die het belangrijkst zijn voor hun waarde als edelsteen. Vier kenmerken, die informeel bekend staan als de vier C’s, worden nu vaak gebruikt als basisbeschrijvingen van diamanten: dit zijn karaat (zijn gewicht), snit (kwaliteit van de snede wordt gesorteerd op basis van verhoudingen, symmetrie en glans), kleur (hoe dichterbij wit of kleurloos; voor fantasiediamanten hoe intens de tint is), en zuiverheid (hoe vrij de diamant is van insluitsels). Een grote, zuivere diamant staat bekend als een paragon.
Geologie
Diamanten zijn uiterst zeldzaam, met concentraties van meeste delen per miljard in bronrots. Vóór de 20e eeuw werden de meeste diamanten gevonden in alluviale afzettingen. Losse diamanten worden ook aangetroffen langs bestaande en oude oevers, waar ze de neiging hebben zich te accumuleren vanwege hun grootte en dichtheid. Af en toe worden ze gevonden in gletsjers (met name in Wisconsin en Indiana), maar deze afzettingen zijn niet van commerciële kwaliteit. Deze afzettingen kwamen van plaatselijke intrusies door verwering en transport of door wind of water.
De meeste diamanten komen van de mantel van de aarde, en het grootste gedeelte van deze sectie gaat over die diamanten. Er zijn echter ook nog andere bronnen. Sommige blokken van de korst, of terranen, zijn diep genoeg begraven toen de korst verdikte, zodat ze een ultra-hogedruk metamorfose ondergingen. Hierdoor zijn de microdiamanten die geen teken van transport door magma vertoonden gelijk verdeeld. Wanneer meteorieten de grond raken, kan de schokgolf bovendien voldoende hoge temperaturen en druk produceren om microdiamanten en nanodiamanten te vormen. Impact-type microdiamanten kunnen worden gebruikt als een indicator voor oude inslagkraters. De Popigai-krater in Rusland heeft misschien wel ‘s werelds grootste diamantafzetting, geschat op miljarden karaat, en deze is gevormd door een asteroïde-effect.
Een veel voorkomende misvatting is dat diamanten worden gemaakt van sterk samengeperste kool. Kolen worden gevormd uit begraven prehistorische planten en de meeste diamanten die zijn gedateerd zijn veel ouder dan de eerste landplanten. Het is mogelijk dat diamanten kunnen worden gevormd uit steenkool in subductiezones, maar diamanten die op deze manier worden gevormd, zijn zeldzaam en de koolstofbron is waarschijnlijker carbonaatgesteenten en organische koolstof in sedimenten dan kool.
Verspreiding
Diamanten zijn helemaal niet gelijkmatig verdeeld over de wereld. Een vuistregel, bekend als de regel van Clifford, stelt dat ze bijna altijd worden gevonden in kimberlieten op het oudste deel van cratons, de stabiele kernen van continenten met een typische ouderdom van 2,5 miljard jaar of meer. Maar er zijn uitzonderingen. De Argyle-diamantmijn in Australië, de grootste producent van diamanten naar gewicht in de wereld, bevindt zich in een mobiele riem, ook bekend als een orogene riem, een zwakkere zone rond het centrale craton dat compressie-tektoniek heeft ondergaan. In plaats van kimberliet is de gastrots lamproiet. Lamproieten met diamanten die niet economisch levensvatbaar zijn, zijn ook te vinden in de Verenigde Staten, India en Australië. Daarnaast zijn diamanten in de Wawa-gordel van de Superior provincie in Canada en microdiamanten op de eilandboog van Japan te vinden in een soort rots lamprophyre genoemd wordt.
Kimberlieten zijn te vinden in smalle (1-4 meter) wallen en dorpels en in leidingen met diameters die variëren van ongeveer 75 meter tot 1,5 kilometer. Vers steen is donker blauwachtig groen tot groenachtig grijs, maar wordt na blootstelling snel bruin en brokkelt af. Het is hybride rots met een veel geschakeerde mengeling van kleine mineralen en rotsfragmenten (klasten) die zo groot als watermeloenen kunnen worden. Deze zijn een mengsel van xenocrysts en xenolieten (mineralen en gesteenten die door de onderste korst en mantel worden gedragen), stukjes oppervlakte-gesteente, veranderde mineralen zoals serpentijn en nieuwe mineralen die kristalliseerden tijdens de uitbarsting. De textuur varieert naar gelang de diepte. De samenstelling vormt een continuüm met carbonatieten, maar de laatste hebben te veel zuurstof om koolstof in een zuivere vorm te laten bestaan. In plaats daarvan wordt het opgesloten in het minerale calciet (CaCO3).
Alle drie de diamanthoudende rotsen (kimberliet, lamproiet en lamprophyre) missen bepaalde mineralen (meliliet en kalsiliet) die niet compatibel zijn met diamantvorming. In kimberliet is olivijn opvallend veel aanwezig, terwijl lamproite Ti-flogopiet heeft, lamprophyre biotiet en amfibool heeft. Ze zijn allemaal afgeleid van magmatypes die snel uit kleine hoeveelheden smelten, rijk aan vluchtige stoffen en magnesiumoxide zijn en minder oxideren dan meer gebruikelijke mantelsmeltingen zoals basalt. Deze eigenschappen zorgen ervoor dat de gesmolten diamanten naar de oppervlakte kunnen worden gedragen voordat ze oplossen.
Ontdekking
Kimberliet-pijpen kunnen moeilijk te vinden zijn. Ze verdwijnen in de regel weer snel (binnen een paar jaar na blootstelling) en hebben meestal een lager topografisch reliëf dan omliggende rots. Als ze toch zichtbaar zijn in ontsluitingen, zijn de diamanten in ieder geval nooit zichtbaar omdat ze zo zeldzaam zijn. Kimberlieten zijn vaak bedekt met vegetatie, sedimenten, bodem of meren. In moderne zoektochten wordt de hulp ingeroepen van geofysische methoden, zoals aeromagnetische onderzoeken, elektrische resistiviteit en gravimetrie, om veelbelovende regio’s te verkennen. Dit wordt ondersteund door isotopische datering en modellering van de geologische geschiedenis.
Vervolgens moeten landmeters naar het gebied gaan om monsters verzamelen, op zoek te gaan naar kimberlietfragmenten of indicatiemineralen. Deze laatsten hebben samenstellingen die de omstandigheden weerspiegelen waarin diamanten ontstaan, zoals extreme uitputting van de smelt of hoge drukken in eclogieten. Indicatiemineralen kunnen echter misleidend zijn; een betere benadering is geothermische barometrie, waarbij de samenstellingen van mineralen worden geanalyseerd alsof ze in evenwicht zijn met mantelmineralen.
Het vinden van kimberlieten vereist volhardendheid en slechts een klein gedeelte bevat diamanten die commercieel winbaar zijn. De enige grote ontdekkingen sinds ongeveer 1980 zijn in Canada geweest. Aangezien bestaande mijnen een levensduur van slechts 25 jaar hebben, kan er in de toekomst een tekort aan nieuwe diamanten ontstaan.
Leeftijden
Diamanten kunnen worden gedateerd door insluitsels te analyseren, met behulp van het verval van radioactieve isotopen. Afhankelijk van de elementaire dichtheid, kan men kijken naar het verval van rubidium naar strontium, samarium naar neodymium, uranium naar lood, argon-40 naar argon-39 of rhenium naar osmium. Diamanten gevonden in kimberlieten hebben een leeftijd die varieert van 1 tot 3,5 miljard jaar, en er kunnen meerdere leeftijden in hetzelfde kimberliet voorkomen, wat aangeeft dat er meerdere afzettingen van diamantvorming aanwezig zijn. De kimberlieten zelf zijn veel jonger. De meesten van hen hebben een leeftijd tussen tientallen miljoenen en 300 miljoen jaar oud, hoewel er enkele oudere uitzonderingen zijn (Argyle, Premier en Wawa). Zodoende vormden de kimberlieten zich onafhankelijk van de diamanten en dienden ze alleen maar om de diamanten naar de oppervlakte te transporteren. Kimberlieten zijn ook veel jonger dan de cratons waardoor ze naar boven zijn gekomen. De reden voor het ontbreken van oudere kimberlieten is onbekend, maar het suggereert dat er enige verandering heeft plaatsgevonden in de mantelchemie of tektoniek. In de geschiedenis van de mensheid is er geen kimberliet naar boven gekomen.
Oorsprong in de mantel
De meeste edelstenen zijn afkomstig uit dieptes van 150 tot 250 kilometer in de lithosfeer. Dergelijke dieptes komen voor onder cratons in mantelkielen, het dikste deel van de lithosfeer. Deze gebieden hebben voldoende druk en temperatuur om diamanten te kunnen laten vormen en ze zijn niet convecterend, dus diamanten kunnen miljarden jaren worden bewaard totdat een kimberlietuitbarsting ze mee naar boven neemt.
Gastrotsen in een mantel kiel bevatten harzburgiet en lherzoliet, twee soorten peridotieten. Het meest dominante gesteente in de bovenmantel, peridotiet, is een stollingsgesteente bestaande uit de mineralen olivijn en pyroxeen; het bevat weinig in silica en veel in magnesium. Diamanten in peridotiet overleven de reis naar het oppervlak echter zelden. Een andere veel voorkomende bron waar diamanten intact in blijven, is eclogiet, een metamorf gesteente dat zich meestal vormt uit basalt wanneer een oceanische plaat in een subductiezone in de mantel valt.
Gastrotsen in een mantel kiel bevatten harzburgiet en lherzoliet, twee soorten peridotieten. Het meest dominante gesteente in de bovenmantel, peridotiet, is een stollingsgesteente bestaande uit de mineralen olivijn en pyroxeen; het bevat weinig in silica en veel in magnesium. Diamanten in peridotiet overleven de reis naar het oppervlak echter zelden. Een andere veel voorkomende bron waar diamanten intact in blijven, is eclogiet, een metamorf gesteente dat zich meestal vormt uit basalt wanneer een oceanische plaat in een subductiezone in de mantel valt.
Diamant is thermodynamisch stabiel bij hoge drukken en temperaturen, waarbij de faseovergang van grafiet optreedt bij hogere temperaturen naarmate de druk stijgt. Zo worden diamanten stabiel onder de continenten bij temperaturen van 950 graden Celsius en een druk van 4,5 gigapascal, overeenkomend met dieptes van 150 kilometer of meer. In subductiezones, die kouder zijn, wordt deze stabiel bij temperaturen van 800 graden C en een druk van 3,5 gigapascal. Op diepten van meer dan 240 km zijn ijzer-nikkelmetaalfasen aanwezig en waarschijnlijk is koolstof daarin in de vorm van carbiden opgelost. Dus, de diepere oorsprong van sommige diamanten kan een ongebruikelijke groeiomgeving zijn.
In 2018 werden de eerste bekende natuurlijke monsters van een ijsfase, Ice VII, gevonden als insluitsels in diamantmonsters. De insluitsels werden gevormd op diepten tussen 400 en 800 kilometer, die zich uitstrekten over de bovenste en onderste mantel en leveren bewijs voor waterrijke vloeistof op deze diepten.
Koolstofbronnen
De hoeveelheid koolstof in de mantel kan niet goed worden vastgehouden, maar de concentratie wordt geschat op 0,5 tot 1 delen per duizend. Het heeft twee stabiele isotopen, 12C en 13C, in een verhouding van ongeveer 99: 1 naar massa. Deze verhouding komt veel voor in meteorieten, wat impliceert dat het waarschijnlijk ook veel voorkwam op de vroege aarde. Het kan ook veranderd worden door oppervlaktetechnieken zoals fotosynthese. De breuk wordt in het algemeen vergeleken met een standaardmonster met een verhouding δ13C uitgedrukt in delen per duizend. Gemeenschappelijke stenen van de mantel zoals basalt, carbonatieten en kimberlieten hebben verhoudingen tussen -8 en -2. Oppervlakkig gezien hebben organische sedimenten gemiddeld -25 terwijl carbonaten gemiddeld 0 hebben.
Populaites diamanten uit verschillende bronnen hebben een verdeling van δ13C die aanzienlijk varieert. Peridotitische diamanten bevinden zich meestal binnen het typische mantelbereik; eclogitische diamanten hebben waarden van -40 tot +3, hoewel de piek van de verdeling in het mantelbereik ligt. Deze variabiliteit houdt in dat ze niet worden gevormd uit koolstof dat primordiaal is (omdat het in de mantel heeft gelegen sinds de aarde is gevormd). In plaats daarvan zijn ze het resultaat van tektonische processen, hoewel (gezien de leeftijd van diamanten) niet noodzakelijkerwijs dezelfde tektonische processen zijn die ook nog in het heden actief zijn.
Vorming en groei
Diamanten in de mantel vormen zich door een metasomatisch proces waarbij een C-O-H-N-S vloeistof gesmolten mineralen opslaat in een rots en ze vervangt door nieuwe mineralen. (De vage term C-O-H-N-S wordt vaak gebruikt omdat de exacte samenstelling niet bekend is.) Diamanten die uit deze vloeistof gevormd worden doen dat ofwel door reductie van geoxideerde koolstof (bijv. CO2 of CO3) of oxidatie van een gereduceerde fase zoals methaan.
Met behulp van sondes die gebruik maken van bijvoorbeeld gepolariseerd licht, fotoluminescentie en kathodoluminescentie, kan in diamanten een reeks groeizones worden geïdentificeerd. Het karakteristieke patroon in diamanten uit de lithosfeer betreft een bijna concentrische reeks zones met zeer dunne oscillaties in luminescentie en afwisselende episodes waarbij de koolstof door de vloeistof wordt geresorbeerd en vervolgens opnieuw wordt gegroeid. Diamanten van onder de lithosfeer hebben een meer onregelmatige, bijna polykristallijne textuur die de hogere temperaturen en drukken weerspiegelt, evenals het transport van de diamanten door convectie.
Transport naar het oppervlak
Geologisch bewijs ondersteunt een model waarin kimberlietmagma met 4-20 meter per seconde opsteeg, resulterend in een opwaarts pad door het hydraulisch breken van de rots. Naarmate de druk afneemt, verdwijnt een dampfase uit het magma en dit helpt het magma vloeibaar te houden. Aan de oppervlakte explodeert de eerste uitbarsting door fissuren bij hoge snelheden (meer dan 200 meter per seconde). Bij lagere drukken erodeert de rots, vormt een pijp en produceert gefragmenteerde rots (breccia). Als de uitbarsting afneemt, is er een pyroclastische fase en die vervolgens metamorfisme en hydratatie serpentinieten produceert.
In de ruimte
Hoewel diamanten op aarde zeldzaam zijn, zijn ze heel gewoon in de ruimte. In meteorieten is ongeveer 3 procent van de koolstof aanwezig in de vorm van nanodiamanten, met een diameter van enkele nanometers. In de kou van de ruimte kunnen zich voldoende kleine diamanten vormen omdat hun lagere oppervlakte-energie ze stabieler maakt dan grafiet. De isotopische eigenschappen van sommige nanodiamanten duiden erop dat ze buiten het zonnestelsel in sterren werden gevormd.
Hogedrukexperimenten voorspellen dat grote hoeveelheden diamanten uit methaan condenseren tot een “diamantregen” op de ijsreuzenplaneten Uranus en Neptunus. Sommige buiten-solaire planeten kunnen bijna volledig uit diamant bestaan.
Diamanten kunnen voorkomen in koolstofrijke sterren, met name witte dwergen. Een theorie voor de oorsprong van carbonado, de moeilijkste vorm van diamant, is dat het voortkwam uit een witte dwerg of supernova. Diamanten die gevormd zijn in sterren kunnen mogelijk de eerste mineralen zijn geweest.
Materiele Eigenschappen
Een diamant is een transparant kristal van tetraëders gebonden koolstofatomen in een covalent netwerkrooster (sp3) dat uitkristalliseert in het diamantrooster dat een variatie is van de kubusvormige gecentreerde structuur. Diamanten zijn voor veel toepassingen aangepast vanwege de uitzonderlijke fysieke eigenschappen van het materiaal. Het meest in het oog springend zijn de extreme hardheid en thermische geleidbaarheid (900-2320 W · m-1 · K-1), [32] evenals een brede bandafstand en een hoge optische spreiding [33]. Boven 1700 ° C (1973 K / 3583 ° F) in vacuüm of zuurstofvrije atmosfeer, wordt diamant omgezet in grafiet; in de lucht begint de transformatie bij ~ 700 ° C. Het ontstekingspunt van diamant is 720-800 ° C in zuurstof en 850-1000 ° C in lucht. In de natuur voorkomende diamanten hebben een dichtheid variërend van 3,15 tot 3,53 g / cm3, met zuivere diamant in de buurt van 3,52 g / cm3. De chemische bindingen die de koolstofatomen in diamanten bij elkaar houden zijn zwakker dan die in grafiet. Bij diamanten vormen de bindingen een inflexibel driedimensionaal rooster, terwijl in grafiet de atomen stevig in vellen worden gebonden, die gemakkelijk over elkaar kunnen glijden, waardoor de algehele structuur zwakker wordt. In een diamant wordt elk koolstofatoom omringd door naburige vier koolstofatomen die een tetraëderse eenheid vormen.
Habitus
Diamanten komen het meest voor als euhedrale of afgeronde octahedra en gekoppelde octahedra, bekend als macles. Aangezien de kristalstructuur van een diamant een kubusvormige rangschikking van de atomen heeft, bezitten ze vele eigenschappen die bij een kubus horen, octaëder, rhombicosidodecaëder, tetrakis hexahedron of disdyakis dodecaëder. De kristallen kunnen afgerond zijn met niet-uitdrukkende randen en kunnen langwerpig zijn. Diamanten (vooral die met afgeronde kristalvlakken) worden meestal aangetroffen in nyf, een ondoorzichtige, gomachtige huid.
Sommige diamanten hebben ondoorzichtige vezels. Ze worden ondoorzichtig genoemd als de vezels groeien van een helder substraat of vezelig als ze het hele kristal in beslag nemen. Hun kleuren variëren van geel tot groen of grijs, soms met wolkachtige witte tot grijze onzuiverheden. Hun meest voorkomende vorm is kubusvormig, maar ze kunnen ook octaëder, dodecahedra, macles of gecombineerde vormen vormen. De structuur is het resultaat van talrijke onzuiverheden met grootten tussen 1 en 5 micron. Deze diamanten zijn waarschijnlijk gevormd in kimberlietmagma en hebben de vluchtige stoffen bemonsterd.
Diamanten kunnen ook polykristallijne aggregaten vormen. Er zijn pogingen gedaan om ze in groepen onder te verdelen met namen als boart, ballas, stewartite en framesite, maar er is geen algemeen aanvaarde reeks criteria. Carbonado, een type waarin de diamantkorrels werden gesinterd (gesmolten zonder te smelten door de toepassing van hitte en druk), is zwart van kleur en moeilijker dan eenkristal diamant. Dit is nog nooit waargenomen in een vulkanisch gesteente. Er zijn veel theorieën over de oorsprong ervan, inclusief formatie in een ster, maar geen consensus.
Hardheid
Diamant is het hardste bekende natuurlijke materiaal op zowel de schaal van Vickers als de schaal van Mohs. De grote hardheid van diamant ten opzichte van andere materialen is al sinds de oudheid bekend en is de bron van zijn naam.
Diamanthardheid is afhankelijk van de zuiverheid, kristallijne perfectie en oriëntatie: de hardheid is hoger bij onberispelijke, zuivere kristallen die zijn gericht op de richting <111> (langs de langste diagonaal van het kubieke diamantrooster). Terwijl het mogelijk kan zijn om sommige diamanten te krassen met andere materialen, zoals boornitride, kunnen de moeilijkste diamanten alleen worden gekrast door andere diamanten en nanokristallijne diamantaggregaten.
De hardheid van diamant draagt bij aan de geschiktheid als edelsteen. Omdat het alleen kan worden bekrast door andere diamanten, behoudt het zijn glans zeer goed. In tegenstelling tot vele andere edelstenen, is het goed geschikt voor dagelijks gebruik vanwege de krasbestendigheid – misschien draagt het bij aan zijn populariteit als het favoriete juweel in verlovings- of trouwringen, die vaak elke dag worden gedragen.
De hardste natuurlijke diamanten zijn meestal afkomstig van de velden Copeton en Bingara in het New England-gebied in New South Wales, Australië. Deze diamanten zijn over het algemeen klein, perfect voor semiperfecte octahedra en worden gebruikt om andere diamanten te polijsten. Hun hardheid wordt geassocieerd met de kristalgroei, een kristalgroei in één fase. De meeste andere diamanten tonen meer bewijs van meerdere groeifasen, die insluitsels, defecten en defecte vlakken in het kristalrooster produceren, die allemaal hun hardheid beïnvloeden. Het is mogelijk om gewone diamanten te behandelen onder een combinatie van hoge druk en hoge temperatuur om diamanten te produceren die harder zijn dan de diamanten die in hardheidsmeters worden gebruikt.
Het vermogen van een materiaal om een breuk door krachtige impact te weerstaan is enigszins gerelateerd aan hardheid. De taaiheid van natuurlijke diamant is gemeten als 7,5-10 MPa · m1 / 2. Deze waarde is goed in vergelijking met andere keramische materialen, maar is slecht in vergelijking met de meeste technische materialen zoals technische legeringen, die doorgaans taaiheden van meer dan 100 MPa · m1 / 2 vertonen. Zoals met elk materiaal, draagt de macroscopische geometrie van een diamant bij aan de weerstand tegen breuk. Diamant heeft een decolleté en is daarom in sommige oriëntaties brozer dan andere. Diamantslijpers gebruiken dit kenmerk om enkele stenen te splitsen, voorafgaand aan het facetteren. “Slagvastheid” is een van de belangrijkste indicaties voor het meten van de kwaliteit van synthetische industriële diamanten.
Resistentie tegen druk
Diamanten zijn bestand tegen breekdrukken van meer dan 600 gigapascals (6 miljoen atmosfeer) die gebruikt worden in zogenaamde diamanten aambeeldexperimenten, bedoeld om hogedrukomgevingen te creëren.
Elektrische geleiding
Andere gespecialiseerde toepassingen bestaan ook of worden ontwikkeld, zoals gebruik als halfgeleiders: sommige blauwe diamanten zijn natuurlijke halfgeleiders, in tegenstelling tot de meeste diamanten, die uitstekende elektrische isolatoren zijn. De geleidbaarheid en de blauwe kleur zijn afkomstig van booronzuiverheden. Boor vervangt koolstofatomen in het diamantrooster door een gat in de valentieband te geven.
Aanzienlijke geleidbaarheid wordt vaak waargenomen in nominaal ongedoteerde diamant die gegroeid is door chemische dampafzetting. Deze geleidbaarheid wordt geassocieerd met aan waterstof gerelateerde soorten geadsorbeerd aan het oppervlak en kan worden verwijderd door gloeien of andere oppervlaktebehandelingen.
Oppervlakte-eigenschappen
Diamanten zijn van nature lipofiel en hydrofoob, wat betekent dat het oppervlak van de diamant niet nat kan worden door water, maar gemakkelijk nat en vast kan zitten door olie. Deze eigenschap kan worden gebruikt om diamanten te extraheren met behulp van olie bij het maken van synthetische diamanten. Wanneer diamantoppervlakken echter chemisch worden gemodificeerd met bepaalde ionen, wordt verwacht dat ze zo hydrofiel worden dat ze meerdere lagen waterijs bij de lichaamstemperatuur van het menselijk lichaam kunnen stabiliseren.
Het oppervlak van diamanten is gedeeltelijk geoxideerd. Het geoxideerde oppervlak kan worden gereduceerd door warmtebehandeling onder waterstofstroom. Dat wil zeggen, deze warmtebehandeling verwijdert gedeeltelijk zuurstofbevattende functionele groepen. Maar diamanten (sp3C) zijn onstabiel tegen hoge temperaturen (boven ongeveer 400 ° C (752 ° F)) onder atmosferische druk. De structuur verandert geleidelijk in sp2C boven deze temperatuur. Diamanten moeten dus worden gereduceerd onder deze temperatuur.
Chemische stabiliteit
Diamanten zijn niet erg reactief. Diamanten op kamertemperatuur reageren niet met chemische reagentia, inclusief sterke zuren en basen. Het oppervlak van een diamant kan alleen worden geoxideerd bij temperaturen boven ongeveer 850 ° C (1.560 ° F) aan de lucht. Diamant reageert ook met fluor gas boven ongeveer 700 ° C (1.292 ° F).
Kleur
Diamant heeft een brede bandafstand van 5,5 eV, wat overeenkomt met de diepe ultraviolette golflengte van 225 nanometer. Dit betekent dat pure diamant zichtbaar licht moet doorlaten en moet verschijnen als een helder kleurloos kristal. De kleuren in diamant zijn afkomstig van roosterdefecten en onzuiverheden. Het diamantkristalrooster is uitzonderlijk sterk en alleen atomen van stikstof, boor en waterstof kunnen tijdens de groei in significante concentraties (tot atomaire percentages) in diamant worden geïntroduceerd. Overgangsmetalen nikkel en kobalt, die gewoonlijk worden gebruikt voor de groei van synthetische diamant door hogedruktechnieken bij hoge temperaturen, zijn in diamant als individuele atomen gedetecteerd; de maximale concentratie is 0,01% voor nikkel en zelfs minder voor kobalt. Vrijwel elk element kan door ionenimplantatie aan diamant worden geïntroduceerd.
Stikstof is verreweg de meest voorkomende onzuiverheid in edelsteendiamanten en is verantwoordelijk voor de gele en bruine kleur in diamanten. Boron is verantwoordelijk voor de blauwe kleur. Kleur in diamant heeft twee extra bronnen: bestraling (meestal door alfadeeltjes), die de kleur in groene diamanten veroorzaakt, en plastische vervorming van het diamantkristalrooster. Plastic vervorming is de oorzaak van de kleur in sommige bruine en wellicht roze en rode diamanten. In volgorde van toenemende zeldzaamheid wordt gele diamant gevolgd door bruin, kleurloos, vervolgens door blauw, groen, zwart, roze, oranje, paars en rood. “Zwarte”, of Carbonado, diamanten zijn niet echt zwart, maar bevatten veel donkere insluitsels die de edelstenen hun donkere uiterlijk geven. Gekleurde diamanten bevatten onzuiverheden of structurele defecten die de kleuring veroorzaken, terwijl pure of bijna pure diamanten transparant en kleurloos zijn. De meeste diamantonzuiverheden vervangen een koolstofatoom in het kristalrooster, dat bekend staat als een koolstofgebrek. De meest voorkomende onzuiverheid, stikstof, veroorzaakt een lichte tot intense gele verkleuring, afhankelijk van het type en de concentratie van aanwezige stikstof. Het Gemological Institute of America (GIA) classificeert lage verzadiging van gele en bruine diamanten als diamanten in het normale kleurbereik en past een indelingsschema toe van “D” (kleurloos) tot “Z” (lichtgeel). Diamanten van een andere kleur, zoals blauw, worden fancy gekleurde diamanten genoemd en vallen onder een andere indelingsschaal.
In 2008 haalde de Wittelsbach-diamant, een 35,56-karaats (7,112 g) blauwe diamant die ooit toebehoorde aan de koning van Spanje, meer dan US $ 24 miljoen op bij een Christie’s-veiling. In mei 2009 haalde een blauwe diamant van 7.03 karaat (1.406 g) de hoogste prijs per karaat ooit betaald voor een diamant toen hij werd geveild voor 10,5 miljoen Zwitserse frank (6,97 miljoen euro of 9,5 miljoen dollar op dat moment). Dat record werd echter hetzelfde jaar verslagen: op 1 december 2009 werd in Hong Kong een 5-karaats (1.0 g) intens roze diamant verkocht voor $ 10,8 miljoen.
Identificering
Diamanten kunnen worden geïdentificeerd door hun hoge thermische geleidbaarheid. Hun hoge brekingsindex is ook indicatief, maar andere materialen hebben een vergelijkbare brekingsindex. Diamanten snijden glas, maar dit identificeert een diamant niet als zodanig omdat andere materialen, zoals kwarts, ook boven glas op de schaal van Mohs liggen en dit ook kunnen snijden. Diamanten kunnen andere diamanten bekrassen, maar dit kan resulteren in schade aan een of beide stenen. Hardheidstests worden zelden gebruikt in praktische edelmetalen vanwege hun potentieel destructieve karakter. De extreme hardheid en hoge waarde van diamant betekent dat edelstenen doorgaans langzaam worden gepolijst, met behulp van zorgvuldige traditionele technieken en meer aandacht voor detail dan het geval is met de meeste andere edelstenen; deze hebben de neiging te resulteren in extreem platte, gepolijste facetten met uitzonderlijk scherpe facetranden. Diamanten hebben ook een extreem hoge brekingsindex en een vrij hoge spreiding. Samengenomen beïnvloeden deze factoren het algehele uiterlijk van een gepolijste diamant en de meeste diamantairs vertrouwen nog steeds op het vakkundige gebruik van een loep (vergrootglas) om diamanten “met het oog” te identificeren.
Branche
De diamantindustrie kan worden onderverdeeld in twee verschillende categorieën: de ene die zich richt op diamanten van de beste kwaliteit en de andere voor diamanten van industriële kwaliteit. Beide markten waarderen diamanten op een andere manier.
Diamanten als edelstenen
Er is een levendige handel in edelsteen-diamanten. Hoewel de meeste edelsteen diamanten nieuw gepolijst verkocht worden, is er een markt voor de wederverkoop van geslepen diamanten (bijvoorbeeld pionhandel, veilingen, tweedehands juweliers, diamantairs, beurzen, enz.). Een kenmerk van de handel in diamanten van edelsteenkwaliteit is de opmerkelijke concentratie: groothandel en diamant snijden is beperkt tot slechts enkele locaties; in 2003 werd 92% van de diamanten van de wereld gesneden en gepolijst in Surat, India. Andere belangrijke centra van diamantslijperij en handel zijn de Antwerpse diamantwijk in België, waar het International Gemological Institute is gevestigd, Londen, het Diamond District in New York City, het Diamond Exchange District in Tel Aviv en in Amsterdam. Een belangrijke factor is het geologische karakter van diamantafzettingen: verschillende grote primaire kimberlietafzettingen zijn elk verantwoordelijk voor aanzienlijke marktaandelen (zoals de Jwaneng-mijn in Botswana, een grote mijn die tussen 12.500.000 en 15.000.000 karaat (2.500 en 3.000 kg) aan diamanten per jaar kan produceren). Secundaire alluviale diamantafzettingen hebben de neiging om gefragmenteerd te zijn tussen veel verschillende operators omdat ze verspreid kunnen zijn over vele honderden vierkante kilometers (bijvoorbeeld alluviale afzettingen in Brazilië).
De productie en distributie van diamanten wordt grotendeels geconsolideerd in de handen van een paar hoofdrolspelers, en geconcentreerd in traditionele diamanthandelscentra, waarvan de belangrijkste Antwerpen is, waar 80% van alle ruwe diamanten, 50% van alle geslepen diamanten en meer dan 50 % van alle gecombineerde ruwe, gesneden en industriële diamanten worden verwerkt. Dit maakt Antwerpen een de facto “Diamanthoofstad van de wereld”. De stad Antwerpen herbergt ook de Antwerpsche Diamantkring, opgericht in 1929 om als eerste en grootste diamantbeurs voor ruwe diamanten. Een ander belangrijk diamantcentrum is New York City, waar bijna 80% van de diamanten in de wereld worden verkocht, inclusief op veilingen.
Het bedrijf De Beers, als ‘s werelds grootste diamantmijnbedrijf, heeft een dominante positie in de industrie en heeft dit al gehad sinds kort na de oprichting in 1888 door de Britse imperialist Cecil Rhodes. De Beers is momenteel ‘s werelds grootste exploitant van diamantproductiefaciliteiten (mijnen) en distributiekanalen voor diamanten van edelsteenkwaliteit. De Diamond Trading Company (DTC) is een dochteronderneming van De Beers en verkoopt ruwe diamanten uit mijnen die door De Beers worden geëxploiteerd. De Beers en zijn dochterondernemingen bezitten mijnen die ongeveer 40% van de jaarlijkse wereldproductie van diamanten produceren. In het grootste deel van de 20e eeuw ging meer dan 80% van de ruwe diamant ter wereld via De Beers, maar in de periode 2001-2009 is dit gedaald tot ongeveer 45% en in 2013 was het marktaandeel van het bedrijf verder gedaald tot ongeveer 38% qua waarde en zelfs minder qua volume. De Beers verkocht de overgrote meerderheid van zijn diamantvoorraad aan het eind van de jaren negentig – begin 2000 en de rest vertegenwoordigt grotendeels werkvoorraad (diamanten die worden gesorteerd voor verkoop).Dit was goed gedocumenteerd in de pers maar is nog steeds weinig bekend bij het grote publiek.
Als onderdeel van het beperken van zijn invloed, trok De Beers zich in 1999 terug van het kopen van diamanten op de vrije markt en stopte eind 2008 met het kopen van Russische diamanten gedolven door het grootste Russische diamantbedrijf Alrosa. Vanaf januari 2011 verklaart De Beers dat het alleen diamanten uit de volgende vier landen verkoopt: Botswana, Namibië, Zuid-Afrika en Canada. Alrosa moest zijn verkopen in oktober 2008 opschorten als gevolg van de wereldwijde energiecrisis, maar het bedrijf meldde dat het in oktober 2009 de verkoop van ruwe diamant op de open markt had hervat. Naast Alrosa zijn andere belangrijke diamantmijnbedrijven BHP Billiton, ‘s werelds grootste mijnbouwbedrijf; Rio Tinto Group, de eigenaar van de Argyle (100%), Diavik (60%) en Murowa (78%) diamantmijnen; en Petra Diamonds, de eigenaar van verschillende grote diamantmijnen in Afrika.
Verderop in de toeleveringsketen fungeren de leden van de Wereldfederatie van Diamantbeurzen (WFDB) als medium voor de groothandel in diamantbeurzen, handel in zowel gepolijste als ruwe diamanten. De WFDB bestaat uit onafhankelijke beurzen voor diamanten in grote snijcentra zoals Tel Aviv, Antwerpen, Johannesburg en andere steden in de Verenigde Staten, Europa en Azië. In 2000 hebben de WFDB en The International Diamond Manufacturers Association de World Diamond Council opgericht om te voorkomen dat de handel in diamanten zou worden gebruikt voor de financiering van oorlog en inhumane daden. De aanvullende activiteiten van de WFDB omvatten de tweejaarlijkse sponsoring van het World Diamond Congress, evenals de oprichting van de International Diamond Council (IDC) voor het toezicht op de diamantbeoordeling.
Eenmaal gekocht door Sightholders (wat een handelsmerk is voor de bedrijven die een driejarig leveringscontract hebben met DTC), worden diamanten geslepen en gepolijst ter voorbereiding op de verkoop als edelstenen (‘industriële’ stenen worden beschouwd als een bijproduct van de edelsteenmarkt, ze worden gebruikt voor schuurmiddelen). Het slijpen en polijsten van ruwe diamanten is een gespecialiseerde vaardigheid die geconcentreerd is op een beperkt aantal locaties over de hele wereld. Traditionele diamantslijpcentra zijn Antwerpen, Amsterdam, Johannesburg, New York City en Tel Aviv. Onlangs zijn er diamantslijpcentra opgericht in China, India, Thailand, Namibië en Botswana. De slijpcentra met lagere arbeidskosten, met name Surat in Gujarat, India, verwerken een groter aantal kleinere karaatsdiamanten, terwijl kleinere hoeveelheden grotere of waardevollere diamanten waarschijnlijker in Europa of Noord-Amerika worden verwerkt. De recente expansie van deze industrie in India, met goedkope arbeidskrachten, heeft het mogelijk gemaakt dat kleinere diamanten als edelstenen in grotere hoeveelheden werden voorbereid dan voorheen economisch haalbaar was.
Diamanten die zijn geprepareerd als edelstenen worden verkocht op diamantbeurzen, beurzen genoemd. Er zijn op de wereld 28 geregistreerde beurzen voor diamanten. Beurzen zijn de laatste streng gecontroleerde stap in de diamantleveringsketen; groothandelaren en zelfs detailhandelaren kunnen relatief kleine partijen diamanten kopen op de beurzen, waarna ze worden geprepareerd op de uiteindelijke verkoop aan de consument. Diamanten kunnen al in sieraden worden verkocht, of los verkocht worden (“los”). Volgens de Rio Tinto Group werden de diamanten die in 2002 op de markt werden geproduceerd en vrijgegeven, gewaardeerd op US $ 9 miljard als ruwe diamant, US $ 14 miljard nadat ze waren geslepen en gepolijst, US $ 28 miljard in diamanten juwelen voor de groothandel en US $ 57 miljard in retail verkoop.
Slijpen
Gedolven ruwe diamanten worden omgezet in edelstenen door middel van een meerstaps proces dat bekend staan als “slijpen”. Diamanten zijn extreem hard, maar ook broos en kunnen door een enkele slag worden opgesplitst. Daarom wordt diamantslijpen traditioneel beschouwd als een delicate procedure die vaardigheden, wetenschappelijke kennis, hulpmiddelen en ervaring vereist. Het uiteindelijke doel is om een gefacetteerd juweel te produceren waarbij de specifieke hoeken tussen de facetten de diamantglans, dat wil zeggen de verspreiding van wit licht, zou optimaliseren, terwijl het aantal en het gebied van facetten het gewicht van het eindproduct zouden bepalen. De gewichtsvermindering bij het snijden is aanzienlijk en kan in de orde van 50% zijn. Er zijn een aantal verschillende vormen, maar de uiteindelijke beslissing wordt vaak niet alleen bepaald door wetenschappelijke, maar ook door praktische overwegingen. De diamant kan bijvoorbeeld zijn bedoeld om te worden gedragen in een ring of ketting, alleen of omringd door andere edelstenen met een bepaalde kleur en vorm. Sommigen daarvan kunnen als klassiek worden beschouwd, zoals rond, peer, marquise, ovaal, harten en pijlen, enz. Sommige zijn speciaal, geproduceerd door bepaalde bedrijven, zoals Phoenix, Cushion, Sole Mio-diamanten, enz.
Het meest tijdrovende deel van het slijpen is de analyse van de ruwe steen. Dit moet een groot aantal problemen ondervangen, is heel belangrijk en kan ervoor zorgen dat diamanten jaren meegaan, zeker in het geval van unieke diamanten. De volgende problemen worden bekeken:
- De hardheid van diamant en het vermogen om te splitsen, hangen sterk af van de kristaloriëntatie. Daarom wordt de kristallografische structuur van de te snijden diamant geanalyseerd met behulp van röntgendiffractie om de optimale snijrichtingen te kiezen.
- De meeste diamanten bevatten zichtbare niet-diamanten insluitsels en kristalfouten. De slijper moet beslissen welke fouten door het snijden moeten worden verwijderd en welke kunnen blijven zitten.
- De diamant kan worden gesplitst door een enkele, goed berekende slag van een hamer of een puntig stuk gereedschap, maar hoewel snel, is dat wel riskant. Als alternatief kan het worden gesneden met een diamantzaag, wat een betrouwbaardere maar tijdrovende procedure is.
Na het eerste slijpen wordt de diamant gevormd in talrijke polijststadia. In tegenstelling tot het slijpen, wat een belangrijke maar snelle handeling is, verwijdert polijsten materiaal door geleidelijke erosie en is het uiterst tijdrovend. De bijbehorende techniek is goed ontwikkeld; het wordt beschouwd als een routine en kan worden uitgevoerd door technici. Na het polijsten wordt de diamant opnieuw onderzocht op mogelijke onvolkomenheden, die overblijven of worden die door het proces zelf worden geïntroduceerd. Die gebreken worden verborgen door verschillende diamantverbeteringstechnieken, zoals weerpolijsten, barstvulling of slimme ordening van de steen in de sieraden. Resterende niet-diamantinsluitsels worden verwijderd door middel van laserboren en vullen van de geproduceerde holtes.
Marketing
Marketing heeft het imago van diamant als waardevol product aanzienlijk beïnvloed.
N. W. Ayer & Son, het reclamebureau dat in het midden van de 20e eeuw door De Beers werd ingehuurd, slaagde erin de Amerikaanse diamantmarkt nieuw leven in te blazen. Het bedrijf creëerde daarnaast nieuwe markten in landen waar nog geen diamanttraditie bestond. De marketing van N. W. Ayer omvatte product placement, reclame gericht op het diamantproduct zelf in plaats van het merk De Beers, en associaties met beroemdheden en royalty’s. Zonder reclame te maken voor het merk De Beers, promootte De Beers ook de diamantproducten van zijn concurrenten, maar dit maakte niet uit want De Beers domineerde de diamantmarkt in de 20e eeuw. Het marktaandeel van De Beers daalde tijdelijk naar de tweede plaats op de wereldmarkt onder Alrosa in de nasleep van de wereldwijde economische crisis van 2008, tot minder dan 29% in termen van gewonnen karaat in plaats van verkocht. De campagne duurde tientallen jaren, maar werd begin 2011 daadwerkelijk stopgezet. De Beers adverteert nog steeds met diamanten, maar de reclame promoot nu vooral zijn eigen merken of licentie productlijnen in plaats van volledig ‘generieke’ diamantproducten. De campagne was misschien het beste bekend door de slogan “diamonds are forever”. Deze slogan wordt nu gebruikt door De Beers Diamond Jewellers , een juwelenfirma die een 50% / 50% joint venture is tussen het mijnbedrijf De Beers en LVMH, het conglomeraat van luxegoederen.
Bruin gekleurde diamanten vormden een belangrijk deel van de diamantproductie en werden voornamelijk gebruikt voor industriële doeleinden. Ze werden als waardeloos beschouwd voor sieraden (zelfs niet beoordeeld op de diamantkleurenschaal). Na de ontwikkeling van Argyle-diamantmijn in Australië in 1986, en marketing, zijn bruine diamanten aanvaardbare edelstenen geworden. De verandering was grotendeels toe te schrijven aan de aantallen: de mijn Argyle, met zijn 35.000.000 karaat (7.000 kg) diamanten per jaar, is verantwoordelijk voor ongeveer één derde van globale productie van natuurlijke diamanten; 80% van Argyle-diamanten is bruin.
Industriële diamanten
Industriële diamanten worden vooral gewaardeerd om hun hardheid en thermische geleidbaarheid, waardoor veel van de gemmologische kenmerken van diamanten, zoals de 4 C’s, voor de meeste toepassingen niet relevant zijn. 80% van de ontgonnen diamanten (gelijk aan ongeveer 135.000.000 karaat (27.000 kg) per jaar) zijn ongeschikt voor gebruik als edelstenen en worden industrieel gebruikt. Naast gedolven diamanten vonden synthetische diamanten vrijwel onmiddellijk na hun uitvinding in de jaren vijftig industriële toepassingen; nog eens 570.000.000 karaat (114.000 kg) synthetische diamant wordt jaarlijks geproduceerd voor industrieel gebruik (in 2004, in 2014 is dit 4.500.000.000 karaat (900.000 kg), waarvan 90% wordt geproduceerd in China). Ongeveer 90% van diamant slijpkorrel is momenteel van synthetische oorsprong.
De grens tussen diamanten van edelsteenkwaliteit en industriediamanten is slecht gedefinieerd en hangt gedeeltelijk af van de marktomstandigheden (bijvoorbeeld als de vraag naar gepolijste diamanten hoog is, zullen sommige mindere stenen worden gepolijst tot kleine edelstenen in plaats van te worden verkocht voor industrieel gebruik). Binnen de categorie industriële diamanten is er een subcategorie bestaande uit de meest hoogwaardige, meestal ondoorzichtige stenen, die bekend staan als bort.
Industrieel gebruik van diamanten is in het verleden in verband gebracht met hun hardheid, wat diamant het ideale materiaal voor snij- en slijpwerktuigen maakt. Als het hardste bekende natuurlijk voorkomende materiaal, kan diamant worden gebruikt om materiaal, inclusief andere diamanten, te polijsten, af te snijden of weg te slijten. Gebruikelijke industriële toepassingen van deze eigenschap zijn diamantboren en -zagen en het gebruik van diamantpoeder als schuurmiddel. Minder dure industriële diamanten, bekend als bort, met meer gebreken en een slechtere kleur dan edelstenen, worden voor dergelijke doeleinden gebruikt. Diamant is niet geschikt voor het bewerken van ferrolegeringen bij hoge snelheden, omdat koolstof oplosbaar is in ijzer bij de hoge temperaturen die worden veroorzaakt door bewerking met hoge snelheden, wat leidt tot sterk toegenomen slijtage van diamantgereedschappen in vergelijking met alternatieven.
Gespecialiseerde toepassingen omvatten gebruik in laboratoria als containment voor hogedrukexperimenten (zie diamant aambeeldcel), high-performance lagers en beperkt gebruik in gespecialiseerde vensters. Met de voortdurende vooruitgang in de productie van synthetische diamanten worden toekomstige toepassingen mogelijk. De hoge thermische geleidbaarheid van diamant maakt het geschikt als een koellichaam voor geïntegreerde schakelingen in de elektronica.
Winning
Ongeveer 130.000.000 karaat (26.000 kg) worden jaarlijks aan diamanten gewonnen, met een totale waarde van bijna US $ 9 miljard, en ongeveer 100.000 kg (220.000 pond) worden jaarlijks gesynthetiseerd.
Ongeveer 49% van de diamanten is afkomstig uit Centraal- en Zuidelijk Afrika, hoewel belangrijke bronnen van het mineraal zijn ontdekt in Canada, India, Rusland, Brazilië en Australië. Ze worden gewonnen uit kimberliet en lamproiet vulkanische afzettingen, die diamantkristallen naar boven kunnen brengen, afkomstig van diep in de aarde, waar hoge druk en temperatuur de diamanten in staat stelt om naar het oppervlak te komen. De winning en distributie van natuurlijke diamanten zijn onderwerp van regelmatige controverse, zoals bezorgdheid over de verkoop van bloeddiamanten of conflictdiamanten door Afrikaanse paramilitaire groepen. De diamantleveringsketen wordt gecontroleerd door een beperkt aantal machtige bedrijven en is ook sterk geconcentreerd op een klein aantal locaties over de hele wereld.
Slechts een zeer klein deel van het diamanterts bestaat uit echte diamanten. Het erts wordt verbrijzeld, waarbij erop wordt toegezien dat grotere diamanten niet worden vernietigd en vervolgens gesorteerd op dichtheid. Tegenwoordig worden diamanten uit de diamantrijke dichtheidsfractie gehaald met behulp van röntgenfluorescentie, waarna de laatste sorteerstappen met de hand worden uitgevoerd. Voordat het gebruik van röntgenstralen gemeengoed werd, werd de scheiding uitgevoerd met vetbanden; diamanten hebben een sterkere neiging om zich aan vet te hechten dan de andere mineralen in het erts.
Historisch gezien werden diamanten alleen aangetroffen in alluviale afzettingen in het district Guntur en Krishna van de Krishna-rivierdelta in Zuid-India. India was wereldmarktleider in diamantproductie vanaf het moment van hun ontdekking in ongeveer de 9e eeuw voor Christus tot het midden van de 18e eeuw na Christus, maar het commerciële potentieel van deze bronnen was eind van de 18e eeuw uitgeput en sindsdien werd India overschaduwd door Brazilië, waar in 1725 de eerste niet-Indiase diamanten werden gevonden. Momenteel bevindt een van de meest prominente Indiase mijnen zich in Panna.
Diamantwinning van primaire afzettingen (kimberlieten en lamproieten) begon in de jaren 1870 na de ontdekking van de Diamond Fields in Zuid-Afrika. De productie is in de loop van de tijd toegenomen en sinds die tijd is er een totaal van 4.500.000.000 karaat (900.000 kg) gewonnen. Twintig procent daarvan is in de afgelopen vijf jaar gewonnen en de afgelopen tien jaar zijn negen nieuwe mijnen in productie gegaan; er wachten er nog vier om snel te worden geopend. De meeste van deze mijnen bevinden zich in Canada, Zimbabwe, Angola en een in Rusland.
In de Verenigde Staten zijn diamanten aangetroffen in Arkansas, Colorado, New Mexico, Wyoming en Montana. In 2004 leidde de ontdekking van een microscopische diamant in de VS tot de massapopname van kimberlietpijpen in januari 2008 in een afgelegen deel van Montana. Het Crater of Diamonds State Park in Arkansas is open voor het publiek en is de enige mijn ter wereld waar leden van het publiek naar diamanten kunnen graven.
Tegenwoordig zijn de meeste commercieel rendabele diamantvoorraden te vinden in Rusland (meestal in de Republiek Sakha, bijvoorbeeld Mir mijn en Udachnaya mijn), Botswana, Australië (Noord-en West-Australië) en de Democratische Republiek Congo. In 2005 produceerde Rusland bijna een vijfde van de wereldwijde diamantproductie, volgens de British Geological Survey. Australië heeft de rijkste diamanthoudende mijn, met productie van de Argyle-diamantmijn die op piekniveau 42 metrische ton per jaar haalde, in de jaren 1990. Er worden ook actief commerciële afzetting ontgonnen in de Northwest Territories van Canada en Brazilië. Diamantzoekers blijven de wereld afspeuren op zoek naar diamanthoudende kimberliet- en lamproietpijpen.
Politieke issues
In enkele van de meer politiek instabiele Centraal-Afrikaanse en West-Afrikaanse landen hebben revolutionaire groepen de controle over diamantmijnen overgenomen, waarbij ze de opbrengst van de verkoop van diamanten hebben gebruikt om hun activiteiten te financieren. Diamanten die via dit proces worden verkocht, worden conflictdiamanten of bloeddiamanten genoemd.
Als antwoord op de bezorgdheid van het publiek dat hun diamantaankopen bijdroegen aan oorlog en schendingen van de mensenrechten in Centraal- en West-Afrika, introduceerden de Verenigde Naties, de diamantindustrie en de diamantenhandelsnaties in 2002 het Kimberley-proces. Het Kimberley-proces heeft tot doel ervoor te zorgen dat conflictdiamanten niet vermengd raken met de diamanten die niet door dergelijke rebellengroepen worden beheerst. Dit gebeurt door van de diamantproducerende landen te eisen dat ze bewijzen dat het geld dat ze verdienen met de verkoop van de diamanten niet wordt gebruikt om criminele of revolutionaire activiteiten te financieren. Hoewel het Kimberley-proces gematigd succesvol is geweest in het beperken van het aantal conflictdiamanten dat op de markt komt, vinden sommigen nog steeds hun weg naar binnen. Volgens de International Diamond Manufacturers Association vertegenwoordigen conflictdiamanten 2-3% van alle verhandelde diamanten. Twee grote tekortkomingen hinderen nog steeds de doeltreffendheid van het Kimberley-proces: (1) het relatieve gemak van het smokkelen van diamanten over de Afrikaanse grenzen, en (2) de gewelddadige aard van diamantwinning in landen die zich niet in een technische staat van oorlog bevinden en waarvan de diamanten daarom als “schoon” beschouwd.
De Canadese regering heeft een instantie opgericht die bekend staat als de Canadese Diamond Code of Conduct om Canadese diamanten te verifiëren. Dit is een streng volgsysteem voor diamanten en helpt om het ‘conflictvrije’ label van Canadese diamanten te beschermen.
Synthetica, nabootsingen en verbeteringen
Synthetische diamanten zijn diamanten vervaardigd in een laboratorium, in tegenstelling tot diamanten gedolven van de aarde. Het gemologische en industriële gebruik van diamant heeft een grote vraag naar ruwe stenen gecreëerd. Aan deze eis is grotendeels voldaan door synthetische diamanten, die al meer dan een halve eeuw door verschillende processen worden vervaardigd. In de afgelopen jaren is het echter mogelijk geworden synthetische diamanten van synthetische edelmetalen van aanzienlijke grootte te produceren. Het is mogelijk om kleurloze synthetische edelstenen te maken die op moleculair niveau identiek zijn aan natuurstenen en zo visueel vergelijkbaar zijn dat alleen een edelsteenkundige met speciale apparatuur het verschil kan zien.
De meeste in de handel verkrijgbare synthetische diamanten zijn geel en worden geproduceerd door zogenaamde hogedruk-hogetemperatuur (HPHT) -processen. De gele kleur wordt veroorzaakt door stikstofverontreinigingen. Andere kleuren kunnen ook worden gereproduceerd, zoals blauw, groen of roze, die het resultaat zijn van de toevoeging van boor of van bestraling na synthese.
Een andere populaire methode voor het vervaardigen van synthetische diamant is chemische dampafzetting (CVD). De vervaardiging vindt plaats onder lage druk (onder atmosferische druk). Het omvat het toevoegen van een mengsel van gassen (meestal 1 tot 99 methaan aan waterstof) in een kamer en deze te splitsen tot chemisch actieve radicalen in een plasma dat wordt aangestoken door microgolven, hete gloeidraad, boogontlading, lastoorts of laser. Deze methode wordt meestal gebruikt voor coatings, maar kan ook enkele kristallen van verschillende millimeters produceren (zie afbeelding).
Vanaf 2010 zijn bijna alle 5.000 miljoen karaat (1.000 ton) synthetische diamanten die per jaar worden geproduceerd voor industrieel gebruik. Ongeveer 50% van de 133 miljoen karaat natuurlijke diamanten die per jaar worden gewonnen, zijn voor industrieel gebruik. De kosten van mijnbouwbedrijven bedragen gemiddeld $ 40 tot $ 60 per karaat voor natuurlijke kleurloze diamanten, terwijl de kosten van synthetische fabrikanten gemiddeld $ 2.500 per karaat bedragen voor synthetische, gem-kwaliteit kleurloze diamanten. Een koper heeft echter meer kans om een synthetische te tegen te komen wanneer deze op zoek is naar een mooi-gekleurde diamant, omdat bijna alle synthetische diamanten gekleurd zijn, terwijl slechts 0,01% van de natuurlijke diamanten dat zijn.
Nabootsingen
Een diamantnabootsing is een niet-diamantmateriaal dat wordt gebruikt om het uiterlijk van een diamant te simuleren, en kan diamante worden genoemd. Zirkonia is de meest voorkomende. De edelsteen moissaniet (siliciumcarbide) kan worden gezien als nabootsing, hoewel deze duurder om te produceren is dan zirkonia. Beide worden synthetisch geproduceerd.
Verbeteringen
Diamantverbeteringen zijn specifieke behandelingen die uitgevoerd worden op natuurlijke of synthetische diamanten (meestal op diamanten die al geslepen en gepolijst zijn tot een edelsteen), die zijn ontworpen om de kenmerken van de steen op een of meer manieren te verbeteren. Deze omvatten het boren van de laser om insluitsels te verwijderen, het aanbrengen van afdichtmiddelen om barsten te vullen, behandelingen om de kleurkwaliteit van een witte diamant te verbeteren, en behandelingen om mooie kleuren aan een witte diamant te geven.
Diamantverbeteringen zijn specifieke behandelingen die uitgevoerd worden op natuurlijke of synthetische diamanten (meestal op diamanten die al geslepen en gepolijst zijn tot een edelsteen), die zijn ontworpen om de kenmerken van de steen op een of meer manieren te verbeteren. Deze omvatten het boren van de laser om insluitsels te verwijderen, het aanbrengen van afdichtmiddelen om barsten te vullen, behandelingen om de kleurkwaliteit van een witte diamant te verbeteren, en behandelingen om mooie kleuren aan een witte diamant te geven.
Identificatie
Vroege diamantidentificatieproeven bestonden uit een krastest op basis van de superieure hardheid van diamant. Deze test is destructief, omdat een diamant een andere diamant kan krassen en tegenwoordig wordt dit nog maar zelden wordt gebruikt. In plaats daarvan vertrouwt men bij diamantidentificatie op de superieure thermische geleidbaarheid van diamanten. Elektronische thermische sondes worden veel gebruikt in de edelsteencentra om diamanten van hun imitaties te kunnen onderscheiden. Deze sondes bestaan uit een paar batterij-gevoede thermistors gemonteerd in een fijne koperen punt. Eén thermistor functioneert als een verwarmingsapparaat terwijl de andere de temperatuur van de koperen tip meet: als de steen die wordt getest een diamant is, zal deze de thermische energie van de punt snel genoeg geleiden om een meetbare temperatuurdaling te produceren. Deze test duurt ongeveer 2-3 seconden.
Terwijl de thermische sonde diamanten van de meeste van hun nabootsingen kan scheiden, onderscheid kan maken tussen verschillende soorten diamant, bijvoorbeeld synthetisch of natuurlijk, bestraald of niet-bestraald, enz., zijn er ook meer geavanceerde, optische technieken. Die technieken worden ook gebruikt voor sommige diamantnabootsingen, zoals siliciumcarbide, die de thermische geleidbaarheidstest doorstaan. Optische technieken kunnen onderscheid maken tussen natuurlijke diamanten en synthetische diamanten. Ze kunnen ook de overgrote meerderheid van behandelde natuurlijke diamanten identificeren. “Perfecte” kristallen (atoomrooster niveau) zijn nooit gevonden, dus zowel natuurlijke als synthetische diamanten hebben altijd karakteristieke onvolkomenheden, die voortkomen uit de omstandigheden van hun kristalgroei, die hen in staat stellen om van elkaar te onderscheiden.
Laboratoria gebruiken technieken zoals spectroscopie, microscopie en luminescentie onder kortegolf ultraviolet licht om de oorsprong van een diamant te bepalen. Ze gebruiken ook speciaal gemaakte instrumenten om hen te helpen bij het identificatieproces. Twee zeefinstrumenten zijn de DiamondSure en de DiamondView, beide geproduceerd door de DTC en op de markt gebracht door de GIA.
Verschillende methoden worden gebruikt voor het identificeren van synthetische diamanten kunnen, afhankelijk van de productiemethode en de kleur van de diamant. CVD-diamanten kunnen meestal worden geïdentificeerd door een oranje fluorescentie. D-J gekleurde diamanten kunnen worden gescreend door de Diamond Spotter van het Swiss Gemmological Institute. Stenen in het D-Z-kleurenbereik kunnen worden onderzocht met behulp van de DiamondSure UV / visible spectrometer, een instrument dat is ontwikkeld door De Beers. Daarnaast hebben natuurlijke diamanten meestal kleine onvolkomenheden, zoals insluitsels van vreemd materiaal, die niet worden waargenomen in synthetische diamanten.
Screeningsapparaten op basis van diamanttype detectie kunnen worden gebruikt om een onderscheid te maken tussen diamanten die natuurlijk zijn en diamanten die potentieel synthetisch zijn. Die potentieel synthetische diamanten vereisen meer onderzoek in een gespecialiseerd laboratorium. Voorbeelden van commerciële screening-apparaten zijn D-Screen (WTOCD / HRD Antwerpen) en Alpha Diamond Analyzer (Bruker / HRD Antwerpen).
Gestolen diamanten
Af en toe vinden er grote diefstallen van diamanten plaats. In februari 2013 voerden gewapende overvallers een overval uit op Brussels Airport en ontsnapten met edelstenen die naar schatting $ 50 miljoen (£ 32 miljoen, 37 miljoen euro) waard waren. De bende brak door een hek en plunderde het vrachtruim van een Zwitsers vliegtuig. De bende is sindsdien gearresteerd en grote hoeveelheden contant geld en diamanten konden worden teruggehaald.
De identificatie van gestolen diamanten levert een reeks moeilijke problemen op. Ruwe diamanten hebben een onderscheidende vorm afhankelijk van of hun bron een mijn is of van een alluviale omgeving zoals een strand of rivier. Alluviale ruiten hebben gladdere oppervlakken dan wanneer deze zijn gedolven. Het bepalen van de herkomst van geslepen en gepolijste stenen is veel complexer.
Het Kimberley-proces is ontwikkeld om de handel in ruwe diamanten te volgen en te voorkomen dat ze worden gebruikt om geweld te financieren. Vóór de export worden ruwe diamanten gecertificeerd door de overheid van het land van herkomst. Sommige landen, zoals Venezuela, zijn geen partij bij de overeenkomst. Het Kimberley-proces is niet van toepassing op de lokale verkoop van ruwe diamant binnen een land.
Diamanten kunnen worden geëtst door laser met tekens onzichtbaar voor het blote oog. Lazare Kaplan, een in de VS gevestigd bedrijf, heeft deze methode ontwikkeld. Wat op een diamant is gemarkeerd, kan echter gemakkelijk worden verwijderd.
