金刚石原生矿选矿工艺改进的探讨

田钧

（苏州中材非金属矿工业设计研究院，江苏 苏州 215004）

摘要 在金刚石原生矿选矿过程中，要保持产品的最高经济价值，必须最大限度地保护金刚石晶体的完整。为此，在建设金刚石原生矿矿山之前，首先要通过大规模的试验，测定金刚石的解离系数，再根据解离系数确定入选粒度和中矿破碎的段数、破碎比。现用的金刚石选别工艺和设备完全可以保证选矿的高回收率，不会对金刚石晶体造成破损。因此，保护金刚石晶体要靠解离过程解决，根据正确的解离系数来确定破碎比和选择相应的破碎设备，是保护金刚石晶体的重要途径。在选择破碎设备时，必须考虑金刚石虽硬但质脆易碎的特性。

关键词 金刚石；保护晶体；解离系数；原生破碎与次生破碎。

作者简介：田钧，男，教授级高级工程师，长期从事金刚石矿物加工技术的研究和设计工作。电话：0512 68265454。

与有色金属、黑色金属、煤炭等矿物的选矿提纯不同，不少非金属矿的选矿，除提高产品回收率和产品纯度外，还必须尽可能地保护矿物结构的原始状态即保护其晶体的完整。这是由非金属矿物的物理化学特性和用途所决定的，如石棉，利用的主要是它的耐火特性和纤维长度，对其产品按其长度进行分级，长纤维石棉可用于纺织、制作防护服等，售价高；而短纤维只能作石棉水泥制品、沥青充填物、用于铺路等，其价格就便宜多了。又如石墨，其精矿是按含碳量和鳞片大小来分级的，大鳞片石墨可用于制造冶金用的坩埚、石墨纸、密封垫片、电极等，而小鳞片和隐晶质石墨只能用于铸造业，大小鳞片石墨精矿的价格也相差悬殊。再如云母，最大的特类工业云母片比最小的Ⅳ类价格要高得多。还有水晶、冰洲石各类宝石等对其晶体保护更显突出。因此保护晶体是对一些非金属矿选矿的特殊要求。

保护晶体在金刚石原生矿选矿过程中尤显突出。金刚石是自然界中非常稀少的一种矿物，是碳的结晶体，属等轴晶系，六八面体对称型。金刚石的折光率很高，其新鲜解理面或人工琢磨面具有闪耀夺目的金刚石光泽，因此是宝石中的极品，其价值也是黄金、铂无法相比的。这也说明保护金刚石晶体的重要性。由纯碳结晶的金刚石是无色透明的，但一般都含有某些杂质，呈玫瑰、蓝、黄、绿、黑、紫等颜色。晶体外形完整，无色或色彩鲜艳，透明度高，无裂隙和杂质，都是宝石级的金刚石，晶体愈大价值愈高。不够宝石级的金刚石可利用其特殊硬度、抗磨性制作拉丝模、切削刀具、硬度计压头、玻璃刀、刻线笔、砂轮刀、地质钻头、锯片、砂轮、磨料等。

金刚石分为Ⅰ型和Ⅱ型两种。Ⅰ型是普通金刚石，Ⅱ型又分为Ⅱa型和Ⅱb型。Ⅱa型为热超导金刚石，Ⅱb型为半导体金刚石。Ⅱ型金刚石主要用于空间技术、电子工业和国防尖端工业。

无论是作首饰用的宝石级金刚石还是各种工业用金刚石，除用作磨料的碎钻外，都必须具有一定的完整晶体和棱角。金刚石虽然是世界上最硬的矿物，但它质脆，在冲击力作用下很容易被打碎，因此在金刚石原生矿选矿过程中保护金刚石晶体是首要的要求，只有最大限度地保护金刚石晶体，才可使企业取得最大的经济效益。较好的宝石级金刚石的价格为几万美元1 ct，若晶体被破碎，成为碎钻，只能作磨料，其价格每克拉只有几美元。这就充分说明了保护金刚石晶体的重要性。宝石级金刚石含量在不同国家不同矿山是不一样的，但总的来讲宝石级的含量更贫，一般占金刚石总量的15%左右。

金刚石生成在其母岩（金伯利岩、煌斑岩）之中，是从地下深层由灼热岩浆带上来的碳元素在高温、高压下形成的。所以金刚石原生矿的矿体多呈底部直径小上部直径大的圆筒状，称金伯利岩岩管，岩浆也可能沿裂隙涌上，呈墙状，称金伯利岩岩脉。

金刚石晶体被破碎是由两种情况造成的，第一种叫原生破碎，是金刚石晶体在地质成矿过程中造成的，是无法避免的。另一种是次生破碎，是在采、选过程中由机械作用对金刚石晶体造成的损坏。在开采过程中由于凿岩钻孔和爆破作业中所产生的金刚石晶体破碎，虽然被破碎的金刚石量是很少的，但也应尽量减少，完全避免在现在的技术条件下是难以实现的。选矿加工过程中造成的金刚石晶体破损是主要的。因此在选矿工艺中要注意保护金刚石晶体，不被或尽量不被破碎就显得相当重要。破碎作业的机械作用是破碎金刚石晶体的主要原因，而在选别作业中对金刚石晶体的破损极少。

地表的金伯利岩在自然环境中逐步风化而形成金刚石砂矿，金刚石从母岩中解脱出来，呈单体颗粒，所以不需用机械来解离，也就不存在次生破碎的问题，只需通过分选作业回收金刚石。

金伯利岩的抗压强度一般为20～70MPa（普氏硬度为2～7），常规破碎设备都能满足破碎的要求。但如何控制各段破碎的粒度，才能达到保护金刚石晶体的目的，是一直在探索的问题。首先要确定入选粒度，入选粒度过大将增加中矿再碎和选别作业的段数，导致车间成本增加，能耗加大；入选粒度过小将引起大粒级金刚石晶体受损坏。入选粒度要根据大多数大金刚石粒度来确定，还必须考虑50%的保险系数。国外一般为25～32mm，国内设计一般为18～20mm，通过这么大尺寸筛孔、形状规整的金刚石相应的重量为400 ct和50 ct，这么大的金刚石是非常罕见的，完全不会造成金刚石次生破碎。

金刚石原生矿选矿的入选粒度上限是根据地质部门试样加工资料来确定的，因为金刚石在原生矿中含量非常稀少，试样量是有限的，所以其代表性就可能不够，在生产中根据实际情况有可能需要调整。在设计建材七〇一矿二期工程（开采我国第一个金刚石岩管——胜利1号岩管）时，根据山东省第七地质队所提交的该岩管地质报告，最大金刚石颗粒不大于16mm。为了保险，入选粒度选为20mm，但在1976年至1980年期间，建材七〇一矿在选矿过程中曾选到45789 ct、40970 ct的金刚石和2106 ct、1942 ct的碎块（估计这两碎块为一颗约80 ct金刚石被碎破的）。1983年11月在原矿仓上，人工破碎大块矿石时发现了一颗11901 ct的大金刚石。因此，该矿为了保护大颗粒金刚石，已将入选粒度从20mm提高到30mm。采取措施后连续选到了大颗粒金刚石：1991年5月选到一颗6575 ct的金刚石，同年10月选到一颗6703 ct的金刚石，2005年5月选到一颗4574 ct的金刚石，2006年5月选到一颗1014695 ct的金刚石，2007年3 月23 日选到一颗3959 ct的金刚石，两天后又选到一颗7190 ct的金刚石。可见改进的效果之明显。

入选后的破碎比要根据金刚石的解离系数来确定，金刚石的解离系数是指在金刚石原生矿的破碎作业中，破碎机排矿口尺寸与在该作业中被解离出的金刚石粒度之比。它与矿石的物理机械性质有关，经过国外多年的试验，中等硬度矿石的解离系数在2～4 之间，最致密的坚硬矿石，解离系数接近1。要正确地确定金刚石的解离系数，需加工处理大量的矿石，因金刚石在金伯利岩中的含量非常低，所以必须根据加工几千吨甚至上万吨矿石所回收到的金刚石量才能够确定次生破碎率。如坦桑尼亚威廉姆逊金刚石公司，在建设生产用选矿厂之前先建了一个试验选矿厂，以进行可选性试验和确定该矿金刚石的解离系数，该厂每天可加工矿石上千吨。这项工作在国内尚未开展。一是在计划经济时代，国家不管金刚石质量，一律按国家定价收购，宝石和磨料均按每克拉680元计。这就意味着在保护金刚石晶体方面无任何要求，企业在无任何压力之下，就只顾提高回收率。把宝石变成碎钻，即或百分之百回收，又会有什么经济效益？二是那时我国经济实力还不够，没条件进行这么大规模的试验。现在情况已有了转变，而且这项工作是保护金刚石晶体的关键，应该列专题进行试验。

国外经过多年的摸索，解离金刚石必须逐步实现。也就是采用多段破碎多段选别的流程，要及时回收解离出来的单体金刚石，避免进入下一段破碎，尽量减少金刚石被破碎的几率。要根据解离系数来确定选别作业中矿再破碎时的破碎比。

在金刚石矿石破碎过程中采用的均为常规破碎设备。金刚石硬度大，是耐高压矿物，它的抗压强度比金伯利岩大100 多倍，但金刚石质脆不耐冲击，金刚石在动负荷下破碎所需能量约为静负荷的03～04倍。所以在金刚石原生矿选矿工艺中采用按挤压原理工作的破碎设备，如颚式破碎机、圆锥破碎机和对辊破碎机。但不可采用按冲击原理工作的破碎设备，如锤式破碎机、反击式破碎机等。在解离细粒中矿时，一般采用按选择性磨矿（摩擦磨矿）条件操作的球磨机或棒磨机。因为破碎机要把矿石破碎到这么小的粒度是无能为力的。在七〇一矿，我们对中矿磨矿解离金刚石做了试验，试验结果证明这一磨矿作业采用低转数（临界转数的50% 以下）、低钢球充填率（一般为03左右）、高浓度（75%左右）在选择钢球直径配比时，要适当多加些小球，同时磨机还要采用光滑衬板，就可使磨机在“泻落”状态下工作，以磨剥为主，可实现保护金刚石晶体的目的。金刚石在磨矿作业中次生破碎率将会很低。

为了简化多段破碎、多段选别的复杂流程，国内外均试图采用自磨机（无介质磨矿）。按工作原理自磨机对保护金刚石晶体是最佳设备，但通过多年的试验，实际并非想象的那样理想。首先产量比预计的低，在经济上不如多段破碎流程。在20世纪60年代，为了保护石棉纤维，我们曾在鞍山钢铁公司做了自磨机破碎石棉矿的试验。试验证明其产量低，在经济上无优势可言。自磨机的工作原理是靠矿石之间自身撞击磨剥而实现破碎的，其产量与矿石自身的比重有关，矿石相对密度越大，其产量也越大。自磨机用于相对密度大的金属矿如铁矿等，一般效果比较好，但用于相对密度轻1倍的金伯利岩、蛇纹岩等非金属矿，其产量就很低，显示不出自磨机的优越性。其次自磨机对入料粒度配比要求比较严格，不易控制，另外自磨工作过程还要产生难磨粒子，这部分难磨粒子越聚越多，使其产量直线下降，很难处理。1987年3月中国非金属矿工业总公司组织了自磨和多段破碎工艺流程试验结果现场评定会。会议决定保留多段破碎选矿工艺流程。虽然还做过液电破碎试验等，但都难以实现工业化生产。

鉴于上述情况，目前我们应在完善多段破碎多段选别流程上下功夫，首先要通过试验确定金刚石的解离系数，与此同时还要对现有破碎设备液压系统进行适当调节，使破碎机的压力既满足金伯利岩的破碎要求，又可实现对金刚石晶体的保护。

在试验过程中要在作业前、后取样，测试金刚石的破碎率，而且要分清原生破碎与次生破碎。到目前为止仍是用显微镜对破碎面进行肉眼观察鉴定，受观察者主观因素影响比较大，准确程度达不到百分之百。但尚未找到不受主观因素影响的更科学的鉴定方法，这就给研究金刚石晶体保护问题带来一定的困难。

为了减少金刚石的破碎率，建材七〇一矿还加了手选皮带（原设计考虑在粗碎矿石运输皮带上进行手选），另在中矿解离作业球磨机前增加了一台PYD900型圆锥破碎机，将中矿破碎至12mm再进入球磨机。这样降低球磨机入料粒度可提高球磨机的效率，达到节能的目的。在采取上述三项措施前金刚石的破碎率见表1，采取三项措施后金刚石的破碎率见表2。

表1 采取措施前金刚石的破碎率

表2 采取措施后金刚石的破碎率

从表2看，采取措施后金刚石的破碎率有了改善，但还不够。这证明保护金刚石晶体大有文章好做，今后最好在每采取一项措施时，在其前后分别测试金刚石的破碎率，另外，金刚石破碎率的统计应分原生破碎与次生破碎，以便于对问题的分析。

金刚石的分选技术比较成熟，因为金刚石相对密度为35，比金伯利岩重，所以粗选采用重选，曾采用过淘洗盘、跳汰机和重介质分选锥，现在主要采用先进的重介质旋流器，将大量的废石分出，然后对粗精矿再进行精选回收：根据重砂中所含重矿物的成分选用磁选、电选，抛弃一部分其他矿物；利用金刚石的亲油性和在X光照射下发光的特性采用油选和X光分选回收；最终用手选将金刚石捡出。金刚石的分选方法基本定型，今后的任务就是要改进设备，提高设备的性能，实现自动化。综上所述，金刚石晶体的保护问题，主要应在选择性破碎和解离过程中解决。

An Approach to Improvement of Processing Technology of Primary Diamond Mineral in China

Tian Jun

（Suzhou Zhongcai Design and Research Institute of Non-metallic Minerals Industry，Suzhou，Jiangsu，China）

Abstract：The author of the article considered that the completeness of the crystal of a diamond should be protected as full as possible to preserve the maxmum economical value of the diamond productTo this end，it is necessary to carry out at first a large-scale test before the construction of a mine of primary diamond mineral to determine the coefficient of liberation of diamond，and then to determine the feed size for processing，number of crushing stages of middlings and reduction ratio according to the coefficient of liberationThe applied technology and equipment for the beneficiation of diamond at present can completely ensure a high recovery ratio of diamond concentrate without damage of diamond crystalsSo，the protection of diamond crystal should be achieved through liberation processTo determine crushing ratio and select correspondent crushing equipment in accordance with the correct coefficient of liberation is an important way to protect the diamond crystalIn the selection of crushing equipment，it is necessary to take account of the characteristics of diamond that though it is hard but is easy to be crushed because of its brittle nature

Key words：diamond，protection of crystals，coefficient of liberation，primary crushing and secondary crushing

金刚石是自然界中最硬的物质，是摩氏硬度10级的唯一的矿物，所以被誉为“硬度之王”。它的抗摩硬度是刚玉的140倍，超过石英的1100倍，因而其无与伦比的硬度可想而知。 

应当指出：这里说的钻石硬度特别大，是指它抵抗外力刻划的能力强；比如玻璃刀就是用了人造钻石而可轻易划开玻璃

我们知道金刚石很“硬”，那是说金刚石的刚度大，但他的强度并不是那么大。也就是我们常说的很“脆”（类似的还有玻璃、铸铁等）。

所以尽管金刚石是自然界中最硬的物质，但是用一把锤子也可能把它敲碎。

延伸

金刚石

金刚石俗称“金刚钻”。也就是我们常说的钻石的原身，它是一种由碳元素组成的矿物，是碳元素的同素异形体。

换用锋利的钻头

1、用砂轮打磨一下刀头端面，重新开刃

2、将钻头装在大功率钻机上，钻进耐火砖等研磨性强的物体，也能起到重新开刃的效果。

3、换用锋利型钻头，如异型钻头

4、换用钻机，如转速较低，而扭矩较大的钻机

三维结构金刚石[1]俗称“金刚钻”。也就是我们常说的钻石，它是一种由纯碳组成的矿物。金刚石是自然界中最坚硬的物质，因此也就具有了许多重要的工业用途，如精细研磨材料、高硬切割工具、各类钻头、拉丝模。金刚石还被作为很多精密仪器的部件。金刚石有各种颜色，从无色到黑色都有。它们可以是透明的，也可以是半透明或不透明。多数金刚石大多带些**。金刚石的折射率非常高，色散性能也很强，这就是金刚石为什么会反射出五彩缤纷闪光的原因。金刚石在X射线照射下会发出蓝绿色荧光。金刚石仅产出于金伯利岩筒中。金伯利岩是金刚石它们的原生地岩石，其他地方的金刚石都是被河流、冰川等搬运过去的。金刚石一般为粒状。如果将金刚石加热到1000℃时， 它会缓慢地变成石墨。1977年山东省临沭县岌山乡常林的一名村民在地里发现了中国最大的金刚石（约鸡蛋黄大小，右图）。世界上最大的工业用金刚石和宝石级金刚石均产于南非，都超过3100克拉（1克拉=200毫克）其中宝石级金刚石的尺寸为10×65×5厘米，名叫“库利南”。上个世纪50年代，美国以石墨为原料，在高温高压下成功制造出人造金刚石[2]。现在人造金刚石已经广泛用于生产和生活中，只是造出大颗粒的金刚石还很困难。

金刚石金刚石化学式为c，晶体形态多呈八面体、菱形十二面体、四面体及它们的聚形，没有杂质时，无色透明，与氧反应时，也会生成二氧化碳，与石墨同属于碳的单质。金刚石晶体的键角为109°28′，是一种具有超硬、耐磨、热敏、传热导、半导体及透远等优异的物理性能，素有“硬度之王”和宝石之王的美称，金刚石的结晶体的角度是54度44分8秒。习惯上人们常将加工过的称为钻石，而未加工过的称为金刚石。在我国，金刚石之名最早见于佛家经书中。钻石是自然界中最硬物质，最佳颜色为无色，但也有特殊色，如蓝色、紫色、金**等。这些颜色的钻石稀有，是钻石中的珍品。印度是历史上最著名的金刚石出产国，现在世界上许多著名的钻石如“光明之山”，“摄政王”，“奥尔洛夫”均出自印度。金刚石的产量十分稀少，通常成品钻是采矿量的十亿分之一，因而价格十分昂贵。经过琢磨后的钻石一般有圆形、长方形、方形、椭圆形、心形、梨形、榄尖形等。世界上最重的钻石是1905年产于南非的“库里南”，重31063克拉，已被分磨成9粒小钻，其中一粒被称为“非洲之星”的库里南1号的钻石重量仍占世界名钻首位。

晶体结构：晶胞为面心立方结构，每个晶胞含有2组8个C原子。

金刚石金刚石常呈黄、褐、蓝、绿和粉红等色，但以无色的为特佳。世界上重量超过620克拉(合124克)的特大宝石级金刚石共发现10粒，其中最大的名库里南(Cullinan)，重3106克拉(合62135克)，大小5×65×10厘米，1905年发现于南非的普雷米尔岩管。中国常林钻石，重158786克拉，1977年发现于山东临沭县，列为世界名钻。世界金刚石主要产地有澳大利亚、扎伊尔、博茨瓦纳、前苏联、南非、巴西、纳米比亚、加纳、中非、塞拉利昂和中国等。

在摩氏硬度计中它是第十类。

附：我国产出的巨粒和大粒金刚石：

1971年以来的二十年中，在我国陆续发现了几颗50克拉以上和100克拉以上的金刚石，按发现时间的先后排列如下：

[1]1971年9月25日，在江苏省宿迁公路旁发现一颗重52．71克拉的金刚石。

[2]1977年12月21日， 在山东省临沭县常林大队，女社员魏振芳发现1颗重158786克拉的优质巨钻，全透明，色淡黄，可称金刚石的“中国之最”。被命名为“常林钻石”

[3]1981年8月15日，在山东郯城陈埠发现一颗124．27克拉的巨粒金刚石。被命名为“陈埠一号”。

[4]1982年9月，在山东郯城陈埠发现一颗96．94克拉的金刚石。

[5]1983年5月，在山东郯城陈埠发现一颗92．86克拉的金刚石。

[6]1983年11月14日，在山东蒙阴发现一颗119．01克拉的巨粒金刚石，被命名为“蒙山一号”。

金刚石据1987年资料，中国主要金刚石成矿区有：①辽东—吉南成矿区，有中生代和中古生代两期金伯利岩。②鲁西、苏北、皖北成矿区，下古生代可能有多期金伯利岩。③晋、豫、冀成矿区，已在太行山、嵩山、五台山等地发现金伯利岩。④湘、黔、鄂、川成矿区，已在湖南沅水流域发现了4个具工业价值的金刚石砂矿。

湖南金刚石，产于湖南省常德丁家港、桃源、黔阳等地。湖南金刚石以砂矿为主，主要分布在沅水流域，分布零散，品位低，但质量好，宝石级金刚石约占40％。相传在明朝年间，湖南沅江流域就有零星的金刚石发现，大规模的寻矿则始于二十世纪五十年代。沅江整个水域均有金刚石分布，但有开采价值的仅常德丁家港、桃源县车溪冲、溆浦县(黔阳)新庄垅、沅陵县窑头等4处。

湖南金刚石的颜色深浅不一，内外颜色差异明显，呈带状、斑状分布。其褐色系列金刚石，晶体呈黄褐色，内部洁净，表面有大量的褐色斑点，其褐斑的颜色有**、黄褐色、褐色、黑色等，主要分布在金刚石的溶蚀面上，褐色主要由自然界放射性粒子的辐照造成。金刚石总体颗粒小，但质地较好，以单晶为主，约占总产量的98%；晶体比较完整，以八面体、十二面体、六八面体为多；绝大多数晶体浅色透明或呈黄、褐色等；粒重多小于28mg，一般为109～15mg；22%晶体中含包裹体；60%的晶体表面有裂纹，表面溶蚀不重。

历史

直到19世纪中叶，人们还把金刚石视为一种神奇的石头。在已知的全部大约4200种矿物中，金刚石为什么会最坚硬？金刚石是在何地、如何产生出来的？所有这些，当时的人们还都全然不知。

人类同金刚石打交道有悠久的历史。早在公元1世纪，当时罗马的文献中就有了关于金刚石的记载。那时，罗马人还没有把金刚石当作装饰用的宝石，只是利用它们无比的硬度，当作雕琢工具使用。

后来，随着技术的进步，金刚石才被当作宝石用于饰品，而且价格越来越昂贵。到了15世纪，在欧洲的一些城市，如巴黎、伦敦和安特卫普(比利时北部城市)等，已经能够看到一些匠人利用金刚石的粉末来研磨大块金刚石，对金刚石进行加工。

金刚石作为宝石越来越昂贵，然而，对金刚石的科学研究却相对比较迟缓。一个重要原因就是，长期以来始终未能发现储藏有金刚石的“矿山”，已经发现的金刚石全都是在印度和巴西等地的河沙及碎石中靠运气采集到的，数量极少，十分稀罕。特别是高品质的金刚石，极其昂贵，只有王公贵族才享用得起。对如此昂贵的金刚石进行研究，在那样一种情况下，几乎是不可能的。

进入19世纪，情况才有了变化。1866年，住在南非一家农场的一位叫做伊拉兹马斯·雅可比的少年在奥兰治河滩上玩耍，无意中捡到一块重达2125克拉(425克。克拉，宝石的重量单位，1克拉＝02克)的金刚石原石。那粒金刚石立即被英国的殖民总督送到巴黎的万国博览会(1867～1868)上展览，并取名为“尤瑞卡”(希腊语，意思是“我找到了”)。

听到在南非发现金刚石的消息，一时间有成千上万的探矿者赶到奥兰治河，形成了一股寻找金刚石的狂潮。其中有一对姓伯纳特的兄弟，不久就非常幸运地在金伯利附近发现了一座金刚石矿。

发现金刚石矿意义十分重大，通过研究矿山的地质结构，便有可能知道在哪些地点有可能形成金刚石。

产地

如前面所介绍的，伯纳特兄弟于1870年发现了金伯利金刚石矿。正是这一发现，使人们知道了在哪种岩石中有可能含有金刚石。

原来，那是一种在远古时代的岩浆冷却以后所形成的火山岩。接着，研究者又发现，在这种火山岩中除了金刚石，还含有被称为石榴石和橄榄石的两种矿物。因此，在那些出产石榴石和橄榄石的地点，找到金刚石矿的可能性就比较大。于是，石榴石和橄榄石就成为寻找金刚石的“指示矿物”。

根据指示矿物来寻找金刚石矿的方法并不是在哪一天突然发现的。上世纪70年代，美国史密森研究所的地球化学家约翰·贾尼在仔细研究了石榴石和金刚石之间的关系后发表了他的研究结果。但是，在那之前，即上世纪50年代，德比尔斯公司的地质人员早就在根据指示矿物在世界各地寻找金刚石矿了。

目前在世界各地都发现了金刚石矿。其中，澳大利亚、刚果、俄罗斯、博茨瓦纳和南非是著名的五大金刚石产地。

美国马萨诸塞大学的地球物理学家史蒂文·哈格蒂博士在1999年研究了世界各地含有金刚石的熔岩的年代，结果发现，这些含有金刚石的熔岩至少是在过去7个不同的时期在各地喷出的岩浆所形成的，其中最古老的熔岩则是在大约10亿年前形成的。在这7个岩浆喷发时期中，以在非洲各地和巴西等地区于12亿年前至8000万年前喷出的岩浆中所含有的金刚石为最多。那时正值恐龙时代极盛期的中生代白垩纪。含有金刚石的熔岩，最晚的，是在2200万年以前喷出的岩浆形成的。至于在那以后形成的熔岩中是否含有金刚石，则还无法肯定。

金刚石的开采

原生金刚石是在地下深外处(130--180Km)高温(900--1300℃)高压(45--60)&215;108Pa下结晶而成的，它们储存在金伯利岩或榴辉岩中，其形成年代相当久远。南非金伯利矿，橄榄岩型钻石约形成于距今33亿年前，这个年龄几乎与地球同岁；而奥大利亚阿盖尔矿、博茨瓦纳奥拉伯矿，榴辉岩型的钻石虽说年轻，也分别已有158亿年和99亿年了。藏于如此大的地下深处达亿万年之久的钻石晶体要重见天日，得有助于火山喷发，熔岩流将含有钻石的岩浆带入至地球近地表处，或长途迁徒淀于河流沙土之中。前者形成的是原生管状矿,情侣戒指，后者形成的则为冲积矿。这些矿体历经艰辛开采后，还需经过多道处理遴选，才可从中获怪毛坯金刚石。毛坯金刚石中仅有20%左右可作首饰用途的钻坯，而大部分只能用于切割、研磨及抛光等工业用途上。有人曾粗略地估算过，要得到1ct重的钻石，起码要开采处理250吨矿石，采获率是相当低的；如果想从成品钻中挑选出美钻，那两者的比率更是十分悬殊的了。

金刚石的性质

把任何两种不同的矿物互相刻划，两者中必定会有一种受到损伤。有一种矿物，能够划伤其他一切矿物，却没有一种矿物能够划伤它，这就是金刚石。

金刚石为什么会有如此大的硬度呢？

直到18世纪后半叶，科学家才搞清楚了构成金刚石的“材料”。如前所述，早在公元1世纪的文献中就有了关于金刚石的记载，然而，在其后的1600多年中，人们始终不知道金刚石的成分是什么。

直到18世纪的70至90年代，才有法国化学家拉瓦锡(1743～1794)等人进行的在氧气中燃烧金刚石的实验，结果发现得到的是二氧化碳气体，即一种由氧和碳结合在一起的物质。这里的碳就来源于金刚石。终于，这些实验证明了组成金刚石的材料是碳。

知道了金刚石的成分是碳，仍然不能解释金刚石为什么有那样大的硬度。例如，制造铅笔芯的材料是石墨，成分也是碳，然而石墨却是一种比人的指甲还要软的矿物。金刚石和石墨这两种矿物为什么会如此不同？

这个问题，是在1913年才由英国的物理学家威廉·布拉格和他的儿子做出回答。布拉格父子用X射线观察金刚石，研究金刚石晶体内原子的排列方式。他们发现，在金刚石晶体内部，每一个碳原子都与周围的4个碳原子紧密结合，形成一种致密的三维结构。这是一种在其他矿物中都未曾见到过的特殊结构。而且，这种致密的结构，使得金刚石的密度为每立方厘米约35克，大约是石墨密度的15倍。正是这种致密的结构，使得金刚石具有最大的硬度。换句话说，金刚石是碳原子被挤压而形成的一种矿物。

金刚石的光学性质

(1) 光学鉴定之亮度（Brilliance）金刚石因为具有极高的反射率，其反射临界角较小，全反射的范围宽，光容易发生全反射，反射光量大，从而产生很高的亮度。

(2) 闪烁（Scintillation）金刚石的闪烁就是闪光，即当金刚石或者光源 、 观察者相对移动时其表面对于白光的反射和闪光。无色透明、结晶良好的八面体或者曲面体聚形钻石，即使不加切磨也可展露良好的闪烁光。

(3) 色散或出火（Dispersion or fire）金刚石多样的晶面象三棱镜一样，能把通过折射 、反射和全反射进入晶体内部的白光分解成白光的组成颜色——红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等色光。

(4) 光泽（Luster）刚石出类拔萃般坚硬的、平整光亮的晶面或解理面对于白光的反射作用特别强烈，而这种非常特征的反光作用就叫作金刚光泽。

金刚石的原材料

金刚石的原材料是远古时代的浮游生物！？

碳是一种常见的元素。动植物的体内，甚至空气中，都含有大量的碳。我们的身体也不例外，其中也有大量的碳原子。人体内含有大约18%的碳。

然而，碳虽然是地面上常见的元素，在地球内部，数量却十分稀少。通过对太阳光谱和坠落到地球上的陨石所进行的分析，据推测，组成地球的化学元素，最多的是氧，接下来依次是硅、铝和铁。这4种元素占到了地球总质量的87%；若再加上钙、钠和钾3种元素，则总共占到了96%。剩下的4%，才是包括碳在内的其他所有的元素。

此外，组成地球的元素，质量越大的元素越倾向于聚集在地球的中心。碳是比较轻的元素，集中在地表附近，因而在地球深处基本上不会有碳。日本东京大学物性研究所专门研究地球深部结构的八木健彦教授说：“地球自46亿年前诞生以来，内部存在的碳都是极其稀少的，因此，地球内部不会有很多形成金刚石的原材料。”

另一方面，科学家通过同位素分析还知道，在构成金刚石的材料中，至少有一部分是属于有机物遗留下来的碳。这意味着，在几亿到几十亿年前沉积到海底的浮游生物(动物和植物)的遗骸，随着构造板块的运动，它们从沉积层被带到地球的内部，那里就有可能形成金刚石。

八木教授说：“总之，碳在地球内部属于微量元素，数量如此少，金刚石极其稀少也就不足为奇了。”

[编辑本段]鉴别

在社会对珠宝钻石需求增加的情况下，人造钻石和其它冒充钻石不断充扩市场，甚至有些珠宝经营者也分不清楚。下面介绍几种简单鉴别钻石真伪的方法。

1、钻石的单折光性

钻石的单折光性，是由于钻石的本质特性决定的。而其它天然宝石或人造宝石大都是双折光性的。冒充的钻石在10倍放大镜观察下，从正面稍斜的角度看，很容易看出棱角线出现重叠影像，并同时呈现出两个底光。双折射率差别小的如锆石等，也可看出底光重叠的影像。

2、钻石的吸附性

钻石对油脂及污垢有一定的亲和力，即油污很容易被钻石吸附。因此，用手指抚摸钻石会感到胶粘性，手指似乎有粘糊的感觉。这是任何宝石所没有的。这种方法需要加以训练方能掌握其中微妙的区别。

3、一线直落的特征

钻石表面抛光很光滑。用一支钢笔蘸上墨水在钻石上划过，若是真钻石，表面留下的是一条光滑连续的线条，特征是一线直落。仿冒品留下的是一个个小圆点组成的线条。用此法观察应借助放大镜。

4、特有的金刚光泽

大致在100度的白炽灯光下，切磨很好的钻石与仿冒品相互比较，很容易看出哪个具有金刚光泽。此方法不宜在过暗或过强的灯光下是进行。

5、根据金刚石的比重（密度）检测

金刚石的密度为每立方厘米约35克，而其他的“疑是金刚石”的密度一般在每立方厘米约325克，用二碘甲烷液（其密度在335克）浸泡“疑是金刚石”，漂浮的为它物，沉没的就是金刚石了。

[编辑本段]金刚石和石墨区别

石墨和金刚石都属于碳单质，他们的化学性质完全相同，但金刚石和石墨不是同种物质，它们是由相同元素构成的同素异型体 所不同的是物理结构特征。

二者的化学式都是c

石墨原子间构成正六边形是平面结构，呈片状。

金刚石原子间是立体的正四面体结构，呈金字塔形结构。

[编辑本段]高硬度人造金刚石

美国通用电器公司的研究和开发中心合成了单位体积内原子密度超过现有任何固体物抽的人造金刚石，其硬度超过了天然金刚石，堪称世界上最硬的材料。与天然金刚石含有百分之九十九的碳13同位素。据科学家观察，随着碳13同位素密集程度的增加，原子间的距离会略微缩小，促使人造金刚石的硬度超过原子排列略显松散的天然金刚石。在合成人造金刚石的过程中，科学家们首先通过化学蒸发过程将富含碳13同位素的甲烷气体中的碳元素沉淀成金刚石小碎块，然后再使用非常高的压力把这些小碎块分解，并再结晶成重量最高达3克拉的块状金刚石。

人造金刚石

人造金刚石微粉

[编辑本段]其他

用途1：当人服食下金刚石粉末后，金刚石粉末会粘在胃壁上，在长期的摩擦中，会让人得胃溃疡，不及时治疗会死于胃出血，是种难以让人提防的慢性毒剂。在中世纪的欧洲曾广泛流行于王公贵族之间。

用途2：地质钻头和石油钻头金刚石 拉丝模用金刚石 磨料用金刚石 修整器用金刚石

玻璃刀用金刚石 硬度计压头用金刚石 工艺品用金刚石

用途3：涂在 音响纸盆上 音箱音质 会大为改善。

[编辑本段]金刚石的硬度

摩氏硬度10，新摩氏硬度15，显微硬度10000kg/mm2，显微硬度比石英高1000倍，比刚玉高150倍。金刚石硬度具有方向性，八面体晶面硬度大于菱形十二面体晶面硬度，菱形十二面体晶面硬度大于六面体晶面硬度。

依照摩氏硬度标准(Mohs hardness scale)共分10级，钻石(金刚石)为最高级第10级；如小刀其硬度约为55、铜币约为35至4、指甲约为2至3、玻璃硬度为6。

等级1 滑石

等级2 石膏

等级3 方解石

等级4 萤石

等级5 磷灰石

等级6 正长石

等级7 石英

等级8 黄玉

等级9 刚玉

等级10 钻石

金刚石的矿产资源

金刚石

人类对金刚石的认识和开发具有悠久的历史。早在公元前3世纪古印度就发现了金刚石。自公元纪年起至今，钻石一直是国家与王宫贵族、达官显贵的财富、权势、地位的象征。

世界金刚石矿产资源不丰富，1996年世界探明金刚石储量基础仅19亿ct，远不能满足宝石与工业消费的需要。20世纪60年代以来，人工合成金刚石技术兴起，至90年代日臻完善，人造金刚石几乎已完全取代工业用天然金刚石，其用量占世界工业用金刚石消费量的90%以上（在中国已达99%以上）。金刚石主要生产国为澳大利亚、俄罗斯、南非、博茨瓦纳和扎伊尔等。世界钻石的经销主要由迪比尔斯中央销售组织控制。

中国发现金刚石约在200～300年前，在明清朝之际（约17世纪），湖南省农民在河砂中淘到过金刚石。金刚石的地质勘查工作始于20世纪50年代。迄今，在中国发现的重量大于90 ct的著名金刚石有6颗，如重约158 ct的“常林钻石”等。

中国金刚石矿产资源比较贫乏，通过近50年的地质工作，仅在辽宁、山东、湖南和江苏4省探明了储量。截至1996年底，中国保有金刚石储量2 08978万ct，在世界上不占重要地位。在质量上，中国辽宁省所产金刚石质地优良，宝石级金刚石产量约占总产量的70%。20世纪90年代以来，中国年产金刚石约10～15万ct，远不能满足本国消费的需要。国家所需工业用金刚石99%以上依赖国产人造金刚石，1997年中国人造金刚石产量达44亿ct，天然工业用金刚石所占消费比重极为有限。

金刚石矿石有岩浆岩和砂矿两类。已知含金刚石的岩浆岩有金伯利岩、钾镁煌斑岩和橄榄岩3种，其中金伯利岩型和钾镁煌斑岩型具有工业意义。