От алмаза до бриллианта

В 1976 г. появился синтетический материал, которому, по оценке западных экспертов, предстоит в качестве заменителя алмаза большое будущее. Это кубическая окись циркония (КЦ), имеющая показатель преломления 2,17—2,18, т. е. близкий к алмазному (2,42), и дисперсию (0,060), что также близко к алмазной. Эта разница в оптических свойствах алмаза и КЦ визуально неразличима. Кроме того, она маскируется путем соответствующего подбора углов между гранями при огранке камня. Правда, плотность КЦ значительно более высокая, чем у алмаза, но, чтобы провести такого рода проверку, камень надо извлечь из кольца. Если же камень находится в кольце, то различить КЦ и алмаз трудно даже высококвалифицированным специалистам, так как разница в оптических свойствах выходит за рабочие пределы обычно употребляемых ювелирами рефрактометров (рис. 17).

Рис. 17. Советские искусственные заменители алмаза — знаменитые фианиты.

Наиболее надежно алмаз от всех его заменителей отличается с помощью рентгеновских лучей. Если кольцо с алмазом и его заменителем поместить на фотопленку и подвергнуть рентгеновскому облучению, то, поскольку алмаз пропускает рентгеновские лучи значительно лучше других камней, пленка под алмазом почернеет сильнее. Заменители, включая КЦ, значительно менее прозрачны, чем алмаз, и по отношению к ультрафиолетовому излучению.

Естественно, что бурное развитие науки и техники в целом не могло не сказаться и на такой узкой, но немаловажной области человеческой деятельности, как диагностика алмаза. В настоящее время появились приборы, способные быстро и однозначно отличить алмаз от любой его имитации, одновременно учитывая целый комплекс свойств драгоценного камня. Ряд приборов основан на измерении теплофизических свойств исследуемых материалов. Так, портативный электронный аппарат «Термолайзер» массой всего 60 г, предназначенный для распознавания как необработанных природных алмазов, так и бриллиантов среди их коммерческих имитаций, может идентифицировать камни размером от 0,02 до 20 карат как в оправе, так и без нее, а также камни, находящиеся в герметической упаковке (в этом случае измерение осуществляется через просверленное в упаковке отверстие). Длительность одного измерения составляет от долей до нескольких секунд. Близок к «Термолайзеру» по своим характеристикам и прибор японской фирмы «Галти».

Идентификация алмазов необходима не только для того, чтобы отличить их от подделок. Иногда требуется установить «личность» какого-то конкретного камня, например в случае кражи бриллианта. У камня, пусть даже драгоценного, не попросишь предъявить паспорт. Так было до недавнего времени. Но вот сейчас в печати появилось сообщение, что американской фирмой «Лазер Каплан интернейшнл» разработана методика маркировки бриллиантов с помощью лазера. Лазерным лучом на рундисту бриллианта наносится надпись, состоящая из фирменного знака компании и шестизначного порядкового номера камня, под которым он регистрируется в «Международном списке драгоценных камней» («Интернейшнл гем регистри»). Надпись на камне хорошо читается при 10-кратном увеличении. Ну, чем не паспорт?

Заканчивая разговор о подделках, нельзя не упомянуть о подделках «поневоле», когда за алмаз без всякого злого умысла принимался другой минерал. Конечно, это было возможно лишь в прошлом, когда уровень развития минералогии и кристаллографии был еще очень низким. Так, долгое время (вплоть до середины XIX века) самым большим алмазом в мире считался алмаз «Браганца», принадлежавший королю Португалии. Камень имел массу 1680 карат и оценивался в 57 млн. фунтов стерлингов. Однако, как было установлено английским минералогом Г. Мове, на самом деле этот «алмаз» является бесцветным топазом.

ПЕРСПЕКТИВЫ: КАКОВЫ ОНИ?

Мировые запасы алмазов

Рассмотрим, где же располагаются известные нам сегодня месторождения алмазов (рис. 18), сколько их там имеется и сколько добывается.

Рис. 18. Размещение кимберлитов на земном шаре: 1 — США, штат Колорадо; 2 — Канада; 3 — Бразилия; 4 — СССР, Якутия; 5 — Западная Африка; 6 — Танзания; 7 — Намибия; 8 — Южная Африка; 9 — Южная Австралия; 10 — Северо-Западная Австралия; 11 — КНР. Кружки — находки единичных кимберлитовых тел.

Общее впечатление о том, сколько извлекается алмазов, можно получить из данных табл. 5, где приведены величины добычи алмазов в 1982 г. в зарубежных странах.

В Африке, по данным Б. Хоуторна, число кимберлитовых тел составляет 1000–1500, из которых разрабатывалось 30; в настоящее время эксплуатируется 7—10 трубок.

В ЮАР в районе г. Кимберли расположен ряд трубок, из которых в настоящее время разрабатываются четыре — «Дютойтспен», «Весселтон», «Булфонтейн», «Де Бирс». Заслуживает внимания в этом районе также отработанная трубка «Кимберли». Она эксплуатировалась до 1914 г. открытым способом. Глубина отработки достигла там 1097 м. Это самая глубокая искусственная выемка в мире. Размер трубки на поверхности был равен 260x160 м. Содержание алмазов 0,4–0,7 карата/м3. Трубка разрабатывалась 43 года и дала 14,5 млн. карат. В настоящее время около трубки открыт музей.

Трубка «Дютойтспен» имеет размеры на поверхности 793x245 м, содержание алмазов 0,27 карата/т. В настоящее время работы проводятся на глубине 580 и 760 м, в 1977 г. было добыто 112 743 карат алмазов. В апреле 1974 г. был найден алмаз массой 616 карат. Он в настоящее время является самым крупным необработанным ювелирным алмазом, и, кроме того, это самый крупный алмаз, найденный в трубках Кимберлийской группы. В 1973 г. здесь был найден алмаз массой 223,5 карата.

Трубка «Весселтон» имеет размеры 420x540 м. Работы на руднике возобновлены в 1976 г., было добыто 560 тыс. карат с содержанием 28,16 карата на 100 т породы.

Трубка «Булфонтейн» имеет почти круглую форму с диаметром 340–350 м. Годовая добыча алмазов в настоящее время около 330 тыс. карат при среднем содержании 0,3 карата на 1 т.

Трубка «Де Бирс» имеет размеры 330x210 м и занимает площадь 5,5 га. На глубине 785 м трубка приобрела дайкообразную форму с раздувами. В трубке были найдены крупные алмазы: «Де Бирс» — 428,5 карата, «Портер Родс» — 150 карат и «Тиффани» —128,5 карата. В 1964 г. работы на трубке возобновлены, и в настоящее время эксплуатация ведется на горизонтах 500 и 620 м. В 1976 г. было добыто 121,5 тыс. карат алмазов с содержанием 0,36 карата на 1 т.

Трубка «Коффифонтейн» расположена в 90 км к юго-востоку от г. Кимберли. Она имеет округлые очертания с диаметром около 365 м и занимает площадь 12,1 га. Работы на этом руднике были возобновлены в 1970 г., до этого на протяжении 40 лет он был законсервирован. Рудник в 1973 г. занял первое место по добыче камней высокого качества: были найдены высококачественные алмазы массой от 109 до 136,5 карата. Открытым способом трубка отрабатывалась до глубины 240 м. Подземная добыча началась в 1981 г. Это наиболее высокомеханизированный подземный рудник в ЮАР с 750 работающими на нем. Алмазы ювелирного качества составляют 60 %. Среднее содержание алмазов —1 карат на 10 т руды.

Трубка «Премьер» расположена в 33 км к северо-востоку от г. Претория. Это самая крупная и богатая трубка в ЮАР. Размеры ее на поверхности 860x400 м. На глубине 400 м трубка пересечена наклонным пластообразным телом магматической породы габбро мощностью 75 м. В связи с этим трубку образно называют ларцем драгоценностей с двойным дном. Среднее содержание алмазов составляет 3,7—33,7 карата на 100 г. Ювелирные алмазы составляют 60 %.

Трубка «Финч» расположена в 210 км к западу от г. Кимберли. Форма трубки близка к круглой (487x533 м). Трубка отрабатывается открытым способом, глубина карьера в 1978 г. достигла 184 м. Открытая добыча планируется до 1990 г., конечная глубина карьера к этому времени достигнет 348 м. Самый крупный добытый алмаз имел массу 167 карат. Содержание алмазов составляет 150 карат на 100 м. Один метр глубины дает примерно 0,12—0,15 млн. карат алмазов.

Значительный интерес представляет алмазный рудник на трубке «Летсенг-ля-Терае» на севере Лесото, открытый в 1977 г. Это самый высокогорный алмазный рудник в мире. В течение нескольких лет разведкой этой трубки занималась компания «Рио-Тинто-Цинк», которая в конечном счете дала заключение о нерентабельности отработки этого объекта.

После этого оценкой месторождения стала заниматься компания «Де Бирс», результатом чего было открытие рудника. Ввод рудника в действие обошелся в сумму более 36 млн. южноафриканских рэндов. Рудник находится в труднодоступной горной местности в условиях полнейшего бездорожья. Компания построила автомобильную дорогу, по которой могут передвигаться только четырехосные автомобили. Для обеспечения рудника водой пришлось построить водопровод и систему перекачки воды из реки, расположенной в 7 км от рудника на высоте ниже на 700 м, чем рудник.

По сравнению с другими алмазными рудниками «Летсенг-ля-Терае» считается менее продуктивным из-за исключительно низкого содержания алмазов в кимберлите. Среднее содержание этого полезного ископаемого составляет 6 мг на 1 т, участками оно поднимается до 20–30 мг на 1 т. Однако убогая алмазоносность компенсируется повышенным содержанием крупных ювелирных кристаллов. Технология добычи и обогащения алмазов рассчитана на извлечение крупных алмазов. После промывания и первичного дробления руда остается довольно крупнозернистой с целью предупреждения повреждения крупных алмазов. Она пропускается через очень мощные рентгеновские установки, с помощью которых и извлекаются алмазы.

Со слов Б. Хоуторна, бывает так, что по месяцу и более на фабрике практически не получают алмазов, так как по технологической схеме мелкие алмазы не улавливаются, а крупные встречаются относительно редко. Но извлечение одного-двух кристаллов алмаза крупного размера и хорошего качества покрывает все расходы. Так, в первой половине 1978 г. было обнаружено два ювелирных кристалла алмаза массой немногим более 100 карат, стоимость каждого из которых была определена в 1 млн. долларов. Правительство Лесото получало сначала 25 % прибылей компании по эксплуатации рудника, а после того как окупились затраты на его строительство, доля Лесото возросла до 62,5 %.

В последние годы в крупные экспортеры алмазов на мировом рынке выходит Республика Ботсвана. В этой стране разрабатывается трубка «Орапа», завершено строительство рудника «ДК-1» и строится рудник на трубке «Джаваненг».

Поиски трубки «Орапа» начались в 1955 г., когда в устье высохшей реки Мотлутсе около г. Фоли в Восточной Ботсване было найдено три небольших кристалла алмаза. После этого поиски продолжались в течение 12 лет. Работающий ныне на руднике Орапа один из первооткрывателей этой трубки Джим Гибсон рассказывает, что поиски трубки длительное время были безрезультатными, пока геологи не сообразили, что позднейшее смещение пластов изменило направление русла и поиски трубки отклонились слишком далеко к востоку. После обнаружения в июле 1966 г. в шлихах ильменита в апреле 1967 г. была открыта трубка. По размеру трубка занимает второе место в мире — 167x1210 м, площадь на поверхности равна 109 га. Трубка относится к очень слабо эродированным телам. В верхней ее части сохранились осадочные породы, представленные озерными осадками с многочисленными остатками ископаемых растений и животных. Среднее содержание алмазов составляет примерно 1 карат на 1 т. Ежедневно обрабатывается 8000 т руды и извлекается 1,5 кг алмаза. Годовая добыча достигает 2,5 млн. карат. Стоимость одного карата алмазов равна 7–8 рэндам. Ювелирные алмазы составляют 15 %, технические — 85 %. Самым крупным камнем является алмаз массой 185 карат.

По плану в ближайшие годы добыча должна быть увеличена до 4,5 млн. карат. За год снимается слой кимберлита в 1 м. Само собой разумеется, что при таких гигантских размерах трубки наращивать добычу не составляет труда. Стоимость рудника составила 25 млн. рэндов. Подсчитано, что запасы алмазов в трубке до глубины 37 м равны 85 млн. карат.

В 40 км к юго-востоку от трубки «Орапа» расположена трубка «ДК-1». Она занимает площадь 12 га. Среднее содержание алмазов составляет 0,5 карата/м3, т. е. трубка значительно беднее «Орапы», однако качество алмазов оказалось более высоким, поэтому экономически ее эксплуатация выгоднее.

Большой промышленный интерес представляет еще одна трубка в Ботсване — «Джваненг». Она находится в 180 км южнее трубки «Орапа» в пустыне Калахари, площадь ее 50,8 га. Трубка перекрыта 30—50-метровой толщей калахарских песков. Она была открыта по минералам — спутникам алмаза. Это первая трубка за рубежом, найденная под столь мощными наносами. Она является гордостью африканских геологов, доказательством их высокого поискового мастерства. Надо сказать, что в СССР, в Якутии, еще в начале 60-х годов были открыты трубки, перекрытые 50—100-метровой толщей осадочных и магматических пород.

Строительство рудника на трубке «Джваненг» обошлось в 165 млн. долларов, на руднике работают 2000 человек. Промышленная продукция рудника в 1982 г. — 2,6 млн. карат. Предполагается, что в середине 80-х годов добыча будет увеличена до 6 млн. карат. Содержание алмазов в этой трубке несколько ниже, чем в трубке «Орапа» — 70 карат/100 т. Добычей алмазов занимается компания «Дебсвана» — филиал компании «Де Бирс».

В настоящее время в Танзании разрабатывается трубка «Мвадуи». Это пока наиболее крупная трубка в мире. Ее размеры равны 1528x1068 м, площадь составляет 146 га. Как и трубка «Орапа», она принадлежит к слабоэродированным телам с сохранившимися осадками кратерного типа. Вокруг трубки обнаружены выбросы кимберлитов в виде кольцевого вала. Среднее содержание алмазов в 1973 г. составило 12,88 карата на 100 т. Трубка разведана до глубины 500 м. Обогатительная фабрика имеет производительность 7200 т породы в сутки. Ювелирные алмазы составляют 51 %. До 1957 г. было найдено 11 ювелирных алмазов размером более 100 карат, наиболее крупный из них в 250 карат.

Заир является крупнейшим производителем алмазов технического качества — на его долю приходится до 40 % общей добычи технических алмазов в капиталистических и развивающихся странах. Там разрабатываются крупные россыпные месторождения с исключительно высоким содержанием алмазов — до 10 карат на 1 т породы. Прогнозные запасы алмазов в Заире оцениваются в 500 млн. карат.

В Анголе общие запасы алмазов в районах разработок составляют около 100 млн. карат, причем доля алмазов ювелирного качества достигает 75 %. По этому показателю Ангола занимает второе (после Намибии) место среди капиталистических и развивающихся стран.

В 1982 г. добыча алмазов в Анголе составила 1,4 млн. карат. Когда страна была португальской колонией, в ней добывалось примерно 2,5 млн. карат в год, причем только из россыпей. В период борьбы за независимость и гражданской войны добыча снизилась до 400 тыс. карат. Из 900 португальских специалистов, работавших на алмазных приисках, после революции осталось всего лишь 87. Среди ангольцев практически не было ни одного специалиста, который мог бы самостоятельно и квалифицированно руководить добычей. Недавно значительная часть акций компании «Диаманг» была национализирована, и правительство республики принимает необходимые меры для увеличения добычи алмазов в стране.

Перспективы алмазоносности Анголы весьма обнадеживающие. Помимо известных россыпных месторождений, сейчас уже открыто свыше 600 кимберлитовых тел, алмазоносность которых пока изучена крайне слабо. Упоминается об открытии трубки-гиганта размером 3100х1000 м, названной «Камафука-Камазамбо» с содержанием алмазов 0,3 карата на 1 м3. По другим сведениям, это не одна трубка, а две или даже более.

По 2 млн. карат алмазов ежегодно добывается в Сьерра-Леоне и Гане. В 1972 г. в Сьерра-Леоне найден ювелирный алмаз массой 968,1 карата, названный «Звезда Сьерра-Леоне». Камень был оценен в 12 млн. долларов. В этих странах алмазы добывают в основном из элювиальных отложений.

Незначительное количество алмазов получают в Гвинее, Мали, Центрально-африканской Республике и некоторых других странах Африки.

В Северной Америке до настоящего времени нет промышленных разработок алмазов, хотя перспективы организации алмазной промышленности здесь имеются.

Первые кимберлитовые трубки в США были открыты в 1906 г. в штате Арканзас. В настоящее время в пограничной зоне штатов Вайоминг и Колорадо обнаружено 90 кимберлитовых трубок. В них найдено более 90 мелких алмазов, самый крупный из которых в 11,8 мг. При поисках успешно применяется шлихо-минералогический метод. Но компании не выделяют денег на поиски алмазов. Бизнесмены ставят вопрос так: «Дайте алмазы — будут деньги». Известный исследователь американских алмазов Мак-Колум предлагал им принять другую практику: сначала деньги, потом алмазы. По словам этого ученого, если бы был найден хотя один алмаз массой один карат, то фирмы раскошелились бы. Однако американцы народ предприимчивый, и даже на своих бедных трубках с мелкими алмазами делают бизнес. Одна из трубок штата Колорадо включена в туристический маршрут. Туристы, желающие испытать фортуну, могут купить за несколько долларов лицензию на промывку определенного количества породы и, если повезет, в концентрате обнаружить алмаз. В год туристы намывают до 30 карат алмазов.

Компания «Де Бирс» проводит поиски алмазов в Канаде в провинциях Квебек, Онтарио и Луизиана. Район находится в 20 милях от Принстона, где был найден алмаз массой 18,20 карата. Это десятый по величине камень, найденный в Северной Америке. После 1967 г. на территории Канады открыто семь проявлений кимберлитовых пород. Наиболее интересно открытие кимберлитов на острове Сомерсет в арктической части Канады.

В Южной Америке, в частности в Бразилии, алмазы официально известны с 1827 г. С этого времени добыто 18–23 млн. карат. Месторождения многочисленные, но небогатые. Встречаются крупные алмазы высокого качества. Наиболее крупный алмаз «Президент Варгас» обнаружен в 1938 г., его масса 726,6 карата. Кроме того, найдено еще несколько крупных камней массой более 400 карат. Самым интересным открытием последнего времени является находка в штате Минас-Жерайс типичных кимберлитов.

В 1982 г. в Бразилии было добыто 1150 тыс. карат алмазов, при этом 38 % составляли камни ювелирного качества, остальное — технические алмазы. Но статистические данные не отражают реальной добычи, так как значительное количество камней добывается и вывозится для продажи нелегально. Общие запасы алмазов Бразилии, по данным 1978 г., оцениваются в 56 млн. карат, а доля камней ювелирного качества — в 25 млн. карат.

В Венесуэле алмазы добываются из россыпей. После открытия месторождения Гвиннамо добыча возросла до 600 тыс. карат (1969 г.). Самый крупный алмаз «Либертадор» в необработанном виде имел массу 155 карат. Недавно в газетах была опубликована заметка об очередной алмазной лихорадке в Венесуэле в штате Боливар. Судя по сообщениям иностранных агентов, неподалеку от местечка Сальвасьси обнаружено значительное месторождение алмазов, где ежемесячная добыча может превышать 50 тыс. карат.

На юге Азии, в Индии, где россыпи алмазов в настоящее время практически истощились, сейчас ставка делается на эксплуатацию коренных месторождений. Первая кимберлитовая трубка, названная «Маджагаван», была открыта в штате Мадхья Прадеш в 1930 г. инженером К. П. Синору. Как и трубка «Премьер» в Африке, она имеет докембрийский возраст. Размер ее 500x325 м. Среднее содержание алмазов колеблется от 10,47 до 11,76 карат на 100 т. В год здесь добывают 12 тыс. карат алмазов. Качество алмазов высокое, ювелирные камни составляют 56 %. Средняя масса алмазов 0,78 карата. Самый крупный алмаз, найденный в трубке, имел массу 18,5 карата и стоил 280 тыс. франков. Подсчитанные до глубины 90 м запасы алмазов составляют 5,5 млн. карат. Фабрика перерабатывает 400 т кимберлита в сутки. Алмазы из концентрата извлекаются вручную. Поиски кимберлитов в стране расширяются. Поступили сообщения об открытии еще нескольких трубок, алмазоносность которых пока не изучена.

В Китайской Народной Республике добыча алмазов началась в 70-е годы и в 1982 г. составила 2 млн. карат, из них 20 % — камни ювелирного качества. В стране создана собственная алмазообрабатывающая промышленность. Уже сейчас КНР практически полностью удовлетворяет свои потребности в сырье для технических целей за счет собственной добычи (надо отметить, что и потребности эти пока невелики).

В настоящее время разрабатываются алмазные месторождения в провинции Шаньдун (Восточный Китай), близ г. Аньян (на севере страны), а также в юго-западных провинциях Гуйчжоу и Юньнань. Алмазы мелкие, но хорошего качества. Сведения о запасах ограниченны и противоречивы.

В Австралии 10 лет назад начались поисково-разведочные работы на алмазы, завершившиеся открытием крупных месторождений в районах Эллендейл и Арджайл. Промышленная разработка месторождения Эллендейл, где алмазы ювелирного качества составляют 60 %, начнется в 1990 г. Запасы месторождения в районе Арджайл оцениваются в 600–650 млн. карат. Камни ювелирного качества составляют 1 %, близкие по качеству к ювелирным — 30 %, остальное приходится на технические алмазы.

В январе 1983 г. началась промышленная добыча алмазов на месторождении Аштон. Ежедневно здесь обрабатывается 4 тыс. т руды с выходом 13 тыс. карат алмазов. Большую часть добычи составляют камни массой от 0,05 до 0,22 карата.

В апреле 1983 г. австралийская компания по продаже алмазов «Австрэлиан Рио-Тинто-Цинк» продала две партии камней с россыпных месторождений. Одна партия (200 тыс. карат) была поставлена ЦСО, другая (45 тыс. карат) — на свободный рынок.

С середины 1984 г. компания начала независимую от ЦСО продажу алмазов. Предполагается поставка австралийских алмазов в Индию.

В целом у Австралии есть все, чтобы в ближайшее время стать одной из ведущих алмазодобывающих стран капиталистического мира.

Суммарные запасы алмазов в мире (без СССР) на сегодняшний день могут быть оценены в 1,5–2 млрд. карат.

Алмаз-труженник

Человек еще на заре своей истории оценил исключительную твердость алмаза и стал применять этот камень в качестве инструмента, может быть, даже раньше, чем в качестве украшения. Так, английский египтолог В. Ф. Петри считает, что каменные блоки, из которых сложена пирамида Хеопса, соединялись между собой штырями, а отверстия для них просверливались с помощью алмаза, т. е. по гипотезе Петри, уже 5 тыс. лет тому назад древние египтяне использовали кристаллы алмаза как своеобразный буровой инструмент.

Алмазные инструменты были хорошо известны и в Древней Индии. Индийские мастера по огранке самоцветов прикрепляли кристаллы алмаза к рукояткам ножей и использовали их как инструмент для обработки нефрита и других камней. Такие же инструменты были распространены во многих странах и во все времена. Гай Плиний Старший в своем труде «Естественная история ископаемых тел» писал: «Вырезыватели на камнях стараются приобрести тонкие пластинки алмаза и оправлять их в железо. Посредством их легко продалбливается твердейшее вещество». Алмазом вырезаны арабские надписи на каменных плитах надгробия Тамерлана в мавзолее Гур-Эмир в Самарканде.

В X веке знаменитый ученый средневековья, уроженец Хорезма Абу аль-Бируни указывал в своей книге «О драгоценных минералах»: «Жители Ирака и Хорасана не различают сортов алмазов и их цвета, и все они для них одинаковы, так как они их применяют только для сверления… Алмаз обертывают в кусок свинца и осторожно бьют по нему, пока сила ударов не одолеет его и он, ослабев, перестанет сопротивляться им… Когда алмаз разбивают на мелкие куски или же растирают их, то следует приставить человека, который отгонял бы от него мух, потому что они могут унести крупинки алмаза, втягивая их в свой хоботок, и улетают с ними». Полученный таким способом алмазный порошок смешивался с маслом и наносился на край вращающегося медного диска (этот метод без принципиальных изменений дошел до наших дней).

Конечно, сейчас алмазный порошок используется далеко не на одну лишь обработку других драгоценных камней. Без применения алмазов в той или иной части технологической цепочки промышленного производства просто невозможно представить себе современную обрабатывающую и машиностроительную индустрию. Использование 1 карата алмазов в промышленности дает экономический эффект от 5 до 50 руб., а при обработке особо твердых и хрупких материалов — и до 200 руб. Поэтому неудивительно, что из всех добываемых в мире алмазов почти 80 % так и не попадают в «высший свет» в качестве бриллиантов, а становятся «рабочими», приобретая разнообразные прикладные специальности.

«Рабочими» становятся прежде всего более низкосортные алмазы — кристаллы с неровной окраской, с трещинами и другими дефектами, а также различные осколки, двойники, сростки, которые невозможно огранить в бриллиант, однако для некоторых операций применяются и ювелирные алмазы.

Судьба алмазов, которым предстоит стать «рабочими», неодинакова. Наиболее мелкие кристаллы со значительными дефектами пригодны лишь для измельчения в порошок — это так называемые абразивные алмазы. Другие алмазы применяются в инструментах без какой-либо обработки в своем натуральном виде. Наконец, некоторые кристаллы используются в промышленности после специальной обработки и приобретения соответствующей геометрической формы.

Рассмотрим вкратце, где и как трудятся алмазы всех перечисленных выше типов.

Итак, «рабочие» самой низкой квалификации — абразивные алмазы. Их используют, как это следует из самого названия, на изготовление абразивных материалов. Однако, несмотря на такую, казалось бы, «низкую» квалификацию, роль этих незаметных тружеников переоценить невозможно. Ведь шлифованию подвергаются сотни тысяч самых разнообразных изделий. Объем шлифовальных работ огромен, и поэтому на изготовление абразивов расходуется около 80 % всех технических алмазов.

Поиск наилучших абразивов ведется с незапамятных времен. Сначала в этом качестве использовался природный песчаник, затем появились искусственные абразивы. Индийские гранильщики драгоценных камней смешивали толченый корунд с шеллаком (природным лаком) и формовали из этой смеси круги, которые после обжига превращались в искусственные шлифовальные круги. В конце XIX века англичанин Баркли получил шлифовальный круг путем обжига смеси корундового порошка с огнеупорной глиной, а его соотечественник Батмен предложил использовать в качестве цемента, скрепляющего корундовые зерна (или зерна другого абразива), вулканизированную резину. В настоящее время для связывания зерен абразива применяются еще и керамика, металлы, полимерные материалы.

Широкое использование в современной промышленности твердых и сверхтвердых сплавов потребовало новых, более эффективных абразивных веществ. И здесь алмаз совершил подлинную революцию. Действительно, чтобы сошлифовать, например, 1 г сверхтвердого сплава, необходимо затратить около 50 г. такого абразива, как карбид кремния. Алмаза же на эту цель уйдет в сотни тысяч раз меньше. Высокая твердость и износостойкость алмаза наряду с повышенной теплопроводностью (способствующей быстрому отводу избыточного тепла, образующегося при шлифовании) обеспечивают эффективную обработку деталей из самых твердых материалов при высокой (практически недостижимой другими способами) чистоте обработки поверхности изделий.

Главный вид абразивного инструмента — шлифовальный круг. Он изготовляется из алмазного порошка, сцементированного в монолит каким-либо связующим веществом. Связующее вещество, как более мягкое, постепенно истирается, и тем самым постоянно обнажаются все новые и новые зерна алмаза. Шлифовальный круг как бы сам себя затачивает и работает до полного износа.

Изготовить хороший алмазный шлифовальный круг не такое уж простое дело. В зависимости от предназначения абразива подбирается оптимальный размер его зерен. Более крупнозернистые алмазные порошки используются для предварительной, грубой обработки изделий, когда удаляется большое количество материала, а доводка производится более мелкозернистым порошком. Наиболее распространены порошки со средними размерами зерен (6-10 мкм). Но самое главное, что определяет качество абразива и эффективность его работы, — это одинаковый размер частиц порошка в абразиве одного сорта. А добиться этого непросто: ведь на изготовление одного шлифовального круга идут тысячи маленьких алмазных кусочков.

Помимо шлифовальных кругов, алмазный порошок является основой разнообразных шлифовальных шкурок и лент.

При дроблении алмазов не только получаются порошки требуемой крупности, но и образуется много переизмельченного материала, состоящего из мельчайших крупинок алмаза размером 10 мкм и меньше. Из этих тончайших фракций и алмазной пыли изготовляются алмазные пасты и суспензии. Они используются главным образом на доводочных операциях при необходимости получения зеркально-гладкой поверхности.

Для резания твердых пород, сплавов и других материалов промышленностью выпускаются различные алмазные диски и пилы, где рабочим веществом служат алмазные порошки разной зернистости. Наконец, широкое распространение получили алмазные порошки для изготовления алмазных сверл — трубок, конусов, стержней, рабочая поверхность которых покрыта слоем алмазного абразива. Сверло для обработки часовых камней представляет собой тончайшую стальную иглу, смазанную смесью алмазного микропорошка и оливкового масла. Сверло совершает 15–20 тыс. оборотов в минуту и может просверлить отверстие диаметром 0,01 мм. А с помощью алмазного сверла диаметром 3,2 м (на изготовление которого пошло 125 карат алмазов) в железобетонной стене за два часа было высверлено отверстие указанного диаметра.

Итак, шлифование, резка, сверление … Если бы мы просто попробовали перечислить операции, где незаменимы алмазные порошки и пасты, то один этот перечень составил бы объемистую брошюру. Поэтому ограничимся лишь некоторыми примерами.

Естественно, что с помощью алмазных абразивов проводятся шлифование и зеркальная полировка всех видов изделий. Кроме того, алмазный абразивный инструмент широко используется в металлообрабатывающей промышленности для правки шлифовальных кругов, с применением которых получают точно и чисто обработанные поверхности. Как мы уже упоминали, шлифовальный круг — это множество острых твердых кристалликов абразива, тысячи микрорезцов, сцементированных воедино. В ходе работы эти микрорезцы притупляются и нуждаются в периодической перезаточке — правке. Правка осуществляется специальным алмазным инструментом — алмазометаллическим карандашом (прессованная вставка из алмазного порошка и порошка твердого сплава), алмазным роликом и иглой. Одним алмазометаллическим карандашом можно выправить несколько тысяч шлифовальных кругов.

С приходом в производство алмазных пил неузнаваемо изменились условия труда в карьерах по добыче строительного и облицовочного камня. На камнерезных фабриках с помощью дисковых алмазных пил распиливают самоцветы и поделочные камни. Алмазные пилы используются для резки бетона в строительстве, при прокладке бетонных автострад и взлетно-посадочных полос на аэродромах. Так, в Техасском аэропорту для лучшего сцепления самолетных колес с железобетонным покрытием алмазными пилами было нарезано 20 тыс. канавок длиной 4 км и глубиной 3 см каждая. На это ушло полторы тысячи дисковых алмазных пил.

Применение алмазного резания дает значительный экономический эффект. Например, стоимость распиловки 1 м2 такого труднообрабатываемого материала, как стеклопластик, составляет при использовании инструментов из быстрорежущей стали 40 руб., твердосплавного инструмента — 6 руб., а алмазной пилы — всего 1 руб.

Алмазные сверла широко используются в строительстве. При возведении современных зданий в железобетонных блоках приходится сверлить множество монтажных и коммуникационных отверстий. При использовании сверл из твердых сплавов на одно отверстие уходит около одного часа, а алмазные сверла ускоряют процесс в 4 раза. Кроме того, алмазные сверла позволяют получать отверстия диаметром до 1,5 мм.

Значительный эффект дало использование алмазного инструмента в железнодорожном деле в связи с заменой деревянных шпал железобетонными. У последних после формования концы необходимо обрезать. При резке корундовым кругом одного такого круга едва хватало на обработку пяти шпал, а алмазный отрезной круг обрезает 900 шпал, причем расход алмазов не превышает 1 карата.

Наконец, следует особо подчеркнуть, что алмазные порошки незаменимы при обработке сверхминиатюрных и твердых деталей. Наверное, все обращали внимание на надписи на циферблате наручных часов: 7, 11, 15, 18, 23 камня. В данном случае камни — это трудноистираемые и точно изготовленные опоры, на которых вращаются часовые оси. Они изготовляются из рубина, корунда, сапфира, а в особо точных хронометрах и из алмаза. Чем больше в часах таких камней, тем выше их качество. В некоторых приборах в особо ответственных узлах применяются подшипники из топаза, берилла и сапфира, твердость которых приближается к твердости корунда. Качественно обработать такие детали можно только с помощью алмазных порошков.

Понятно поэтому, какое исключительно важное значение имеют алмазы для развития часовой промышленности, точного приборостроения, электроники.

Теперь рассмотрим, где же используются монокристаллы алмаза на буровых работах. Ведь бурение горных пород — процесс сложный и трудоемкий, да и весьма дорогостоящий. Поэтому повышение эффективности бурения (а оно во многом зависит от производительности бурового инструмента) дает экономический выигрыш в сотни миллионов рублей. Особую важность это представляет для нашей страны, где объем бурения, особенно при поисках, разведке и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений, исчисляется многими и многими миллионами метров.

Первым в Европе (да, пожалуй, и в мире) алмазы для бурения твердых горных пород предложил использовать швейцарский часовщик Г. Лешо в 1862 г. Его сын Рудольф Лешо вместе с механиком Пиге усовершенствовал способ отца, изобрел специальный буровой станок и разработал методы крепления алмазов в буровом инструменте. Этот буровой станок был с большим успехом применен при проходке одного из железнодорожных тоннелей в Швейцарских Альпах, а потом и при бурении шпуров на мраморном карьере Вермон в Швейцарии. В России энтузиастом и пионером алмазного бурения скважин явился профессор Горного института в Петербурге С. Г. Войслав, создавший в конце XIX века лучший по тем временам в мире буровой станок.

В наши дни на изготовление бурового алмазного инструмента расходуется около 12 % всех технических алмазов. Это прежде всего буровые коронки — стальные корпуса цилиндрической формы для навинчивания на бурильную трубу. На корпусе закреплена матрица — носитель алмазов.

Для буровых коронок используются алмазы массой 0,01—0,2 карата, непригодные для огранки в бриллианты. Коронки из мелких алмазов имеют большое число режущих граней, поэтому чем тверже горная порода, тем большим числом алмазов должна быть армирована коронка. Так, для бурения сравнительно мягких пород применяют буровые коронки, в которых на 1 карат приходится 5—15 зерен алмаза, для пород средней крепости — 24–40, для крепких — 40-200 и для очень крепких пород — до 400 алмазных зерен на карат. Для бурения нефтяных скважин используются так называемые алмазные долота, причем на каждое долото в зависимости от его типа расходуется от 8 до 26 карат алмазов.

Как мы уже отмечали, главное преимущество бурового алмазного инструмента — заметное повышение скорости бурения, особенно в твердых породах. Кроме того, значительно снижается изнашиваемость оборудования, а скважины приобретают строго цилиндрическую форму, т. е. имеют постоянный диаметр. Все это существенно (в 4 и более раз) снижает стоимость буровых работ.

Другая необъятная область применения монокристаллов алмаза — использование его как режущего инструмента. Режущие свойства инструментальных материалов определяются такими качествами, как твердость, величина модуля упругости, коэффициент трения и теплопроводность. Все эти свойства счастливо объединились в алмазе, который представляет собой непревзойденный резец.

Обычно замена твердосплавных резцов на алмазные производит ошеломляющий эффект на людей, плохо представляющих возможности алмаза. Как вспоминал один из пионеров внедрения алмазов в промышленность Австралии, ему пришлось сначала столкнуться с весьма скептическим отношением к алмазному инструменту, не в последнюю очередь из-за его сравнительно высокой стоимости. Привычное казалось более надежным. Приходилось изыскивать различные способы рекламы. И здесь неожиданную помощь оказала… популярная в Австралии игра в шары.

Дело в том, что шары для этой игры вытачивали из бакелита с помощью резцов с режущей кромкой из карбида вольфрама. А бакелит обладает такой большой абразивностью, что одного резца хватает лишь на грубую обточку шара, для окончательной же обработки требуется либо сменить резец, либо перезаточить его.

Владельцу компании по производству шаров было предложено испытать алмазный резец. Это был австралийский алмаз с одной режущей кромкой, закрепленный в державке. Хозяин фирмы отнесся к предложению с изрядной долей скепсиса, но как же он был потрясен, когда на его глазах алмазный резец до затупления обточил 900 бакелитовых шаров! Немедленно поступил заказ на алмазный инструмент, который вскоре был усовершенствован: на алмазе теперь имелись несколько режущих кромок, и при затуплении одной из них алмаз просто «переводился» в другую позицию. К хорошему привыкают быстро, и через короткий промежуток времени хозяин фирмы уже выражал недовольство, если резец обрабатывал меньше 3500 шаров.

Приведенные выше цифры — 1 шар и 900 шаров — не случайны. Как показала многолетняя практика, производительность алмазных резцов при обработке пластмасс в 900 раз выше производительности резцов, изготовленных из твердых сплавов.

Стойкость резцов принято измерять длиной пути, который они могут пройти по обрабатываемой детали до затупления. Для резца из быстрорежущей стали этот путь составляет 6–8 км, из твердых сплавов — 20–30 км, а алмазный резец может пройти до 3000 км! Кроме того, алмазный резец позволяет заметно повысить скорость резания, а также обеспечивает высокую точность и чистоту обработки деталей, их одинаковость (стандартизацию), — а это ведь и есть основной закон современного массового производства.

Фактически тем же алмазным резцом являются всем известные стеклорезы, на изготовление которых идут бездефектные кристаллы алмазов массой 0,02—0,2 карата. А алмазный резец, заточенный в виде тончайшей иглы, позволяет изготавливать высококачественные дифракционные решетки, используемые в приборах для спектрального анализа. Дифракционная решетка — это стеклянная пластинка, на которую нанесена сверхтончайшая штриховая сетка необычной густоты и плотности (до 3000 штрихов на 1 мм). Сделать такое можно только с помощью алмаза.

Еще одна область, где алмаз просто незаменим, — это производство проволоки, точнее, операция волочения. Для того чтобы получить проволоку нужного диаметра, ее протягивают через ряд волок, или фильер, — твердых пластинок с отверстиями определенной величины. В наборе фильер диаметр отверстий постепенно уменьшается, и проволока, последовательно протягиваясь через них, утоняется, вплоть до получения требуемого сечения. В качестве фильер использовались либо стальные закаленные дощечки, либо пластинки из сапфира. Но они быстро истирались, и проволока теряла свое главное качество, определяющее сортность, — одинаковое по всей длине сечение. Применение алмазов позволило совершить в волочильном деле настоящую революцию.

Интересно, что в России применение алмазных фильер связано с именем прославленного режиссера и актера К. С. Станиславского (Алексеева). Его отец С. В. Алексеев руководил торговым и промышленным товариществом «Владимир Алексеев», которому принадлежала золотоканительная фабрика (ныне московский завод «Электропровод»). На фабрике, где до перехода в театр и работал К. С. Алексеев, инженер по образованию, изготовлялась канитель — тонкая золотая и серебряная проволока. В 1892 г. Константин Сергеевич в Париже увидел станки для алмазного волочения. Алмазные волоки были изготовлены из ювелирных камней массой 0,5 карата, вставленных в массивные стальные оправы. Такой станок был куплен, и в 1894 г. в России был создан первый цех алмазного волочения микропровода.