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钻石“往事”与用途知多少

2019-2-22 9:31:57 来源:中国矿业报 本报记者:刘晓慧

钻石的名称源于古希腊语“Adamant”, 意为坚不可摧。

其实,钻石是宝石级金刚石经过加工后的制成品,是和王权、财富、圣洁、爱情及神秘的传奇故事联系在一起的。

在我国,金刚石和钻石是两个名称,但在国外是指同一物质,在工业上也有着重要的应用。

贝恩公司曾发布的“2018年全球钻石行业报告”显示,2018年钻石行业表现强劲,在2017年基础上收入再次增长。,钻石开采的产量也有所增长,主要来自质量较低的矿山。矿业公司的总收入增长了2%,盈利能力在2018年上半年有所反弹。

与奢侈品市场消费的积极态势一致,全球钻石珠宝销售呈增长趋势,这主要得益于美国强劲的宏观经济、中国千禧一代的需求复苏以及中国的销售增长。但全球贸易的不确定性因素,可能会对中短期内全球钻石需求的增长前景产生负面影响。如今,随着经济发展和社会进步,钻石消费已经因其不断增长的消费规模衍变为一种“钻石经济”,而在生产领域,钻石也不再仅仅依靠矿山开采来满足其市场强劲的需求,实验室里制造的钻石越来越多。

贝恩预测,如果天然钻石行业可以将其与实验室生产的钻石区分开来,到2030年对天然钻石需求的影响将限制在5%至10%之间。生产成本和批发零售价格下降,实验室制造的钻石将快速普及,从而提升人们对钻石的需求。同时,在其加工链条上,数字技术的影响日益增强,新兴和成熟的数字技术影响钻石行业价值链的所有部分,使钻石生产商、中游企业和零售商能够提高其运营效率,并提供卓越的客户体验。

那么,数千年来,钻石以其尊贵和稀有的特质,到底在以什么样的方式影响和助力社会的进步和发展?

钻石与人文

钻石进入人类生活已有3000年历史,曾经是宗教的圣品,王权的象征,上流社会追逐的珍宝。随着社会的进步,产量的增加,钻石已进入大众的生活。人们在佩戴钻石饰品的同时,更加有意识地了解钻石来源、质量、加工、鉴定方面的知识。

公元前8世纪,人们在古印度南部克里希纳河淘金时发现了金刚石。因为它的美丽、洁净吸引了淘金者,后来发现它有超强的硬度且数量稀少,被视为宝石。

在人类历史上,是印度首先把金刚石加工成钻石。古印度为后世留下了许多许多名钻,如“大莫卧儿”(787克拉)、“皮特”(410克拉)、“尼扎姆”(440克拉),使克里希纳河的钻石名噪世界。世界上最早佩戴钻石饰品的是印度的国王和寺庙神像。

大约在14世纪,印度的钻石传入欧洲。欧洲人视钻石为珍宝,又给佩戴钻石赋予宗教色彩。到公元13世纪,法国国王路易九世颁布法令,称只有国王才能佩戴钻石,女人不许佩戴。200年后,法国王室多次佩戴钻石饰品在宫廷亮相,令钻石在欧洲女性心中变得更有魅力。

1477年,奥地利国王马克西来连一世与法国玛丽公主定亲前,接到公主的一封来信,要求定亲之日公主必须戴一枚镶有钻石的戒指。这是世界上第一枚婚戒。从此,钻石戒指成为情侣们表达爱情的至高信物。

在相当长的时间内,钻石被镶嵌在国王权杖或女王王冠上,作为权力的象征,同时也是贵族社会显示其地位和财富的饰品。直到20世纪,钻石才逐渐成为普通民众的消费品。钻石传到英国之后,由于其有很高的硬度,故英国男子喜欢用钻石代表自己的坚定和勇敢,而妇女则用钻石比喻自己的圣洁和高贵,把钻石当作定情信物成为一种时尚从欧洲传到全世界。

钻石在中国

中国最早的钻石不是产自中国,而是由佛教徒从印度传入的。

晋《起居注》记载:“咸宁三年,敦煌上送金刚,生金中,百淘不消,可以切玉,出天竺。”“天竺”即今天的印度,这与印度最早发现金刚石的历史相符。此后在《魏书》、《南书》和《北史》等典籍中均有提及波斯拥有金刚石的记载。

但更古老的关于疑似金刚石的记载,均无实证。我国古老的《诗经》中有“他山之石可以攻玉”的记载,有些学者把“他山之石”的“石”认为是金刚石。此后在《列子·海内十洲记》中记载过昆吾刀“刀长有思、切玉如泥”,有人推测昆仑刀可能就是由金刚石制成的。这些均属推断,没有太多的根据。

中国本土最早的钻石来自于邹城和湘西地区。据《郯城县志》记载,明朝末年,郯城马陵山区发现金刚石,此后的清朝道光年间和清未都有金刚石发现的记载,从而揭开了中国生产金刚石的历史。

作为一种昂贵的可佩戴的饰品,钻石在中国历史很短。明清时期,少量的钻石饰品就通过中外贸易进入中国。鸦片战争后,广州、上海、天津等沿海城市先后开埠,西风东渐,钻石首饰逐渐进入中国人视野。在20世纪二三十年代,钻石首饰逐渐开始在我国先锋时尚女性一族中备受青睐,进入珠宝首饰主流市场,销售量逐年递增。改革开放以后,人民生活逐步富裕,思想空前解放,政府鼓励消费,我国钻石业迅速兴起。20世纪90年代,随着“钻石恒久远,一颗永流传”的广告词从香港进入中国,掀起了一轮钻石消费热潮。新一代的年轻人一改过去婚姻中穿金戴银的传统,以佩戴钻石为时尚。目前,我国大城市的女性热衷于购买钻石婚戒,男士也正步入佩戴钻石饰品的行列。中国已逐渐发展成为世界级钻石消费市场,钻石消费正由奢侈消费转向常态消费。

“钻石”从哪里来

地质研究者称,金刚石来源于地球深部,在地幔中形成,与岩石圈构造和地壳厚度均有关。而最适宜金刚石结晶的环境是大陆岩石圈古老克拉通底部的上地幔部位。研究者普遍认同将全球大陆克拉通分为三类,其中太古宙克拉通有利于金伯利岩即金刚石的成矿。在适当的温度和压力下,金刚石结晶于岩石圈地幔,并在金伯利岩浆上升过程中被搬运出地表。岩浆在地表喷发爆炸形成破火山口,在火山管道相中保留下来的金刚石形成今天能看到的金刚石矿床。

金刚石按用途可分为工业级金刚石和宝石级金刚石。

工业级金刚石加工成各种金刚石工具用在工业上,它对金刚石的颜色、净度没有要求,主要是利用金刚石的硬度和它的特殊性能,所以只要是金刚石都可以加工成不同的金刚石工具被加以利用,它的价格较便宜。

宝石级金刚石用以打磨成各种裸钻,镶嵌成钻石戒指、钻石手链、钻石吊坠、钻石耳环等,故宝石级金刚石有其特殊要求:首先是颜色,灰色、褐色、黑色等不能成为宝石级金刚石,合格的宝石级金刚石其颜色从白色到淡黄色由好到差分成若干等级;其次是净度,没有包裹体、杂质、裂纹的为最好,净度合格由好到坏也分成不同的等级;第三是质量或大小,颗粒太小了不能加工成装饰品,故一般宝石级金刚石不能小于2毫米。满足上述条件就可成为宝石级金刚石,可以加工成各种钻石饰品,它的价格比较贵。特别是颜色好、净度好、质量大的钻石,其价格特别昂贵。

金刚石按生产方式分天然金刚石和人造金刚石。

目前,世界上六大洲有48个国家发现天然金刚石,其中非洲是世界上最主要的金刚石产区,有24个国家产金刚石,其中有7个国家产量居世界前十名。其他产金刚石的国家亚洲有8个、南美洲有4个、北美洲有2个、欧洲2个、大洋洲1个。在非洲24个国家中,非洲南部地区有南非、博茨瓦纳、莱索托、纳米比亚、津巴布韦、斯威士兰;东部地区有坦桑尼亚;中非地区有刚果(金),刚果(布)、安哥拉、中非共和国、赞比亚、加蓬;西非地区有塞拉利昂、利比里亚、几内亚、加纳、喀麦隆、马里、多哥、科特迪风、西撒哈拉、布基那法索、冈比亚等。亚洲产金刚石的国家有印度、印尼、中国、缅甸、泰国。前苏联包括俄罗斯、白俄罗斯、哈萨克斯坦等。南美洲产金刚石的国家有巴西、圭亚那、委内瑞拉、玻利维亚。北美洲产金刚石的国家有加拿大,美国大洋洲产金刚石的国家有澳大利亚。欧洲国家有瑞典、芬兰。

据悉,世界范围类已探明天然钻石储量大约有25亿克拉,其中澳大利亚6.5亿克拉,扎伊尔5.5亿克拉。按目前开采水平计算,现有钻石储量只能开采25年。但随着找矿科技水平的提高,每年都发现有新的矿区,近几年加拿大钻石储量明显增加。自从钻石开采以来,共采出钻石350吨左右,即17.5亿克拉。现在,全世界每年开采钻石在9000万克拉左右。在世界钻石资源分布中,其中宝石级占17%~20%,其价值相当于80%工业级金刚石价值的5倍。中国金刚石探明储量和产量均居世界第10名左右,年产量在20万克拉,在世界钻石产地分布图上,主要分布在辽宁瓦房店、山东蒙阴和湖南沅江流域,辽宁瓦房店是目前亚洲最大的金刚石矿山。钻石砂矿则见于湖南沅江流域、西藏、广西以及跨苏皖两省的郯庐断裂等地。

由于巨大的需求量,天然金刚石已无法满足人们的需求。其实,早在18世纪,人们就开始了人造金刚石的研究,通过模拟自然过程,发现石墨在超高温高压的环境下可转变成金刚石。随着科学技术的不断发展,在20世纪50年代出现了人造金刚石,并且质量越来越好。1955年,美国通用电气公司专门制造了高温高压静电设备,得到了世界上第一批工业用人造金刚石小晶体,从而开创了工业规模生产人造金刚石磨料的先河。不久,杜邦公司发明了爆炸法,利用瞬时爆炸产生的高压和急剧升温,也获得了几毫米大小的人造金刚石。同一时期,苏联也开始研究基于化学蒸发沉积的CVD金刚石合成技术。我国于1963年生产出第一颗人造金刚石,现在年产量已占世界产量的60%~70%。1981年,人们用CVD技术生产出第一颗合成金刚石。2009年,CVD方法被进一步改进,使用微波等离子技术,能生产出100%纯度的合成金刚石,其价格更为低廉。

有媒体报道称,越来越多的人工合成钻石从中国实验室里被“种植”出来,威胁着天然钻石市场的生存空间。数据显示,中国2016年人造钻石产量逼近200亿克拉。

目前,为了防止人造的宝石级金刚石扰乱钻石市场,珠宝业界已达成共识并自律,在销售时要标明是人造钻石还是天然钻石,人造钻石价格要便宜一些,业界也已研发出一种仪器能区分人造钻石还是天然钻石,以保证真实与公平。

钻石与现代工业

钻石从印度传入欧洲后,钻石切割技术得到了飞速发展。1455年荷兰人发明用金刚石细粉研磨金刚石表面的方法,为钻石打磨提供了有效的技术。不久,威尼斯成为欧洲最早的钻石切割中心,但于15世纪晚期被比利时的安特卫普所取代。

1777年,英国发明家和仪器制造家——詹斯拉姆斯登用一颗金刚石车削他所发明的一台发动机精密螺旋。

19世纪后期金刚石逐渐被应用到工业上。

1854年,瑞士的制表家琼勒斯科特研制成功第一个用于手工操作钻机上的金刚石钻头。1864年,对金刚石钻头进行试验,用于在阿尔卑斯山脉中建设蒙特赛尼斯隧道的钻孔作业。之后不久,第一台蒸汽驱动的金刚石钻机诞生,达到为每分钟30转的转速,每小时一英尺的进尺。

之后,金刚石在工业领域的用途日益广泛。

1909年,波兰人托尔科夫斯基按照全反射原理,设计出最佳反射光效果的58个刻面的标准钻型,把钻石辉煌灿烂的光学性质发挥到极致。由于钻石加工技术的发展,使得欧洲人特别是犹太人在世界钻石业独领风骚。犹太人相信“一切皆有可能”,因此任何顾客的任何需求都可以得到满足。以色列钻石协会主席阿维帕兹曾说:“比起我们的创造性和灵活性,连天空也显得有限。”

1935年,第一个含金刚石的合格的苯酚甲醛树脂磨轮投入市场。其后不久,研制出粘结有金属和陶瓷的金刚石磨轮,推动了磨料级金刚石需求量的迅速增加。

1950年后,超硬陶瓷、半导体材料、塑料以及特种金属合金的发展,进一步加强了金刚石用于加工这些坚硬工业材料不可替代的地位,使金刚石成为能按照现代工业精密、高速和低成本的要求加工超硬材料。

金刚石的工业用途与日俱增,应用范围不断扩大。

现代工业缺了金刚石加工成的工具几乎无法工作。例如,石油天然气勘查没有金刚石钻头就不行,硬质材料的切割加工离不开金刚石锯片。由于部分特殊类型金刚石的半导体性能和导热性超好,所以在高新技术工业有着不可替代的作用。甚至有超级材料专家称,没有金刚石就没有信息产业。但这些并不为普通大众所知。

目前,工业级金刚石主要用于钻头、扩孔器、单点或多点金刚石工具金刚石锯、金刚石拉丝模具等。此外,工业金刚石还用于雕刻刀、玻璃切割器、琢精器、外科器械、硬度测试器、辐射计数器及其他专门器械和工具。钻头与扩孔器用于矿产和油气勘查等。在对坚硬、粗糙、易碎的材料进行切割、制造、打孔和磨光后,以及在斜切汽车离后,常用金刚石工具予以砂轮整形。金刚石锯主要用于高速公路修建中混凝土构建的锯切,对石材、陶器和水泥实施切割。金刚石拉模主要用于对非勺、高强度的金属或合金原料进行加工,高速拉出细丝。我国目前矿产勘查、石油与天然气勘查开发、工程勘察、基础设施建设、重大建筑工程建设的钻探、掘进、切割工作量巨大,对金刚石钻头的需求与日俱增。金刚石钻头对国际大陆科学钻探和我国大陆科学钻探工程的成功实施有着重要贡献。如在自然资源部中国地质调查局具体组织实施的“松科二井”钻探中功不可没。此外,世界制造业、基础设施产业对工业金刚石更有着巨量的需求。

金刚石器械在医学中应用的进展令人瞩目。牙科医生使用金刚钻治疗牙病已近一个世纪之久,后来发现可用非常微细的金刚石粉末来做齿的齿冠。金刚石还被用来制造有显微刃口的金刚石刀,用于眼科的白内障手术。尖头金刚石钳在手术中的作用,既能牢牢扣住微细的神经组织,又不会损伤这些神经组织。

金刚石也对宇宙航天计划做出了许多贡献。比如,宇航器中复杂的导线、精密的仪表、绝缘的陶瓷涂料、稳定的陀罗仪、飞船头罩等零部件,都是借助于工业级金刚石器具生产出来的。

据网易“了不起的中国制造”介绍,人造钻石成本约为天然开采钻石的一半。

截至2017年底,我国人造金刚石产量已占世界总产量的90%以上,立方氮化硼产量已占世界总量的70%以上,我国已成为名副其实的超硬材料生产制造大国。

相关材料专家表示,超硬材料是新材料领域的一个重要而独特的板块。更具体地说,利用金刚石超硬的力学性能,可加工世界上所有的已知材料。在战略性新型产业中有更广阔的发展空间。如利用其无与伦比的热光声电性能,可用于航天员宇宙射线防护、尖端武器装备隐身防腐、提高导弹飞行速度与打击精度、大功率激光探测,可用作大规模集成电路及LED新光源热沉等尖端领域。但在一些高端产业的应用上,我国仍存在一些短板。比如在硬质合金棒料开槽砂轮领域,高端市场基本被美、日、德等发达国家垄断,国内超硬材料砂轮制备技术虽然一直在发展之中,但砂轮锋利度和保型性这一矛盾仍是开槽砂轮的一大难题。这对超硬材料行业的创新活力、可持续发展构成挑战,需要更精确的产业政策支持。□

网站编辑:宫莉

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