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Diamant

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Diamant
Aus einem schwarzen Felsen ragt ein klarer oktaedrischer Stein heraus.
Die leicht unförmige oktaedrische Form dieses rauen Diamantkristalls in der Matrix ist typisch für das Mineral. Seine glänzenden Gesichter weisen auch darauf hin, dass dieser Kristall aus einer Primärablagerung stammt.
Allgemeines
KategorieEinheimische Mineralien
Formel
(Wiederholungseinheit)
C.
Strunz-Klassifikation1.CB.10a
Dana Klassifizierung1.3.6.1
KristallsystemKubisch
KristallklasseHexoktaedrisches (m 3 m)
HM-Symbol : (4 / m 3 2 / m)
RaumgruppeF d 3 m (Nr. 227)
Struktur
Jmol (3D)Interaktives Bild
Identifizierung
Formelmasse12,01  g / mol
FarbeTypischerweise gelb, braun oder grau bis farblos. Weniger häufig blau, grün, schwarz, durchscheinend weiß, rosa, violett, orange, lila und rot.
KristallgewohnheitOktaeder
TwinningSpinellgesetz üblich (ergibt "Macle")
Dekollete111 (perfekt in vier Richtungen)
FrakturUnregelmäßig / ungleichmäßig
Mohs- Skalenhärte10 (Mineral definieren)
LüsterAdamantin
StreifenFarblos
DurchsichtigkeitTransparent bis subtransparent bis durchscheinend
Spezifisches Gewicht3,52 ± 0,01
Dichte3.5–3,53  g / cm 3
Polnischer GlanzAdamantin
Optische EigenschaftenIsotrop
Brechungsindex2,418 (bei 500 nm)
DoppelbrechungKeiner
PleochroismusKeiner
Dispersion0,044
SchmelzpunktDruckabhängig
Verweise[1] [2]

Diamant ist eine feste Form des Elements Kohlenstoff, dessen Atome in einer Kristallstruktur angeordnet sind, die als Diamantkubik bezeichnet wird . Bei Raumtemperatur und Druck ist eine andere feste Form von Kohlenstoff, die als Graphit bekannt ist, die chemisch stabile Form von Kohlenstoff, aber Diamant wandelt sich fast nie in Kohlenstoff um. Diamant hat die höchste Härte und Wärmeleitfähigkeit aller natürlichen Materialien. Diese Eigenschaften werden in wichtigen industriellen Anwendungen wie Schneid- und Polierwerkzeugen genutzt. Sie sind auch der Grund dafür, dass Diamantambosszellen Materialien einem Druck aussetzen können, der tief in der Erde herrscht.

Da die Anordnung der Atome in Diamant extrem starr ist, können nur wenige Arten von Verunreinigungen ihn verunreinigen (zwei Ausnahmen sind Bor und Stickstoff ). Eine geringe Anzahl von Defekten oder Verunreinigungen (etwa eine pro Million Gitteratome) färbt sich diamantblau (Bor), gelb (Stickstoff), braun (Defekte), grün (Strahlenexposition), lila, rosa, orange oder rot. Diamant hat auch eine relativ hohe optische Streuung (Fähigkeit, Licht verschiedener Farben zu streuen).

Die meisten natürlichen Diamanten sind zwischen 1 und 3,5 Milliarden Jahre alt. Die meisten wurden in Tiefen zwischen 150 und 250 Kilometern im Erdmantel gebildet , obwohl einige aus einer Tiefe von 800 Kilometern stammen. Unter hohem Druck und hoher Temperatur lösten kohlenstoffhaltige Flüssigkeiten verschiedene Mineralien und ersetzten sie durch Diamanten. In jüngerer Zeit (vor zehn bis hundert Millionen Jahren) wurden sie bei Vulkanausbrüchen an die Oberfläche gebracht und in magmatischen Gesteinen abgelagert , die als Kimberlite und Lamproite bekannt sind .

Synthetische Diamanten können aus hochreinem Kohlenstoff unter hohen Drücken und Temperaturen oder aus Kohlenwasserstoffgas durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD) gezüchtet werden . Imitationsdiamanten können auch aus Materialien wie Zirkonia und Siliciumcarbid hergestellt werden . Natürliche, synthetische und nachgeahmte Diamanten werden am häufigsten mithilfe optischer Techniken oder Wärmeleitfähigkeitsmessungen unterschieden.

Materialeigenschaften

Diamant ist eine feste Form von reinem Kohlenstoff, dessen Atome in einem Kristall angeordnet sind. Fester Kohlenstoff kommt in verschiedenen Formen vor, die als Allotrope bekannt sind, abhängig von der Art der chemischen Bindung. Die beiden häufigsten Allotrope von reinem Kohlenstoff sind Diamant und Graphit . In Graphit sind die Bindungen sp 2 -Orbitalhybride und die Atome bilden sich in Ebenen, die jeweils an drei nächste Nachbarn im Abstand von 120 Grad gebunden sind. In Diamant sind sie sp 3 und die Atome bilden Tetraeder, die jeweils an vier nächste Nachbarn gebunden sind. [3] [4]Tetraeder sind starr, die Bindungen sind stark und von allen bekannten Substanzen hat Diamant die größte Anzahl von Atomen pro Volumeneinheit, weshalb er sowohl am härtesten als auch am wenigsten komprimierbar ist . [5] [6] Es hat auch eine hohe Dichte, die von 3150 bis 3530 Kilogramm pro Kubikmeter (über die dreifache Dichte von Wasser) in natürlichen Diamanten und 3520 kg / m 3 in reinem Diamant reicht. [1] In Graphit sind die Bindungen zwischen den nächsten Nachbarn noch stärker, aber die Bindungen zwischen den Ebenen sind schwach, sodass die Ebenen leicht aneinander vorbeigleiten können. Somit ist Graphit viel weicher als Diamant. Die stärkeren Bindungen machen Graphit jedoch weniger brennbar. [7]

Diamanten wurden aufgrund der außergewöhnlichen physikalischen Eigenschaften des Materials für viele Anwendungen angepasst. Von allen bekannten Substanzen ist es die härteste und am wenigsten komprimierbare. Es hat die höchste Wärmeleitfähigkeit und die höchste Schallgeschwindigkeit. Es hat eine geringe Haftung und Reibung und einen extrem niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten . Seine optische Transparenz erstreckt sich vom fernen Infrarot bis zum tiefen Ultraviolett und weist eine hohe optische Dispersion auf . Es hat auch einen hohen elektrischen Widerstand. Es ist chemisch inert, reagiert nicht mit den meisten ätzenden Substanzen und weist eine ausgezeichnete biologische Verträglichkeit auf. [8]

Thermodynamik

Theoretisch vorhergesagtes Phasendiagramm von Kohlenstoff

Die Gleichgewichtsdruck- und Temperaturbedingungen für einen Übergang zwischen Graphit und Diamant sind theoretisch und experimentell gut bekannt. Der Druck ändert sich linear zwischen1,7  GPa bei0 K und12 GPa bei5000 K (der Diamant / Graphit / Flüssigkeit- Tripelpunkt ). [9] [10] Die Phasen haben jedoch einen weiten Bereich um diese Linie, in dem sie koexistieren können. Bei normaler Temperatur und normalem Druck , 20 ° C (293 K) und 1 Standardatmosphäre (0,10 MPa) ist die stabile Phase des Kohlenstoffs Graphit, aber Diamant ist metastabil und seine Umwandlungsrate in Graphit ist vernachlässigbar. [6] Bei Temperaturen über etwa4500 K wandelt sich Diamant schnell in Graphit um. Die schnelle Umwandlung von Graphit in Diamant erfordert Drücke weit über der Gleichgewichtslinie: at2000 K , ein Druck von35 GPa werden benötigt. [9]

Oberhalb des Tripelpunktes steigt der Schmelzpunkt von Diamant mit zunehmendem Druck langsam an; aber bei Drücken von Hunderten von GPa nimmt es ab. [11] Bei hohen Drücken haben Silizium und Germanium eine kubisch raumzentrierte BC8 - Kristallstruktur, und eine ähnliche Struktur wird für Kohlenstoff bei hohen Drücken vorhergesagt. BeimBei 0 K wird vorausgesagt, dass der Übergang bei erfolgt1100 GPa . [12]

Forschungsergebnisse, die 2010 in einem Artikel in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht wurden, legen nahe, dass sich Diamant bei ultrahohen Drücken und Temperaturen (etwa 10 Millionen Atmosphären oder 1 TPa und 50.000 ° C) wie eine metallische Flüssigkeit verhält. Die dafür erforderlichen extremen Bedingungen sind bei den Gasriesen von Neptun und Uranus vorhanden . Beide Planeten bestehen zu ungefähr 10 Prozent aus Kohlenstoff und könnten hypothetisch Ozeane mit flüssigem Kohlenstoff enthalten. Da große Mengen metallischer Flüssigkeit das Magnetfeld beeinflussen können, könnte dies als Erklärung dafür dienen, warum die geografischen und magnetischen Pole der beiden Planeten nicht ausgerichtet sind. [13] [14]

Kristallstruktur

Diamant-Einheitszelle, die die tetraedrische Struktur zeigt.

Die häufigste Kristallstruktur von Diamant wird als kubischer Diamant bezeichnet . Es besteht aus Einheitszellen (siehe Abbildung), die zusammengestapelt sind. Obwohl die Figur 18 Atome enthält, wird jedes Eckatom von acht Einheitszellen und jedes Atom in der Mitte eines Gesichts von zwei geteilt, sodass insgesamt acht Atome pro Einheitszelle vorhanden sind. [15] Jede Seite der Einheitszelle hat eine Länge von 3,57  Angström . [16]

Ein kubisches Diamantgitter kann als zwei sich gegenseitig durchdringende flächenzentrierte kubische Gitter betrachtet werden, von denen eines um 1/4 der Diagonale entlang einer kubischen Zelle verschoben ist, oder als ein Gitter mit zwei Atomen, die jedem Gitterpunkt zugeordnet sind. [16] Aus einer <1 1 1> -Kristallrichtung betrachtet besteht es aus Schichten, die in einem sich wiederholenden ABCABC ... -Muster gestapelt sind. Diamanten können auch eine ABAB ... -Struktur bilden, die als hexagonaler Diamant oder Lonsdaleit bekannt ist. Dies ist jedoch weitaus seltener und wird unter anderen Bedingungen als kubischer Kohlenstoff gebildet. [17]

Kristallgewohnheit

Eine Seite eines ungeschnittenen oktaedrischen Diamanten zeigt Trigonen (mit positivem und negativem Relief), die durch natürliches chemisches Ätzen gebildet wurden

Diamanten kommen am häufigsten als euhedrische oder abgerundete Oktaeder und Zwillingsoktaeder vor, die als Macles bekannt sind . Da die Kristallstruktur des Diamanten eine kubische Anordnung der Atome aufweist, haben sie viele Facetten , die zu einem Würfel , Oktaeder, Rhombicosidodekaeder , Tetrakishexaeder oder Disdyakis-Dodekaeder gehören . Die Kristalle können abgerundete und nicht ausdrucksstarke Kanten haben und können länglich sein. Diamanten (insbesondere solche mit abgerundeten Kristallflächen) sind üblicherweise mit Nyf beschichtet , einer undurchsichtigen gummiartigen Haut. [18]

Einige Diamanten haben undurchsichtige Fasern. Sie werden als undurchsichtig bezeichnet, wenn die Fasern aus einem klaren Substrat wachsen, oder als faserig, wenn sie den gesamten Kristall einnehmen. Ihre Farben reichen von gelb bis grün oder grau, manchmal mit wolkenartigen weißen bis grauen Verunreinigungen. Ihre häufigste Form ist quaderförmig, aber sie können auch Oktaeder, Dodekaeder, Macles oder kombinierte Formen bilden. Die Struktur ist das Ergebnis zahlreicher Verunreinigungen mit Größen zwischen 1 und 5 Mikrometern. Diese Diamanten bildeten sich wahrscheinlich in Kimberlit-Magma und beprobten die flüchtigen Bestandteile. [19]

Diamanten können auch polykristalline Aggregate bilden. Es gab Versuche, sie in Gruppen mit Namen wie Boart , Ballas , Stewartite und Framesite zu klassifizieren, aber es gibt keine allgemein akzeptierten Kriterien. [19] Carbonado, ein Typ, bei dem die Diamantkörner gesintert wurden (durch Anwendung von Wärme und Druck geschmolzen, ohne zu schmelzen), hat eine schwarze Farbe und ist härter als einkristalliner Diamant. [20] Es wurde noch nie in einem Vulkangestein beobachtet. Es gibt viele Theorien für seinen Ursprung, einschließlich der Bildung in einem Stern, aber keinen Konsens. [19] [21] [22]

Mechanische Eigenschaften

Härte

Die extreme Härte von Diamant in bestimmten Ausrichtungen macht ihn in der Materialwissenschaft nützlich, wie bei diesem pyramidenförmigen Diamanten, der in die Arbeitsfläche eines Vickers-Härteprüfers eingebettet ist .

Diamant ist das härteste bekannte natürliche Material sowohl auf der Vickers-Skala als auch auf der Mohs-Skala . Die große Härte von Diamant im Vergleich zu anderen Materialien ist seit der Antike bekannt und ist die Quelle seines Namens. Dies bedeutet nicht, dass es unendlich hart, unzerstörbar oder nicht kratzbar ist. [23] In der Tat können Diamanten von anderen Diamanten zerkratzt werden [24] und im Laufe der Zeit sogar von weicheren Materialien wie Schallplatten abgenutzt werden . [25]

Die Diamanthärte hängt von ihrer Reinheit, kristallinen Perfektion und Orientierung ab: Die Härte ist höher für makellose, reine Kristalle, die in Richtung <111> ausgerichtet sind (entlang der längsten Diagonale des kubischen Diamantgitters). [26] Während es möglich sein könnte, einige Diamanten mit anderen Materialien wie Bornitrid zu zerkratzen, können die härtesten Diamanten nur von anderen Diamanten und nanokristallinen Diamantaggregaten zerkratzt werden .

Die Härte des Diamanten trägt zu seiner Eignung als Edelstein bei. Da es nur von anderen Diamanten zerkratzt werden kann, behält es seine Politur sehr gut bei. Im Gegensatz zu vielen anderen Edelsteinen eignet es sich aufgrund seiner Kratzfestigkeit gut für den täglichen Gebrauch - was möglicherweise zu seiner Beliebtheit als bevorzugter Edelstein in Verlobungs- oder Eheringen beiträgt , die häufig täglich getragen werden.

Die härtesten natürlichen Diamanten stammen hauptsächlich aus den Feldern Copeton und Bingara in der Region New England in New South Wales , Australien. Diese Diamanten sind im Allgemeinen klein, perfekt für halbperfekte Oktaeder und werden zum Polieren anderer Diamanten verwendet. Ihre Härte ist mit der Kristallwachstumsform verbunden , die ein einstufiges Kristallwachstum ist. Die meisten anderen Diamanten weisen mehr Anzeichen für mehrere Wachstumsstadien auf, die Einschlüsse, Fehler und Defektebenen im Kristallgitter erzeugen, die alle ihre Härte beeinflussen. Es ist möglich, reguläre Diamanten unter einer Kombination aus hohem Druck und hoher Temperatur zu behandeln, um Diamanten herzustellen, die härter sind als die Diamanten, die in Härtemessgeräten verwendet werden.[27]

Zähigkeit

Etwas im Zusammenhang mit der Härte steht eine weitere Zähigkeit der mechanischen Eigenschaften , bei der es sich um die Fähigkeit eines Materials handelt, einem Bruch durch starken Aufprall zu widerstehen. Die Zähigkeit von natürlichem Diamant wurde mit 7,5–10 MPa · m 1/2 gemessen  . [28] [29] Dieser Wert ist gut im Vergleich zu anderen Keramikmaterialien, aber schlecht im Vergleich zu den meisten technischen Materialien wie technischen Legierungen, die typischerweise Zähigkeiten über 100  MPa · m 1/2 aufweisen . Wie bei jedem Material trägt die makroskopische Geometrie eines Diamanten zu seiner Bruchfestigkeit bei. Diamant hat eine Spaltungsebene und ist daher in einigen Orientierungen zerbrechlicher als in anderen. DiamantschneiderVerwenden Sie dieses Attribut, um einige Steine ​​vor dem Facettieren zu spalten. [30] "Schlagzähigkeit" ist einer der Hauptindizes zur Messung der Qualität synthetischer Industriediamanten.

Streckgrenze

Diamant hat eine Druckstreckgrenze von 130–140  GPa. [31] Dieser außergewöhnlich hohe Wert ist zusammen mit der Härte und Transparenz von Diamant der Grund dafür, dass Diamantambosszellen das Hauptwerkzeug für Hochdruckexperimente sind. [32] Diese Ambosse haben einen Druck von erreicht600 GPa . [33] Mit nanokristallinen Diamanten können viel höhere Drücke möglich sein . [32] [34]

Elastizität und Zugfestigkeit

Normalerweise führt der Versuch, Bulk-Diamantkristalle durch Spannung oder Biegung zu verformen, zu einem Sprödbruch. Wenn einkristalliner Diamant jedoch in Form von Drähten oder Nadeln im Mikro- /  Nanomaßstab (~ 100–300 Nanometer Durchmesser, Mikrometer lang) vorliegt , können sie ohne Versagen um bis zu 9–10 Prozent Zugspannung elastisch gedehnt werden [35] ] mit einer maximalen lokalen Zugspannung von 89 bis 98 GPa , [36] sehr nahe an der theoretischen Grenze für dieses Material. [37]

Elektrische Leitfähigkeit

Es gibt oder gibt auch andere spezielle Anwendungen, einschließlich der Verwendung als Halbleiter : Einige blaue Diamanten sind natürliche Halbleiter, im Gegensatz zu den meisten Diamanten, die ausgezeichnete elektrische Isolatoren sind . Die Leitfähigkeit und die blaue Farbe stammen von Borverunreinigungen. Bor ersetzt Kohlenstoffatome im Diamantgitter und spendet ein Loch in das Valenzband . [38]

Eine wesentliche Leitfähigkeit wird üblicherweise bei nominell undotiertem Diamant beobachtet, der durch chemische Gasphasenabscheidung gezüchtet wird . Diese Leitfähigkeit ist mit an der Oberfläche adsorbierten wasserstoffbezogenen Spezies verbunden und kann durch Tempern oder andere Oberflächenbehandlungen entfernt werden. [39] [40]

In einem Papier aus dem Jahr 2020 wurde berichtet, dass extrem dünne Diamantnadeln hergestellt werden können, um ihre elektronische Bandlücke durch selektive mechanische Verformung von 5,6 eV auf nahe Null zu variieren . [41]

Oberflächeneigenschaft

Diamanten sind von Natur aus lipophil und hydrophob , was bedeutet, dass die Oberfläche der Diamanten nicht mit Wasser benetzt werden kann, sondern leicht benetzt und mit Öl verklebt werden kann. Diese Eigenschaft kann genutzt werden, um Diamanten bei der Herstellung von synthetischen Diamanten mit Öl zu extrahieren. Wenn Diamantoberflächen jedoch mit bestimmten Ionen chemisch modifiziert werden, wird erwartet, dass sie so hydrophil werden, dass sie mehrere Schichten Wassereis bei menschlicher Körpertemperatur stabilisieren können . [42]

Die Oberfläche von Diamanten ist teilweise oxidiert. Die oxidierte Oberfläche kann durch Wärmebehandlung unter Wasserstoffströmung reduziert werden. Das heißt, diese Wärmebehandlung entfernt teilweise sauerstoffhaltige funktionelle Gruppen. Diamanten (sp 3 C) sind jedoch unter atmosphärischem Druck gegen hohe Temperaturen (über etwa 400 ° C (752 ° F)) instabil. Oberhalb dieser Temperatur ändert sich die Struktur allmählich in sp 2 C. Daher sollten Diamanten unter dieser Temperatur reduziert werden. [43]

Chemische Stabilität

Bei Raumtemperatur reagieren Diamanten nicht mit chemischen Reagenzien, einschließlich starker Säuren und Basen.

In einer Atmosphäre aus reinem Sauerstoff hat Diamant einen Zündpunkt im Bereich von 690 ° C bis 840 ° C. kleinere Kristalle neigen dazu, leichter zu brennen. Die Temperatur steigt von roter zu weißer Hitze und brennt mit einer hellblauen Flamme und brennt weiter, nachdem die Wärmequelle entfernt wurde. Im Gegensatz dazu hört die Verbrennung in Luft auf, sobald die Wärme abgeführt wird, da der Sauerstoff mit Stickstoff verdünnt ist. Ein klarer, makelloser, transparenter Diamant wird vollständig in Kohlendioxid umgewandelt. Verunreinigungen bleiben als Asche zurück. [44] Durch das Schneiden eines Diamanten erzeugte Wärme entzündet kein Feuer [45] und ein Zigarettenanzünder auch nicht [46].Aber Hausbrände und Lötlampen sind heiß genug. Juweliere müssen vorsichtig sein, wenn sie das Metall in einen Diamantring formen. [47]

Diamantpulver mit einer geeigneten Korngröße (etwa 50  Mikrometer) brennt nach dem Entzünden durch eine Flamme mit einem Funkenregen. Folglich können pyrotechnische Zusammensetzungen auf der Basis von synthetischem Diamantpulver hergestellt werden. Die resultierenden Funken haben die übliche rot-orange Farbe, vergleichbar mit Holzkohle, zeigen jedoch eine sehr lineare Flugbahn, die durch ihre hohe Dichte erklärt wird. [48] Diamant reagiert auch mit Fluorgas oberhalb von etwa 700 ° C (1.292 ° F).

Farbe

Braune Diamanten im National Museum of Natural History in Washington, DC
Der berühmteste farbige Diamant, der Hope Diamond .

Diamant hat eine große Bandlücke von5,5  eV entsprechend der tiefen ultravioletten Wellenlänge von 225  Nanometern. Dies bedeutet, dass reiner Diamant sichtbares Licht durchlassen und als klarer farbloser Kristall erscheinen sollte. Diamantfarben entstehen durch Gitterfehler und Verunreinigungen. Das Diamantkristallgitter ist außergewöhnlich stark und während des Wachstums können nur Atome von Stickstoff , Bor und Wasserstoff in signifikanten Konzentrationen (bis zu Atomprozent) in Diamant eingebracht werden. Übergangsmetalle Nickel und Kobalt, die üblicherweise für das Wachstum von synthetischem Diamant durch Hochdruck-Hochtemperaturtechniken verwendet werden, wurden in Diamant als einzelne Atome nachgewiesen; Die maximale Konzentration beträgt 0,01% für Nickel [49] und noch weniger für Kobalt. Nahezu jedes Element kann durch Ionenimplantation in Diamant eingeführt werden. [50]

Stickstoff ist bei weitem die häufigste Verunreinigung in Edelsteindiamanten und ist für die gelbe und braune Farbe von Diamanten verantwortlich. Bor ist für die blaue Farbe verantwortlich. [51] Farbe in Diamant hat zwei zusätzliche Quellen: Bestrahlung (normalerweise durch Alpha-Partikel), die die Farbe in grünen Diamanten verursacht, und plastische Verformung des Diamantkristallgitters. Plastische Verformung ist die Ursache für Farbe bei einigen braunen [52] und möglicherweise rosa und roten Diamanten. [53] In der Reihenfolge zunehmender Seltenheit folgt auf gelben Diamanten brauner, farbloser, dann blauer, grüner, schwarzer, rosa, orange, lila und roter Diamant. [30] "Schwarz" oder CarbonadoDiamanten sind nicht wirklich schwarz, sondern enthalten zahlreiche dunkle Einschlüsse, die den Edelsteinen ihr dunkles Aussehen verleihen. Farbige Diamanten enthalten Verunreinigungen oder strukturelle Defekte, die die Färbung verursachen, während reine oder nahezu reine Diamanten transparent und farblos sind. Die meisten Diamantverunreinigungen ersetzen ein Kohlenstoffatom im Kristallgitter , das als Kohlenstofffehler bekannt ist . Die häufigste Verunreinigung, Stickstoff, verursacht je nach Art und Konzentration des vorhandenen Stickstoffs eine leichte bis intensive Gelbfärbung. [30] Das Gemological Institute of America (GIA) klassifiziert gelbe und braune Diamanten mit niedriger Sättigung als Diamanten im normalen Farbbereichund wendet eine Bewertungsskala von "D" (farblos) bis "Z" (hellgelb) an. Diamanten einer anderen Farbe, wie z. B. Blau, werden als ausgefallene farbige Diamanten bezeichnet und fallen unter eine andere Bewertungsskala. [30]

Im Jahr 2008 erzielte der Wittelsbacher Diamant , ein blauer Diamant mit 35,56 Karat (7,112 g), der einst dem König von Spanien gehörte, bei einer Christie's-Auktion über 24 Millionen US-Dollar. [54] Im Mai 2009 erzielte ein blauer Diamant mit 7,03 Karat (1,406 g) den höchsten Preis pro Karat, der jemals für einen Diamanten gezahlt wurde, als er für 10,5 Millionen Schweizer Franken (6,97 Millionen Euro) versteigert wurde Zeit). [55] Dieser Rekord wurde jedoch im selben Jahr geschlagen: Ein lebhafter rosa Diamant mit 5 Karat (1,0 g) wurde am 1. Dezember 2009 in Hongkong für 10,8 Mio. USD verkauft. [56]

Identifizierung

Diamanten sind an ihrer hohen Wärmeleitfähigkeit zu erkennen (900–2320 W · m –1 · K –1 ). [57] Ihr hoher Brechungsindex ist ebenfalls indikativ, andere Materialien weisen jedoch eine ähnliche Brechung auf. Diamanten schneiden Glas, aber dies identifiziert einen Diamanten nicht positiv, da andere Materialien wie Quarz auf der Mohs-Skala ebenfalls über Glas liegen und es auch schneiden können. Diamanten können andere Diamanten zerkratzen, dies kann jedoch zu Schäden an einem oder beiden Steinen führen. Härteprüfungen werden in der praktischen Gemmologie aufgrund ihrer potenziell zerstörerischen Natur selten verwendet. [58]Die extreme Härte und der hohe Wert von Diamant bedeuten, dass Edelsteine ​​in der Regel langsam poliert werden. Dabei werden traditionelle Techniken und mehr Liebe zum Detail verwendet als bei den meisten anderen Edelsteinen. [59] Diese führen tendenziell zu extrem flachen, hochglanzpolierten Facetten mit außergewöhnlich scharfen Facettenkanten. Diamanten besitzen auch einen extrem hohen Brechungsindex und eine ziemlich hohe Dispersion. Zusammengenommen beeinflussen diese Faktoren das Gesamterscheinungsbild eines polierten Diamanten, und die meisten Diamanten verlassen sich immer noch auf die geschickte Verwendung einer Lupe (Lupe), um Diamanten "mit dem Auge" zu identifizieren. [60]

Geologie

Diamanten sind mit Konzentrationen von höchstens Teilen pro Milliarde im Quellgestein äußerst selten. [19] Vor dem 20. Jahrhundert wurden die meisten Diamanten in Schwemmlandvorkommen gefunden . Lose Diamanten finden sich auch entlang bestehender und alter Küstenlinien , wo sie sich aufgrund ihrer Größe und Dichte ansammeln. [61] : 149 Selten wurden sie in Gletscherkassen gefunden (insbesondere in Wisconsin und Indiana ), aber diese Lagerstätten sind nicht von kommerzieller Qualität. [61] : 19 Diese Arten von Ablagerungen wurden aus lokalisierten magmatischen Eingriffen durch Verwitterung abgeleitetund Transport durch Wind oder Wasser . [62]

Die meisten Diamanten stammen aus dem Erdmantel , und der größte Teil dieses Abschnitts behandelt diese Diamanten. Es gibt jedoch andere Quellen. Einige Blöcke der Kruste oder Terrane wurden tief genug eingegraben, als sich die Kruste verdickte, so dass sie eine Ultrahochdruckmetamorphose erlebten . Diese haben gleichmäßig verteilte Mikrodiamanten , die keine Anzeichen eines Transports durch Magma zeigen. Wenn Meteoriten auf den Boden treffen, kann die Stoßwelle außerdem Temperaturen und Drücke erzeugen, die hoch genug sind, damit sich Mikrodiamanten und Nanodiamanten bilden können. [62] Mikrodiamanten vom Aufpralltyp können als Indikator für alte Einschlagkrater verwendet werden. [63] Popigai-KraterIn Russland befindet sich möglicherweise die weltweit größte Diamantlagerstätte, die auf Billionen Karat geschätzt wird und durch einen Asteroideneinschlag gebildet wird. [64]

Ein häufiges Missverständnis ist, dass Diamanten aus hochkomprimierter Kohle gebildet werden . Kohle wird aus vergrabenen prähistorischen Pflanzen gebildet, und die meisten datierten Diamanten sind weit älter als die ersten Landpflanzen . Es ist möglich, dass sich in Subduktionszonen Diamanten aus Kohle bilden können , aber auf diese Weise gebildete Diamanten sind selten, und die Kohlenstoffquelle sind eher Carbonatgesteine und organischer Kohlenstoff in Sedimenten als Kohle. [65] [66]

Oberflächenverteilung

Geologische Provinzen der Welt. Die rosa und orangefarbenen Bereiche sind Schilde und Plattformen , die zusammen Cratons bilden.

Diamanten sind weit davon entfernt, gleichmäßig über die Erde verteilt zu sein. Eine Faustregel, die als Cliffords Regel bekannt ist, besagt, dass sie fast immer in Kimberliten im ältesten Teil von Cratons zu finden sind , den stabilen Kernen von Kontinenten mit einem typischen Alter von 2,5  Milliarden Jahren oder mehr. [62] [67] : 314 Es gibt jedoch Ausnahmen. Die Argyle-Diamantenmine in Australien , der nach Gewicht größte Diamantenproduzent der Welt, befindet sich in einem mobilen Gürtel , der auch als orogener Gürtel bezeichnet wird [68], einer schwächeren Zone, die den zentralen Kraton umgibt und einer Kompressionstektonik unterzogen wurde. Anstelle von Kimberlit ist der Host RockLamproit . Lamproite mit Diamanten, die wirtschaftlich nicht rentabel sind, kommen auch in den USA, Indien und Australien vor. [62] Darüber hinaus finden sich Diamanten im Wawa-Gürtel der kanadischen Provinz Superior und Mikrodiamanten im japanischen Inselbogen in einer Gesteinsart namens Lamprophyre . [62]

Kimberliten kommen in engen (1 bis 4 Meter) Deichen und Schwellern sowie in Rohren mit Durchmessern zwischen 75 m und 1,5 km vor. Frisches Gestein ist dunkel bläulichgrün bis grüngrau, aber nach dem Aussetzen wird es schnell braun und bröckelt. [69] Es handelt sich um Hybridgestein mit einer chaotischen Mischung aus kleinen Mineralien und Gesteinsfragmenten ( Klasten ) bis zur Größe von Wassermelonen. Sie sind eine Mischung aus Xenokristallen und Xenolithen (Mineralien und Gesteine, die von der unteren Kruste und dem Mantel getragen werden), Oberflächengesteinsstücken, veränderten Mineralien wie Serpentin und neuen Mineralien, die während des Ausbruchs kristallisierten. Die Textur variiert mit der Tiefe. Die Zusammensetzung bildet mit Karbonatiten ein KontinuumLetztere haben jedoch zu viel Sauerstoff, als dass Kohlenstoff in reiner Form vorliegen könnte. Stattdessen ist es im Mineral Calcit ( Ca C O) eingeschlossen
3
). [62]

Alle drei der Diamant tragenden Felsen (Kimberlit, lamproite und Lamprophyr) fehlen bestimmte Mineralien ( Melilith und Kalsilit ) , die mit Diamantbildung nicht kompatibel sind. In Kimberlit, Olivin ist groß und auffällig, während lamproite Ti- hat Phlogopit und Lamprophyr hat Biotit und Amphibol . Sie stammen alle von Magma-Typen, die schnell aus kleinen Mengen Schmelze ausbrechen, reich an flüchtigen Bestandteilen und Magnesiumoxid sind und weniger oxidieren als häufigere Mantelschmelzen wie Basalt . Diese Eigenschaften ermöglichen es den Schmelzen, Diamanten an die Oberfläche zu tragen, bevor sie sich auflösen.[62]

Erkundung

Diavik Mine, auf einer Insel im Lac de Gras im Norden Kanadas.

Kimberlit-Rohre können schwer zu finden sein. Sie verwittern schnell (innerhalb weniger Jahre nach der Exposition) und haben tendenziell ein geringeres topografisches Relief als das umgebende Gestein. Wenn sie in Aufschlüssen sichtbar sind, sind die Diamanten niemals sichtbar, weil sie so selten sind. In jedem Fall sind Kimberlite oft mit Vegetation, Sedimenten, Böden oder Seen bedeckt. Bei modernen Suchvorgängen helfen geophysikalische Methoden wie aeromagnetische Untersuchungen , elektrischer Widerstand und Gravimetrie dabei, vielversprechende Regionen zu identifizieren, die erforscht werden müssen. Dies wird durch Isotopendatierung und Modellierung der geologischen Geschichte unterstützt. Dann müssen Vermesser in die Gegend gehen und Proben sammeln, um nach Kimberlitfragmenten oder Indikatormineralien zu suchen. Letztere weisen Zusammensetzungen auf, die die Bedingungen widerspiegeln, unter denen sich Diamanten bilden, wie z. B. extreme Schmelzeverarmung oder hohe Drücke in Eklogiten . Indikatormineralien können jedoch irreführend sein; Ein besserer Ansatz ist die Geothermobarometrie , bei der die Zusammensetzung der Mineralien so analysiert wird, als ob sie im Gleichgewicht mit Mantelmineralien wären. [62]

Das Finden von Kimberliten erfordert Persistenz, und nur eine kleine Fraktion enthält Diamanten, die kommerziell lebensfähig sind. Die einzigen größeren Entdeckungen seit etwa 1980 waren in Kanada. Da bestehende Minen eine Lebensdauer von nur 25 Jahren haben, könnte es in Zukunft zu einem Mangel an neuen Diamanten kommen. [62]

Alter

Diamanten werden datiert, indem Einschlüsse unter Verwendung des Zerfalls radioaktiver Isotope analysiert werden. Abhängig von der Elementhäufigkeit kann man den Zerfall von Rubidium zu Strontium , Samarium zu Neodym , Uran zu Blei , Argon-40 zu Argon-39 oder Rhenium zu Osmium betrachten . Diejenigen, die in Kimberliten gefunden werden, haben ein Alter zwischen 1 und 3,5 Milliarden Jahren , und es kann mehrere Alter in demselben Kimberlit geben, was auf mehrere Episoden der Diamantbildung hinweist. Die Kimberliten selbst sind viel jünger. Die meisten von ihnen sind zwischen zehn und 300 Millionen Jahre alt, obwohl es einige ältere Ausnahmen gibt (Argyle, Premierund Wawa). Somit bildeten sich die Kimberlite unabhängig von den Diamanten und dienten nur dazu, sie an die Oberfläche zu transportieren. [19] [62] Kimberliten sind auch viel jünger als die Cratons, durch die sie ausgebrochen sind. Der Grund für das Fehlen älterer Kimberlite ist unbekannt, aber es deutet darauf hin, dass sich die Mantelchemie oder die Tektonik etwas verändert haben. In der Geschichte der Menschheit ist kein Kimberlit ausgebrochen. [62]

Herkunft im Mantel

Eklogit mit zentimetergroßen Granatkristallen .
Roter Granateinschluss in einem Diamanten. [70]

Die meisten Diamanten in Edelsteinqualität stammen aus Tiefen von 150 bis 250 km in der Lithosphäre. Solche Tiefen treten unterhalb von Cratons in Mantelkielen auf , dem dicksten Teil der Lithosphäre. Diese Regionen haben einen Druck und eine Temperatur, die hoch genug sind, um die Bildung von Diamanten zu ermöglichen, und sie konvektieren nicht. Daher können Diamanten Milliarden von Jahren gelagert werden, bis ein Kimberlit-Ausbruch sie abtastet. [62]

Wirtsgesteine ​​in einem Mantelkiel umfassen Harzburgit und Lherzolit , zwei Arten von Peridotit . Peridotit ist der dominanteste Gesteinstyp im oberen Mantel und ein magmatisches Gestein, das hauptsächlich aus den Mineralien Olivin und Pyroxen besteht . Es ist arm an Kieselsäure und reich an Magnesium . Diamanten in Peridotit überleben die Reise an die Oberfläche jedoch selten. [62] Eine weitere häufige Quelle, die Diamanten intakt hält, ist Eklogit , ein metamorphes Gestein, das sich typischerweise aus Basalt bildet, wenn eine ozeanische Platte bei a in den Mantel eintauchtSubduktionszone . [19]

Ein kleinerer Teil der Diamanten (etwa 150 wurden untersucht) stammt aus Tiefen von 330 bis 660 km, einer Region, die die Übergangszone umfasst . Sie in Eklogit gebildet , sondern sind von den Diamanten von flacheren Ursprungs zeichnen sich durch Einschlüsse von Majorit (eine Form von Granat mit überschüssigem Silizium). Ein ähnlicher Anteil an Diamanten stammt aus dem unteren Mantel in Tiefen zwischen 660 und 800 km. [19]

Diamant ist bei hohen Drücken und Temperaturen thermodynamisch stabil, wobei der Phasenübergang von Graphit bei höheren Temperaturen mit zunehmendem Druck auftritt. Unter Kontinenten wird es somit bei Temperaturen von 950  Grad Celsius und Drücken von 4,5 Gigapascal stabil , was Tiefen von 150  Kilometern oder mehr entspricht. In kälteren Subduktionszonen wird es bei Temperaturen von 800 ° C und Drücken von 3,5  Gigapascal stabil . In Tiefen von mehr als 240 km sind Eisen-Nickel-Metallphasen vorhanden, und Kohlenstoff wird wahrscheinlich entweder in ihnen oder in Form von Carbiden gelöst . Daher kann der tiefere Ursprung einiger Diamanten ungewöhnliche Wachstumsumgebungen widerspiegeln. [19] [62]

Im Jahr 2018 wurden die ersten bekannten natürlichen Proben einer Eisphase namens Ice VII als Einschlüsse in Diamantproben gefunden. Die Einschlüsse, die sich in Tiefen zwischen 400 und 800 km gebildet haben und sich über den oberen und unteren Mantel erstrecken, liefern Hinweise auf wasserreiche Flüssigkeit in diesen Tiefen. [71] [72]

Kohlenstoffquellen

Der Mantel hat ungefähr eine Milliarde Gigatonnen Kohlenstoff (zum Vergleich: Das Atmosphäre-Ozean-System hat ungefähr 44.000 Gigatonnen). [73] Der Kohlenstoff hat zwei stabile Isotope , 12 ° C und 13 ° C , in einem Massenverhältnis von ungefähr 99: 1. [62] Dieses Verhältnis hat eine große Bandbreite an Meteoriten, was impliziert, dass es auch in der frühen Erde sehr unterschiedlich war. Es kann auch durch Oberflächenprozesse wie die Photosynthese verändert werden . Die Fraktion wird im Allgemeinen mit einer Standardprobe unter Verwendung eines Verhältnisses δ 13 C verglichenausgedrückt in Teilen pro Tausend. Gemeinsame Gesteine ​​aus dem Mantel wie Basalte, Karbonatite und Kimberlite haben Verhältnisse zwischen -8 und -2. An der Oberfläche haben organische Sedimente einen Durchschnitt von –25, während Carbonate einen Durchschnitt von 0 haben. [19]

Populationen von Diamanten aus verschiedenen Quellen weisen Verteilungen von δ 13 C auf, die stark variieren. Peridotitische Diamanten liegen meist im typischen Mantelbereich; Eklogitische Diamanten haben Werte von –40 bis +3, obwohl der Peak der Verteilung im Mantelbereich liegt. Diese Variabilität impliziert, dass sie nicht aus ursprünglichem Kohlenstoff gebildet werden (der sich seit der Bildung der Erde im Mantel befunden hat). Stattdessen sind sie das Ergebnis tektonischer Prozesse, obwohl sie (angesichts des Alters der Diamanten) nicht unbedingt dieselben tektonischen Prozesse sind, die in der Gegenwart ablaufen. [62]

Bildung und Wachstum

Alterszonen in einem Diamanten. [70]

Diamanten im Mantel bilden sich durch einen metasomatischen Prozess, bei dem eine COHNS-Flüssigkeit oder -Schmelze Mineralien in einem Gestein löst und durch neue Mineralien ersetzt. (Der vage Begriff COHNS wird üblicherweise verwendet, da die genaue Zusammensetzung nicht bekannt ist.) Diamanten bilden sich aus dieser Flüssigkeit entweder durch Reduktion von oxidiertem Kohlenstoff (z. B. CO 2 oder CO 3 ) oder durch Oxidation einer reduzierten Phase wie Methan . [19]

Mit Sonden wie polarisiertem Licht, Photolumineszenz und Kathodolumineszenz kann eine Reihe von Wachstumszonen in Diamanten identifiziert werden. Das charakteristische Muster in Diamanten aus der Lithosphäre umfasst eine nahezu konzentrische Reihe von Zonen mit sehr dünnen Lumineszenzschwingungen und abwechselnden Episoden, in denen der Kohlenstoff von der Flüssigkeit resorbiert und dann wieder gezüchtet wird. Diamanten von unterhalb der Lithosphäre haben eine unregelmäßigere, fast polykristalline Textur, die die höheren Temperaturen und Drücke sowie den Transport der Diamanten durch Konvektion widerspiegelt. [62]

Transport an die Oberfläche

Diagramm eines Vulkanrohrs

Geologische Beweise stützen ein Modell, bei dem Kimberlit-Magma mit 4 bis 20 Metern pro Sekunde ansteigt und durch hydraulisches Brechen des Gesteins einen Aufwärtspfad erzeugt . Wenn der Druck abnimmt, löst sich eine Dampfphase aus dem Magma, und dies hilft, die Magmaflüssigkeit zu halten. An der Oberfläche explodiert der anfängliche Ausbruch durch Risse bei hohen Geschwindigkeiten (über 200 m / s). Bei niedrigeren Drücken wird das Gestein dann erodiert, bildet ein Rohr und erzeugt fragmentiertes Gestein ( Brekzie ). Wenn der Ausbruch nachlässt, gibt es eine pyroklastische Phase, und dann entstehen durch Metamorphose und Hydratation Serpentinite . [62]

Im Weltraum

Obwohl Diamanten auf der Erde selten sind, sind sie im Weltraum sehr verbreitet. In Meteoriten liegen etwa drei Prozent des Kohlenstoffs in Form von Nanodiamanten mit Durchmessern von wenigen Nanometern vor. In der Kälte des Weltraums können sich ausreichend kleine Diamanten bilden, da sie aufgrund ihrer geringeren Oberflächenenergie stabiler als Graphit sind. Die Isotopensignaturen einiger Nanodiamanten weisen darauf hin, dass sie außerhalb des Sonnensystems in Sternen gebildet wurden. [74]

Hochdruckexperimente sagen voraus, dass große Mengen Diamanten von Methan zu einem "Diamantregen" auf den Eisriesenplaneten Uranus und Neptun kondensieren . [75] [76] [77] Einige extrasolare Planeten bestehen möglicherweise fast ausschließlich aus Diamant. [78]

Diamanten können in kohlenstoffreichen Sternen vorhanden sein, insbesondere in weißen Zwergen . Eine Theorie für den Ursprung von Carbonado , der härtesten Form von Diamant, ist, dass er aus einem weißen Zwerg oder einer Supernova stammt . [79] [80] In Sternen gebildete Diamanten könnten die ersten Mineralien gewesen sein. [81]

Industrie

Ein runder Diamant im Brillantschliff, eingefasst in einen Ring

Die bekanntesten Anwendungen von Diamanten sind heute als Edelstein für verwendet Zierde und als industrielles Schleifmittel für harte Materialien zu schneiden. Die Märkte für Diamanten in Edelstein- und Industriequalität bewerten Diamanten unterschiedlich.

Diamantenexporte nach Ländern (2014) aus dem Harvard Atlas of Economic Complexity

Diamanten in Edelsteinqualität

Die Streuung von weißem Licht in Spektralfarben ist das primäre gemologische Merkmal von Edelsteindiamanten. Im 20. Jahrhundert entwickelten Experten der Gemmologie Methoden zur Einstufung von Diamanten und anderen Edelsteinen auf der Grundlage der Eigenschaften, die für ihren Wert als Edelstein am wichtigsten sind. Vier Merkmale, die informell als die vier Cs bekannt sind , werden heute allgemein als grundlegende Deskriptoren für Diamanten verwendet: Dies sind die Masse in Karat (ein Karat entspricht 0,2  Gramm), geschnitten (die Qualität des Schnitts wird nach Proportionen und Symmetrie bewertet und polieren ), Farbe(wie nah an Weiß oder farblos; für ausgefallene Diamanten, wie intensiv ist ihr Farbton) und Klarheit (wie frei ist es von Einschlüssen ). Ein großer, makelloser Diamant ist als Vorbild bekannt . [82]

Es besteht ein großer Handel mit Diamanten in Edelsteinqualität. Obwohl die meisten Diamanten in Edelsteinqualität neu poliert verkauft werden, gibt es einen gut etablierten Markt für den Wiederverkauf polierter Diamanten (z. B. Pfandleiher, Auktionen, Second-Hand-Juweliergeschäfte, Diamanten, Börsen usw.). Ein Kennzeichen des Handels mit Diamanten in Edelsteinqualität ist seine bemerkenswerte Konzentration: Großhandel und Diamantschneiden sind auf wenige Standorte beschränkt; 2003 wurden 92% der Diamanten der Welt in Surat , Indien, geschliffen und poliert . [83] Weitere wichtige Zentren für das Schneiden und den Handel von Diamanten sind der Diamantenbezirk Antwerpen in Belgien , in dem sich das International Gemological Institute befindet, London, der Diamantenbezirkin New York City, im Diamond Exchange District in Tel Aviv und in Amsterdam. Ein Faktor, der dazu beiträgt, ist die geologische Natur der Diamantvorkommen: Mehrere große primäre Kimberlit-Rohrminen machen jeweils einen erheblichen Teil des Marktanteils aus (wie die Jwaneng-Mine in Botswana, eine einzelne große Grubenmine, die zwischen 12.500.000 und 15.000.000 fördern kann Karat (2.500 und 3.000 kg) Diamanten pro Jahr [84] ). Sekundäre alluviale Diamantvorkommen hingegen sind in der Regel unter vielen verschiedenen Betreibern fragmentiert, da sie über viele hundert Quadratkilometer verteilt werden können (z. B. alluviale Vorkommen in Brasilien). [ Zitat benötigt ]

Die Produktion und der Vertrieb von Diamanten werden weitgehend in den Händen einiger wichtiger Akteure konsolidiert und konzentrieren sich auf traditionelle Diamantenhandelszentren, von denen das wichtigste Antwerpen ist, wo 80% aller Rohdiamanten , 50% aller geschliffenen Diamanten und mehr als 50 % aller Roh-, Schliff- und Industriediamanten zusammen werden gehandhabt. [85] Dies macht Antwerpen de facto zu einer "Weltdiamantenhauptstadt". [86] In der Stadt Antwerpen befindet sich auch der Antwerpener Diamantkring , der 1929 als erste und größte Diamantenbörse für Rohdiamanten gegründet wurde. [87] Ein weiteres wichtiges Diamantenzentrum ist New York City , wo fast 80% der weltweiten Diamanten verkauft werden, einschließlich Auktionsverkäufe.[85]

Das Unternehmen De Beers als weltweit größtes Diamantenminenunternehmen nimmt eine beherrschende Stellung in der Branche ein und tut dies seit seiner Gründung im Jahr 1888 durch den britischen Geschäftsmann Cecil Rhodes . De Beers ist derzeit der weltweit größte Betreiber von Diamantenproduktionsanlagen (Minen) und Vertriebskanälen für Diamanten in Edelsteinqualität. Die Diamond Trading Company (DTC) ist eine Tochtergesellschaft von De Beers und vermarktet Rohdiamanten aus von De Beers betriebenen Minen. De Beers und seine Tochtergesellschaften besitzen Minen, die rund 40% der jährlichen weltweiten Diamantenproduktion produzieren. Während des größten Teils des 20. Jahrhunderts gingen über 80% der Rohdiamanten der Welt durch De Beers [88], aber zwischen 2001 und 2009 war die Zahl auf etwa 45% gesunken [89].Bis 2013 war der Marktanteil des Unternehmens wertmäßig weiter auf rund 38% und volumenmäßig noch geringer gesunken. [90] De Beers verkaufte den größten Teil seines Diamantenvorrats Ende der 1990er bis Anfang der 2000er Jahre. [91] Der Rest entfällt größtenteils auf Arbeitsbestände (Diamanten, die vor dem Verkauf sortiert werden). [92] Dies wurde in der Presse gut dokumentiert [93], ist aber der Öffentlichkeit wenig bekannt.

Um seinen Einfluss zu verringern, zog sich De Beers 1999 vom Kauf von Diamanten auf dem freien Markt zurück und stellte Ende 2008 den Kauf russischer Diamanten ein, die vom größten russischen Diamantenunternehmen Alrosa abgebaut wurden . [94] Ab Januar 2011 gibt De Beers an, nur Diamanten aus den folgenden vier Ländern zu verkaufen: Botswana, Namibia, Südafrika und Kanada. [95] Alrosa musste seinen Verkauf im Oktober 2008 aufgrund der globalen Energiekrise einstellen . [96] Das Unternehmen berichtete jedoch, dass es den Verkauf von Rohdiamanten auf dem freien Markt bis Oktober 2009 wieder aufgenommen hatte. [97] Abgesehen von Alrosa weitere wichtige Zu den Diamantenminenunternehmen gehört BHP Billiton, das weltweit größte Bergbauunternehmen; [98] Rio Tinto Group , Eigentümer der Diamantenminen Argyle (100%), Diavik (60%) und Murowa (78%); [99] und Petra Diamonds , die Eigentümerin mehrerer großer Diamantenminen in Afrika.

Diamantpolierer in Amsterdam

Weiter unten in der Lieferkette fungieren Mitglieder der World Federation of Diamond Bourses (WFDB) als Medium für den Austausch von Diamanten im Großhandel und handeln sowohl mit polierten als auch mit Rohdiamanten. Die WRRL besteht aus unabhängigen Diamantbörsen in großen Schneidzentren wie Tel Aviv, Antwerpen, Johannesburg und anderen Städten in den USA, Europa und Asien. [30] Im Jahr 2000 gründeten die WRRL und die International Diamond Manufacturers Association den World Diamond Council , um den Handel mit Diamanten zur Finanzierung von Kriegen und unmenschlichen Handlungen zu verhindern. Zu den zusätzlichen Aktivitäten der WFDB gehören das Sponsoring des World Diamond Congress alle zwei Jahre sowie die Einrichtung des International Diamond Council(IDC) zur Überwachung der Diamantbewertung. [ Zitat benötigt ]

Nach dem Kauf durch Sightholders (ein Markenbegriff für Unternehmen, die einen dreijährigen Liefervertrag mit DTC haben) werden Diamanten in Vorbereitung auf den Verkauf als Edelsteine ​​geschliffen und poliert („industrielle“ Steine ​​gelten als Nebenprodukt von der Edelsteinmarkt; sie werden für Schleifmittel verwendet). [100] Das Schneiden und Polieren von Rohdiamanten ist eine spezielle Fähigkeit, die sich auf eine begrenzte Anzahl von Standorten weltweit konzentriert. [100] Traditionelle Diamantschleifzentren sind Antwerpen, Amsterdam , Johannesburg, New York City und Tel Aviv. Kürzlich wurden Diamantschleifzentren in China, Indien, Thailand , Namibia und Botswana eingerichtet. [100]Schneidzentren mit niedrigeren Arbeitskosten, insbesondere Surat in Gujarat, Indien , verarbeiten eine größere Anzahl kleinerer Karat-Diamanten, während kleinere Mengen größerer oder wertvollerer Diamanten eher in Europa oder Nordamerika gehandhabt werden. Die jüngste Expansion dieser Industrie in Indien, in der kostengünstige Arbeitskräfte beschäftigt sind, hat es ermöglicht, kleinere Diamanten in größeren Mengen als Edelsteine ​​herzustellen, als dies bisher wirtschaftlich machbar war. [85]

Diamanten als Edelsteine hergestellt werden , auf Diamantenbörsen genannt verkauft Börsen . Es gibt 28 registrierte Diamantbörsen auf der Welt. [101] Börsen sind der letzte streng kontrollierte Schritt in der Diamantlieferkette. Großhändler und sogar Einzelhändler können an den Börsen relativ kleine Mengen Diamanten kaufen, wonach sie für den endgültigen Verkauf an den Verbraucher vorbereitet sind. Diamanten können bereits in Schmuck eingelegt oder ungesetzt ("lose") verkauft werden. Nach Angaben der Rio Tinto Group wurden die im Jahr 2002 produzierten und auf den Markt gebrachten Diamanten als Rohdiamanten mit 9 Mrd. USD bewertet, nach dem Schneiden und Polieren mit 14 Mrd. USD, im Großhandel mit Diamantschmuck im Wert von 28 Mrd. USD und im Einzelhandel mit 57 Mrd. USD Der Umsatz. [102]

Schneiden

Der Darya-I-Nur Diamant - ein Beispiel für ungewöhnliche Diamantschliff- und Schmuckanordnungen.

Abgebaute Rohdiamanten werden durch einen mehrstufigen Prozess, der als "Schneiden" bezeichnet wird, in Edelsteine ​​umgewandelt. Diamanten sind extrem hart, aber auch spröde und können durch einen einzigen Schlag gespalten werden. Daher wird das Diamantschneiden traditionell als heikles Verfahren angesehen, das Fähigkeiten, wissenschaftliche Kenntnisse, Werkzeuge und Erfahrung erfordert. Das Endziel besteht darin, ein facettiertes Juwel herzustellen, bei dem die spezifischen Winkel zwischen den Facetten den Diamantglanz, dh die Streuung von weißem Licht, optimieren würden, während die Anzahl und Fläche der Facetten das Gewicht des Endprodukts bestimmen würden. Die Gewichtsreduzierung beim Schneiden ist signifikant und kann in der Größenordnung von 50% liegen. [103]Es werden mehrere mögliche Formen in Betracht gezogen, aber die endgültige Entscheidung wird oft nicht nur durch wissenschaftliche, sondern auch durch praktische Überlegungen bestimmt. Zum Beispiel könnte der Diamant zur Ausstellung oder zum Tragen in einem Ring oder einer Halskette bestimmt sein, die einzeln oder umgeben von anderen Edelsteinen bestimmter Farbe und Form sind. [104] Einige von ihnen können als klassisch angesehen werden, wie z. B. Rund- , Birnen- , Marquise- , Oval- , Herz- und Pfeilendiamanten usw. Einige von ihnen sind Spezialdiamanten, die von bestimmten Unternehmen hergestellt werden, z. B. Phoenix- , Kissen- und Sole Mio- Diamanten usw. [105]

Der zeitaufwändigste Teil des Schneidens ist die vorläufige Analyse des Rohsteins. Es muss eine Vielzahl von Problemen angehen, trägt viel Verantwortung und kann daher bei einzigartigen Diamanten Jahre dauern. Die folgenden Probleme werden berücksichtigt:

  • Die Härte von Diamant und seine Fähigkeit zur Spaltung hängen stark von der Kristallorientierung ab. Daher wird die kristallographische Struktur des zu schneidenden Diamanten unter Verwendung von Röntgenbeugung analysiert , um die optimalen Schneidrichtungen zu wählen.
  • Die meisten Diamanten enthalten sichtbare Nicht-Diamant-Einschlüsse und Kristallfehler. Der Fräser muss entscheiden, welche Fehler durch das Schneiden beseitigt werden sollen und welche beibehalten werden können.
  • Der Diamant kann durch einen einzigen, gut kalkulierten Hammerschlag auf ein spitzes Werkzeug gespalten werden, was schnell, aber riskant ist. Alternativ kann es mit einer Diamantsäge geschnitten werden , was ein zuverlässigeres, aber langwierigeres Verfahren ist. [104] [106]

Nach dem ersten Schneiden wird der Diamant in zahlreichen Polierstufen geformt. Im Gegensatz zum Schneiden, das ein verantwortungsbewusster, aber schneller Vorgang ist, entfernt das Polieren Material durch allmähliche Erosion und ist äußerst zeitaufwändig. Die damit verbundene Technik ist gut entwickelt; Es wird als Routine betrachtet und kann von Technikern durchgeführt werden. [107] Nach dem Polieren wird der Diamant erneut auf mögliche Fehler untersucht, die entweder verbleiben oder durch den Prozess hervorgerufen werden. Diese Fehler werden durch verschiedene Diamantverbesserungstechniken wie Nachpolieren, Rissfüllung oder geschickte Anordnung des Steins im Schmuck verborgen . Verbleibende Nicht-Diamant-Einschlüsse werden durch Laserbohren und Füllen der erzeugten Hohlräume entfernt. [58]

Marketing

Diamond Balance Scale 0,01 - 25 Karat Juwelier Messwerkzeug

Das Marketing hat das Image von Diamant als wertvolles Gut erheblich beeinflusst.

NW Ayer & Son , die Mitte des 20. Jahrhunderts von De Beers gehaltene Werbefirma , hat den amerikanischen Diamantenmarkt wiederbelebt und neue Märkte in Ländern geschaffen, in denen es zuvor noch keine Diamanttradition gab. Das Marketing von NW Ayer umfasste Produktplatzierung , Werbung, die sich eher auf das Diamantprodukt selbst als auf die Marke De Beers konzentrierte, und Assoziationen mit Prominenten und Königen. Ohne Werbung für die Marke De Beers bewarb De Beers auch die Diamantprodukte seiner Konkurrenten. [108]Dies war jedoch kein Problem, da De Beers im gesamten 20. Jahrhundert den Diamantenmarkt dominierte. Der Marktanteil von De Beers sank nach der globalen Wirtschaftskrise von 2008 vorübergehend auf den 2. Platz auf dem Weltmarkt unter Alrosa und ging auf weniger als 29% zurück, gemessen an den abgebauten und nicht verkauften Karat. [109] Die Kampagne dauerte Jahrzehnte, wurde jedoch Anfang 2011 effektiv eingestellt. De Beers wirbt immer noch für Diamanten, aber die Werbung bewirbt jetzt hauptsächlich seine eigenen Marken oder lizenzierten Produktlinien, anstatt vollständig "generische" Diamantprodukte. [109] Die Kampagne wurde vielleicht am besten mit dem Slogan " Ein Diamant ist für immer " erfasst . [110] Dieser Slogan wird jetzt von De Beers Diamond Jewelers verwendet wird, [111]Ein Schmuckunternehmen, das zu 50% / 50% ein Joint Venture zwischen dem Bergbauunternehmen De Beers und LVMH , dem Luxusgüterkonglomerat, ist.

Braun gefärbte Diamanten machten einen bedeutenden Teil der Diamantproduktion aus und wurden überwiegend für industrielle Zwecke verwendet. Sie wurden als wertlos für Schmuck angesehen (nicht einmal auf der Diamantfarbskala bewertet). Nach der Entwicklung der Argyle-Diamantenmine in Australien im Jahr 1986 und der Vermarktung sind braune Diamanten zu akzeptablen Edelsteinen geworden. [112] [113] Die Änderung war hauptsächlich auf die Anzahl zurückzuführen: Die Argyle-Mine mit ihren Diamanten von 35.000.000 Karat (7.000 kg) pro Jahr macht etwa ein Drittel der weltweiten Produktion natürlicher Diamanten aus; [114] 80% der Argyle-Diamanten sind braun. [115]

Diamanten in Industriequalität

Ein Skalpell mit synthetischer Diamantklinge
Nahaufnahme einer Winkelschleifklinge mit winzigen Diamanten, die in das Metall eingebettet sind
Ein Diamantmesserklinge zum Schneiden von ultradünne Schnitte (typischerweise 70 bis 350 nm) für die Übertragung verwendet Elektronenmikroskopie .

Industriediamanten werden hauptsächlich wegen ihrer Härte und Wärmeleitfähigkeit bewertet, so dass viele der gemologischen Eigenschaften von Diamanten wie den 4 Cs für die meisten Anwendungen irrelevant sind. 80% der abgebauten Diamanten (entspricht etwa 135.000.000 Karat (27.000 kg) pro Jahr) sind für die Verwendung als Edelsteine ​​ungeeignet und werden industriell verwendet. [116] Neben abgebauten Diamanten fanden synthetische Diamanten fast unmittelbar nach ihrer Erfindung in den 1950er Jahren industrielle Anwendungen. Weitere 570.000.000 Karat (114.000 kg) synthetischer Diamant werden jährlich für den industriellen Einsatz hergestellt (2004; 2014 sind es 4.500.000.000 Karat (900.000 kg), von denen 90% in China hergestellt werden). Etwa 90% der Diamantschleifkorn ist derzeit synthetischen Ursprungs. [117]

Die Grenze zwischen Diamanten in Edelsteinqualität und Industriediamanten ist schlecht definiert und hängt teilweise von den Marktbedingungen ab (wenn beispielsweise die Nachfrage nach polierten Diamanten hoch ist, werden einige minderwertige Steine ​​zu minderwertigen oder kleinen Edelsteinen poliert, anstatt verkauft zu werden für den industriellen Einsatz). Innerhalb der Kategorie der Industriediamanten gibt es eine Unterkategorie, die die minderwertigsten, meist undurchsichtigen Steine ​​umfasst, die als Bort bekannt sind . [118]

Die industrielle Verwendung von Diamanten wurde in der Vergangenheit mit ihrer Härte in Verbindung gebracht, was Diamant zum idealen Material für Schneid- und Schleifwerkzeuge macht. Als das härteste bekannte natürlich vorkommende Material kann Diamant verwendet werden, um jedes Material, einschließlich anderer Diamanten, zu polieren, zu schneiden oder abzunutzen. Gemeinsame industrielle Anwendungen dieser Eigenschaft sind diamantbestückte Bohrer und Sägen, und die Verwendung von Diamantpulver als Schleifmittel . Für solche Zwecke werden weniger teure Diamanten in Industriequalität verwendet, die als Bort bekannt sind und mehr Mängel und eine schlechtere Farbe aufweisen als Edelsteine. [119] Der Diamant ist nicht geeignet für die Bearbeitung von Eisenlegierungen bei hohen Geschwindigkeiten, da Kohlenstoff bei den hohen Temperaturen, die durch Hochgeschwindigkeitsbearbeitung erzeugt werden, in Eisen löslich ist, was zu einem stark erhöhten Verschleiß der Diamantwerkzeuge im Vergleich zu Alternativen führt. [120]

Spezialisierte Anwendungen umfassen den Einsatz in Laboratorien als Containment für Hochdruck - Experimente (siehe Diamantstempelzelle ), Hochleistungslager und begrenzte Verwendung in spezialisierten Fenster . [118] Mit den anhaltenden Fortschritten bei der Herstellung synthetischer Diamanten werden zukünftige Anwendungen möglich. Die hohe Wärmeleitfähigkeit von Diamant macht es als Kühlkörper für integrierte Schaltkreise in der Elektronik geeignet . [121]

Bergbau

Jährlich werden ca. 130.000.000 Karat (26.000 kg) Diamanten mit einem Gesamtwert von fast 9 Mrd. USD abgebaut und jährlich ca. 100.000 kg (220.000 lb) synthetisiert. [122]

Etwa 49% der Diamanten stammen aus Zentral- und Südafrika , obwohl in Kanada , Indien , Russland , Brasilien und Australien bedeutende Mineralquellen entdeckt wurden . [117] Sie werden aus Kimberlit- und Lamproit-Vulkanrohren gewonnen, die Diamantkristalle aus der Tiefe der Erde, wo sie sich durch hohe Drücke und Temperaturen bilden können, an die Oberfläche bringen können. Der Abbau und die Verbreitung natürlicher Diamanten sind Gegenstand häufiger Kontroversen, beispielsweise Bedenken hinsichtlich des Verkaufs von Blutdiamanten oder Konfliktdiamanten durch afrikanische ParamilitärsGruppen. [123] Die Diamantlieferkette wird von einer begrenzten Anzahl mächtiger Unternehmen kontrolliert und ist auch an wenigen Standorten auf der ganzen Welt stark konzentriert.

Nur ein sehr kleiner Teil des Diamanterzes besteht aus tatsächlichen Diamanten. Das Erz wird zerkleinert, wobei darauf geachtet werden muss, dass größere Diamanten nicht zerstört werden, und dann nach Dichte sortiert. Heute werden Diamanten mit Hilfe der Röntgenfluoreszenz in der diamantreichen Dichtefraktion lokalisiert , wonach die letzten Sortierschritte von Hand durchgeführt werden. Bevor die Verwendung von Röntgenstrahlen üblich wurde [103], erfolgte die Trennung mit Fettbändern; Diamanten neigen stärker dazu, an Fett zu haften als die anderen Mineralien im Erz. [30]

Sibiriens Diamantenmine Udachnaya

Historisch gesehen wurden Diamanten nur in Schwemmlandvorkommen in Guntur und im Krishna-Distrikt des Krishna- Flussdeltas in Südindien gefunden . [124] Indien war von seiner Entdeckung im 9. Jahrhundert v. Chr. [125] [126] bis zur Mitte des 18. Jahrhunderts n. Chr. Weltweit führend in der Diamantenproduktion. Das kommerzielle Potenzial dieser Quellen war jedoch bis zum Ende des 18. Jahrhunderts erschöpft Jahrhundert und zu dieser Zeit wurde Indien von Brasilien verdunkelt, wo 1725 die ersten nicht-indischen Diamanten gefunden wurden. [125] Derzeit befindet sich in Panna eine der bekanntesten indischen Minen . [127]

Die Diamantengewinnung aus Primärvorkommen (Kimberlite und Lamproite) begann in den 1870er Jahren nach der Entdeckung der Diamond Fields in Südafrika. [128] Die Produktion hat im Laufe der Zeit zugenommen, und seitdem wurden insgesamt 4.500.000.000 Karat (900.000 kg) abgebaut. [129] Zwanzig Prozent dieser Menge wurden in den letzten fünf Jahren abgebaut, und in den letzten zehn Jahren haben neun neue Minen die Produktion aufgenommen. vier weitere warten darauf, bald geöffnet zu werden. Die meisten dieser Minen befinden sich in Kanada, Simbabwe, Angola und eine in Russland. [129]

In den USA wurden Diamanten in Arkansas , Colorado , New Mexico , Wyoming und Montana gefunden . [130] [131] Im Jahr 2004 führte die Entdeckung eines mikroskopisch kleinen Diamanten in den USA im Januar 2008 zur Massenprobenahme von Kimberlit-Rohren in einem abgelegenen Teil von Montana. Der Crater of Diamonds State Park in Arkansas ist für die Öffentlichkeit zugänglich und die einzige Mine der Welt, in der Mitglieder der Öffentlichkeit nach Diamanten graben können. [131]

Heute befinden sich die meisten kommerziell rentablen Diamantvorkommen in Russland (hauptsächlich in der Republik Sacha , zum Beispiel Mir-Rohr und Udachnaya-Rohr ), Botswana , Australien ( Nord- und Westaustralien ) und der Demokratischen Republik Kongo . [132] Im Jahr 2005 produzierte Russland laut British Geological Survey fast ein Fünftel der weltweiten Diamantenproduktion . Australien verfügt über das reichste diamanthaltige Rohr. Die Produktion aus der Argyle-Diamantenmine erreichte  in den 1990er Jahren Spitzenwerte von 42 Tonnen pro Jahr. [130] [133]In den Nordwest-Territorien Kanadas und Brasiliens werden auch kommerzielle Lagerstätten aktiv abgebaut . [117] Diamant-Prospektoren suchen weiterhin weltweit nach diamanthaltigen Kimberlit- und Lamproit-Rohren.

Auswirkungen auf die Umwelt

Diamant-Tonabfälle in der Lomonossow-Mine im Nordwesten Russlands [134]

Die prognostizierte Masse der Diamant-Ton-Tailings ( Saponit)), die nach der Erzverarbeitung abgelassen werden sollen, machen Millionen Tonnen aus. Besorgniserregend ist, dass, wenn Makro- und Mikrokomponenten in nicht gefährlichen Konzentrationen gefunden werden, weniger Anstrengungen in das Umweltmanagement der Rückstände unternommen werden, obwohl technogene Sedimente Aussichten auf Wiederverwendung und Verwertung bieten, die über ihre herkömmliche Entsorgung hinausgehen. Saponit ist ein anschauliches Beispiel für den Bestandteil der Rückstände, der häufig ungerecht behandelt wird. Eine Verringerung der Auswirkung der Rückstände kann durch die Wiederverwendung der gelagerten Magnesia-Tongesteine ​​erreicht werden, die aus einer saponithaltigen Suspension erhalten werden. Die elektrochemische Trennung hilft dabei, modifizierte Saponit-haltige Produkte mit hohen Mineralkonzentrationen in der Smektitgruppe, geringerer Mineralpartikelgröße, kompakterer Struktur und größerer Oberfläche zu erhalten.Diese Eigenschaften eröffnen Möglichkeiten zur Herstellung hochwertiger Keramiken und Schwermetallsorbentien aus saponithaltigen Produkten.[135] Darüber hinaus erfolgt das Schwanzschleifen bei der Herstellung des Rohmaterials für Keramik. Diese Abfallaufbereitung ist für die Verwendung von Tonzellstoff als Neutralisationsmittel von großer Bedeutung, da für die Reaktion feine Partikel erforderlich sind. Experimente zurEntsäuerung von Histosol mit der alkalischen Tonaufschlämmung zeigten, dass bei 30% des zugesetzten Zellstoffs eine Neutralisation mit einem durchschnittlichen pH-Wert von 7,1 erreicht wird, und eine Versuchsstelle mit mehrjährigen Gräsern bewies die Wirksamkeit der Technik. Darüber hinaus ist die Rückgewinnung von gestörten Flächen ein wesentlicher Bestandteil der sozialen und ökologischen Verantwortung des Bergbauunternehmens, und dieses Szenario berücksichtigt die Bedürfnisse der Gemeinde sowohl auf lokaler als auch auf regionaler Ebene. [134]

Politische Probleme

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Nicht nachhaltiger Diamantenabbau in Sierra Leone

In einigen der politisch instabileren zentralafrikanischen und westafrikanischen Länder haben revolutionäre Gruppen die Kontrolle über Diamantenminen übernommen und den Erlös aus Diamantenverkäufen zur Finanzierung ihrer Operationen verwendet. Durch diesen Prozess verkaufte Diamanten werden als Konfliktdiamanten oder Blutdiamanten bezeichnet . [123]

Als Reaktion auf den Bedenken der Öffentlichkeit , dass ihre Diamantkäufe Beitrag zum Krieg und Menschenrechtsverletzungen in zentralen und westlichen Afrika, die Vereinten Nationen , die Diamantenindustrie und die Diamant-Handelsnationen eingeführt , um den Kimberley - Prozess im Jahr 2002. [136]Der Kimberley-Prozess soll sicherstellen, dass Konfliktdiamanten nicht mit Diamanten vermischt werden, die nicht von solchen Rebellengruppen kontrolliert werden. Dazu müssen die Diamanten produzierenden Länder den Nachweis erbringen, dass das Geld, das sie mit dem Verkauf der Diamanten verdienen, nicht zur Finanzierung krimineller oder revolutionärer Aktivitäten verwendet wird. Obwohl der Kimberley-Prozess die Anzahl der auf den Markt kommenden Konfliktdiamanten nur mäßig erfolgreich begrenzt hat, finden einige immer noch Eingang. Laut der International Diamond Manufacturers Association machen Konfliktdiamanten 2–3% aller gehandelten Diamanten aus. [137]Zwei Hauptmängel behindern immer noch die Wirksamkeit des Kimberley-Prozesses: (1) die relative Leichtigkeit des Diamantenschmuggels über afrikanische Grenzen hinweg und (2) die Gewalttätigkeit des Diamantenabbaus in Ländern, die sich nicht in einem technischen Kriegszustand befinden und deren Diamanten sich befinden daher als "sauber" angesehen. [136]

Die kanadische Regierung hat eine Einrichtung namens Canadian Diamond Code of Conduct [138] eingerichtet , um die Authentifizierung kanadischer Diamanten zu unterstützen. Dies ist ein strenges Tracking-System für Diamanten und trägt zum Schutz des "konfliktfreien" Etiketts kanadischer Diamanten bei. [139]

Halbleiterindustrie

Diamond ist ein Halbleitermaterial mit extrem breiter Bandlücke mit hoher Wärmeleitfähigkeit, Trägermobilität, Durchschlagfestigkeit, das für Leistungselektronik und Hochfrequenzelektronik (RF) vielversprechend ist .

Kunststoffe, Simulanzien und Verbesserungen

Kunststoffe

Synthetische Diamanten in verschiedenen Farben, die mit der Hochdruck-Hochtemperaturtechnik gezüchtet wurden

Synthetische Diamanten sind Diamanten, die in einem Labor hergestellt werden, im Gegensatz zu Diamanten, die aus der Erde gewonnen wurden. Die gemmologischen und industriellen Verwendungen von Diamant haben eine große Nachfrage nach Rohsteinen geschaffen. Diese Nachfrage wurde zum großen Teil durch synthetische Diamanten befriedigt, die seit mehr als einem halben Jahrhundert nach verschiedenen Verfahren hergestellt werden. In den letzten Jahren ist es jedoch möglich geworden, synthetische Diamanten in Edelsteinqualität von bedeutender Größe herzustellen. [61] Es ist möglich, farblose synthetische Edelsteine ​​herzustellen, die auf molekularer Ebene mit Natursteinen identisch und optisch so ähnlich sind, dass nur ein Gemmologe mit spezieller Ausrüstung den Unterschied erkennen kann. [140]

Die meisten im Handel erhältlichen synthetischen Diamanten sind gelb und werden nach sogenannten Hochdruck-Hochtemperaturverfahren ( HPHT ) hergestellt. [141] Die gelbe Farbe wird durch Stickstoffverunreinigungen verursacht. Es können auch andere Farben wie Blau, Grün oder Rosa reproduziert werden, die aus der Zugabe von Bor oder aus der Bestrahlung nach der Synthese resultieren . [142]

Farbloser Edelstein aus Diamant, der durch chemische Gasphasenabscheidung gezüchtet wurde

Eine weitere beliebte Methode zum Züchten von synthetischem Diamant ist die chemische Gasphasenabscheidung (CVD). Das Wachstum erfolgt unter niedrigem Druck (unter Atmosphärendruck). Dabei wird ein Gemisch von Gasen (typischerweise 1 bis 99 Methan zu Wasserstoff ) in eine Kammer eingespeist und in einem Plasma, das durch Mikrowellen , heißes Filament , Lichtbogenentladung , Schweißbrenner oder Laser entzündet wird , in chemisch aktive Radikale gespalten . [143] Diese Methode wird hauptsächlich für Beschichtungen verwendet, kann aber auch Einkristalle mit einer Größe von mehreren Millimetern erzeugen (siehe Bild). [122]

Ab 2010 sind fast alle 5.000 Millionen Karat (1.000  Tonnen) synthetischer Diamanten, die pro Jahr hergestellt werden, für den industriellen Gebrauch bestimmt. Rund 50% der 133 Millionen Karat Naturdiamanten, die pro Jahr abgebaut werden, werden industriell genutzt. [140] [144] Die Ausgaben der Bergbauunternehmen betragen durchschnittlich 40 bis 60 US-Dollar pro Karat für natürliche farblose Diamanten, während die Ausgaben der synthetischen Hersteller durchschnittlich 2.500 USD pro Karat für synthetische farblose Diamanten in Edelsteinqualität betragen . [140] : 79 Es ist jedoch wahrscheinlicher, dass ein Käufer bei der Suche nach einem ausgefallenen Diamanten auf einen synthetischen Diamanten stößt, da fast alle synthetischen Diamanten ausgefallen gefärbt sind, während dies nur 0,01% der natürlichen Diamanten sind. [145]

Simulanzien

Edelsteingeschnittenes synthetisches Siliziumkarbid in einem Ring

Ein Diamantsimulans ist ein Nicht-Diamant-Material, das verwendet wird, um das Aussehen eines Diamanten zu simulieren, und kann als Diamant bezeichnet werden. Zirkonia ist am häufigsten. Der Edelstein Moissanit (Siliciumcarbid) kann als Diamantsimulans behandelt werden, ist jedoch teurer in der Herstellung als Zirkonia. Beide werden synthetisch hergestellt. [146]

Verbesserungen

Diamantverbesserungen sind spezielle Behandlungen, die an natürlichen oder synthetischen Diamanten durchgeführt werden (normalerweise solche, die bereits zu einem Edelstein geschnitten und poliert wurden), mit denen die gemmologischen Eigenschaften des Steins auf eine oder mehrere Arten verbessert werden sollen. Dazu gehören Laserbohrungen zum Entfernen von Einschlüssen, das Auftragen von Dichtungsmassen zum Füllen von Rissen, Behandlungen zur Verbesserung des Farbgrads eines weißen Diamanten und Behandlungen, um einem weißen Diamanten eine ausgefallene Farbe zu verleihen. [147]

Beschichtungen werden zunehmend verwendet, um einem Diamantsimulans wie Zirkonia ein "diamantartigeres" Aussehen zu verleihen. Eine solche Substanz ist diamantartiger Kohlenstoff - ein amorphes kohlenstoffhaltiges Material, das einige physikalische Eigenschaften aufweist, die denen des Diamanten ähnlich sind. Die Werbung legt nahe, dass eine solche Beschichtung einige dieser diamantähnlichen Eigenschaften auf den beschichteten Stein übertragen würde, wodurch das Diamantsimulans verbessert würde. Techniken wie die Raman-Spektroskopie sollten eine solche Behandlung leicht identifizieren können. [148]

Identifizierung

Frühe Diamantidentifikationstests umfassten einen Kratztest, der sich auf die überlegene Härte von Diamant stützte. Dieser Test ist zerstörerisch, da ein Diamant einen anderen Diamanten zerkratzen kann und heutzutage selten verwendet wird. Stattdessen beruht die Identifizierung von Diamanten auf seiner überlegenen Wärmeleitfähigkeit. In den gemologischen Zentren werden häufig elektronische thermische Sonden verwendet, um Diamanten von ihren Imitationen zu trennen. Diese Sonden bestehen aus einem Paar batteriebetriebener Thermistoren, die in einer feinen Kupferspitze montiert sind. Ein Thermistor fungiert als Heizvorrichtung, während der andere die Temperatur der Kupferspitze misst: Wenn der zu prüfende Stein ein Diamant ist, leitet er die Wärmeenergie der Spitze schnell genug, um einen messbaren Temperaturabfall zu erzeugen. Dieser Test dauert etwa zwei bis drei Sekunden. [149]

Während die thermische Sonde Diamanten von den meisten ihrer Simulanzien trennen kann, erfordert die Unterscheidung zwischen verschiedenen Arten von Diamanten, beispielsweise synthetischen oder natürlichen, bestrahlten oder nicht bestrahlten usw., fortgeschrittenere optische Techniken. Diese Techniken werden auch für einige Diamantsimulanzien wie Siliziumkarbid verwendet, die den Wärmeleitfähigkeitstest bestehen. Optische Techniken können zwischen natürlichen und synthetischen Diamanten unterscheiden. Sie können auch die überwiegende Mehrheit der behandelten natürlichen Diamanten identifizieren. [150] "Perfekte" Kristalle (auf Atomgitterebene) wurden nie gefunden, daher weisen sowohl natürliche als auch synthetische Diamanten immer charakteristische Mängel auf, die sich aus den Umständen ihres Kristallwachstums ergeben und die es ermöglichen, sie voneinander zu unterscheiden. [151]

Laboratorien verwenden Techniken wie Spektroskopie, Mikroskopie und Lumineszenz unter kurzwelligem ultraviolettem Licht, um den Ursprung eines Diamanten zu bestimmen. [150] Sie verwenden auch speziell angefertigte Instrumente, um sie bei der Identifizierung zu unterstützen. Zwei Screening-Instrumente sind DiamondSure und DiamondView , die beide vom DTC hergestellt und vom GIA vermarktet werden. [152]

Abhängig von der Herstellungsmethode und der Farbe des Diamanten können verschiedene Methoden zur Identifizierung synthetischer Diamanten durchgeführt werden. CVD-Diamanten können normalerweise durch eine orangefarbene Fluoreszenz identifiziert werden. DJ farbige Diamanten können durch das gescreent werden Schweizeres Gemmological Institute ‚s [153] Diamant - Spotter. Steine ​​im DZ-Farbbereich können mit dem von De Beers entwickelten DiamondSure UV / Vis-Spektrometer untersucht werden. [151] In ähnlicher Weise weisen natürliche Diamanten normalerweise geringfügige Mängel und Mängel auf, wie z. B. Einschlüsse von Fremdmaterial, die bei synthetischen Diamanten nicht zu sehen sind.

Screening-Geräte, die auf der Detektion von Diamanttypen basieren, können verwendet werden, um zwischen Diamanten, die sicherlich natürlich sind, und Diamanten, die möglicherweise synthetisch sind, zu unterscheiden. Diese potenziell synthetischen Diamanten erfordern weitere Untersuchungen in einem spezialisierten Labor. Beispiele für kommerzielle Screening-Geräte sind D-Screen (WTOCD / HRD Antwerpen), Alpha Diamond Analyzer (Bruker / HRD Antwerpen) und D-Secure (DRC Techno).

Diebstahl

Gelegentlich kommt es zu großen Diamantendiebstählen. Im Februar 2013 führten bewaffnete Räuber eine Razzia am Brüsseler Flughafen durch und flohen mit Edelsteinen im Wert von schätzungsweise 50 Mio. USD (32 Mio. GBP; 37 Mio. EUR). Die Bande durchbrach einen Begrenzungszaun und überfiel den Frachtraum eines Flugzeugs in der Schweiz. Die Bande wurde inzwischen verhaftet und große Mengen an Bargeld und Diamanten geborgen. [154]

Die Identifizierung gestohlener Diamanten ist mit einer Reihe schwieriger Probleme verbunden. Raue Diamanten haben eine besondere Form, je nachdem, ob es sich um eine Mine oder eine alluviale Umgebung wie einen Strand oder einen Fluss handelt. Alluviale Diamanten haben glattere Oberflächen als die abgebauten. Die Bestimmung der Herkunft von geschnittenen und polierten Steinen ist viel komplexer.

Der Kimberley-Prozess wurde entwickelt, um den Handel mit Rohdiamanten zu überwachen und zu verhindern, dass diese zur Finanzierung von Gewalt eingesetzt werden. Rohdiamanten werden vor dem Export von der Regierung des Herkunftslandes zertifiziert. Einige Länder wie Venezuela sind nicht Vertragspartei des Abkommens. Das Kimberley-Verfahren gilt nicht für den lokalen Verkauf von Rohdiamanten innerhalb eines Landes.

Diamanten können mit einem Laser mit für das bloße Auge unsichtbaren Markierungen geätzt werden. Lazare Kaplan , ein in den USA ansässiges Unternehmen, hat diese Methode entwickelt. Was auch immer auf einem Diamanten markiert ist, kann leicht entfernt werden. [155] [156]

Etymologie, früheste Verwendung und Entdeckung der Zusammensetzung

Der Name Diamant leitet sich vom altgriechischen ἀδάμας (adámas ) ab, "richtig", "unveränderlich", "unzerbrechlich", "ungezähmt", von ἀ- (a-), "un-" + δαμάω ( damáō ), "I. überwältigen "," ich zähme ". [157] Es wird angenommen, dass Diamanten erstmals in Indien erkannt und abgebaut wurden , wo vor vielen Jahrhunderten entlang der Flüsse Penner , Krishna und Godavari bedeutende alluviale Ablagerungen des Steins gefunden wurden . Diamanten sind in Indien seit mindestens 3.000 Jahren bekannt, höchstwahrscheinlich jedoch seit 6.000 Jahren. [125]  

Diamanten wurden seit ihrer Verwendung als religiöse Ikonen im alten Indien als Edelsteine ​​geschätzt . Ihre Verwendung in Gravurwerkzeugen stammt ebenfalls aus der frühen Menschheitsgeschichte . [158] [159] Die Popularität von Diamanten hat seit dem 19. Jahrhundert aufgrund des gestiegenen Angebots, verbesserter Schneid- und Poliertechniken, des Wachstums der Weltwirtschaft und innovativer und erfolgreicher Werbekampagnen zugenommen. [110]

1772 verwendete der französische Wissenschaftler Antoine Lavoisier eine Linse, um die Sonnenstrahlen auf einen Diamanten in einer Sauerstoffatmosphäre zu konzentrieren , und zeigte, dass das einzige Produkt der Verbrennung Kohlendioxid war , was beweist, dass Diamant aus Kohlenstoff besteht. [160] Später im Jahr 1797 wiederholte und erweiterte der englische Chemiker Smithson Tennant dieses Experiment. [161] Indem er demonstrierte, dass beim Verbrennen von Diamant und Graphit dieselbe Menge Gas freigesetzt wird, stellte er die chemische Äquivalenz dieser Substanzen fest. [59]

Siehe auch

  • Tiefer Kohlenstoffkreislauf
  • Diamantoid
  • Liste der Diamanten
    • Liste der größten Rohdiamanten
  • Liste der Mineralien
  • Superhartes Material
  • Außerirdische Diamanten

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