Diamante
| Diamante | |
|---|---|
 A forma octaédrica ligeiramente disforme deste cristal de diamante bruto na matriz é típica do mineral. Suas faces brilhantes também indicam que este cristal provém de um depósito primário. | |
| Em geral | |
| Categoria | Minerais nativos |
| Fórmula (unidade de repetição) | C |
| Símbolo do IMA | Diâmetro [1] |
| Classificação de Strunz | 1.CB.10a |
| Classificação Dana | 1.3.6.1 |
| Sistema de cristal | Cúbico |
| Aula de cristal | Símbolo hexoctaédrico (m 3 m) HM : (4/m 3 2/m) |
| Grupo espacial | Fd 3 m (nº 227) |
| Estrutura | |
| Jmol (3D) | Imagem interativa |
| Identificação | |
| Massa de fórmula | 12,01g /mol |
| Cor | Normalmente amarelo, marrom ou cinza a incolor. Menos frequentemente azul, verde, preto, branco translúcido, rosa, violeta, laranja, roxo e vermelho. |
| Hábito de cristal | Octaédrico |
| Geminação | Lei do espinélio comum (produzindo "macle") |
| Decote | 111 (perfeito em quatro direções) |
| Fratura | Irregular/Desigual |
| Dureza da escala de Mohs | 10 (definindo mineral) |
| Brilho | Adamantino |
| Onda | Incolor |
| Diafaneidade | Transparente para subtransparente para translúcido |
| Gravidade Específica | 3,52 ± 0,01 |
| Densidade | 3,5–3,53g / cm3 3.500–3.530 kg/ m3 |
| Brilho polonês | Adamantino |
| Propriedades ópticas | Isotrópico |
| Índice de refração | 2.418 (a 500 nm) |
| Birrefringência | Nenhum |
| Pleocroísmo | Nenhum |
| Dispersão | 0,044 |
| Ponto de fusão | Dependente da pressão |
| Referências | [2] [3] |
O diamante é uma forma sólida do elemento carbono com seus átomos dispostos em uma estrutura cristalina chamada diamante cúbico . Outra forma sólida de carbono conhecida como grafite é a forma quimicamente estável do carbono à temperatura e pressão ambientes , mas o diamante é metaestável e se converte nele a uma taxa insignificante nessas condições. 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 submeter 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 ). Um pequeno número de defeitos ou impurezas (cerca de um por milhão de átomos da rede) tem cor azul diamante (boro), amarelo (nitrogênio), marrom (defeitos), verde (exposição à radiação), roxo, rosa, laranja ou vermelho. O diamante também possui um índice de refração muito alto e uma dispersão óptica relativamente alta .
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 terrestre , embora alguns tenham surgido em profundidades 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 (há centenas a dezenas de milhões de anos), foram transportados para a superfície em erupções vulcânicas e depositados em rochas ígneas conhecidas como kimberlitos e lamproítos .
Os diamantes sintéticos podem ser cultivados a partir de carbono de alta pureza sob altas pressões e temperaturas ou a partir de gases de hidrocarbonetos 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
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 a grafite . No grafite, as ligações são híbridos orbitais sp 2 e os átomos se formam em planos, com cada um ligado a três vizinhos mais próximos separados por 120 graus. No diamante eles são sp 3 e os átomos formam tetraedros, cada um ligado a quatro vizinhos mais próximos. [4] [5] 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, razão pela qual é ao mesmo tempo o mais duro e o menos compressível . [6] [7] Também possui alta densidade, variando de 3.150 a 3.530 quilogramas por metro cúbico (mais de três vezes a densidade da água) em diamantes naturais e 3.520 kg/m 3 em diamante puro. [2] No grafite, as ligações entre vizinhos mais próximos são ainda mais fortes, mas as ligações entre planos adjacentes paralelos são fracas, de modo que os planos passam facilmente uns pelos outros. Assim, o grafite é muito mais macio que o diamante. No entanto, as ligações mais fortes tornam o grafite menos inflamável. [8]
Os diamantes foram adotados para muitos usos devido às características físicas excepcionais do material. Possui a maior condutividade térmica e a maior velocidade do som. Possui baixa adesão e atrito e seu coeficiente de expansão térmica é extremamente baixo. Sua transparência óptica se estende do infravermelho distante ao ultravioleta profundo e possui alta dispersão óptica . Também possui alta resistência elétrica. É quimicamente inerte, não reage com a maioria das substâncias corrosivas e possui excelente compatibilidade biológica. [9]
Termodinâmica
As condições de pressão e temperatura de equilíbrio para uma transição entre grafite e diamante estão bem estabelecidas teórica e experimentalmente. A pressão de equilíbrio varia linearmente com a temperatura, entre1,7 GPa em0 K e12 GPa em5000 K (o ponto triplo diamante/grafite/líquido ). [10] [11] No entanto, as fases possuem uma ampla região em torno desta linha onde podem coexistir. À temperatura e pressão normais , 20 °C (293 K) e 1 atmosfera padrão (0,10 MPa), a fase estável do carbono é a grafite, mas o diamante é metaestável e sua taxa de conversão em grafite é insignificante. [7] No entanto, em temperaturas acima de cerca de4500 K , o diamante se converte rapidamente em grafite. A rápida conversão de grafite em diamante requer pressões bem acima da linha de equilíbrio: em2.000 K , uma pressão de35 GPa são necessários. [10]
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. [12] Em altas pressões, o silício e o germânio têm uma estrutura cristalina cúbica de corpo centrado BC8, e uma estrutura semelhante é prevista para o carbono em altas pressões. No0 K , prevê-se que a transição ocorra em1100 GPa . [13]
Os resultados da investigação publicados num artigo na revista científica Nature Physics em 2010 sugerem que a pressões e temperaturas ultra-elevadas (cerca de 10 milhões de atmosferas ou 1 TPa e 50.000 °C) o diamante derrete num fluido metálico. As condições extremas necessárias para que isso ocorra estão presentes nos gigantes gelados Netuno e Urano . Ambos os planetas são compostos por aproximadamente 10% de carbono e poderiam, hipoteticamente, conter oceanos de carbono líquido. Uma vez que grandes quantidades de fluido metálico podem afectar o campo magnético, isto poderia servir como uma explicação para o desalinhamento dos pólos geográficos e magnéticos dos dois planetas. [14] [15]
Estrutura de cristal
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 do canto é compartilhado por oito células unitárias e cada átomo no centro de uma face é compartilhado por duas, portanto há um total de oito átomos por célula unitária. [16] O comprimento de cada lado da célula unitária é denotado por a e é 3,567 angstroms . [17]
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 pensada como duas redes cúbicas interpenetrantes de face centrada , com uma deslocada por 1/4 da diagonal ao longo de uma célula cúbica, ou como uma rede com dois átomos associados a cada ponto da rede . [17] Visto de uma direção cristalográfica <1 1 1> , é formado por camadas empilhadas em um padrão repetitivo ABCABC.... Os diamantes também podem formar uma estrutura ABAB..., conhecida como diamante hexagonal ou lonsdaleíta , mas isso é muito menos comum e é formado sob diferentes condições do carbono cúbico. [18]
Hábito de cristal
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 de átomos, eles têm muitas facetas que pertencem a um cubo , octaedro, rombicosidodecaedro , hexaedro tetraquis ou dodecaedro disdyakis . Os cristais podem ter bordas arredondadas e inexpressivas e podem ser alongados. Diamantes (especialmente aqueles com faces de cristal arredondadas) são comumente encontrados revestidos de nyf , uma pele opaca semelhante a uma goma. [19]
Alguns diamantes contêm fibras opacas. Eles são chamados de opacos se as fibras crescerem a partir de um substrato transparente ou fibrosos se ocuparem todo o cristal. Suas cores variam do amarelo ao verde ou cinza, às vezes com impurezas brancas a cinza semelhantes a nuvens. Sua forma mais comum é cuboidal, mas também podem formar octaedros, dodecaedros, macles ou formas combinadas. A estrutura é resultado de inúmeras impurezas com tamanhos entre 1 e 5 mícrons. Esses diamantes provavelmente se formaram no magma de kimberlito e amostraram os voláteis. [20]
Os diamantes também podem formar agregados policristalinos. Houve tentativas de classificá-los em grupos com nomes como boart , ballas , stewartite e framesite, mas não existe um conjunto de critérios amplamente aceito. [20] O carbonado, 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 que o diamante de cristal único. [21] Nunca foi observado em uma rocha vulcânica. Existem muitas teorias sobre a sua origem, incluindo a formação de uma estrela, mas não há consenso. [20] [22] [23]
Mecânico
Dureza
O diamante é o material natural mais duro conhecido tanto na escala Vickers quanto na escala Mohs . A grande dureza do diamante em relação a outros materiais é conhecida desde a antiguidade e é a fonte do seu nome. Isso não significa que seja infinitamente duro, indestrutível ou inarranhável. [24] Na verdade, os diamantes podem ser riscados por outros diamantes [25] e desgastados com o tempo, mesmo por materiais mais macios, como discos fonográficos de vinil . [26]
A dureza do diamante depende de sua pureza, perfeição cristalina e orientação: a dureza é maior para cristais puros e perfeitos orientados na direção <111> (ao longo da diagonal mais longa da estrutura cúbica do diamante). [27] Portanto, embora possa ser possível riscar alguns diamantes com outros materiais, como o nitreto de boro , os diamantes mais duros só podem ser riscados por outros diamantes e agregados de diamantes nanocristalinos .
A dureza do diamante contribui para a sua adequação como pedra preciosa. Por só poder ser riscado por outros diamantes, mantém seu polimento extremamente bem. Ao contrário de muitas outras gemas, é adequada para uso diário devido à sua resistência a arranhões - talvez contribuindo para sua popularidade como a gema preferida em anéis de noivado ou de casamento , que costumam ser usados todos os dias.
Os diamantes naturais mais duros são originários principalmente dos campos Copeton e Bingara localizados na área da Nova Inglaterra , em Nova Gales do Sul , Austrália. Esses diamantes são geralmente pequenos, octaedros perfeitos a semiperfeitos e são usados para polir outros diamantes. Sua dureza está associada à forma de crescimento do cristal , que é o crescimento do cristal em um único estágio. A maioria dos outros diamantes mostram mais evidências de múltiplos estágios de crescimento, que produzem inclusões, falhas e planos de defeitos na estrutura cristalina, os quais afetam sua dureza. É possível tratar diamantes normais sob uma combinação de alta pressão e alta temperatura para produzir diamantes mais duros do que os diamantes usados em medidores de dureza. [28]
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 a uma ou ambas as pedras. Os testes de dureza são raramente utilizados na gemologia prática devido à sua natureza potencialmente destrutiva. [29] 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 a maioria das outras pedras preciosas; [30] estes tendem a resultar em facetas extremamente planas e altamente polidas com bordas de facetas excepcionalmente afiadas. Os diamantes também possuem um índice de refração extremamente alto e uma dispersão bastante alta. Tomados em conjunto, esses fatores afetam a aparência geral de um diamante polido e a maioria dos diamantários ainda depende do uso especializado de uma lupa (lupa) para identificar os diamantes "a olho nu". [31]
Dureza
Um pouco relacionada à dureza está outra propriedade mecânica, a tenacidade , que é a capacidade de um material de resistir à quebra por impacto forte. A tenacidade do diamante natural foi medida em 7,5–10 MPa ·m 1/2 . [ esclarecimento necessário ] [32] [33] 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 apresentam tenacidade acima de 100 MPa·m 1/2 . Tal como acontece com qualquer material, a geometria macroscópica de um diamante contribui para a sua resistência à quebra. O diamante tem um plano de clivagem e, portanto, é mais frágil em algumas orientações do que em outras. Os cortadores de diamante usam esse atributo para cortar algumas pedras, antes da lapidação. [34] A "resistência ao impacto" é um dos principais índices para medir a qualidade dos diamantes industriais sintéticos.
Força de rendimento
O diamante tem resistência ao escoamento à compressão de 130–140 GPa. [35] Este valor excepcionalmente alto, juntamente 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. [36] Essas bigornas atingiram pressões de600 GPa . [37] Pressões muito mais altas podem ser possíveis com diamantes nanocristalinos . [36] [37]
Elasticidade e resistência à tração
Normalmente, a tentativa de deformar o cristal de diamante a granel 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 esticados elasticamente por até 9-10 por cento de tensão de tração sem falha, [38 ] com uma tensão de tração local máxima de ~89 a 98 GPa , [39] muito próxima do limite teórico para este material. [40]
Condutividade elétrica
Outras aplicações especializadas também existem ou estão sendo desenvolvidas, incluindo o uso como semicondutores : alguns diamantes azuis são semicondutores naturais, em contraste com a maioria dos diamantes, que são excelentes isolantes elétricos . A condutividade e a cor azul originam-se da impureza de boro. O boro substitui os átomos de carbono na estrutura do diamante, doando um buraco na banda de valência . [41]
A condutividade substancial é comumente observada em diamantes nominalmente não dopados cultivados por deposição química de vapor . Esta condutividade está associada a espécies relacionadas ao hidrogênio adsorvidas na superfície e pode ser removida por recozimento ou outros tratamentos de superfície. [42] [43]
Agulhas finas de diamante podem ser feitas para variar sua banda eletrônica do normal 5,6 eV até próximo de zero por deformação mecânica seletiva. [44]
Wafers de diamante de alta pureza com 5 cm de diâmetro apresentam resistência perfeita em uma direção e condutância perfeita na outra, criando a possibilidade de utilizá-los para armazenamento de dados quânticos. O material contém apenas 3 partes por milhão de nitrogênio. O diamante foi cultivado em um substrato escalonado, o que eliminou rachaduras. [45]
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 pelo óleo. Esta propriedade pode ser utilizada para extrair diamantes usando óleo na fabricação de diamantes sintéticos. No entanto, quando as superfícies de diamante são quimicamente modificadas com certos íons, espera-se que se tornem tão hidrofílicas que possam estabilizar múltiplas camadas de água gelada à temperatura do corpo humano . [46]
A superfície dos diamantes está parcialmente oxidada. A superfície oxidada pode ser reduzida por tratamento térmico sob fluxo de hidrogênio. Isto é, este tratamento térmico remove parcialmente grupos funcionais contendo 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 desta temperatura. Assim, os diamantes devem ser reduzidos abaixo desta temperatura. [47]
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 mais facilmente. Ele aumenta a temperatura do calor vermelho para o branco e queima com uma chama azul clara, e continua a queimar depois que a fonte de calor é removida. Por outro lado, no ar a combustão cessará assim que o calor for removido porque o oxigênio é diluído com nitrogênio. Um diamante transparente, perfeito e transparente é completamente convertido em dióxido de carbono; quaisquer impurezas serão deixadas como cinzas. [48] O calor gerado pelo corte de um diamante não acenderá o diamante, [49] nem um isqueiro, [50] mas incêndios domésticos e maçaricos são quentes o suficiente. Os joalheiros devem ter cuidado ao moldar o metal em um anel de diamante. [51]
Pó de diamante com tamanho de grão apropriado (cerca de 50 mícrons) queima com uma chuva de faíscas após a ignição de uma chama. Consequentemente, podem ser preparadas composições pirotécnicas à base de pó de diamante sintético . As faíscas resultantes são da habitual cor vermelho-laranja, comparável ao carvão, mas mostram uma trajetória muito linear que é explicada pela sua alta densidade. [52] O diamante também reage com o gás flúor acima de cerca de 700 °C (1.292 °F).
Cor
O diamante tem um amplo band gap 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 do diamante originam-se de defeitos e impurezas da rede. A estrutura cristalina do 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). Os 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 [53] e ainda menos para o cobalto. Praticamente qualquer elemento pode ser introduzido no diamante por implantação iônica. [54]
O nitrogênio é de longe a impureza mais comum encontrada em diamantes preciosos e é responsável pela cor amarela e marrom dos diamantes. O boro é responsável pela cor azul. [55] A cor do diamante tem duas fontes adicionais: irradiação (geralmente por partículas alfa), que causa a cor dos diamantes verdes, e deformação plástica da estrutura cristalina do diamante. A deformação plástica é a causa da cor em alguns diamantes marrons [56] e talvez rosa e vermelhos. [57] Em ordem crescente de raridade, o diamante amarelo é seguido pelo marrom, incolor, depois pelo azul, verde, preto, rosa, laranja, roxo e vermelho. [34] Os diamantes "pretos", ou carbonados , não são verdadeiramente 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 substituem um átomo de carbono na estrutura cristalina , conhecida 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. [34] O Gemological Institute of America (GIA) classifica os diamantes amarelos e marrons de baixa saturação como diamantes na faixa de cores normal e aplica uma escala de classificação 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 classificação diferente. [34]
Em 2008, o Diamante Wittelsbach , um diamante azul de 35,56 quilates (7,112 g) que já pertenceu ao Rei da Espanha, foi arrematado por mais de US$ 24 milhões em um leilão da Christie's. [58] Em maio de 2009, um diamante azul de 7,03 quilates (1,406 g) alcançou o preço mais alto 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). [59] Esse recorde foi, no entanto, batido no mesmo ano: um diamante rosa vivo de 5 quilates (1,0 g) foi vendido por US$ 10,8 milhões em Hong Kong em 1 de dezembro de 2009. [60 ]
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 quanto ao seu valor de venda. A escala de clareza do GIA abrange desde Impecável (FL) até incluído (I), tendo internamente impecável (IF), muito, muito ligeiramente incluído (VVS), muito ligeiramente incluído (VS) e ligeiramente incluído (SI) no meio. 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 clareza visível sob ampliação de 10x. [61] As inclusões no diamante podem ser extraídas por métodos ópticos. O processo consiste em tirar imagens de pré-aprimoramento, identificando a parte de remoção de inclusão e por fim removendo as facetas e ruídos do diamante. [62]
Fluorescência
Entre 25% e 35% dos diamantes naturais exibem algum grau de fluorescência quando examinados sob luz ultravioleta invisível de ondas longas ou fontes de radiação de maior energia, como raios X e lasers. [63] A iluminação incandescente não fará com que o diamante fique fluorescente. Os diamantes podem apresentar fluorescência em uma variedade de cores, incluindo azul (mais comum), laranja, amarelo, branco, verde e muito raramente vermelho e roxo. Embora as causas não sejam bem compreendidas, acredita-se que variações na estrutura atômica, como o número de átomos de nitrogênio presentes, contribuam para o fenômeno.
Condutividade térmica
Os diamantes podem ser identificados pela sua alta condutividade térmica (900–2320 W·m −1 ·K −1 ). [64] Seu alto índice de refração também é indicativo, mas outros materiais têm refração semelhante.
Geologia
Os diamantes são extremamente raros, com concentrações de no máximo partes por bilhão na rocha geradora. [20] Antes do século 20, a maioria dos diamantes era encontrada em depósitos aluviais . Diamantes soltos também são encontrados ao longo de linhas costeiras existentes e antigas , onde tendem a se acumular devido ao seu tamanho e densidade. [65] : 149 Raramente, eles foram encontrados em áreas glaciais (principalmente em Wisconsin e Indiana ), mas esses depósitos não são de qualidade comercial. [65] : 19 Esses tipos de depósito foram derivados de intrusões ígneas localizadas por meio de intemperismo e transporte pelo vento ou pela água . [66]
A maioria dos diamantes vem do manto da Terra e a maior parte desta seção discute esses diamantes. No entanto, existem outras fontes. Alguns blocos da crosta, ou terrenos , foram enterrados profundamente o suficiente à medida que a crosta se tornava mais espessa, de modo que sofreram metamorfismo de pressão ultra-alta . Estes têm microdiamantes distribuídos uniformemente que não mostram sinais de transporte pelo magma. Além disso, quando meteoritos atingem o solo, a onda de choque pode produzir temperaturas e pressões suficientemente altas para a formação de microdiamantes e nanodiamantes . [66] Microdiamantes do tipo impacto podem ser usados como um indicador de antigas crateras de impacto. [67] A estrutura de impacto de Popigai na Rússia pode ter o maior depósito de diamantes do mundo, estimado em trilhões de quilates, e formado pelo impacto de um asteróide. [68]
Um equívoco comum é que os diamantes se formam a partir de 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 desta forma são raros, e a fonte de carbono é mais provavelmente rochas carbonáticas e carbono orgânico em sedimentos, em vez de carvão. [69] [70]
Distribuição de superfície
Os diamantes estão longe de estar distribuídos uniformemente pela Terra. Uma regra prática conhecida como regra de Clifford afirma que eles são quase sempre encontrados em kimberlitos na parte mais antiga dos crátons , os núcleos estáveis dos continentes com idades típicas de 2,5 bilhões de anos ou mais. [66] [71] : 314 No entanto, existem 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 , [72] uma zona mais fraca ao redor do cráton central que sofreu tectônica compressiva. Em vez de kimberlito , a rocha hospedeira é o lamproíto . Lamproites com diamantes que não são economicamente viáveis também são encontrados nos Estados Unidos, Índia e Austrália. [66] Além disso, diamantes no cinturão de Wawa da província Superior no Canadá e microdiamantes no arco insular do Japão são encontrados em um tipo de rocha chamada lamprófiro . [66]
Os kimberlitos podem ser encontrados em diques e soleiras estreitas (1 a 4 metros) e em tubos com diâmetros que variam de cerca de 75 m a 1,5 km. A rocha fresca varia de verde azulado escuro a cinza esverdeado, mas após a exposição rapidamente fica marrom e se desintegra. [73] É uma rocha híbrida com uma mistura caótica de pequenos minerais e fragmentos de rocha ( clastos ) até o tamanho de melancias. São uma mistura de xenocristais e xenólitos (minerais e rochas transportados da crosta inferior e do manto), pedaços de rocha superficial, minerais alterados como a serpentina , e novos minerais que cristalizaram durante a erupção. A textura varia com a profundidade. A composição forma um continuum com os carbonatitos , mas estes últimos possuem oxigênio demais para que o carbono exista em forma pura. Em vez disso, está preso no mineral calcita ( Ca C O
3). [66]
Todas as três rochas diamantíferas (kimberlito, lamproíta e lamprófiro) carecem de certos minerais ( melilita e kalsilita ) que são incompatíveis com a formação de diamantes. No kimberlito, a olivina é grande e conspícua, enquanto a lamproíta possui tiflogopita e a lamprófira possui biotita e anfibólio . Eles são todos derivados de tipos de magma que irrompem rapidamente a partir de pequenas quantidades de derretimento, são ricos em voláteis e óxido de magnésio e são menos oxidantes do que derretimentos mais comuns do manto, como o basalto . Essas características permitem que os fundidos carreguem os diamantes para a superfície antes de se dissolverem. [66]
Exploração
Os tubos Kimberlite podem ser difíceis de encontrar. Eles sofrem desgaste rapidamente (alguns anos após a exposição) e tendem a ter relevo topográfico mais baixo do que as rochas circundantes. Se forem visíveis em afloramentos, os diamantes nunca serão visíveis porque são muito raros. Em qualquer caso, os kimberlitos são frequentemente cobertos por vegetação, sedimentos, solos ou lagos. Nas pesquisas modernas, métodos geofísicos como levantamentos aeromagnéticos , resistividade elétrica , e gravimetria , ajudam a identificar regiões promissoras para explorar. Isto é auxiliado pela datação isotópica e modelagem da história geológica. Em seguida, os topógrafos devem ir até a área e coletar amostras, em busca de fragmentos de kimberlito ou minerais indicadores . Estes últimos possuem composições que refletem as condições onde os diamantes se formam, como extremo esgotamento por fusão ou altas pressões em eclogitos . Contudo, 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. [66]
Encontrar kimberlitos requer persistência e apenas uma pequena fração contém diamantes comercialmente viáveis. As únicas grandes descobertas desde cerca de 1980 foram no Canadá. Dado que as minas existentes têm uma vida útil de apenas 25 anos, poderá haver escassez de novos diamantes no futuro. [66]
Idades
Os diamantes são datados através da análise de inclusões usando o decaimento de isótopos radioativos. Dependendo das abundâncias elementares, pode-se observar a decadência do rubídio em estrôncio , do samário em neodímio , do urânio em chumbo , do argônio-40 em argônio-39 , ou do rênio em ósmio . Os encontrados em kimberlitos têm idades que variam de 1 a 3,5 bilhões de anos , podendo haver múltiplas idades no mesmo kimberlito, indicando múltiplos episódios de formação de diamantes. Os próprios kimberlitos são muito mais jovens. A maioria deles tem idades entre dezenas de milhões e 300 milhões de anos, embora existam algumas exceções mais antigas (Argyle, Premier e Wawa). Assim, os kimberlitos formaram-se independentemente dos diamantes e serviram apenas para transportá-los até a superfície. [20] [66] Os kimberlitos também são muito mais jovens do que os crátons pelos quais surgiram. A razão para a falta de kimberlitos 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. [66]
Origem no manto
A maioria dos diamantes com qualidade de gema vem de profundidades de 150–250 km na litosfera. Tais profundidades ocorrem abaixo dos crátons nas quilhas do manto , a parte mais espessa da litosfera. Estas regiões têm pressão e temperatura suficientemente altas para permitir a formação de diamantes e não estão em convecção, pelo que os diamantes podem ser armazenados durante milhares de milhões de anos até que uma erupção de kimberlito os recolha. [66]
As rochas hospedeiras em uma quilha do manto incluem harzburgita e lherzolita , 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 até à superfície. [66] Outra fonte comum que mantém os diamantes intactos é a eclogita , uma rocha metamórfica que normalmente se forma a partir do basalto quando uma placa oceânica mergulha no manto em uma zona de subducção . [20]
Uma fração menor de diamantes (cerca de 150 foram estudados) vem de profundidades de 330–660 km, região que inclui a zona de transição . Eles se formaram em eclogita, mas se distinguem dos diamantes de origem mais superficial 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. [20]
O diamante é termodinamicamente estável em altas pressões e temperaturas, com a transição de fase do grafite ocorrendo em temperaturas mais altas à medida que a pressão aumenta. Assim, sob os continentes, torna-se estável a temperaturas de 950 graus Celsius e pressões de 4,5 gigapascais, correspondendo a profundidades de 150 quilómetros ou mais. Nas zonas de subducção, que são mais frias, torna-se estável em temperaturas de 800 °C e pressões de 3,5 gigapascais. Em profundidades superiores a 240 km, fases metálicas de ferro-níquel estão presentes e é provável que o carbono esteja dissolvido nelas ou na forma de carbonetos . Assim, a origem mais profunda de alguns diamantes pode refletir ambientes de crescimento incomuns. [20] [66]
Em 2018, as primeiras amostras naturais conhecidas de uma fase de gelo chamada Gelo VII foram encontradas como inclusões em amostras de diamante. As inclusões formaram-se em profundidades entre 400 e 800 km, abrangendo o manto superior e inferior, e fornecem evidências de fluido rico em água nestas profundidades. [75] [76]
Fontes de carbono
O manto tem cerca de um bilhão de gigatoneladas de carbono (para comparação, o sistema atmosfera-oceano tem cerca de 44 mil gigatoneladas). [77] O carbono possui dois isótopos estáveis , 12 C e 13 C , numa proporção de aproximadamente 99:1 em massa. [66] Esta proporção tem uma ampla variação em meteoritos, o que implica que também variou muito na Terra primitiva. Também pode ser alterado por processos superficiais como a fotossíntese . A fração é geralmente comparada a uma amostra padrão usando uma razão δ 13 C expressa 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. [20]
Populações de diamantes de diferentes fontes têm distribuições de δ 13 C que variam acentuadamente. Os diamantes peridotíticos estão principalmente dentro da faixa típica do manto; os diamantes eclogíticos têm valores de -40 a +3, embora o pico da distribuição esteja na faixa do manto. Esta variabilidade implica que não são formados a partir do carbono primordial (que reside no manto desde a formação da Terra). Em vez disso, são o resultado de processos tectónicos, embora (dada a idade dos diamantes) não sejam necessariamente os mesmos processos tectónicos que actuam no presente. [66]
Formação e crescimento
Os diamantes no manto se formam por meio de um processo metassomático onde um fluido ou derretimento C – O – H – N – S dissolve minerais em uma rocha e os substitui por novos minerais. (O termo vago C–O–H–N–S é comumente usado porque a composição exata não é conhecida.) Os diamantes se formam a partir deste fluido por redução de carbono oxidado (por exemplo, CO 2 ou CO 3 ) ou oxidação de um carbono reduzido. fase como o metano . [20]
Usando sondas como luz polarizada, fotoluminescência e catodoluminescência , uma série de zonas de crescimento podem ser identificadas em diamantes. O padrão característico dos 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 depois cresce novamente. Os diamantes abaixo da litosfera apresentam uma textura mais irregular, quase policristalina, refletindo as temperaturas e pressões mais elevadas, bem como o transporte dos diamantes por convecção. [66]
Transporte para a superfície
Evidências geológicas apoiam um modelo no qual o magma kimberlito sobe a 4–20 metros por segundo, criando um caminho ascendente por fraturamento hidráulico da rocha. À medida que a pressão diminui, uma fase de vapor é dissolvida do magma e isso ajuda a manter o magma fluido. 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, há fase piroclástica e depois o metamorfismo e a hidratação produzem serpentinitos . [66]
Diamantes duplos
Em casos raros, foram encontrados diamantes que contêm uma cavidade dentro da qual está um segundo diamante. O primeiro diamante duplo, o Matryoshka , foi encontrado por Alrosa em Yakutia , Rússia, em 2019. [78] Outro foi encontrado no Ellendale Diamond Field, na Austrália Ocidental, em 2021. [79]
No espaço
Embora os diamantes na Terra sejam raros, eles são muito comuns no espaço. Nos meteoritos , cerca de três por cento do carbono está na forma de nanodiamantes , tendo diâmetros de alguns nanômetros. Diamantes suficientemente pequenos podem se formar no frio do espaço porque sua energia superficial mais baixa os torna mais estáveis que o grafite. As assinaturas isotópicas de alguns nanodiamantes indicam que eles foram formados fora do Sistema Solar, em estrelas. [80]
Experimentos de alta pressão prevêem que grandes quantidades de diamantes se condensam a partir do metano em uma “chuva de diamantes” nos planetas gigantes gelados Urano e Netuno . [81] [82] [83] Alguns planetas extrasolares podem ser quase inteiramente compostos de diamante. [84]
Os diamantes podem existir em estrelas ricas em carbono, particularmente em 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 . [85] [86] Diamantes formados em estrelas podem ter sido os primeiros minerais. [87]
Indústria
Os usos mais familiares dos diamantes hoje são como pedras preciosas usadas para adorno e como abrasivos industriais para cortar materiais duros. Os mercados de diamantes de qualidade gema e de qualidade industrial valorizam os diamantes de forma diferente.
Diamantes de qualidade gema
A dispersão da luz branca em cores espectrais é a principal característica gemológica dos diamantes preciosos. No século 20, especialistas em gemologia desenvolveram métodos de classificação de diamantes e outras pedras preciosas com base nas características mais importantes para o seu valor como gema. Quatro características, conhecidas informalmente como os quatro Cs , são agora comumente usadas como descritores básicos de diamantes: são sua massa em quilates (um quilate é igual a 0,2 gramas), corte (a qualidade do corte é graduada de acordo com proporções , simetria e polimento ), cor (quão próximo do branco ou incolor; para diamantes sofisticados, quão intensa é sua tonalidade) e clareza (quão livre de inclusões ). Um diamante grande e perfeito é conhecido como modelo . [88]
Existe um grande comércio de diamantes com qualidade de gema. Embora a maioria dos diamantes com qualidade de gema sejam vendidos recentemente polidos, existe um mercado bem estabelecido para revenda de diamantes polidos (por exemplo, casas de penhores, leilões, joalherias de segunda mão, diamantários, bolsas, etc.). Uma característica distintiva do comércio de diamantes com qualidade de gema é a sua notável concentração: o comércio grossista e a lapidação de diamantes estão limitados a apenas alguns locais; em 2003, 92% dos diamantes do mundo foram lapidados e lapidados em Surat , na Índia . [89] 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, Londres , o Distrito de Diamantes na cidade de Nova York , o Distrito de Bolsa de Diamantes em Tel Aviv e Amsterdã . Um factor que contribui é a natureza geológica dos depósitos de diamantes: várias grandes minas primárias de tubos de kimberlito representam, cada uma, porções significativas de quota de mercado (como a mina Jwaneng no Botswana, que é uma única mina de grandes minas que pode produzir entre 12.500.000 e 15.000.000 quilates (2.500 e 3.000 kg) de diamantes por ano [90] ). Os depósitos secundários de diamantes aluviais, por outro lado, tendem a ser fragmentados entre muitos operadores diferentes porque podem estar dispersos por muitas centenas de quilómetros quadrados (por exemplo, depósitos aluviais no Brasil). [ carece de fontes ]
A produção e distribuição de diamantes está largamente consolidada nas mãos de alguns intervenientes importantes e concentrada em centros tradicionais de comércio de diamantes, sendo o mais importante Antuérpia, onde 80% de todos os diamantes brutos, 50% de todos os diamantes lapidados e mais de 50 % de todos os diamantes brutos, lapidados e industriais combinados são manuseados. [91] Isso faz de Antuérpia uma "capital mundial dos diamantes" de facto. [92] A cidade de Antuérpia também abriga o Antwerpsche Diamantkring , criado em 1929 para se tornar a primeira e maior bolsa de diamantes dedicada aos diamantes brutos. [93] Outro importante centro diamantífero é a cidade de Nova Iorque, onde quase 80% dos diamantes do mundo são vendidos, incluindo vendas em leilões. [91]
A empresa De Beers , como a maior empresa de mineração de diamantes do mundo, detém uma posição dominante na indústria, e tem-no feito logo após 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. A Diamond Trading Company (DTC) é uma subsidiária da De Beers e comercializa diamantes em bruto provenientes de minas operadas pela De Beers. A De Beers e as 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 brutos do mundo passaram pela De Beers, [94] mas em 2001-2009 o número diminuiu para cerca de 45%, [95] e em 2013 a participação de mercado da empresa diminuiu ainda mais para cerca de 38% em valor e ainda menos em volume. [96] A De Beers vendeu a grande maioria do seu stock de diamantes no final da década de 1990 – início da década de 2000 [97] e o restante representa em grande parte stock de trabalho (diamantes que estão a ser classificados antes da venda). [98] Isto foi bem documentado na imprensa [99] , mas permanece pouco conhecido do público em geral.
Como parte da redução da sua influência, a De Beers retirou-se da compra de diamantes no mercado aberto em 1999 e cessou, no final de 2008, a compra de diamantes russos extraídos pela maior empresa diamantífera russa, Alrosa . [100] Em Janeiro de 2011, a De Beers afirma que só vende diamantes dos seguintes quatro países: Botswana, Namíbia, África do Sul e Canadá. [101] A Alrosa teve que suspender suas vendas em outubro de 2008 devido à crise energética global , [ citação necessária ] mas a empresa informou que havia retomado a venda de diamantes em bruto no mercado aberto em outubro de 2009. [102] Além da Alrosa, outros importantes empresas de mineração de diamantes incluem a BHP , que é a maior empresa de mineração do mundo; [103] Rio Tinto , proprietária das minas de diamantes Argyle (100%), Diavik (60%) e Murowa (78%); [104] e Petra Diamonds , proprietária de várias minas de diamantes importantes na África.
Mais abaixo na cadeia de abastecimento, os membros da Federação Mundial de Bolsas de Diamantes (WFDB) atuam como um meio para a troca grossista de diamantes, comercializando diamantes lapidados e brutos. A WFDB consiste em bolsas de diamantes independentes nos principais centros de lapidação, como Tel Aviv, Antuérpia, Joanesburgo e outras cidades nos EUA, Europa e Ásia. [34] Em 2000, a WFDB e a Associação Internacional de Fabricantes de Diamantes criaram o Conselho Mundial de Diamantes para impedir o comércio de diamantes usados para financiar guerras e atos desumanos. As atividades adicionais do 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. [105]
Uma vez adquiridos pela Sightholders (que é um termo de marca que se refere às empresas que têm um contrato de fornecimento de três anos com a DTC), os diamantes são lapidados e polidos em preparação para venda como pedras preciosas (as pedras 'industriais' são consideradas um subproduto da no mercado de pedras preciosas; elas são usadas para abrasivos). [106] O corte e polimento de diamantes brutos é uma habilidade especializada concentrada em um número limitado de locais em todo o mundo. [106] Os centros tradicionais de lapidação de diamantes são Antuérpia, Amsterdã , Joanesburgo, Nova York e Tel Aviv. Recentemente, centros de lapidação de diamantes foram estabelecidos na China, Índia, Tailândia , Namíbia e Botswana. [106] Centros de lapidação com menor custo de mão de obra, notadamente Surat em Gujarat, Índia , lidam com um maior número de diamantes de quilates menores, enquanto quantidades menores de diamantes maiores ou mais valiosos têm maior probabilidade de serem manuseadas na Europa ou na América do Norte. A recente expansão desta indústria na Índia, empregando mão-de-obra de baixo custo, permitiu que diamantes mais pequenos fossem preparados como gemas em maiores quantidades do que era anteriormente economicamente viável. [91]
Os diamantes preparados como pedras preciosas são vendidos em bolsas de diamantes chamadas bolsas . Existem 28 bolsas de diamantes registradas no mundo. [107] As bolsas são a etapa final e rigorosamente controlada na cadeia de abastecimento de diamantes; os grossistas e mesmo os retalhistas podem comprar lotes relativamente pequenos de diamantes nas bolsas, após o que são preparados para a venda final ao consumidor. Os diamantes podem ser vendidos já engastados em joias ou não engastados ("soltos"). Segundo a Rio Tinto, em 2002 os diamantes produzidos e lançados no mercado foram avaliados em 9 mil milhões de dólares como diamantes brutos, 14 mil milhões de dólares depois de lapidados e polidos, 28 mil milhões de dólares em jóias com diamantes por grosso e 57 mil milhões de dólares em vendas a retalho. . [108]
Corte
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Os diamantes brutos extraídos são convertidos em gemas por meio de um processo de várias etapas denominado "corte". Os diamantes são extremamente duros, mas também frágeis e podem ser divididos com um único golpe. Portanto, a lapidação de diamantes é tradicionalmente considerada 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 otimizariam o brilho do diamante, ou seja, a dispersão da luz branca, enquanto o número e a área das facetas determinariam o peso do produto final. A redução de peso no corte é significativa e pode ser da ordem de 50%. [109] Várias formas possíveis são consideradas, mas a decisão final é muitas vezes determinada não apenas por considerações científicas, mas também práticas. Por exemplo, o diamante pode ser destinado à exibição ou ao uso, em um anel ou colar, isolado ou rodeado por outras gemas de determinada cor e formato. [110] Alguns deles podem ser considerados clássicos, como diamantes redondos , pêra , marquise , ovais , corações e flechas , etc. Alguns deles são especiais, produzidos por certas empresas, por exemplo, diamantes Phoenix , Cushion , Sole Mio. , etc.
A parte mais demorada do corte é a análise preliminar da pedra bruta. Precisa de abordar um grande número de questões, tem muitas responsabilidades e, portanto, pode durar anos no caso de diamantes únicos. As seguintes questões são consideradas:
- A dureza do diamante e sua capacidade de clivagem dependem fortemente da orientação do cristal. Portanto, a estrutura cristalográfica do diamante a ser lapidado é analisada por difração de raios X para escolher as direções de corte ideais.
- A maioria dos diamantes contém inclusões visíveis não diamantadas e falhas de cristal. O cortador tem que decidir quais falhas serão removidas pelo corte e quais poderão ser mantidas.
- O diamante pode ser dividido com um único e bem calculado golpe de martelo em uma ferramenta pontiaguda, o que é rápido, mas arriscado. Alternativamente, pode ser cortado com uma serra diamantada , que é um procedimento mais confiável, mas tedioso. [110] [112]
Após o corte inicial, o diamante é moldado em vários estágios 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 está bem desenvolvida; é considerado rotineiro e pode ser realizado por técnicos. [113] Após o polimento, o diamante é reexaminado em busca de possíveis falhas, remanescentes ou induzidas pelo processo. Essas falhas são ocultadas por meio de várias técnicas de aprimoramento do diamante , como repolimento, preenchimento de rachaduras ou arranjo inteligente da pedra na joia. As inclusões restantes não diamantadas são removidas através de perfuração a laser e preenchimento dos vazios produzidos. [29]
Marketing
O marketing afectou significativamente a imagem do diamante como um bem valioso.
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 não existia antes nenhuma tradição de diamantes. O marketing da NW Ayer incluía colocação de produtos , publicidade focada no próprio produto de diamante, em vez da marca De Beers, e associações com celebridades e membros da realeza. Sem anunciar a marca De Beers, a De Beers também anunciava os produtos diamantados dos seus concorrentes, [114] mas isso não era uma preocupação, uma vez que a De Beers dominou o mercado de diamantes ao longo do século XX. A quota de mercado da De Beers caiu temporariamente para o segundo lugar no mercado global, abaixo da Alrosa, no rescaldo da crise económica global de 2008, caindo para menos de 29% em termos de quilates extraídos, em vez de vendidos. [115] A campanha durou décadas, mas foi efetivamente descontinuada no início de 2011. A De Beers ainda anuncia diamantes, mas a publicidade agora promove principalmente suas próprias marcas, ou linhas de produtos licenciadas, em vez de produtos de diamantes completamente "genéricos". [115] A campanha talvez tenha sido melhor captada pelo slogan " um diamante é para sempre ". [116] Este slogan está sendo usado agora pela De Beers Diamond Jewelers, [117] uma joalheria que é uma joint venture 50/50% entre a mineradora De Beers e LVMH , o conglomerado de bens de luxo.
Os diamantes de cor castanha constituíam uma parte significativa da produção de diamantes e eram predominantemente utilizados para fins industriais. Eles eram vistos como inúteis para joias (nem mesmo sendo avaliados na escala de cores dos diamantes ). Após o desenvolvimento da mina de diamantes Argyle na Austrália em 1986 e a comercialização, os diamantes marrons tornaram-se gemas aceitáveis. [118] [119] A mudança deveu-se principalmente aos números: a mina Argyle, com seus 35 milhões de quilates (7.000 kg) de diamantes por ano, produz cerca de um terço da produção global de diamantes naturais; [120] 80% dos diamantes Argyle são marrons. [121]
Diamantes de nível industrial
Os diamantes industriais são valorizados principalmente pela sua dureza e condutividade térmica, tornando muitas das características gemológicas dos diamantes, como os 4 Cs , irrelevantes para a maioria das aplicações. Oitenta por cento dos diamantes extraídos (equivalentes a cerca de 135 milhões de quilates (27.000 kg) anualmente) são inadequados para uso como pedras preciosas e são usados industrialmente. [122] Além dos diamantes extraídos, os diamantes sintéticos encontraram aplicações industriais quase imediatamente após sua invenção na década de 1950; em 2014, foram produzidos 4.500.000.000 quilates (900.000 kg) de diamantes sintéticos, 90% dos quais produzidos na China. Aproximadamente 90% do grão de diamante é atualmente de origem sintética. [123]
A fronteira entre diamantes de qualidade gema e diamantes industriais é mal definida e depende em parte das condições de mercado (por exemplo, se a procura por diamantes lapidados for elevada, algumas pedras de qualidade inferior serão polidas em pedras preciosas pequenas ou de baixa qualidade, em vez de serem vendidas para uso industrial). Dentro da categoria de diamantes industriais, existe uma subcategoria que compreende as pedras de menor qualidade, em sua maioria opacas, conhecidas como bort . [124]
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 desta propriedade incluem brocas e serras com ponta de diamante e o uso de pó de diamante como abrasivo . Diamantes de nível industrial mais baratos (bort), com mais falhas e cores mais pobres do que as gemas, são usados para tais fins. [125] O diamante não é adequado para usinagem de ligas ferrosas em altas velocidades, pois o carbono é solúvel em ferro nas altas temperaturas criadas pela usinagem em alta velocidade, levando a um desgaste muito maior em ferramentas diamantadas em comparação com alternativas. [126]
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 . [124] Com os avanços contínuos 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 . [127]
Mineração
Aproximadamente 130 milhões de 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. [128]
Aproximadamente 49% dos diamantes são originários da África Central e Austral , embora fontes significativas do mineral tenham sido descobertas no Canadá , Índia , Rússia , Brasil e Austrália . [123] Eles são extraídos de tubos vulcânicos de kimberlito e lamproíta, 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 extracção e distribuição de diamantes naturais são objecto de controvérsia frequente, tais como preocupações sobre a venda de diamantes de sangue ou diamantes de conflito por grupos paramilitares africanos . [129] A cadeia de abastecimento de diamantes é controlada por um número limitado de empresas poderosas e também está altamente concentrada num pequeno número de locais em todo o 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 depois classificado por densidade. Hoje, os diamantes são localizados na fração de densidade rica em diamantes com a ajuda da fluorescência de raios X , após o que as etapas finais de classificação são feitas manualmente. Antes do uso de raios X se tornar comum, [109] a separação era feita com esteiras de graxa; os diamantes têm uma tendência mais forte de aderir à graxa do que os outros minerais do minério. [34]
Historicamente, os diamantes foram encontrados apenas em depósitos aluviais em Guntur e no distrito de Krishna , no delta do rio Krishna, no sul da Índia . [130] A Índia liderou o mundo na produção de diamantes desde a época de sua descoberta, aproximadamente no século 9 aC [131] [132] até meados do século 18 dC, mas o potencial comercial dessas fontes foi 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. [131] Atualmente, uma das minas indianas mais proeminentes está localizada em Panna . [133]
A extração de diamantes de depósitos primários (kimberlitos e lamproítos) começou na década de 1870, após a descoberta dos Campos de Diamantes na África do Sul. [134] A produção aumentou ao longo do tempo e agora um total acumulado de 4.500.000.000 quilates (900.000 kg) foram extraídos desde aquela data. [135] Vinte por cento dessa quantidade foi extraída nos últimos cinco anos e, durante os últimos 10 anos, nove novas minas iniciaram a produção; mais quatro estão esperando para serem inaugurados em breve. A maioria destas minas está localizada no Canadá, Zimbabué, Angola e uma na Rússia. [135]
Nos EUA, diamantes foram encontrados em Arkansas , Colorado , Novo México , Wyoming e Montana . [136] [137] Em 2004, a descoberta de um diamante microscópico nos EUA levou à amostragem em massa de tubos de kimberlito em janeiro de 2008 em uma parte remota de Montana. O Parque Estadual Crater of Diamonds, no Arkansas , está aberto ao público e é a única mina no mundo onde o público pode cavar em busca de diamantes. [137]
Hoje, a maioria dos depósitos de diamantes comercialmente viáveis estão na Rússia (principalmente na República de Sakha , por exemplo Mir pipe e Udachnaya pipe ), Botsuana , Austrália ( Norte e Oeste da Austrália ) e na República Democrática do Congo . [138] Em 2005, a Rússia produziu quase um quinto da produção global de diamantes, de acordo com o British Geological Survey . A Austrália possui 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. [136] [139] Existem também depósitos comerciais sendo ativamente explorados nos Territórios do Noroeste do Canadá e do Brasil. [123] Os garimpeiros de diamantes continuam a procurar em todo o mundo tubos de kimberlito e lamproíta contendo diamantes.
Questões políticas
Em alguns dos países da África Central e da África Ocidental mais instáveis politicamente, grupos revolucionários assumiram o controlo das minas de diamantes , utilizando os rendimentos das vendas de diamantes para financiar as suas operações. Os diamantes vendidos através deste processo são conhecidos como diamantes de conflito ou diamantes de sangue . [129]
Em resposta às preocupações públicas de que as suas compras de diamantes estavam a contribuir para a guerra e violações dos direitos humanos na África Central e Ocidental , as Nações Unidas , a indústria de diamantes e as nações comerciantes de diamantes introduziram o Processo de Kimberley em 2002. [140] O Processo de Kimberley visa garantir que os diamantes de conflito não se misturem com os diamantes não controlados por esses grupos rebeldes. Isto é feito exigindo que os países produtores de diamantes forneçam provas de que o dinheiro que ganham com a venda dos diamantes não é usado para financiar actividades criminosas ou revolucionárias. Embora o Processo de Kimberley tenha tido um sucesso moderado na limitação do número de diamantes de conflito que entram no mercado, alguns ainda conseguem entrar. De acordo com a Associação Internacional de Fabricantes de Diamantes, os diamantes de conflito constituem 2–3% de todos os diamantes comercializados. [141] Duas falhas principais ainda dificultam 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 estado técnico de guerra e cujos diamantes são, portanto, considerados “limpos”. [140]
O governo canadense criou um órgão conhecido como Código de Conduta dos Diamantes Canadenses [142] 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 conflitos” dos diamantes canadenses. [143]
A exploração de recursos minerais em geral causa danos ambientais irreversíveis, que devem ser ponderados em relação aos benefícios socioeconómicos para um país. [144]
Sintéticos, simuladores e melhorias
Sintéticos
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. Esta procura tem sido satisfeita em grande parte pelos diamantes sintéticos, que têm sido fabricados através de vários processos há mais de meio século. No entanto, nos últimos anos, tornou-se possível produzir diamantes sintéticos com qualidade de gema e tamanho significativo. [65] É possível fazer gemas sintéticas incolores que, em nível molecular, sejam idênticas às pedras naturais e tão visualmente semelhantes que apenas um gemologista com equipamento especial pode perceber a diferença. [145]
A maioria dos diamantes sintéticos disponíveis comercialmente são amarelos e são produzidos pelos chamados processos de alta pressão e alta temperatura ( HPHT ). [146] A cor amarela é causada por impurezas de nitrogênio . Outras cores também podem ser reproduzidas como azul, verde ou rosa, resultantes da adição de boro ou da irradiação após a síntese. [147]
Outro método popular de cultivo de diamante sintético é a deposição química de vapor (CVD). O crescimento ocorre sob baixa pressão (abaixo da pressão atmosférica). Envolve alimentar uma mistura de gases (normalmente 1 a 99 metano com 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 . [148] Este método é usado principalmente para revestimentos, mas também pode produzir cristais únicos com vários milímetros de tamanho (ver imagem). [128]
A partir de 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 em uso industrial. [145] [149] 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 US$ 2.500 por quilate para diamantes incolores sintéticos com qualidade de gema. [145] : 79 No entanto, é mais provável que um comprador encontre um diamante sintético ao procurar um diamante de cor extravagante porque apenas 0,01% dos diamantes naturais têm cores extravagantes, enquanto a maioria dos diamantes sintéticos são coloridos de alguma forma. [150]
Simuladores
Um simulador de diamante é um material não diamantado usado para simular a aparência de um diamante e pode ser chamado de diamante. A zircônia cúbica é a mais comum. A pedra preciosa 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. [151]
Melhorias
Os aprimoramentos de diamante são tratamentos específicos realizados em diamantes naturais ou sintéticos (geralmente aqueles já lapidados e polidos em uma gema), que visam 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. [152]
Os revestimentos são cada vez mais usados para dar a um simulador de diamante, como a zircônia cúbica, uma aparência mais "semelhante ao 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 tal revestimento transferiria algumas dessas propriedades semelhantes às do diamante para a pedra revestida, melhorando assim o simulador de diamante. Técnicas como a espectroscopia Raman devem identificar facilmente tal tratamento. [153]
Identificação
Os primeiros testes de identificação de diamantes incluíam 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 da sua condutividade térmica superior. Sondas térmicas eletrônicas são amplamente utilizadas nos centros gemológicos para separar diamantes de suas imitações. Essas sondas consistem em um par de termistores alimentados por bateria montados em uma ponta fina de cobre. 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 de temperatura mensurável. Este teste leva cerca de dois a três segundos. [154]
Embora a sonda térmica possa separar os diamantes da maioria dos seus simuladores, a distinção entre vários tipos de diamante, por exemplo sintético ou natural, irradiado ou não irradiado, etc., requer técnicas ópticas mais avançadas. Essas técnicas também são utilizadas para alguns simuladores de diamantes, 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. [155] Cristais "perfeitos" (no nível da rede atômica) nunca foram encontrados, portanto, tanto os diamantes naturais quanto os sintéticos sempre possuem imperfeições características, decorrentes das circunstâncias de seu crescimento cristalino, que permitem distingui-los uns dos outros. [156]
Os laboratórios usam técnicas como espectroscopia, microscopia e luminescência sob luz ultravioleta de ondas curtas para determinar a origem de um diamante. [155] 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 pelo DTC e comercializados pelo GIA. [157]
Vários métodos de identificação de 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. Os diamantes coloridos D – J podem ser selecionados através do Diamond Spotter do Swiss Gemmological Institute [158] . Pedras na faixa de cores D – Z podem ser examinadas através do espectrômetro UV/visível DiamondSure, uma ferramenta desenvolvida pela De Beers. [156] Da mesma forma, os diamantes naturais geralmente apresentam pequenas imperfeições e falhas, como inclusões de materiais estranhos, que não são vistas 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 mais antigo e descoberta de composição
O nome diamante é derivado do grego antigo : ἀδάμας ( adámas ), 'próprio, inalterável, inquebrável, indomável', de ἀ- ( a- ), 'não' + grego antigo : δαμάω ( damáō ), 'dominar, domar' . [159] Acredita-se que os diamantes tenham sido reconhecidos e extraídos pela primeira vez na Índia , onde depósitos aluviais significativos da pedra puderam ser encontrados há muitos séculos ao longo dos rios Penner , Krishna e Godavari . Os diamantes são conhecidos na Índia há pelo menos 3.000 anos, mas provavelmente há 6.000 anos. [131]
Os diamantes têm sido apreciados como pedras preciosas desde a sua utilização como ícones religiosos na Índia antiga . Seu uso em ferramentas de gravação também remonta ao início da história humana . [160] [161] A popularidade dos diamantes aumentou desde o século 19 devido ao aumento da oferta, à melhoria das técnicas de corte e polimento, ao crescimento da economia mundial e às campanhas publicitárias inovadoras e bem-sucedidas. [116]
Em 1772, o cientista francês Antoine Lavoisier utilizou uma lente para concentrar os raios do sol sobre um diamante numa atmosfera de oxigênio , e mostrou que o único produto da combustão era o dióxido de carbono , provando que o diamante é composto de carbono. [162] Mais tarde, em 1797, o químico inglês Smithson Tennant repetiu e expandiu esse experimento. [163] Ao demonstrar que a queima de diamante e grafite libera a mesma quantidade de gás, ele estabeleceu a equivalência química dessas substâncias.
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