解读金刚石
金刚石，英文名称：diamond 定义：碳的同素异形体，是自然界中已知的最坚硬的物质，有天然和人造两类。金刚石俗称“金刚钻”,也就是我们常说的钻石，是一种由纯碳组成的矿物。碳可以在高温、高压下形成金刚石。金刚石是原子晶体，一块金刚石是一个巨分子，为N个C的聚合体。只能用它的元素符号加注释来表示[C(金刚石)]。 金刚石与石墨同属于碳的单质。如果将金刚石加热到1000℃时，它会缓慢地变成石墨。石墨原子间构成正六边形是平面结构，呈片状。金刚石的熔点是3550℃,石墨的熔点是3652℃～3697℃(升华)。石墨熔点高于金刚石。从片层内部来看,石墨是原子晶体；从片层之间来看,石墨是分子晶体(总体说来,石墨应该是混合型晶体)；而金刚石是原子晶体。石墨晶体的熔点反而高于金刚石,似乎不可思议,但石墨晶体片层内共价键的键长是1.42×10－10m,金刚石晶体内共价键的键长是1.55×10－10m。同为共价键,键长越小,键越牢固,破坏它也就越难,也就需要提供更多的能量,故而熔点应该更高。石墨的分子晶体属性导致它的熔点高。金刚石的结晶体的角度是54度44分8秒。 金刚石一般为粒状，有各种颜，从无到黑都有，以无的为特佳。金刚石的颜取
决于纯净程度、所含杂质元素的种类和含量，极纯净者无，一般多呈不同程度的黄、褐、灰、绿、蓝、乳白和紫等；纯净者透明，含杂质的半透明或不透明。金刚石的折射率非常高，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。金刚石在阴极射线、X射线和紫外线下，会发出不同的绿、天蓝、紫、黄绿等的荧光；在X射线照射下会发出蓝绿荧光；在日光曝晒后至暗室内发淡青蓝磷光。天然金刚石仅产出于金伯利岩筒中。金伯利岩是它们的原生地岩石，其他地方的金刚石都是被河流、冰川等搬运过去的。
天然金刚石的矿物化学组成中，总会含有Si、Mg、Al、Ca、Mn、Ni等元素，并常含有Na、B、Cu、Fe、Co、Cr、Ti、N等杂质元素，以及碳水化合物。金刚石矿物晶体构造属等轴晶系同极键四面体型构造。碳原子位于四面体的角顶及中心，具有高度的对称性。单位晶胞中碳原子间以同极键相连结，距离为1.54?(10-10m）。常见晶形有八面体、菱形十二面体、立方体、四面体和六八面体等。金刚石的是刚玉的4倍，石英的8倍；金刚石摩氏硬度为10，新摩氏硬度为15；显微硬度10000kg/mm2，显微硬度比石英高1000倍，比刚玉高150倍；详细的绝对硬度如下：金刚石10000-2500，刚玉2500-2100，石英1550-1200；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。金刚石矿物性脆，贝壳状或参差状断口，在不大的冲击力下会沿晶体解理面裂开，具有平行八面体的中等或完全解理，平行十二面体的不完全解理。矿物质纯，密度一般为3.470-3.560kg/m3。；呈金刚光泽，少数油脂或金属光泽。高折射率，一般为2.40-2.48。散率为0.044。热导率一般为136.16w/（m·k），其中Ⅱa型金刚石热导率极高，在液氮温度下为铜的25倍，并随温度的升高而急剧下降，如在室温时为铜的5倍；比热容随温度上升而增加，如在-106℃时为399.84J/（kg·k），107℃时为472.27J/（kg·k）；热膨胀系数极小，随温度上升而增高，如在-38.8℃时为0，0℃时为5.6×10-7；在纯氧中燃点为720～800℃，在空气中为850-1000℃，在绝氧下2000-3000℃转变为石墨。金刚石化学性质稳定，具有耐酸性和耐碱性，高温下不与浓HF、HCl、HNO3作用，只在Na2CO3、NaNO3、KNO3的熔融体中，或与K2Cr2O7和H2SO4的混合物一起煮沸时，表面会稍有氧化；在O、CO、CO2、H、Cl、H2O、CH4的高温气体中腐蚀。金刚石还具有非磁性、不良导电性、亲油疏水性和摩擦生电性等。
金刚石用途非常广泛，例如工艺品、工业中的切割工具；再如精细研磨材料、高硬切割工具、各类钻头、拉丝模；还被作为很多精密仪器的部件。 根据金刚石的氮杂质含量和热、电、光学性质的差异，可将金刚石分为Ⅰ型和Ⅱ型两类，并进一步细分为Ⅰa、Ⅰb、Ⅱa、光学检测技术
Ⅱb四个亚类。Ⅰ型金刚石，特别是Ⅰa亚型，为常见的普通金刚石，约占天然金刚石总量的98%。Ⅰ型金刚石均含有一定数量的氮，具有较好的导热性、不良导电性和较好的晶形。Ⅱ型金刚石极为罕见，含极少或几乎不含氮，具良好的导热性和曲面晶体的特点。唯Ⅱb型金刚石具良好的半导体性能。由于Ⅱ型金刚石的性能优异，因此多用于空间技术和尖端工业。
摩氏硬度标准(Mohs hardness scale)共分10级。钻石(金刚石)为最高级，即第10级；小刀其硬度约为5.5；铜币约为3.5至4；指甲约为2至3、玻璃硬度为6。等级：1-滑石、2-石膏、3-方解石、4-萤石、5-磷灰石、6-正长石、7-石英、8-黄玉、9-刚玉、10-钻石。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，却没有哪一种矿物能够划伤它，那就是金刚石。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3.5克，大约是石墨密度的1.5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。
电麻机 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。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。金刚石的散方面，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——红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等光。金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。
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原生金刚石是在地下深外处(130—180Km)高温(900—1300℃)高压(45—60)×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。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。金刚石一般蕴藏在一种在远古时代的岩浆冷却以后所形成的火山岩中，因此，在那些出产石榴石和橄榄石的地点，到金刚石矿的可能性就相对大。于是，石榴石和橄榄石就成为寻金刚石的“指示矿物”。人们最先是在河床、荒地的砂矿中发现钻石原石--金刚石的，后来才发现金刚石是产生在原生岩浆矿床中（原生矿），这些金刚石原生矿床是砂矿的母体。原生矿床多数呈筒状的垂直矿体或陡立矿体， 从地表向下可延伸很远，原生矿床平面呈椭园形或圆形，面积从几十至上千米不等。原主矿床的金刚石均产生在一种称为金伯利岩的岩石中，金伯利岩是一种黑或暗绿的火山岩，主要成份是铁镁组分，含少量二氧比硅。主要矿物是橄榄石，还有镁铝榴石、透辉石和方解石及少量其它矿物。那么，金刚石是怎样形成在金伯利岩中的呢？地质工作者提出了许多假论。一般认为，金刚石是地球极深处的溶浆在高压下结晶而成的，碳溶解于岩浆直到饱和，溶解在岩浆中的碳多少取决于岩浆的组成和温度，岩浆冷却时己经无法容纳早先那么多碳，于是碳逐渐从岩浆中析出，形成纯碳结晶体--金刚石。这种岩浆就是金泊利岩浆，金刚石就是在这种岩浆发育早期结晶而成，金刚石有石墨化迹象，说明金刚石结晶形成温度将近1200℃。金刚石结晶初期颗粒较小，随同金伯利岩溶浆一起向地表运动，从地下深处冲击地面往往引起爆炸，形成岩筒通道，压力降低，岩浆凝固，出口又封住，压力又升高，产生新的爆炸。在这种循环地质运动中，金刚石逐渐生长。最后在岩筒某个有利地段停留下来成为矿体。总之，金刚石的生长与金伯利岩浆中碳的浓度大小、温度和压力条件密切相关。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15.8亿年和9.9亿年了。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，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。
如果人体服食了金刚石粉末后，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，不及时会死于胃出血，是一种难以让人提防的慢性毒剂。文艺复兴时期，用金刚石粉末制成的曾流行在意大利豪门之间。金刚石粉末若涂在音响纸盆上，音箱音质会大为改善金刚石由于折射率高，在灯光下显得闪闪生辉，成为女士最爱的宝石。巨型的美钻可以价值连城。而掺有深颜的钻石的价钱更高。目前最昂贵的有钻石，要数带有微蓝的水蓝钻石。钻石分为一型和二型两种，这主要是根据它是否含有N元素：一型含N；二型不含N。而蓝的钻石是二B型的，是半导体。
据推测，组成地球的化学元素最多的是氧，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。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。通过同位素分析，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。
加热鞋垫 世界金刚石矿产资源并不丰富，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。寻金刚石的产地和金刚石矿，是一件非常困难的工作，经常要花几十年的时间才有收获。目前，全世界100多个国家中，只有27个国家发 现有金刚石矿，其中历史上曾经是主要产地，或者现在是主要产地的只有印度，巴西，非洲的南非、扎伊尔、纳米比亚(西南非洲)、加纳、塞拉
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利昂和博茨瓦纳，原苏联，澳大利亚等有限的几个国家。
一、印度。印度是世界上最早发现金刚石的国家。大约在2000年前，位于今印度安得拉邦的戈尔康达王国，在克里希纳河、彭纳河及其支流的砾石层中，曾大规模地开采过金刚石。大约在1700多年前，古印度的金刚石曾随着佛教徒传入中国，金刚石这中文名称，就是在那时形成的。一直到18世纪中叶以前，在近2000年的漫长期间，印度的戈尔康达是世界上金刚石的主要产地。世界闻名的历史名钻几乎全部产自印度的戈尔康达，例如本书前面叙述过的“沙赫”、“光明之山”、“光明之海”、“摄政王”以及蓝钻“希望”、“纳萨克”、“印度之梨”、“奥尔洛夫”，也都产于古印度。可是，印度的金刚石数量有限，产量很低。当世界上其它金刚石产地被开发时，它就几乎不再为人所知了。
二、巴西。17世纪末，巴西在米纳斯吉拉斯州首次发现了金刚石，随后又在皮奥伊州到了含有金刚石的砂砾层。由于它的产量比印度大得多，因而迅速取代了印度而成为当时世界上的主要金刚石产地。在巴西，发现过世界第二大宝石金刚石--重达1680克拉的“布拉冈斯”；还有重达726．6克拉的“瓦加斯总统”。从现代观点看，当时巴西的金刚石矿产量也很有限。100多年后，南非发现了储量丰富的金刚石矿。巴西“世界主要金刚石产地”的地位，被南非迅速取代了。
三、南非。南非的第一粒金刚石，是在高硅氧布1866年，达尼尔·雅各布斯的年幼的女儿在满是卵石的河滩上玩耍时，无意中拾到的。几年之后，在1870--1871年，南非陆续发现了好几个富含金刚石的岩管。这样，南非就变成了世界的主要金刚石产地。南非金刚石矿的特点是颗粒巨大的宝石金刚石较多。例如，世界最大的宝石金刚石“库利南”(3l06克拉)、第三位的“库利南另一半”(1500克拉)、第四位的“高贵无比”(995．2克拉)、第七位的“琼克尔”(736克拉)和第八位的“欢乐”(650．8克拉)，全产自南非。世界上已发现的1900多粒重100克拉以上的宝石金刚石，95％产于南非，由此可见一斑。
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