Добыча алмазов в России и в мире: технологии и способы добычи
Кимберлитовые трубки и камни россыпью
В естественной природе отсутствуют такие месторождения алмазов, в которых концентрации драгоценных камней были бы в таких количествах, в которых их можно было бы извлекать без породы, в чистом виде. Преобладающее большинство экземпляров имеет диаметр до четырёх миллиметров, более крупные камни встречаются крайне редко.
Добыча алмазов как в России, так и во всём мире, ведётся схожими методами на месторождениях двух типов — с коренными залежами в цельной породе и россыпными в галечных и песчаных глинистых отложениях. На коренных блоках извлечение руды производится из кимберлитовых и лампроитовых трубок. Источники же россыпных алмазов не установлены.
Способы извлечения алмазосодержащих пород мало отличаются от методик добычи других видов руд. Освоение кимберлитовых трубок, как правило, начинают с создания карьера. С помощью буровых установок обустраивается скважина, в которую закладывается взрывчатое вещество. Состав взрывчатки подбирается с учётом необходимости минимального разрушительного воздействия на алмазы, поскольку коэффициент хрупкости последних достаточно высок.
Фрагменты породы, полученные в результате подрыва, доставляются на обогатительный комбинат. После достижения глубины карьера более 600 метров добыча таким способом становится нерентабельной. Тем не менее, освоение участка продолжается, поскольку глубина трубок может достигать полутора километров. Поэтому для продолжения работы строятся рудники. Процесс подземной добычи более затратен, однако является единственным способом полностью освоить запасы участка.
Обогащение руды и получение алмазов
После доставки руды с кимберлитовых участков или песка и гальки с россыпных блоков на обогатительный комбинат, проводится обработка рудного сырья с целью получения концентрата. Данная работа направлена на максимальное удаление объёма породы и песка, а также других минеральных компонентов, не имеющих отношения к алмазам.
В то же время, существуют и принципиальные различия в обогащении коренных пород и россыпей (песков). Особенно сильна разница в обработке исходного материала до стадии получения концентрата. Коренная порода дробится в несколько этапов и сортируется по размерам. Россыпные материалы, в отличие от коренных, подвергаются промывке водой с целью удаления глины и крупных частиц гальки и песка, после чего производится сортировка.
После формирования концентрата, то есть массы, максимально насыщенной алмазами, фракция передаётся в отделение извлечения. Методы извлечения драгоценных камней различны, их выбор зависит как от свойств самих алмазов, так и от характеристик сопутствующих минералов.
К примеру, используются такие качества драгоценных камней, как способность не смачиваться влагой и прилипать к жирным субстанциям. После поступления в отделение концентраты обрабатываются в сепараторах, наполненных специальной суспензией, предназначенной для дальнейшего удаления частиц, которые являются более лёгкими, чем сами алмазы.
После очистки концентрат делится на четыре класса по типоразмеру фрагментов и поступает на так называемые жировые столы. В данных устройствах алмазы вместе с частью минералов прилипают к жиру. После такой селекции крупные алмазы отбираются вручную, а камни размером менее 1,6 миллиметра отправляются на измельчение в шаровой мельнице, после чего проходят обработку в соляной кислоте и подвергаются плёночной флотации. После этих процедур мелкие и лёгкие алмазы всплывают.
Дополнительно к процессу прохождения через жировые столы иногда применяется метод извлечения с применением свойства люминесценции. Алмазы светятся в темноте при воздействии гамма-лучей или рентгеновского излучения. После идентификации камней, определённых таким образом, они отсортировываются в автоматическом режиме.
В целом же работа предприятий алмазодобывающей отрасли достаточно затратна. Из тонны горной породы добывается до карата алмазов (0,2 грамма), из такого же количества россыпных масс — до пяти карат (1 грамм).
Искусственная альтернатива
Искусственные (корректное название — синтетические) алмазы, в отличие от природных, являются рукотворными камнями, создаваемыми не в результате воздействия геологических факторов, а в производственных или лабораторных условиях. Определение «синтетические», в настоящее время официально общепризнанное, считается неудачным, поскольку такой термин ассоциируется у потребителей с продукцией, которая только имитирует оригинал.
На самом же деле синтетические камни представляют собой углерод, который кристаллизуется в изотропической форме трёхмерного типа, то есть являются аутентичными алмазами, считают в Федеральной торговой комиссии США. Представители регулятора предложили альтернативные названия синтетических алмазов, в которых будут фигурировать слова «созданные» или «выращенные».
На современном этапе развития отрасли синтетические алмазы производятся в основном двумя способами — HPHT (high-pressure high-temperature) — под воздействием высокого давления и температуры, а также CVD (chemical vapor deposition) — с применением технологии химического осаждения из пара.
Кроме того, с конца девяностых годов начал использоваться способ синтеза с подрывом, при котором драгоценные камни получаются с использованием взрывчатки с образованием алмазных песчинок нанометровых размеров. Кроме того, внедряется и четвёртый метод производства, основанный на обработке графитного сырья ультразвуковыми волнами высокой мощности. Хотя последний был успешно продемонстрирован в лабораторных условиях, однако пока не пользуется спросом в промышленности. Суммарно с применением всех упомянутых способов в год в мире выращиваются миллиарды карат алмазов.
Остановимся более подробно на двух основных технологиях. HPHT-метод предусматривает выращивание монокристаллов при температуре порядка 1,5 тыс. градусов по Цельсию под давлением до 70 тыс. атмосфер. Производство камней осуществляется путём обжима контейнера с графитом и металлическим сплавом из кобальта, никеля и железа.
На подложке контейнера располагается затравка — небольшой кристалл алмаза. Через сплав пропускают электрический ток, нагревая металлы. Последние выступают в роли растворителя, а также катализатора кристаллизации углерода. Для выращивания крупного алмаза требуется до 13 суток.
CVD-способ менее затратен и заключается в получении осадка из углеводородного газа при помощи воздействия СВЧ-излучения или же путём нагрева до значительных температур. Осадок скапливается на подложке, которая нагрета до 700 градусов по Цельсию. Осаждение производится на алмаз поликристаллической формы или на кремний.
При этом получается поликристаллическая пластина, применяемая в промышленности, главным образом в оптике и электронике. Толщина пластины не превышает трёх миллиметров, поэтому использование таких алмазов в ювелирном деле ограничено в силу их небольших размеров.
Синтетическая угроза природным бриллиантам
Говорить о возможности замены натуральных алмазов, используемых в промышленных целях, синтетическими, уже неактуально. Около 97% от совокупного веса алмазов, применяемых сейчас в производственных процессах, получены искусственным путём. Такая ситуация связана в первую очередь качеством синтетики.
В частности, природные алмазы технически не в состоянии удовлетворить требования, выдвигаемые к электронике или специальной оптике, поскольку природный материал обычно включает в себя большое количество дефектных компонентов. В свою очередь, искусственные монокристаллические пластины обладают практически идеальной кристаллической решёткой.
Кроме того, при производстве алмазов зачастую удаётся добиться повторяемости характеристик, что для ряда отраслей промышленности является принципиально важным требованием. Таким образом, синтетические алмазы в промышленности уже практически вытеснили природные.
Впрочем, спрос на драгоценные камни существует не только в промышленной и ювелирной сферах. Напомним, алмазам могут найти применение даже в деле противодействия глобальному потеплению. В любом случае, синтетические камни нашли свою нишу в технологическом сегменте. Теперь рассмотрим возможность замены искусственными натуральных алмазов и в ювелирной отрасли.
Сейчас в качестве основного назначения синтетики рассматривается только её применение в технических целях. Производство же бриллиантов — своего рода дополнительный бизнес, возможный только при наличии соответствующего искусственного сырья ювелирного качества. Тем не менее, серьёзное опасение того, что искусственные алмазы в итоге вытеснят природные, высказывалось руководством одного из монополистов отрасли De Beers (ЮАР). Пронедра писали ранее, что эта компания приступила к освоению одного из крупнейших алмазных месторождений.
Речь идёт в том числе о простой подмене — нелегальном выпуске на рынок искусственных алмазов под видом природных. С целью противодействия такому мошенничеству разработаны и внедрены методы изучения алмазов, которые позволяют безошибочно определять синтетическую продукцию. В частности, сообщалось о том, что синтетические образования, в отличие от природных, включают в себя элементы металлов, а цветные камни — секторы роста, которые легко определить. Также отмечается, что искусственные алмазы, выращенные при помощи технологий CVD и HPHT, имеют отличный от природных образцов тип люминесценции.
Синтетические камни, произведённые методом HPHT, отличаются чёткой формой кубо-октаэдра и сохраняют след от затравки. Что касается CVD-алмазов, то они выпускаются исключительно в виде пластин, после обработки им придаётся форма цилиндра или куба.
Способы проверки камней на предмет их искусственного происхождения применимы к случаям, когда рассматриваются экземпляры, используемые в качестве сырья. Намного сложнее процесс проверки камней, если речь идёт о готовой ювелирной продукции — бриллиантах. Если говорить о рядовом, даже подготовленном, покупателе, то он вряд ли сможет отличить синтетический высококачественный бриллиант от бесцветного природного образца.
Эксперты же проверяют подлинность природного камня при помощи измерения его спектра поглощения. В первую очередь синтетическими могут оказаться алмазы, не включающие азот — в природе доля камней с такой химической аномалией не превышает 2%. Кроме того, применяется прибор Diamond View для определения характерных для синтетики секторов роста в ультрафиолетовом диапазоне.
Если же говорить о какой-то перспективной угрозе вполне законной и прозрачной замены природных алмазов искусственными в силу рыночной конъюнктуры или изменения структуры предложения поставщиков, то такая вероятность в ближайшем будущем крайне мала.
Сейчас доля искусственных камней на ювелирном рынке ничтожна и потому они пока не составляют конкуренцию натуральным алмазам. Это основано в том числе на особенностях ювелирного бизнеса — к производителям искусственных алмазов на нишевом рынке степень доверия недостаточна. У инвесторов нет уверенности в будущем искусственных бриллиантов.
Во-вторых, стоимость производства искусственных алмазов ненамного ниже, чем затраты на добычу природных, а процессы создания синтетических камней нерегулируемы и неустойчивы. Невелика разница и в цене конечной продукции, поскольку большую часть стоимости бриллиантов, как природных, так и искусственных, составляет оплата работы огранщиков.
Скорость выращивания кристаллов — до 2 миллиграммов в час, так что для производства одного карата потребуется пять суток. Суммарные объёмы производства невелики, поскольку в общей сложности у всех компаний, занятых в выпуске искусственных алмазов (а их можно пересчитать по пальцам), число комплексов необходимого оборудования не превышает одной тысячи единиц. Объёмы производства бесцветных искусственных бриллиантов — это всего лишь сотые доли процента от оборота натуральных камней.
Ситуация изменится в пользу синтетических изделий лишь в том случае, если будет налажено их производство в глобальных промышленных масштабах, чего в настоящее время не наблюдается. Таким образом, применение искусственных алмазов вместо природных в производственных и научных целях — шаг не просто оправданный, но уже реализованный, а вот скорый и полный переход на синтетические камни в ювелирном деле маловероятен.
