Diamante

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Diamante
Uma pedra octaédrica transparente sobressai de uma rocha negra.
A forma octaédrica ligeiramente disforme deste cristal de diamante bruto na matriz é típica do mineral. Suas faces brilhantes também indicam que este cristal é de um depósito primário.
Em geral
CategoriaMinerais nativos
Fórmula
(unidade de repetição)
C
Classificação de Strunz1.CB.10a
Classificação Dana1.3.6.1
Sistema de cristalCúbico
Classe de cristalHexoctahedral (m 3 m)
símbolo HM : (4 / m 3 2 / m)
Grupo espacialF d 3 m (No. 227)
Estrutura
Jmol (3D)Imagem interativa
Identificação
Massa da fórmula12,01  g / mol
CorNormalmente amarelo, marrom ou cinza a incolor. Com menos frequência, azul, verde, preto, branco translúcido, rosa, violeta, laranja, roxo e vermelho.
Hábito de cristalOctaédrico
GeminaçãoLei Spinel comum (produzindo "macle")
Decote111 (perfeito nas quatro direções)
FraturaIrregular / irregular
Dureza da escala de Mohs10 (definindo mineral)
BrilhoAdamantina
OndaIncolor
DiafaneidadeTransparente para subtransparente para translúcido
Gravidade Específica3,52 ± 0,01
Densidade3,5–3,53  g / cm 3
Brilho polonêsAdamantina
Propriedades ópticasIsotrópico
Índice de refração2,418 (a 500 nm)
BirrefringênciaNenhum
PleocroísmoNenhum
Dispersão0,044
Ponto de fusãoDependente de pressão
Referências[1] [2]

O diamante é uma forma sólida do elemento carbono com seus átomos dispostos em uma estrutura cristalina chamada diamante cúbico . Em temperatura e pressão ambientes , outra forma sólida de carbono conhecida como grafite é a forma quimicamente estável de carbono, mas o diamante quase nunca se converte nele. O diamante tem a maior dureza e condutividade térmica de qualquer material natural, propriedades que são utilizadas nas principais aplicações industriais, como ferramentas de corte e polimento. Eles também são a razão pela qual as células da bigorna de diamante podem sujeitar materiais a pressões encontradas nas profundezas da Terra.

Como o arranjo dos átomos no diamante é extremamente rígido, poucos tipos de impurezas podem contaminá-lo (duas exceções são o boro e o nitrogênio ). Pequenos números de defeitos ou impurezas (cerca de um por milhão de átomos da rede) colorem azul diamante (boro), amarelo (nitrogênio), marrom (defeitos), verde (exposição à radiação), roxo, rosa, laranja ou vermelho. O diamante também tem um índice de refração muito alto (tornando-o muito reflexivo) e uma dispersão óptica relativamente alta (capacidade de dispersar luz de cores diferentes).

A maioria dos diamantes naturais tem idades entre 1 bilhão e 3,5 bilhões de anos. A maioria foi formada em profundidades entre 150 e 250 quilômetros (93 e 155 milhas) no manto da Terra , embora alguns tenham vindo de até 800 quilômetros (500 milhas). Sob alta pressão e temperatura, os fluidos contendo carbono dissolveram vários minerais e os substituíram por diamantes. Muito mais recentemente (dezenas a centenas de milhões de anos atrás), eles foram carregados para a superfície em erupções vulcânicas e depositados em rochas ígneas conhecidas como kimberlitos e lamproíticos .

Os diamantes sintéticos podem ser cultivados a partir de carbono de alta pureza sob altas pressões e temperaturas ou de gás de hidrocarboneto por deposição química de vapor (CVD). Os diamantes de imitação também podem ser feitos de materiais como zircônia cúbica e carboneto de silício . Diamantes naturais, sintéticos e de imitação são mais comumente distinguidos usando técnicas ópticas ou medições de condutividade térmica.

Propriedades do material

O diamante é uma forma sólida de carbono puro com seus átomos dispostos em um cristal. O carbono sólido vem em diferentes formas conhecidas como alótropos, dependendo do tipo de ligação química. Os dois alótropos mais comuns do carbono puro são o diamante e o grafite . No grafite, as ligações são híbridos orbitais sp 2 e os átomos se formam em planos com cada um ligado aos três vizinhos mais próximos separados por 120 graus. No diamante eles são sp 3 e os átomos formam tetraedros com cada um ligado aos quatro vizinhos mais próximos. [3] [4]Os tetraedros são rígidos, as ligações são fortes e, de todas as substâncias conhecidas, o diamante tem o maior número de átomos por unidade de volume, por isso é o mais duro e o menos compressível . [5] [6] Ele também tem uma alta densidade, variando de 3150 a 3530 kg por metro cúbico (mais de três vezes a densidade da água) em diamantes naturais e 3520 kg / m 3 em diamante puro. [1] No grafite, os laços entre os vizinhos mais próximos são ainda mais fortes, mas os laços entre os planos são fracos, de modo que os planos passam facilmente uns pelos outros. Portanto, o grafite é muito mais macio que o diamante. No entanto, as ligações mais fortes tornam o grafite menos inflamável. [7]

Os diamantes foram adaptados para muitos usos devido às características físicas excepcionais do material. De todas as substâncias conhecidas, é a mais dura e menos compressível. Ele tem a maior condutividade térmica e a maior velocidade do som. Possui baixa adesão e fricção, e seu coeficiente de expansão térmica é extremamente baixo. Sua transparência ótica se estende do infravermelho distante ao ultravioleta profundo e possui alta dispersão ótica . Também possui alta resistência elétrica. É quimicamente inerte, não reage com a maioria das substâncias corrosivas e tem excelente compatibilidade biológica. [8]

Termodinâmica

Diagrama de fases do carbono teoricamente previsto .

As condições de equilíbrio de pressão e temperatura para uma transição entre grafite e diamante estão bem estabelecidas teórica e experimentalmente. A pressão muda linearmente entre1,7  GPa em0 K e12 GPa em5000 K (diamante / grafite / ponto triplo líquido ). [9] [10] No entanto, as fases têm uma ampla região sobre esta linha onde podem coexistir. Em temperatura e pressão normais , 20 ° C (293 K) e 1 atmosfera padrão (0,10 MPa), a fase estável do carbono é grafite, mas o diamante é metaestável e sua taxa de conversão em grafite é insignificante. [6] No entanto, em temperaturas acima de cerca de4500 K , o diamante se converte rapidamente em grafite. A conversão rápida de grafite em diamante requer pressões bem acima da linha de equilíbrio: em2000 K , uma pressão de35 GPa é necessário. [9]

Acima do ponto triplo grafite-diamante-carbono líquido, o ponto de fusão do diamante aumenta lentamente com o aumento da pressão; mas a pressões de centenas de GPa, diminui. [11] Em altas pressões, o silício e o germânio têm uma estrutura cristalina cúbica centrada no corpo BC8 , e uma estrutura semelhante é prevista para o carbono em altas pressões. No0 K , a transição está prevista para ocorrer em1100 GPa . [12]

Os resultados da pesquisa publicados em um artigo na revista científica Nature Physics em 2010 sugerem que em pressões e temperaturas ultra-altas (cerca de 10 milhões de atmosferas ou 1 TPa e 50.000 ° C) o diamante se funde em um fluido metálico. As condições extremas necessárias para que isso ocorra estão presentes nos gigantes de gelo Netuno e Urano . Ambos os planetas são compostos de aproximadamente 10 por cento de carbono e poderiam, hipoteticamente, conter oceanos de carbono líquido. Uma vez que grandes quantidades de fluido metálico podem afetar o campo magnético, isso poderia servir como uma explicação de por que os pólos geográficos e magnéticos dos dois planetas não estão alinhados. [13] [14]

Estrutura de cristal

Célula unitária de diamante, mostrando a estrutura tetraédrica

A estrutura cristalina mais comum do diamante é chamada de diamante cúbico . É formado por células unitárias (veja a figura) empilhadas juntas. Embora existam 18 átomos na figura, cada átomo de canto é compartilhado por oito células unitárias e cada átomo no centro de uma face é compartilhado por duas, então há um total de oito átomos por célula unitária. [15] O comprimento de cada lado da célula unitária é denotado por a e é 3,567  angstroms . [16]

A distância do vizinho mais próximo na rede do diamante é 1,732 a / 4, onde a é a constante da rede, geralmente dada em Angstrøms como a = 3,567 Å, ​​que é 0,3567 nm.

Uma rede cúbica de diamante pode ser considerada como duas redes cúbicas centradas na face interpenetrantes com uma deslocada em 1/4 da diagonal ao longo de uma célula cúbica, ou como uma rede com dois átomos associados a cada ponto da rede. [16] Visto de uma direção <1 1 1> cristalográfica , é formado por camadas empilhadas em um padrão ABCABC ... repetido. Os diamantes também podem formar uma estrutura ABAB ..., que é conhecida como diamante hexagonal ou lonsdaleita , mas isso é muito menos comum e é formado sob diferentes condições de carbono cúbico. [17]

Hábito de cristal

Uma faceta triangular de um cristal tendo poços de gravação triangulares, com o maior tendo um comprimento de base de cerca de 0,2 milímetros (0,0079 pol.)
Uma face de um diamante octaédrico não cortado, mostrando trígonos (de relevo positivo e negativo) formados por corrosão química natural

Os diamantes ocorrem mais frequentemente como octaedros euédricos ou arredondados e octaedros geminados conhecidos como macles . Como a estrutura cristalina do diamante tem um arranjo cúbico dos átomos, eles têm muitas facetas que pertencem a um cubo , octaedro, rombicosidodecaedro , hexaedro tetrakis ou dodecaedro disdyakis . Os cristais podem ter bordas arredondadas e inexpressivas e podem ser alongados. Os diamantes (especialmente aqueles com faces de cristal arredondadas) são comumente encontrados revestidos em nyf , uma pele opaca semelhante a uma goma. [18]

Alguns diamantes contêm fibras opacas. Eles são chamados de opacos se as fibras crescem de um substrato claro ou fibroso se ocupam todo o cristal. Suas cores variam do amarelo ao verde ou cinza, às vezes com impurezas brancas como nuvens e cinza. Sua forma mais comum é cuboidal, mas eles também podem formar octaedros, dodecaedros, macles ou formas combinadas. A estrutura é o resultado de inúmeras impurezas com tamanhos entre 1 e 5 mícrons. Esses diamantes provavelmente se formaram em magma kimberlito e coletaram amostras dos voláteis. [19]

Os diamantes também podem formar agregados policristalinos. Houve tentativas de classificá-los em grupos com nomes como boart , ballas , stewartite e framesite, mas não há um conjunto de critérios amplamente aceito. [19] Carbonado, um tipo em que os grãos de diamante foram sinterizados (fundidos sem derreter pela aplicação de calor e pressão), é de cor preta e mais resistente do que o diamante de cristal único. [20] Nunca foi observado em uma rocha vulcânica. Existem muitas teorias para sua origem, incluindo a formação em uma estrela, mas nenhum consenso. [19] [21] [22]

Propriedades mecânicas

Dureza

A extrema dureza do diamante em certas orientações o torna útil na ciência dos materiais, como neste diamante piramidal embutido na superfície de trabalho de um testador de dureza Vickers .

O diamante é o material natural mais duro conhecido na escala de Vickers e na escala de Mohs . A grande dureza do diamante em relação a outros materiais é conhecida desde a antiguidade e é a fonte de seu nome. Isso não significa que seja infinitamente difícil, indestrutível ou não criptografável. [23] Na verdade, os diamantes podem ser riscados por outros diamantes [24] e desgastados com o tempo, mesmo por materiais mais macios, como discos de vinil fonográficos . [25]

A dureza do diamante depende de sua pureza, perfeição cristalina e orientação: a dureza é maior para cristais puros e sem falhas orientados na direção <111> (ao longo da diagonal mais longa da rede do diamante cúbico). [26] Portanto, embora seja possível riscar alguns diamantes com outros materiais, como o nitreto de boro , os diamantes mais duros só podem ser arranhados por outros diamantes e agregados de diamante nanocristalino .

A dureza do diamante contribui para sua adequação como gema. Como só pode ser riscado por outros diamantes, mantém seu polimento extremamente bem. Ao contrário de muitas outras joias, é bem adequado para uso diário devido à sua resistência a arranhões - talvez contribuindo para sua popularidade como a joia preferida em anéis de noivado ou de casamento , que costumam ser usados ​​todos os dias.

Os diamantes naturais mais duros originam-se principalmente dos campos de Copeton e Bingara localizados na área da Nova Inglaterra em New South Wales , Austrália. Esses diamantes são geralmente pequenos, perfeitos para octaedros semiperfeitos, e são usados ​​para polir outros diamantes. Sua dureza está associada à forma de crescimento do cristal , que é o crescimento de um único estágio. A maioria dos outros diamantes mostra mais evidências de estágios de crescimento múltiplos, que produzem inclusões, falhas e defeitos de planos na estrutura do cristal, todos afetando sua dureza. É possível tratar diamantes regulares sob uma combinação de alta pressão e alta temperatura para produzir diamantes que são mais duros do que os diamantes usados ​​em medidores de dureza.[27]

Dureza

Algo relacionado à dureza está outra tenacidade de propriedade mecânica , que é a capacidade do material de resistir à quebra por impacto forte. A tenacidade do diamante natural foi medida em 7,5–10  MPa · m 1/2 . [28] [29] Este valor é bom em comparação com outros materiais cerâmicos, mas pobre em comparação com a maioria dos materiais de engenharia, como ligas de engenharia, que normalmente exibem tenacidade acima de 100  MPa · m 1/2 . Como acontece com qualquer material, a geometria macroscópica de um diamante contribui para sua resistência à quebra. O diamante tem um plano de clivagem e, portanto, é mais frágil em algumas orientações do que em outras. Cortadores de diamanteuse este atributo para clivar algumas pedras, antes da lapidação. [30] A "tenacidade ao impacto" é um dos principais índices para medir a qualidade dos diamantes industriais sintéticos.

Força de rendimento

O diamante tem resistência à compressão de 130-140  GPa. [31] Este valor excepcionalmente alto, junto com a dureza e transparência do diamante, são as razões pelas quais as células da bigorna de diamante são a principal ferramenta para experimentos de alta pressão. [32] Essas bigornas atingiram pressões de600 GPa . [33] Pressões muito mais altas podem ser possíveis com diamantes nanocristalinos . [32] [34]

Elasticidade e resistência à tração

Normalmente, a tentativa de deformar o cristal de diamante em massa por tensão ou flexão resulta em fratura frágil. No entanto, quando o diamante cristalino único está na forma de fios ou agulhas em micro / nanoescala (~ 100-300  nanômetros de diâmetro, micrômetros de comprimento), eles podem ser elasticamente alongados em até 9-10 por cento de tensão de tração sem falha, [35 ] com uma tensão máxima de tração local de ∼89 a 98 GPa , [36] muito próxima do limite teórico para este material. [37]

Condutividade elétrica

Outras aplicações especializadas também existem ou estão sendo desenvolvidas, incluindo o uso como semicondutores : alguns diamantes azuis são semicondutores naturais, ao contrário da maioria dos diamantes, que são excelentes isolantes elétricos . A condutividade e a cor azul são originadas de impurezas de boro. O boro substitui os átomos de carbono na estrutura do diamante, doando um buraco na banda de valência . [38]

A condutividade substancial é comumente observada em diamante nominalmente não dopado, crescido por deposição química de vapor . Essa condutividade está associada a espécies relacionadas ao hidrogênio adsorvidas na superfície e pode ser removida por recozimento ou outros tratamentos de superfície. [39] [40]

Um artigo de 2020 relatou que agulhas extremamente finas de diamante podem ser feitas para variar seu gap eletrônico de 5,6 eV normais a quase zero por deformação mecânica seletiva. [41]

Propriedade de superfície

Os diamantes são naturalmente lipofílicos e hidrofóbicos , o que significa que a superfície dos diamantes não pode ser molhada pela água, mas pode ser facilmente molhada e grudada no óleo. Esta propriedade pode ser utilizada para extrair diamantes usando óleo ao fazer diamantes sintéticos. No entanto, quando as superfícies do diamante são quimicamente modificadas com certos íons, espera-se que eles se tornem tão hidrofílicos que possam estabilizar várias camadas de gelo de água na temperatura do corpo humano . [42]

A superfície dos diamantes está parcialmente oxidada. A superfície oxidada pode ser reduzida por tratamento térmico sob fluxo de hidrogênio. Ou seja, este tratamento térmico remove parcialmente os grupos funcionais que contêm oxigênio. Mas os diamantes (sp 3 C) são instáveis ​​contra altas temperaturas (acima de cerca de 400 ° C (752 ° F)) sob pressão atmosférica. A estrutura muda gradualmente para sp 2 C acima dessa temperatura. Assim, os diamantes devem ser reduzidos a esta temperatura. [43]

Estabilidade química

À temperatura ambiente, os diamantes não reagem com quaisquer reagentes químicos, incluindo ácidos e bases fortes.

Em uma atmosfera de oxigênio puro, o diamante tem um ponto de ignição que varia de 690 ° C (1.274 ° F) a 840 ° C (1.540 ° F); cristais menores tendem a queimar com mais facilidade. Ele aumenta de temperatura de vermelho para branco e queima com uma chama azul pálida, e continua a queimar depois que a fonte de calor é removida. Em contraste, no ar, a combustão cessará assim que o calor for removido, porque o oxigênio é diluído com nitrogênio. Um diamante claro, perfeito e transparente é completamente convertido em dióxido de carbono; quaisquer impurezas serão deixadas como cinzas. [44] O calor gerado pelo corte de um diamante não acenderá o diamante, [45] e nem um isqueiro, [46]mas as fogueiras e os maçaricos são bastante quentes. Os joalheiros devem ter cuidado ao moldar o metal em um anel de diamante. [47]

O pó de diamante com um tamanho de grão apropriado (cerca de 50  mícrons) queima com uma chuva de faíscas após a ignição por uma chama. Consequentemente, composições pirotécnicas com base em pó de diamante sintético podem ser preparadas. As faíscas resultantes são da cor laranja-avermelhada usual, comparável ao carvão, mas mostram uma trajetória muito linear que é explicada por sua alta densidade. [48] ​​O diamante também reage com o gás flúor acima de cerca de 700 ° C (1.292 ° F).

Cor

Imagem de um diamante
O diamante colorido mais famoso, o Hope Diamond

O diamante tem uma grande lacuna de banda de5,5  eV correspondendo ao comprimento de onda ultravioleta profundo de 225  nanômetros. Isso significa que o diamante puro deve transmitir luz visível e aparecer como um cristal transparente e incolor. As cores no diamante são originadas de defeitos de rede e impurezas. A estrutura do cristal de diamante é excepcionalmente forte e apenas átomos de nitrogênio , boro e hidrogênio podem ser introduzidos no diamante durante o crescimento em concentrações significativas (até porcentagens atômicas). Metais de transição níquel e cobalto, que são comumente usados ​​para o crescimento de diamante sintético por técnicas de alta pressão e alta temperatura, foram detectados no diamante como átomos individuais; a concentração máxima é de 0,01% para o níquel [49] e ainda menos para o cobalto. Praticamente qualquer elemento pode ser introduzido no diamante por implantação de íons. [50]

O nitrogênio é de longe a impureza mais comum encontrada em diamantes e é responsável pela cor amarela e marrom dos diamantes. O boro é responsável pela cor azul. [51] A cor no diamante tem duas fontes adicionais: irradiação (geralmente por partículas alfa), que causa a cor nos diamantes verdes, e deformação plástica da estrutura do cristal do diamante. A deformação plástica é a causa da cor em alguns diamantes marrons [52] e talvez rosa e vermelho. [53] Em ordem de raridade crescente, o diamante amarelo é seguido pelo marrom, incolor e, a seguir, pelo azul, verde, preto, rosa, laranja, roxo e vermelho. [30] "Preto" ou carbonado, os diamantes não são realmente pretos, mas contêm numerosas inclusões escuras que dão às gemas sua aparência escura. Os diamantes coloridos contêm impurezas ou defeitos estruturais que causam a coloração, enquanto os diamantes puros ou quase puros são transparentes e incolores. A maioria das impurezas do diamante substitui um átomo de carbono na estrutura do cristal , conhecido como falha de carbono . A impureza mais comum, o nitrogênio, causa uma coloração amarela leve a intensa, dependendo do tipo e da concentração de nitrogênio presente. [30] O Gemological Institute of America (GIA) classifica os diamantes amarelos e marrons de baixa saturação como diamantes na faixa de cor normal, e aplica uma escala de graduação de "D" (incolor) a "Z" (amarelo claro). Os diamantes amarelos de alta saturação de cor ou de uma cor diferente, como rosa ou azul, são chamados de diamantes de cores extravagantes e se enquadram em uma escala de graduação diferente. [30]

Em 2008, o Diamante Wittelsbach , um diamante azul de 35,56 quilates (7,112 g) que pertenceu ao Rei da Espanha, arrecadou mais de US $ 24 milhões em um leilão da Christie's. [54] Em maio de 2009, um diamante azul de 7,03 quilates (1,406 g) obteve o maior preço por quilate já pago por um diamante quando foi vendido em leilão por 10,5 milhões de francos suíços (6,97 milhões de euros, ou US $ 9,5 milhões no Tempo). [55] Esse recorde foi, no entanto, batido no mesmo ano: um diamante rosa vivo de 5 quilates (1,0 g) foi vendido por $ 10,8 milhões em Hong Kong em 1 de dezembro de 2009. [56]

Clareza

Clareza é um dos 4C's (Cor, clareza, corte e peso em quilates) que auxilia na identificação da qualidade dos diamantes. O Gemological Institute of America (GIA) desenvolveu 11 escalas de clareza para decidir a qualidade de um diamante por seu valor de venda. A escala de clareza GIA vai de Impecável (FL) a incluído (I) tendo internamente impecável (IF), muito, muito ligeiramente incluído (VVS), muito ligeiramente incluído (VS) e ligeiramente incluído (SI) entre os dois. As impurezas nos diamantes naturais são devidas à presença de minerais e óxidos naturais. A escala de clareza classifica o diamante com base na cor, tamanho, localização da impureza e quantidade de claridade visível com uma ampliação de 10x. [57]As inclusões no diamante podem ser extraídas por métodos ópticos. O processo consiste em obter imagens de pré-realce, identificando a parte de remoção de inclusões e, por fim, removendo as facetas e ruídos do diamante. [58]

Identificação

Os diamantes podem ser identificados por sua alta condutividade térmica (900-2320 W · m −1 · K −1 ). [59] Seu alto índice de refração também é indicativo, mas outros materiais têm refratividade semelhante. Os diamantes cortam o vidro, mas isso não identifica positivamente um diamante porque outros materiais, como o quartzo, também ficam acima do vidro na escala de Mohs e também podem cortá-lo. Os diamantes podem riscar outros diamantes, mas isso pode resultar em danos para uma ou ambas as pedras. Os testes de dureza são raramente usados ​​na gemologia prática devido à sua natureza potencialmente destrutiva. [60]A extrema dureza e o alto valor do diamante significam que as gemas são normalmente polidas lentamente, usando técnicas tradicionais meticulosas e maior atenção aos detalhes do que no caso da maioria das outras gemas; [61] estes tendem a resultar em facetas extremamente planas e altamente polidas com bordas de faceta excepcionalmente nítidas. Os diamantes também possuem um índice de refração extremamente alto e uma dispersão bastante alta. Juntos, esses fatores afetam a aparência geral de um diamante polido e a maioria dos diamantaires ainda depende do uso habilidoso de uma lupa (lupa) para identificar os diamantes "a olho". [62]

Geologia

Os diamantes são extremamente raros, com concentrações de no máximo partes por bilhão na rocha geradora. [19] Antes do século 20, a maioria dos diamantes foram encontrados em depósitos aluviais . Os diamantes soltos também são encontrados ao longo de linhas costeiras antigas e existentes , onde tendem a se acumular devido ao seu tamanho e densidade. [63] : 149  Raramente, eles foram encontrados em glacial till (notavelmente em Wisconsin e Indiana ), mas esses depósitos não são de qualidade comercial. [63] : 19  Esses tipos de depósito foram derivados de intrusões ígneas localizadas por meio de intemperismo etransporte por vento ou água . [64]

A maioria dos diamantes vem do manto terrestre e a maior parte desta seção discute esses diamantes. No entanto, existem outras fontes. Alguns blocos da crosta, ou terranos , foram enterrados profundamente o suficiente à medida que a crosta se espessava, de modo que experimentaram metamorfismo de ultra-alta pressão . Estes têm microdiamantes distribuídos uniformemente que não mostram nenhum sinal de transporte por magma. Além disso, quando os meteoritos atingem o solo, a onda de choque pode produzir temperaturas e pressões altas o suficiente para a formação de microdiamantes e nanodiamantes . [64] Microdiamantes do tipo impacto podem ser usados ​​como um indicador de crateras de impacto antigas. [65] Cratera Popigaina Rússia pode ter o maior depósito de diamante do mundo, estimado em trilhões de quilates, e formado por um impacto de asteróide. [66]

Um equívoco comum é que os diamantes se formam a partir do carvão altamente comprimido . O carvão é formado a partir de plantas pré-históricas enterradas, e a maioria dos diamantes datados são muito mais antigos do que as primeiras plantas terrestres . É possível que os diamantes possam se formar a partir do carvão em zonas de subducção , mas os diamantes formados dessa forma são raros, e a fonte de carbono é mais provavelmente rochas carbonáticas e carbono orgânico nos sedimentos, em vez de carvão. [67] [68]

Distribuição de superfície

Províncias geológicas do mundo. As áreas rosa e laranja são escudos e plataformas , que juntas constituem crátons.

Os diamantes estão longe de serem distribuídos uniformemente pela Terra. Uma regra prática conhecida como regra de Clifford afirma que eles quase sempre são encontrados em kimberlitos na parte mais antiga dos crátons , os núcleos estáveis ​​de continentes com idades típicas de 2,5  bilhões de anos ou mais. [64] [69] : 314  No entanto, há exceções. A mina de diamantes Argyle na Austrália , a maior produtora de diamantes em peso do mundo, está localizada em um cinturão móvel , também conhecido como cinturão orogênico , [70] uma zona mais fraca ao redor do cráton central que passou por tectônica compressional. Em vez de kimberlito, a rocha hospedeira é lamproita. Lamproitas com diamantes que não são economicamente viáveis ​​também são encontrados nos Estados Unidos, Índia e Austrália. [64] Além disso, os diamantes no cinturão Wawa da província Superior no Canadá e os microdiamantes no arco da ilha do Japão são encontrados em um tipo de rocha chamado lamprófiro . [64]

Os kimberlitos podem ser encontrados em diques e peitoris estreitos (1 a 4 metros) e em tubos com diâmetros que variam de cerca de 75 ma 1,5 km. A rocha fresca é verde-azulada escura a cinza-esverdeada, mas após a exposição rapidamente torna-se marrom e desintegra-se. [71] É uma rocha híbrida com uma mistura caótica de pequenos minerais e fragmentos de rocha ( clastos ) até o tamanho de melancias. Eles são uma mistura de xenocristais e xenólitos (minerais e rochas carregados da crosta e manto inferiores), pedaços de rocha superficial, minerais alterados como a serpentina e novos minerais que se cristalizaram durante a erupção. A textura varia com a profundidade. A composição forma um continuum com carbonatitos, mas o último tem muito oxigênio para o carbono existir em sua forma pura. Em vez disso, ele está preso na calcita mineral ( Ca C O
3
) [64]

Todos os três das rochas de rolamento de diamante (kimberlite, lamproite e lamprophyre) faltam determinados minerais ( melilite e kalsilite ), que são incompatíveis com a formação de diamante. No kimberlito, a olivina é grande e conspícua, enquanto a lamproita tem Tiflogopita e o lamprófiro tem biotita e anfibólio . Eles são todos derivados de tipos de magma que emergem rapidamente de pequenas quantidades de fusão, são ricos em voláteis e óxido de magnésio e são menos oxidantes do que os fundidos de manto mais comuns, como o basalto . Essas características permitem que os fundidos carreguem os diamantes para a superfície antes de se dissolverem.[64]

Exploração

Diavik Mine, em uma ilha em Lac de Gras, no norte do Canadá

Os canos de kimberlito podem ser difíceis de encontrar. Eles sofrem intempéries rapidamente (alguns anos após a exposição) e tendem a ter um relevo topográfico mais baixo do que as rochas circundantes. Se eles são visíveis em afloramentos, os diamantes nunca são visíveis porque são muito raros. Em qualquer caso, os kimberlitos são frequentemente cobertos por vegetação, sedimentos, solos ou lagos. Em pesquisas modernas, métodos geofísicos , como levantamentos aeromagnéticos , resistividade elétrica e gravimetria , ajudam a identificar regiões promissoras a serem exploradas. Isso é auxiliado por datação isotópica e modelagem da história geológica. Em seguida, os topógrafos devem ir até a área e coletar amostras, procurando por fragmentos de kimberlito ou minerais indicadores. Os últimos têm composições que refletem as condições em que os diamantes se formam, como depleção extrema de fusão ou altas pressões em eclogitos . No entanto, os minerais indicadores podem ser enganosos; uma abordagem melhor é a geotermobarometria , onde as composições dos minerais são analisadas como se estivessem em equilíbrio com os minerais do manto. [64]

Encontrar kimberlitos requer persistência e apenas uma pequena fração contém diamantes que são comercialmente viáveis. As únicas grandes descobertas desde cerca de 1980 foram no Canadá. Como as minas existentes têm vida útil de apenas 25 anos, pode haver escassez de novos diamantes no futuro. [64]

Idades

Os diamantes são datados por meio da análise de inclusões usando o decaimento de isótopos radioativos. Dependendo das abundâncias elementares, pode-se observar a decomposição do rubídio em estrôncio , samário em neodímio , urânio em chumbo , argônio-40 em argônio-39 ou rênio em ósmio . Aqueles encontrados em kimberlitos têm idades variando de 1 a 3,5 bilhões de anos , e podem haver várias idades no mesmo kimberlito, indicando múltiplos episódios de formação de diamante. Os próprios quimberlitas são muito mais jovens. A maioria deles tem idades entre dezenas de milhões e 300 milhões de anos, embora haja algumas exceções mais antigas (Argyle, Premiere Wawa). Assim, os kimberlitos se formaram independentemente dos diamantes e serviram apenas para transportá-los para a superfície. [19] [64] Os kimberlitos também são muito mais jovens do que os crátons pelos quais eles irromperam. A razão para a falta de quimberlitos mais antigos é desconhecida, mas sugere que houve alguma mudança na química do manto ou na tectônica. Nenhum kimberlito entrou em erupção na história da humanidade. [64]

Origem no manto

Eclogita com cristais de granada centimétricos
Inclusão de granada vermelha em um diamante. [72]

A maioria dos diamantes com qualidade de gema vem de profundidades de 150–250 km na litosfera. Essas profundidades ocorrem abaixo dos crátons nas quilhas do manto , a parte mais espessa da litosfera. Essas regiões têm pressão e temperatura altas o suficiente para permitir que os diamantes se formem e não estão convectando, então os diamantes podem ser armazenados por bilhões de anos até que uma erupção de kimberlito os amostre. [64]

As rochas hospedeiras em uma quilha do manto incluem harzburgito e lherzolito , dois tipos de peridotito . O tipo de rocha mais dominante no manto superior , o peridotito é uma rocha ígnea que consiste principalmente nos minerais olivina e piroxênio ; tem baixo teor de sílica e alto teor de magnésio . No entanto, os diamantes no peridotito raramente sobrevivem à viagem para a superfície. [64] Outra fonte comum que mantém os diamantes intactos é a eclogita , uma rocha metamórfica que normalmente se forma a partir do basalto à medida que uma placa oceânica mergulha no manto em umzona de subducção . [19]

Uma fração menor de diamantes (cerca de 150 foram estudados) vem de profundidades de 330-660 km, uma região que inclui a zona de transição . Eles se formaram na eclogita, mas se distinguem dos diamantes de origem mais rasa por inclusões de majorita (uma forma de granada com excesso de silício). Uma proporção semelhante de diamantes vem do manto inferior em profundidades entre 660 e 800 km. [19]

O diamante é termodinamicamente estável em altas pressões e temperaturas, com a transição de fase do grafite ocorrendo em temperaturas maiores à medida que a pressão aumenta. Assim, embaixo dos continentes, ele se torna estável a temperaturas de 950  graus Celsius e pressões de 4,5 gigapascais, correspondentes a profundidades de 150  quilômetros ou mais. Em zonas de subducção, que são mais frias, ele se torna estável a temperaturas de 800 ° C e pressões de 3,5  gigapascais. Em profundidades superiores a 240 km, as fases metálicas de ferro-níquel estão presentes e o carbono provavelmente estará dissolvido nelas ou na forma de carbonetos . Assim, a origem mais profunda de alguns diamantes pode refletir ambientes de crescimento incomuns. [19] [64]

Em 2018, as primeiras amostras naturais conhecidas de uma fase de gelo chamada Ice VII foram encontradas como inclusões em amostras de diamante. As inclusões formadas em profundidades entre 400 e 800 km, abrangendo o manto superior e inferior, e fornecem evidências de fluido rico em água nessas profundidades. [73] [74]

Fontes de carbono

O manto tem cerca de um bilhão de gigatoneladas de carbono (para comparação, o sistema atmosfera-oceano tem cerca de 44.000 gigatoneladas). [75] O carbono tem dois isótopos estáveis , 12 C e 13 C , em uma proporção de aproximadamente 99: 1 em massa. [64] Esta proporção tem uma ampla variação em meteoritos, o que implica que também variou muito na Terra primitiva. Também pode ser alterado por processos de superfície como a fotossíntese . A fração é geralmente comparada a uma amostra padrão usando uma razão δ 13 Cexpresso em partes por mil. Rochas comuns do manto, como basaltos, carbonatitos e kimberlitos, têm proporções entre −8 e −2. Na superfície, os sedimentos orgânicos têm uma média de -25 enquanto os carbonatos têm uma média de 0. [19]

Populações de diamantes de diferentes origens têm distribuições de δ 13 C que variam acentuadamente. Os diamantes peridotíticos estão principalmente dentro da faixa típica do manto; diamantes eclogíticos têm valores de −40 a +3, embora o pico da distribuição esteja na faixa do manto. Esta variabilidade implica que eles não são formados a partir do carbono que é primordial (tendo residido no manto desde que a Terra se formou). Em vez disso, são o resultado de processos tectônicos, embora (dadas as idades dos diamantes) não sejam necessariamente os mesmos processos tectônicos que atuam no presente. [64]

Formação e crescimento

Zonas de idade em um diamante. [72]

Os diamantes no manto se formam por meio de um processo metassomático em que um fluido ou fusão COHNS dissolve os minerais em uma rocha e os substitui por novos minerais. (O termo vago COHNS é comumente usado porque a composição exata não é conhecida.) Os diamantes se formam a partir desse fluido por redução do carbono oxidado (por exemplo, CO 2 ou CO 3 ) ou oxidação de uma fase reduzida, como o metano . [19]

Usando sondas como luz polarizada, fotoluminescência e catodoluminescência , uma série de zonas de crescimento podem ser identificadas nos diamantes. O padrão característico em diamantes da litosfera envolve uma série quase concêntrica de zonas com oscilações muito finas na luminescência e episódios alternados onde o carbono é reabsorvido pelo fluido e então cresce novamente. Os diamantes de baixo da litosfera têm uma textura mais irregular, quase policristalina, refletindo as altas temperaturas e pressões, bem como o transporte dos diamantes por convecção. [64]

Transporte para a superfície

Diagrama de um tubo vulcânico

Evidências geológicas apóiam um modelo no qual o magma kimberlito sobe de 4 a 20 metros por segundo, criando um caminho ascendente por fraturamento hidráulico da rocha. À medida que a pressão diminui, uma fase de vapor exsolve do magma, e isso ajuda a manter o fluido de magma. Na superfície, a erupção inicial explode através de fissuras em altas velocidades (mais de 200 m / s (450 mph)). Então, em pressões mais baixas, a rocha sofre erosão, formando um tubo e produzindo rocha fragmentada ( brecha ). À medida que a erupção diminui, ocorre a fase piroclástica e então o metamorfismo e a hidratação produzem serpentinitos . [64]

No espaço

Embora os diamantes na Terra sejam raros, eles são muito comuns no espaço. Em meteoritos , cerca de três por cento do carbono está na forma de nanodiamantes , com diâmetros de alguns nanômetros. Diamantes suficientemente pequenos podem se formar no frio do espaço porque sua energia superficial mais baixa os torna mais estáveis ​​do que o grafite. As assinaturas isotópicas de alguns nanodiamantes indicam que foram formados fora do Sistema Solar nas estrelas. [76]

Experimentos de alta pressão prevêem que grandes quantidades de diamantes se condensam de metano em uma "chuva de diamantes" nos planetas gigantes de gelo Urano e Netuno . [77] [78] [79] Alguns planetas extrasolares podem ser quase inteiramente compostos de diamante. [80]

Os diamantes podem existir em estrelas ricas em carbono, particularmente anãs brancas . Uma teoria para a origem do carbonado , a forma mais resistente de diamante, é que ele se originou em uma anã branca ou supernova . [81] [82] Os diamantes formados nas estrelas podem ter sido os primeiros minerais. [83]

Indústria

A clear faceted gem supported in four clamps attached to a wedding ring
Um diamante redondo de lapidação brilhante incrustado em um anel

Os usos mais familiares dos diamantes hoje são como gemas usadas para adorno e como abrasivos industriais para cortar materiais duros. Os mercados de diamantes de grau gema e de grau industrial valorizam os diamantes de maneiras diferentes.

Exportações de diamantes por país (2014) de Harvard Atlas of Economic Complexity

Diamantes de grau gema

A dispersão da luz branca em cores espectrais é a principal característica gemológica dos diamantes de gema. No século 20, especialistas em gemologia desenvolveram métodos de classificação de diamantes e outras gemas com base nas características mais importantes para seu valor como gema. Quatro características, conhecidas informalmente como os quatro Cs , são agora comumente usadas como os descritores básicos dos diamantes: são sua massa em quilates (um quilate sendo igual a 0,2  gramas), corte (a qualidade do corte é graduada de acordo com as proporções , simetria e polonês ), cor(quão próximo do branco ou incolor; para diamantes extravagantes quão intensa é sua tonalidade) e clareza (quão livre é de inclusões ). Um grande diamante perfeito é conhecido como um modelo . [84]

Existe um grande comércio de diamantes de grau gema. Embora a maioria dos diamantes de grau gema seja vendida recentemente polida, existe um mercado bem estabelecido para revenda de diamantes polidos (por exemplo, penhor, leilões, joalherias de segunda mão, diamantaires, bolsas, etc.). Uma marca registrada do comércio de diamantes de qualidade é sua concentração notável: o comércio atacadista e o corte de diamantes são limitados a apenas alguns locais; em 2003, 92% dos diamantes do mundo foram lapidados e polidos em Surat , Índia . [85] Outros centros importantes de corte e comércio de diamantes são o distrito de diamantes de Antuérpia, na Bélgica , onde o Instituto Gemológico Internacional está sediado, em Londres , oDiamond District em Nova York , Diamond Exchange District em Tel Aviv e Amsterdã . Um fator que contribui é a natureza geológica dos depósitos de diamante: várias grandes minas primárias de tubo de kimberlito cada uma respondem por porções significativas de participação de mercado (como a mina Jwaneng em Botswana, que é uma única mina grande que pode produzir entre 12.500.000 e 15.000.000 quilates (2.500 e 3.000 kg) de diamantes por ano [86] ). Os depósitos de diamantes aluviais secundários, por outro lado, tendem a ser fragmentados entre muitos operadores diferentes porque podem ser dispersos por muitas centenas de quilômetros quadrados (por exemplo, depósitos aluviais no Brasil). [citação necessária ]

A produção e distribuição de diamantes está amplamente consolidada nas mãos de alguns jogadores importantes e concentrada em centros de comércio de diamantes tradicionais, sendo o mais importante Antuérpia, onde 80% de todos os diamantes em bruto , 50% de todos os diamantes lapidados e mais de 50 % de todos os diamantes brutos, lapidados e industriais combinados são manuseados. [87] Isso torna Antuérpia uma "capital mundial do diamante" de fato. [88] A cidade de Antuérpia também hospeda a Antwerpsche Diamantkring , criada em 1929 para se tornar a primeira e maior bolsa de diamantes dedicada aos diamantes em bruto. [89] Outro importante centro de diamantes é a cidade de Nova York, onde quase 80% dos diamantes do mundo são vendidos, incluindo vendas em leilão. [87]

A empresa De Beers , como a maior mineradora de diamantes do mundo, detém uma posição dominante no setor, e tem-no desde a sua fundação em 1888 pelo empresário britânico Cecil Rhodes . A De Beers é atualmente a maior operadora mundial de instalações de produção de diamantes (minas) e canais de distribuição de diamantes com qualidade de gema. The Diamond Trading Company (DTC) é uma subsidiária da De Beers e comercializa diamantes em bruto das minas operadas pela De Beers. A De Beers e suas subsidiárias possuem minas que produzem cerca de 40% da produção mundial anual de diamantes. Durante a maior parte do século 20, mais de 80% dos diamantes em bruto do mundo passaram pela De Beers, [90] mas em 2001–2009 o número diminuiu para cerca de 45%, [91]e em 2013 a quota de mercado da empresa diminuiu ainda mais para cerca de 38% em valor e ainda menos em volume. [92] A De Beers vendeu a grande maioria de seu estoque de diamantes no final de 1990 - início de 2000 [93] e o restante representa amplamente estoque de trabalho (diamantes que estão sendo classificados antes da venda). [94] Isso foi bem documentado na imprensa [95], mas permanece pouco conhecido do público em geral.

Como parte da redução de sua influência, a De Beers retirou-se da compra de diamantes no mercado aberto em 1999 e cessou, no final de 2008, de comprar diamantes russos extraídos da maior empresa de diamantes russa, Alrosa . [96] Em janeiro de 2011, a De Beers afirma que vende apenas diamantes dos seguintes quatro países: Botswana, Namíbia, África do Sul e Canadá. [97] A Alrosa teve que suspender suas vendas em outubro de 2008 devido à crise global de energia , [98] mas a empresa relatou que havia retomado a venda de diamantes em bruto no mercado aberto em outubro de 2009. [99] Além da Alrosa, outro importante empresas de mineração de diamantes incluem BHP, que é a maior mineradora do mundo; [100] Rio Tinto , proprietária das minas de diamante Argyle (100%), Diavik (60%) e Murowa (78%); [101] e Petra Diamonds , proprietária de várias das principais minas de diamantes na África.

Polidor de diamantes em Amsterdã

Mais abaixo na cadeia de abastecimento, os membros da Federação Mundial de Bolsas de Diamantes (WFDB) atuam como um meio para a troca de diamantes no atacado, negociando diamantes polidos e brutos. O WFDB consiste em bolsas de diamantes independentes nos principais centros de corte, como Tel Aviv, Antuérpia, Joanesburgo e outras cidades nos Estados Unidos, Europa e Ásia. [30] Em 2000, a WFDB e a International Diamond Manufacturers Association estabeleceram o Conselho Mundial de Diamantes para prevenir o comércio de diamantes usados ​​para financiar guerras e atos desumanos. As atividades adicionais da WFDB incluem o patrocínio do Congresso Mundial de Diamantes a cada dois anos, bem como o estabelecimento do Conselho Internacional de Diamantes(IDC) para supervisionar a classificação de diamantes. [ citação necessária ]

Uma vez adquiridos pelos Sightholders (que é um termo de marca registrada que se refere às empresas que têm um contrato de fornecimento de três anos com a DTC), os diamantes são lapidados e polidos na preparação para a venda como gemas (pedras "industriais" são consideradas um subproduto de mercado de gemas; são utilizadas para abrasivos). [102] O corte e polimento de diamantes em bruto é uma habilidade especializada que está concentrada em um número limitado de locais em todo o mundo. [102] Os centros tradicionais de lapidação de diamantes são Antuérpia, Amsterdã , Joanesburgo, Nova York e Tel Aviv. Recentemente, centros de corte de diamantes foram estabelecidos na China, Índia, Tailândia , Namíbia e Botswana. [102]Centros de corte com menor custo de mão de obra, notadamente Surat em Gujarat, Índia , lidam com um grande número de diamantes de quilate menores, enquanto quantidades menores de diamantes maiores ou mais valiosos são mais prováveis ​​de serem manuseadas na Europa ou América do Norte. A recente expansão dessa indústria na Índia, empregando mão de obra de baixo custo, permitiu que diamantes menores fossem preparados como gemas em maiores quantidades do que era economicamente viável anteriormente. [87]

Os diamantes preparados como gemas são vendidos em bolsas de diamantes chamadas bolsas . Existem 28 bolsas de diamantes registradas no mundo. [103] As bolsas são a etapa final rigidamente controlada na cadeia de fornecimento de diamantes; atacadistas e até mesmo varejistas podem comprar lotes relativamente pequenos de diamantes nas bolsas, após o que são preparados para venda final ao consumidor. Os diamantes podem ser vendidos já engastados nas joias ou vendidos não engastados ("soltos"). De acordo com a Rio Tinto, em 2002 os diamantes produzidos e lançados no mercado foram avaliados em US $ 9 bilhões como diamantes em bruto, US $ 14 bilhões após corte e polimento, US $ 28 bilhões em joias com diamantes no atacado e US $ 57 bilhões em vendas no varejo . [104]

Corte

A large rectangular pink multifaceted gemstone, set in a decorative surround. The decoration includes a row of small clear faceted gemstones around the main gem's perimeter, and clusters of gems forming a crest on one side. The crest comprises a three-pointed crown faced by two unidentifiable animals.
O diamante Darya-I-Nur - um exemplo incomum de corte de diamante e arranjo de joias.

Os diamantes em bruto extraídos são convertidos em gemas através de um processo de várias etapas denominado "corte". Os diamantes são extremamente duros, mas também frágeis e podem ser quebrados com um único golpe. Portanto, o corte de diamante é tradicionalmente considerado um procedimento delicado que requer habilidades, conhecimento científico, ferramentas e experiência. Seu objetivo final é produzir uma joia facetada onde os ângulos específicos entre as facetas otimizem o brilho do diamante, ou seja, a dispersão da luz branca, enquanto o número e a área das facetas determinam o peso do produto final. A redução do peso no corte é significativa e pode ser da ordem de 50%. [105]Várias formas possíveis são consideradas, mas a decisão final geralmente é determinada não apenas por considerações científicas, mas também práticas. Por exemplo, o diamante pode ser destinado para exibição ou para uso, em um anel ou colar, isolado ou rodeado por outras gemas de determinada cor e formato. [106] Alguns deles podem ser considerados clássicos, como diamantes redondos , pera , marquise , oval , corações e flechas , etc. Alguns deles são especiais, produzidos por certas empresas, por exemplo, diamantes Phoenix , Cushion , Sole Mio , etc. [107]

A parte mais demorada do corte é a análise preliminar da pedra bruta. Ele precisa abordar um grande número de questões, tem muita responsabilidade e, portanto, pode durar anos no caso de diamantes exclusivos. Os seguintes problemas são considerados:

  • A dureza do diamante e sua capacidade de clivagem dependem fortemente da orientação do cristal. Portanto, a estrutura cristalográfica do diamante a ser cortado é analisada usando difração de raios-X para escolher as direções de corte ideais.
  • A maioria dos diamantes contém inclusões não diamantadas visíveis e falhas de cristal. O cortador deve decidir quais falhas devem ser removidas pelo corte e quais podem ser mantidas.
  • O diamante pode ser dividido por um único golpe bem calculado de um martelo em uma ferramenta pontiaguda, o que é rápido, mas arriscado. Alternativamente, pode ser cortado com uma serra de diamante , que é um procedimento mais confiável, mas tedioso. [106] [108]

Após o corte inicial, o diamante é moldado em várias etapas de polimento. Ao contrário do corte, que é uma operação responsável mas rápida, o polimento remove o material por erosão gradual e é extremamente demorado. A técnica associada é bem desenvolvida; é considerada uma rotina e pode ser realizada por técnicos. [109] Após o polimento, o diamante é reexaminado para possíveis falhas, sejam remanescentes ou induzidas pelo processo. Essas falhas são ocultadas por meio de várias técnicas de aprimoramento de diamante , como repolimento, preenchimento de rachaduras ou arranjo inteligente da pedra na joalheria. As inclusões não diamantadas restantes são removidas por meio de perfuração a laser e preenchimento dos vazios produzidos. [60]

Marketing

Escala de equilíbrio de diamante 0,01 - 25 quilates ferramenta de medição de joalheiros

O marketing afetou significativamente a imagem do diamante como uma mercadoria valiosa.

A NW Ayer & Son , a empresa de publicidade contratada pela De Beers em meados do século 20, conseguiu reviver o mercado americano de diamantes e a empresa criou novos mercados em países onde antes não existia tradição em diamantes. O marketing da NW Ayer incluía colocação de produto , publicidade focada no próprio diamante, e não na marca De Beers, e associações com celebridades e realeza. Sem anunciar a marca De Beers, a De Beers estava anunciando produtos de diamantes de seus concorrentes também, [110]mas isso não era uma preocupação, uma vez que a De Beers dominou o mercado de diamantes ao longo do século XX. A participação de mercado da De Beers caiu temporariamente para o 2º lugar no mercado global abaixo da Alrosa no rescaldo da crise econômica global de 2008, caindo para menos de 29% em termos de quilates extraídos, ao invés de vendidos. [111] A campanha durou décadas, mas foi efetivamente interrompida no início de 2011. A De Beers ainda anuncia diamantes, mas a publicidade agora promove principalmente suas próprias marcas, ou linhas de produtos licenciadas, ao invés de produtos de diamantes completamente "genéricos". [111] A campanha foi talvez melhor capturada pelo slogan " um diamante é para sempre ". [112] Este slogan agora está sendo usado pela De Beers Diamond Jewelers, [113]uma joalheria que é uma joint venture 50% / 50% entre a mineradora De Beers e a LVMH , o conglomerado de bens de luxo.

Os diamantes castanhos constituíam uma parte significativa da produção de diamantes e eram predominantemente usados ​​para fins industriais. Eles eram vistos como sem valor para joias (nem mesmo sendo avaliados na escala de cores do diamante ). Após o desenvolvimento e comercialização da mina de diamantes Argyle na Austrália em 1986, os diamantes marrons se tornaram joias aceitáveis. [114] [115] A mudança foi principalmente devido aos números: a mina Argyle, com seus 35 milhões de quilates (7.000 kg) de diamantes por ano, faz cerca de um terço da produção global de diamantes naturais; [116] 80% dos diamantes Argyle são castanhos. [117]

Diamantes de grau industrial

A diamond scalpel consisting of a yellow diamond blade attached to a pen-shaped holder
Um bisturi com lâmina de diamante sintético
A polished metal blade embedded with small diamonds
Fotografia de close-up de uma lâmina de esmeril com pequenos diamantes incrustados no metal
Uma lâmina de faca de diamante usada para cortar seções ultrafinas (normalmente 70 a 350 nm) para microscopia eletrônica de transmissão

Os diamantes industriais são avaliados principalmente por sua dureza e condutividade térmica, tornando muitas das características gemológicas dos diamantes, como o 4 Cs , irrelevantes para a maioria das aplicações. 80% dos diamantes extraídos (equivalente a cerca de 135 milhões de quilates (27.000 kg) anualmente) são inadequados para uso como gemas e são usados ​​industrialmente. [118] Além dos diamantes extraídos, os diamantes sintéticos encontraram aplicações industriais quase imediatamente após sua invenção na década de 1950; outros 570 milhões de quilates (114.000 kg) de diamante sintético são produzidos anualmente para uso industrial (em 2004; em 2014, são 4.500 milhões de quilates (900.000 kg), 90% dos quais são produzidos na China). Aproximadamente 90% do grão de diamante é atualmente de origem sintética. [119]

A fronteira entre diamantes de qualidade e diamantes industriais é mal definida e em parte depende das condições de mercado (por exemplo, se a demanda por diamantes polidos for alta, algumas pedras de baixo grau serão polidas em pedras preciosas de baixa qualidade ou pequenas ao invés de serem vendidas para uso industrial). Dentro da categoria de diamantes industriais, existe uma subcategoria que compreende as de menor qualidade, em sua maioria pedras opacas, conhecidas como bort . [120]

O uso industrial de diamantes tem sido historicamente associado à sua dureza, o que torna o diamante o material ideal para ferramentas de corte e retificação. Como o material natural mais duro conhecido, o diamante pode ser usado para polir, cortar ou desgastar qualquer material, incluindo outros diamantes. As aplicações industriais comuns dessa propriedade incluem brocas e serras com ponta de diamante e o uso de pó de diamante como abrasivo . Diamantes menos caros de grau industrial, conhecidos como bort, com mais falhas e cor mais pobre do que as gemas, são usados ​​para tais fins. [121] O diamante não é adequado para usinagem de ligas ferrosas em altas velocidades, visto que o carbono é solúvel em ferro nas altas temperaturas criadas pela usinagem de alta velocidade, levando a um desgaste muito maior nas ferramentas diamantadas em comparação com as alternativas. [122]

As aplicações especializadas incluem o uso em laboratórios como contenção para experimentos de alta pressão (ver célula de bigorna de diamante ), rolamentos de alto desempenho e uso limitado em janelas especializadas . [120] Com os avanços contínuos feitos na produção de diamantes sintéticos, aplicações futuras estão se tornando viáveis. A alta condutividade térmica do diamante o torna adequado como dissipador de calor para circuitos integrados em eletrônica . [123]

Mineração

Aproximadamente 130.000.000 quilates (26.000 kg) de diamantes são extraídos anualmente, com um valor total de quase US $ 9 bilhões, e cerca de 100.000 kg (220.000 lb) são sintetizados anualmente. [124]

Aproximadamente 49% dos diamantes são originários da África Central e do Sul , embora fontes significativas do mineral tenham sido descobertas no Canadá , Índia , Rússia , Brasil e Austrália . [119] Eles são extraídos de tubos vulcânicos de kimberlito e lamproita, que podem trazer cristais de diamante, originários das profundezas da Terra, onde altas pressões e temperaturas permitem que eles se formem, para a superfície. A mineração e distribuição de diamantes naturais são temas de controvérsia frequente, como preocupações com a venda de diamantes de sangue ou diamantes de conflito por paramilitares africanosgrupos. [125] A cadeia de abastecimento de diamantes é controlada por um número limitado de empresas poderosas e também é altamente concentrada em um pequeno número de locais ao redor do mundo.

Apenas uma pequena fração do minério de diamante consiste em diamantes reais. O minério é triturado, durante o qual é necessário cuidado para não destruir diamantes maiores e, em seguida, classificado por densidade. Hoje, os diamantes estão localizados na fração de densidade rica em diamante com a ajuda da fluorescência de raios-X , após o que as etapas finais de classificação são feitas manualmente. Antes que o uso de raios X se tornasse comum, [105] a separação era feita com correias de graxa; os diamantes têm uma tendência mais forte de grudar na graxa do que os outros minerais do minério. [30]

Mina de diamante Udachnaya da Sibéria

Historicamente, os diamantes foram encontrados apenas em depósitos aluviais no distrito de Guntur e Krishna do delta do rio Krishna no sul da Índia . [126] A Índia liderou o mundo na produção de diamantes desde a época de sua descoberta, aproximadamente no século 9 aC [127] [128] até meados do século 18 dC, mas o potencial comercial dessas fontes havia se esgotado no final do século 18 século e naquela época a Índia foi eclipsada pelo Brasil, onde os primeiros diamantes não-indianos foram encontrados em 1725. [127] Atualmente, uma das minas indianas mais importantes está localizada em Panna . [129]

A extração de diamantes de depósitos primários (kimberlitos e lamproitos) começou na década de 1870 após a descoberta dos campos de diamantes na África do Sul. [130] A produção aumentou ao longo do tempo e agora um total acumulado de 4.500.000.000 quilates (900.000 kg) foi extraído desde aquela data. [131] Vinte por cento desse montante foi extraído nos últimos cinco anos, e durante os últimos 10 anos, nove novas minas começaram a produção; mais quatro estão esperando para serem inaugurados em breve. A maioria dessas minas está localizada no Canadá, Zimbábue, Angola e uma na Rússia. [131]

Nos Estados Unidos, diamantes foram encontrados em Arkansas , Colorado , Novo México , Wyoming e Montana . [132] [133] Em 2004, a descoberta de um diamante microscópico nos Estados Unidos levou à amostragem em massa de tubos kimberlitos em janeiro de 2008 em uma parte remota de Montana. O Parque Estadual Crater of Diamonds em Arkansas está aberto ao público e é a única mina no mundo onde o público pode cavar em busca de diamantes. [133]

Hoje, os depósitos de diamantes mais comercialmente viáveis ​​estão na Rússia (principalmente na República Sakha , por exemplo, tubo Mir e tubo Udachnaya ), Botswana , Austrália ( Norte e Oeste da Austrália ) e República Democrática do Congo . [134] Em 2005, a Rússia produziu quase um quinto da produção global de diamantes, de acordo com o British Geological Survey . A Austrália ostenta o tubo diamantífero mais rico, com a produção da mina de diamantes Argyle atingindo níveis máximos de 42  toneladas métricas por ano na década de 1990. [132] [135] Existem também depósitos comerciais sendo ativamente minerados nos Territórios do Noroeste do Canadá e do Brasil. [119] Os garimpeiros de diamantes continuam a pesquisar o globo em busca de tubos de kimberlito e lamproita com diamantes.

Questões políticas

Em alguns dos países da África Central e Ocidental mais politicamente instáveis, grupos revolucionários assumiram o controle das minas de diamantes , usando o produto da venda de diamantes para financiar suas operações. Os diamantes vendidos por meio desse processo são conhecidos como diamantes de conflito ou diamantes de sangue . [125]

Em resposta às preocupações do público de que suas compras de diamantes estavam contribuindo para a guerra e abusos dos direitos humanos na África Central e Ocidental , as Nações Unidas , a indústria de diamantes e as nações que comercializam diamantes introduziram o Processo de Kimberley em 2002. [136]O Processo Kimberley visa garantir que os diamantes de conflito não se misturem com os diamantes não controlados por esses grupos rebeldes. Isso é feito exigindo que os países produtores de diamantes forneçam prova de que o dinheiro que ganham com a venda dos diamantes não é usado para financiar atividades criminosas ou revolucionárias. Embora o Processo Kimberley tenha tido um sucesso moderado em limitar o número de diamantes de conflito que entram no mercado, alguns ainda conseguem entrar. De acordo com a International Diamond Manufacturers Association, os diamantes de conflito constituem 2–3% de todos os diamantes comercializados. [137]Duas falhas principais ainda impedem a eficácia do Processo de Kimberley: (1) a relativa facilidade de contrabando de diamantes através das fronteiras africanas, e (2) a natureza violenta da mineração de diamantes em nações que não estão em um estado técnico de guerra e cujos diamantes estão portanto, considerado "limpo". [136]

O governo canadense criou um órgão conhecido como Código de Conduta do Diamante Canadense [138] para ajudar a autenticar os diamantes canadenses. Este é um sistema de rastreamento rigoroso de diamantes e ajuda a proteger o rótulo de "livre de conflito" dos diamantes canadenses. [139]

Sintéticos, simuladores e aprimoramentos

Sintéticos

Six crystals of cubo-octahedral shapes, each about 2 millimeters in diameter. Two are pale blue, one is pale yellow, one is green-blue, one is dark blue and one green-yellow.
Diamantes sintéticos de várias cores cultivados pela técnica de alta pressão e alta temperatura

Os diamantes sintéticos são diamantes fabricados em laboratório, ao contrário dos diamantes extraídos da Terra. Os usos gemológicos e industriais do diamante criaram uma grande demanda por pedras brutas. Essa demanda foi atendida em grande parte pelos diamantes sintéticos, que foram fabricados por vários processos por mais de meio século. No entanto, nos últimos anos, tornou-se possível produzir diamantes sintéticos de tamanho significativo com qualidade de gema. [63] É possível fazer gemas sintéticas incolores que, a nível molecular, são idênticas às pedras naturais e tão semelhantes visualmente que apenas um gemologista com equipamento especial pode dizer a diferença. [140]

A maioria dos diamantes sintéticos disponíveis comercialmente são amarelos e são produzidos pelos chamados processos de alta pressão e alta temperatura ( HPHT ). [141] A cor amarela é causada por impurezas de nitrogênio . Outras cores também podem ser reproduzidas, como azul, verde ou rosa, que são resultado da adição de boro ou da irradiação após a síntese. [142]

A round, clear gemstone with many facets, the main face being hexagonal, surrounded by many smaller facets.
Gema incolor cortada de diamante cultivado por deposição de vapor químico

Outro método popular de cultivo de diamante sintético é a deposição de vapor químico (CVD). O crescimento ocorre sob baixa pressão (abaixo da pressão atmosférica). Envolve alimentar uma mistura de gases (normalmente 1 a 99 metano em hidrogênio ) em uma câmara e dividi-los em radicais quimicamente ativos em um plasma inflamado por microondas , filamento quente , descarga de arco , tocha de soldagem ou laser . [143] Este método é usado principalmente para revestimentos, mas também pode produzir cristais únicos com vários milímetros de tamanho (veja a imagem). [124]

Em 2010, quase todos os 5.000 milhões de quilates (1.000  toneladas) de diamantes sintéticos produzidos por ano são para uso industrial. Cerca de 50% dos 133 milhões de quilates de diamantes naturais extraídos por ano acabam no uso industrial. [140] [144] As despesas das empresas de mineração são em média de 40 a 60 dólares americanos por quilate para diamantes incolores naturais, enquanto as despesas dos fabricantes sintéticos são em média de $ 2.500 por quilate para diamantes incolores sintéticos com qualidade de gema. [140] : 79  No entanto, é mais provável que um comprador encontre um diamante sintético ao procurar um diamante de cor extravagante, porque quase todos os diamantes sintéticos são de cores extravagantes, enquanto apenas 0,01% dos diamantes naturais o são. [145]

Simulantes

A round sparkling, clear gemstone with many facets.
Carboneto de silício sintético lapidado com gema inserido em um anel

Um simulador de diamante é um material sem diamante usado para simular a aparência de um diamante e pode ser referido como diamante. A zircônia cúbica é a mais comum. A gema moissanita (carboneto de silício) pode ser tratada como um simulador de diamante, embora seja mais cara de produzir do que a zircônia cúbica. Ambos são produzidos sinteticamente. [146]

Aprimoramentos

Os realces do diamante são tratamentos específicos realizados em diamantes naturais ou sintéticos (geralmente aqueles já cortados e polidos em uma gema), que são projetados para melhorar as características gemológicas da pedra de uma ou mais maneiras. Isso inclui perfuração a laser para remover inclusões, aplicação de selantes para preencher rachaduras, tratamentos para melhorar o grau de cor de um diamante branco e tratamentos para dar uma cor sofisticada a um diamante branco. [147]

Os revestimentos são cada vez mais usados ​​para dar a um simulador de diamante, como a zircônia cúbica, uma aparência mais "semelhante a diamante". Uma dessas substâncias é o carbono semelhante ao diamante - um material carbonáceo amorfo que possui algumas propriedades físicas semelhantes às do diamante. A publicidade sugere que esse revestimento transferiria algumas dessas propriedades semelhantes às do diamante para a pedra revestida, aprimorando assim o simulador de diamante. Técnicas como a espectroscopia Raman devem identificar facilmente esse tipo de tratamento. [148]

Identificação

Os primeiros testes de identificação de diamante incluíram um teste de arranhão baseado na dureza superior do diamante. Este teste é destrutivo, pois um diamante pode riscar outro diamante e raramente é usado hoje em dia. Em vez disso, a identificação do diamante depende de sua condutividade térmica superior. As sondas térmicas eletrônicas são amplamente utilizadas nos centros gemológicos para separar os diamantes de suas imitações. Essas sondas consistem em um par de termistores alimentados por bateria montados em uma ponta de cobre fina. Um termistor funciona como um dispositivo de aquecimento, enquanto o outro mede a temperatura da ponta de cobre: ​​se a pedra testada for um diamante, ela conduzirá a energia térmica da ponta com rapidez suficiente para produzir uma queda mensurável de temperatura. Este teste leva cerca de dois a três segundos. [149]

Considerando que a sonda térmica pode separar diamantes da maioria dos seus simuladores, distinguir entre vários tipos de diamante, por exemplo sintético ou natural, irradiado ou não irradiado, etc., requer técnicas ópticas mais avançadas. Essas técnicas também são usadas para alguns simuladores de diamante, como o carboneto de silício, que passam no teste de condutividade térmica. As técnicas ópticas podem distinguir entre diamantes naturais e diamantes sintéticos. Eles também podem identificar a grande maioria dos diamantes naturais tratados. [150] Cristais "perfeitos" (no nível da rede atômica) nunca foram encontrados, então tanto os diamantes naturais quanto os sintéticos sempre possuem imperfeições características, decorrentes das circunstâncias de seu crescimento de cristal, que permitem que sejam distinguidos uns dos outros. [151]

Laboratórios usam técnicas como espectroscopia, microscopia e luminescência sob luz ultravioleta de onda curta para determinar a origem de um diamante. [150] Eles também usam instrumentos feitos especialmente para auxiliá-los no processo de identificação. Dois instrumentos de triagem são o DiamondSure e o DiamondView , ambos produzidos pela DTC e comercializados pelo GIA. [152]

Vários métodos para identificar diamantes sintéticos podem ser realizados, dependendo do método de produção e da cor do diamante. Os diamantes CVD geralmente podem ser identificados por uma fluorescência laranja. DJ diamantes coloridos podem ser rastreados através do Instituto Gemmological suíço 's [153] Diamante Spotter. As pedras na faixa de cores DZ podem ser examinadas por meio do espectrômetro UV / visível DiamondSure, uma ferramenta desenvolvida pela De Beers. [151] Da mesma forma, os diamantes naturais geralmente têm pequenas imperfeições e falhas, como inclusões de material estranho, que não são vistos nos diamantes sintéticos.

Dispositivos de triagem baseados na detecção do tipo de diamante podem ser usados ​​para fazer uma distinção entre diamantes que são certamente naturais e diamantes que são potencialmente sintéticos. Esses diamantes potencialmente sintéticos requerem mais investigação em um laboratório especializado. Exemplos de dispositivos de triagem comerciais são D-Screen (WTOCD / HRD Antuérpia), Alpha Diamond Analyzer (Bruker / HRD Antuérpia) e D-Secure (DRC Techno).

Etimologia, uso inicial e descoberta da composição

O nome diamante é derivado do grego antigo : ἀδάμας ( adámas ), 'próprio, inalterável, inquebrável, indomado', de ἀ- ( a- ), 'não' + grego antigo : δαμάω ( damáō ), 'dominar, dominar' . [154] Os diamantes são pensados para ter sido reconhecido pela primeira vez e extraído na Índia , onde significativos depósitos aluviais da pedra poderia ser encontrado há muitos séculos atrás ao longo dos rios Penner , Krishna , e Godavari . Os diamantes são conhecidos na Índia há pelo menos 3.000 anos, mas provavelmente 6.000  anos. [127]

Os diamantes são considerados pedras preciosas desde o seu uso como ícones religiosos na Índia antiga . Seu uso em ferramentas de gravura também data do início da história humana . [155] [156] A popularidade dos diamantes aumentou desde o século 19 por causa do aumento da oferta, melhores técnicas de corte e polimento, crescimento da economia mundial e campanhas publicitárias inovadoras e bem-sucedidas. [112]

Em 1772, o cientista francês Antoine Lavoisier usou uma lente para concentrar os raios do sol em um diamante em uma atmosfera de oxigênio , e mostrou que o único produto da combustão era o dióxido de carbono , provando que o diamante é composto de carbono. [157] Mais tarde, em 1797, o químico inglês Smithson Tennant repetiu e expandiu esse experimento. [158] Ao demonstrar que a queima de diamante e grafite libera a mesma quantidade de gás, ele estabeleceu a equivalência química dessas substâncias. [61]

Veja também

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Livros

links externos