在生活中,鉆石同樣有著不菲的價(jià)值和超凡的意義,情侶之間互贈(zèng)的鉆石首飾已經(jīng)成為愛(ài)情的象征。那么,為何只有鉆石才有如此特殊的意義?鉆石又是怎么來(lái)的呢?
鉆石與石墨,前世與今生
也許你不相信,鉆石與石墨是由同種化學(xué)成分組成的。可晶瑩璀璨的鉆石與烏黑的石墨實(shí)在相去甚遠(yuǎn)。
中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)珠寶學(xué)院院長(zhǎng)何明躍教授告訴記者,鉆石和石墨都以碳元素組成,由于形成的溫度和壓力環(huán)境的不同,而具有不同的分子結(jié)構(gòu),故在外觀和物理化學(xué)性質(zhì)上有明顯差異。
鉆石是由地球深處地幔中的碳元素受到高溫高壓作用結(jié)晶形成的。這一過(guò)程條件極為苛刻:發(fā)生在地表以下150~200公里處,碳元素足夠豐富的地區(qū),需1000~1300攝氏度的高溫,4.5~6萬(wàn)個(gè)大氣壓。
那么地幔中形成的鉆石又是怎樣被帶到地表的呢?
何明躍教授介紹,鉆石是在火山噴發(fā)運(yùn)動(dòng)中被巖漿捕獲帶至地表的。這要符合三個(gè)條件,一是巖漿產(chǎn)生的部位低于鉆石儲(chǔ)藏地,二是巖漿能穿越全程到達(dá)地表,三是上升的鉆石未被巖漿溶解,由于條件苛刻,能夠到達(dá)地表的鉆石很少。
火山噴發(fā)停止后,巖漿冷卻,形成富含鉆石的金伯利巖巖筒或鉀鎂煌斑巖巖墻,即鉆石原生礦(如南非的金伯利巖巖筒、澳大利亞的鉀鎂煌斑巖巖墻)。而后又經(jīng)過(guò)風(fēng)化作用,鉆石從母巖中被剝離出來(lái),搬運(yùn)至海濱、河岸等處,沉積形成砂礦床(如納米比亞的沖積礦床)。
中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院劉家軍教授介紹,金伯利巖是一種超淺成相、偏堿性超基性巖。由于最早在南非金伯利附近被發(fā)現(xiàn),所以以此命名。巖體產(chǎn)于前寒武紀(jì)古老地臺(tái)或地盾區(qū),分布于大斷裂構(gòu)造的次級(jí)斷裂中,呈巖管、巖脈、巖墻或巖床狀并斷裂成群產(chǎn)出。
目前,世界已發(fā)現(xiàn)金伯利巖體上萬(wàn)個(gè),其中含鉆石的占20%~30%,具工業(yè)價(jià)值的不足5%。在具工業(yè)意義的含金剛石(金剛石是鉆石的原石,是一種天然礦物,經(jīng)過(guò)琢磨的金剛石叫鉆石)金伯利巖體中,呈巖管狀產(chǎn)出的占90%,如南非、博茨瓦納、扎伊爾、澳大利亞和中國(guó)等。
劉家軍教授指出,在上世紀(jì)70年代以前,人們都以為原生金剛石礦床只產(chǎn)于金伯利巖中。但在上世紀(jì)70年代末,這一局面開(kāi)始被打破。首先是在澳大利亞西北部鉀鎂煌斑巖中找到了金剛石礦床。隨后于1996年在烏茲別克斯坦南魯拉套發(fā)現(xiàn)碳酸巖中的金剛石礦化,1998年在加拿大一處云煌巖中也發(fā)現(xiàn)了金剛石礦化。鉀鎂煌斑巖、云煌巖、碳酸巖都是一種幔源巖石。這無(wú)疑擴(kuò)大了人們尋找金剛石礦的視野。
更為重要的是,對(duì)于金剛石的找礦已走出了深成巖漿巖的禁區(qū),人們?cè)谧冑|(zhì)巖中也找到了金剛石的工業(yè)礦床。如賦存于元古代深變質(zhì)巖中的哈薩克斯坦可克切他夫金剛石礦床即為典型代表。
全球七大洲中,除南極洲外,均發(fā)現(xiàn)了鉆石,但已發(fā)現(xiàn)有鉆石礦的國(guó)家僅約40個(gè),總體上非洲、大洋洲和亞洲鉆石資源較多。據(jù)美國(guó)礦業(yè)局1996年報(bào)道,世界鉆石儲(chǔ)量為19億克拉。
何明躍教授介紹,鉆石產(chǎn)量居于前列的是俄羅斯、博茨瓦納、剛果、加拿大、南非、澳大利亞和安哥拉,這七個(gè)國(guó)家占到全球鉆石產(chǎn)量的90%以上。其中,俄羅斯產(chǎn)量居于榜首;南非的金伯利巖筒產(chǎn)出了包括最大的鉆石“庫(kù)里南”在內(nèi)的大量世界名鉆;澳大利亞以盛產(chǎn)粉色鉆石著名;加拿大鉆石礦則是近10年的后起之秀。
另外,印度曾經(jīng)是最早發(fā)現(xiàn)鉆石礦的國(guó)家,雖出產(chǎn)了大量名鉆,但早在17世紀(jì)左右鉆石礦便已枯竭。
我國(guó)是鉆石資源較少的國(guó)家。1950年,在湖南沅江流域首次發(fā)現(xiàn)具經(jīng)濟(jì)價(jià)值的鉆石砂礦。上世紀(jì)60年代,山東蒙陰找到了鉆石原生礦。我國(guó)現(xiàn)存發(fā)現(xiàn)最大的鉆石――常林鉆石(158克拉)就產(chǎn)自山東。上世紀(jì)70 年代初,在遼寧南部瓦房店找到我國(guó)最大的原生鉆石礦,儲(chǔ)量大、質(zhì)量好。
鉆石具有其他珠寶不可替代的特性
同樣是礦物,為何鉆石就與眾不同,價(jià)格昂貴呢?在何明躍教授看來(lái),鉆石之所以價(jià)格昂貴,與其特性是分不開(kāi)的。
首先,鉆石硬度高、密度大。鉆石是自然界中已知的最堅(jiān)硬的物質(zhì),摩氏硬度為10。其3.52的密度超過(guò)了大部分天然寶石,并且十分穩(wěn)定。這一性質(zhì)在重力選礦和鑒定中都非常重要。
此外,鉆石不但擁有很高的折射率,還具有較高的色散。這兩方面因素,使得鉆石在切磨后展現(xiàn)出耀眼璀璨的光芒。
鉆石還有較高的導(dǎo)熱率,它的導(dǎo)熱率是銅的5倍。應(yīng)用這一原理設(shè)計(jì)的熱導(dǎo)儀可用于鑒別鉆石仿制品。一些天然的藍(lán)色鉆石,因?yàn)槠渲泻鹪兀€具有導(dǎo)電的性質(zhì)。
鉆石性質(zhì)非常穩(wěn)定,溫度變化對(duì)其體積影響極小,它與強(qiáng)酸強(qiáng)堿都不產(chǎn)生反應(yīng)。
鉆石具有親油疏水性,這一性質(zhì)常用于鉆石分選;水在鉆石表面呈水珠狀而不會(huì)散開(kāi),這一性質(zhì)可用于鉆石與仿制品的鑒定。
高硬度和穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)使鉆石的美麗不會(huì)隨時(shí)間和環(huán)境而改變,這是鉆石能夠保值增值的基礎(chǔ)。鉆石形成條件苛刻因此儲(chǔ)量稀少,而且是不可再生性資源。每年進(jìn)入全球市場(chǎng)的鉆石都受到De beers公司的嚴(yán)格控制。所謂物以稀為貴,這是鉆石價(jià)格高昂的最重要原因。
另外,不容忽視的是,鉆石被賦予的獨(dú)特文化價(jià)值,在歷史上她被王公貴族視為身份地位的象征,而如今又是永恒真愛(ài)的象征,是當(dāng)之無(wú)愧的“寶石之王”。
鉆石開(kāi)采露天與地下相結(jié)合
何明躍教授告訴記者,鉆石原生礦床,大多是采用露天開(kāi)采和地下開(kāi)采相結(jié)合的方式:對(duì)地表的部分,沿著巖筒直接開(kāi)挖礦坑,呈階梯狀逐層向下開(kāi)采,每個(gè)臺(tái)階都螺旋向下,方便卡車(chē)將礦石運(yùn)出;而地下深部(300米以上),則是先在礦床旁邊打一口豎井,再橫向挖水平巷道通向礦床,通過(guò)技術(shù)手段使內(nèi)部礦體破碎崩落,再通過(guò)一系列水平和豎直的巷道將礦石運(yùn)出。
至于鉆石砂礦床,又分為兩類:一類是古代海灘、古河道中的鉆石礦床,出露在水面以上,可先搬走覆蓋在上面的泥沙,再采用露天開(kāi)采方式,將礫石送往選礦廠;而另一類礦床位于現(xiàn)代河道的底部,稱為“濕礦床”,則需要先將水抽干或?qū)⒑恿鞲牡溃笤龠M(jìn)行露天開(kāi)采。
劉家軍教授介紹,開(kāi)采出來(lái)的礦石要先用顎式破碎機(jī)和圓錐破碎機(jī)破碎,有時(shí)也將礦石堆放在露天礦場(chǎng),自然風(fēng)化破碎。礦石破碎到3~6厘米后再過(guò)篩用滾筒沖洗,除去粘土質(zhì)。之后可用彈跳選礦法把沖洗后的粗礫分開(kāi),對(duì)分離出來(lái)的粗礫再進(jìn)行二次破碎和淘洗分離。或者用重介質(zhì)選礦法,利用鉆石密度比其他礦石大的特性,把礦石放在裝有硅鐵懸浮液的大漏斗狀容器里,含有鉆石的礦石就下沉并從底部倒出。還有淘洗盤(pán)選礦法,就是把破碎后的礦石和水混合成泥漿,淘洗盤(pán)中轉(zhuǎn)動(dòng)的釘齒耙使泥漿混合物成懸浮狀態(tài)。包括鉆石在內(nèi)比重較大的礦物沉到底部,釘齒耙的齒又把它們推到淘洗盤(pán)的外緣。而比重較小的物質(zhì)則浮在表面被帶走。
經(jīng)過(guò)上面這些粗選,鉆石還不能被完全分離出來(lái),接著就要再進(jìn)行精選。可以利用鉆石親油斥水的特性,將含有鉆石的礦石均勻的撒落在帶有油脂并不停轉(zhuǎn)動(dòng)的膠帶上,使油脂表面粘住鉆石。然后將油脂收集到一個(gè)細(xì)金屬篩布制成的容器內(nèi),放到熱水池中,讓油脂溶化漂走。或者利用鉆石折射光線好的特點(diǎn),在黑暗中,讓礦石穿過(guò)X射線束,發(fā)出熒光,然后通過(guò)光電倍增管和壓縮空氣噴射器把精礦石噴射到槽中。
粗選和精選后,再由具有識(shí)別鉆石技能的工人進(jìn)行手工回收鉆石。
鉆石加工如刀尖上跳舞
經(jīng)過(guò)選礦后,盡管這時(shí),人們看到的已經(jīng)是一顆顆鉆石,但是與具有復(fù)雜切割面的鉆石飾品還有很大距離。
何明躍教授介紹,最初鉆石在印度被發(fā)現(xiàn)時(shí),人們認(rèn)它是上天賜予的禮物,任何的切磨都是對(duì)神靈的褻瀆。直至公元前4世紀(jì),才出現(xiàn)切磨鉆石的蹤跡。
大約14世紀(jì),鉆石切磨技術(shù)從印度流傳至歐洲。
15世紀(jì)開(kāi)始,法國(guó)巴黎和比利時(shí)安特衛(wèi)普發(fā)展為鉆石加工的中心,并在近兩個(gè)世紀(jì)的時(shí)間里,占據(jù)國(guó)際市場(chǎng)的最重要地位。
17世紀(jì),荷蘭阿姆斯特丹的鉆石加工業(yè)初露頭角,很快取代了巴黎。到19世紀(jì)末,甚至超越安特衛(wèi)普。
二戰(zhàn)后,歐洲鉆石加工曾一度低迷,整個(gè)鉆石加工業(yè)重新洗牌,形成了如今的安特衛(wèi)普、特拉維夫、紐約、孟買(mǎi),四大鉆石加工中心。
鉆石加工的流程分為四個(gè)步驟:首先是設(shè)計(jì),根據(jù)“保重、求凈、適銷、省工”的原則,在鉆石原石表面設(shè)計(jì)出分割的輪廓,傳統(tǒng)上用墨水做標(biāo)記,現(xiàn)代則采用電腦輔助設(shè)計(jì)。
第二步是分割,分劈鉆和鋸鉆兩種方式:前者是根據(jù)鉆石的解理方向,先劃出一道槽,用刀和錘子猛擊使之一分為二;后者是用機(jī)械鋸或激光將鉆石鋸開(kāi)。
第三步是車(chē)鉆:將鉆石的腰圍打磨成所需的形狀,如圓型、馬眼型、橢圓型。
第四步是磨鉆:利用磨盤(pán)和鉆石粉,在鉆石上依次磨出小刻面并拋光,這一步驟是鉆石加工的重頭戲。
由于鉆石十分堅(jiān)硬而且體積很小,所以在鉆石加工過(guò)程中,要隨時(shí)仔細(xì)觀察,否則容易出現(xiàn)不必要的損耗。比如,快要鋸開(kāi)時(shí)沒(méi)有及時(shí)減壓,鉆石左右受力不均勻都會(huì)造成崩角。在切割過(guò)程中如果壓力過(guò)大,鋸片太薄或太寬,也會(huì)導(dǎo)致鋸片彎曲,造成切割面呈弧形。如果切割過(guò)程中發(fā)生抖動(dòng),也會(huì)使鉆石切割面有很深的紋路。這些都是鉆石加工過(guò)程中要注意的。