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第二讲纯洁永恒的宝石之王：钻石一、钻石是什么？金刚石(Diamond)与钻石钻石是以天然矿物金刚石为原料加工而成的。金刚石是以天然产出的以碳原子组成的具有立方面心晶体结构的一种矿物。见图1图1金刚石的形态与结构一、钻石是什么？金刚石(Diamond)与钻石它的硬度极大(摩氏硬度10)，是最硬的物质；有一定的晶形，一般为八面体(见图1)；灿烂夺目，五彩缤纷；自然界产出极为稀少(每开采250吨矿石才能有1ct宝石级金刚石)；因此它最符合宝石的四条标准，即：自然产出；耐久(广告词有“钻石恒久远，一颗永流传”)，硬度大，不磨损；美观；稀少。不愧有“宝石之王”的美称。一、钻石是什么？钻石(Diamond)定义钻石是以天然金刚石为原料，经人工切割、加工、琢磨而形成的各种款式的装饰品、珍藏品、陈列品。现在人们常把钻石和金刚石两名词混为一谈。二、钻石(金刚石)的历史及传说钻石于2800年前发现于印度克里希纳河及彭纳河流域的沉积物中的一块小石子，从而揭开了钻石的历史。此后相继在巴西(18世纪)、南非(19世纪)发现。20世纪又在扎伊尔、俄国、博茨瓦纳等国家发现。后来在澳大利亚、加拿大、中国(湖南：1950年；山东：1965年；辽宁：1972年)也都发现了很大价值的钻石矿。二、钻石(金刚石)的历史及传说自古以来，人们对钻石都无比宠爱，甚至崇敬，说它是“星星的碎片”、“女神的泪滴”…。迄今为止，世界上发现的大钻石(单粒超过100克拉)不足2000粒，其中：超过100ct：1901粒超过200ct：259粒超过500ct：20粒超过1000ct：3粒每粒大钻都有它自己的名字和一段传奇故事。二、钻石(金刚石)的历史及传说第一大钻库利南Cullinan，1905年产于南非普列梅尔(Premiar)矿山。重3106.75ct，浅蓝色，拳头大小。当时以15万英镑收购。1907年被献于英王爱德华三世，加工成9粒大钻。库利南Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、……Ⅸ号分别重530.20、317.40、94.40、……4.34ct。最大的Ⅰ号镶嵌在英王的权杖上，Ⅱ号现镶在英王的皇冠上，Ⅲ号镶在玛丽皇后的皇冠上……图2库利南I，II及英王权杖二、钻石(金刚石)的历史及传说第二大钻“阿巴依戴”1680ct，1798年发现于巴西，为三犯人发现(葡萄牙将犯人流放到殖民地开矿)，是在找金矿时偶尔发现的，鹅蛋大，蓝色。钻石献给葡萄牙王室，犯人被赦免。还有个叫“希望之星”的名钻，并不重，44.50ct。传说就是泰坦尼克号女主人公罗丝的那块。极富传奇色彩，1642年产自印度。传说它传到谁手中，其主人必遭厄运。它从印度传到法国富商，后献给法王路易十四。前者被野狗咬死，后者得了天花死去。又传给路易十五，在法国大革命中被砍头；后传给路易十六，他也被送上断头台。后被盗，在伦敦市场又露面，被一银行家霍普(Hope)买下，从此该钻定名为“希望之星”，后来银行家穷困潦倒；以后又传到土耳其商人手中，该家车祸翻下悬崖；1911年传到美国，现藏于美国一家博物馆。早期的大钻最终都落到帝王贵族手中作为富贵尊严的象征。二、钻石(金刚石)的历史及传说中国的大钻：1937年金鸡钻218ct产于江苏北部1977年常林钻石158.78ct山东林沭1981年陈埠1号124.27ct山东蒙阴1983年蒙阴1号119.09ct山东蒙阴这些大钻的发现经常是偶然的机遇，如常林钻石(图3)图3常林钻石，希望之星二、钻石(金刚石)的历史及传说钻石正式作为人身的装饰品始于15世纪。1477年，奥地利的马克西米大公与法国玛莉公主订婚时，给女方一枚钻石戒指，象征纯洁的爱情。人们钟爱钻石，把它定为四月的“生辰石”和结婚60、75年的纪念石，意寓纯净无瑕。三、钻石(金刚石)是怎样产出的？金刚石生成于地下100km的高温岩浆中。那里的温度达1500℃，压力达40万大气压。金刚石就是在这种高温高压条件下由碳原子合成，然后随火山爆发侵入地壳或喷出地表(图4)。三、钻石(金刚石)是怎样产出的？金刚石生成于金伯利岩中。该岩石因首先发现于南非金伯利地区而得名，岩石学中称角砾云母橄榄岩(见标本)。金刚石的产状可分为两大类，即原生矿和砂矿(见图4)。原生矿是指采自金伯利岩的岩体中，可露天开采，也可以挖坑道地下开采。另外，金刚石可少量产于钾镁煌斑岩及陨石(天上掉下来的钻石)中。砂矿是指原生的岩石经风化、破碎，再经水流搬运沉积于凹地、河床或海滨的金刚石(见图4)。砂矿对找寻原生矿有重要意义。三、钻石(金刚石)是怎样产出的？金刚石在全球的总储量1993年估计约为22亿克拉。目前每年开采量已超过1亿克拉。照这样速度采下去，前景令人担忧。金刚石的生成时代在距今20亿~1亿年以前。产量排位目前全球的金刚石产量排位：澳大利亚约4000万ct/年扎伊尔约1700万ct/年博茨瓦纳约1600万ct/年俄罗斯约1125万ct/年南非约925万ct/年安哥拉约270万ct/年加纳约55万ct/年塞内加尔约50万ct/年巴西、中国、印度、加拿大……中国约15~20万ct，世界排第10，亚洲第一，而质量最好。图5辽宁瓦房子金刚石矿开采图及金刚石（照片）四、钻石的类型按用途可分为工业钻石和宝石级钻石两大类。按特性目前分为Ⅰ型和Ⅱ型，再细分为Ⅰa、Ⅰb、Ⅱa和Ⅱb型。见表1特性Ⅰ型Ⅱ型ⅠaⅠbⅡaⅡb含氮量高，0.25-0.1%较少，0.1-0.01%极少，0.01%几乎不含N，而含B红外吸收7000-10000nm强吸收7000-10000nm不吸收颜色白~黄，变化多常呈琥珀黄白，偶见粉色常呈蓝色导热性好好极好好导电性不导电不导电半导体可见光吸收415nm强415nm弱415nm极弱萤光强度小，蓝~浅蓝居多不发光强度大，黄、红占比例天然钻石的98%少量(人工合成的大部分)少量少量，罕见表1钻石按特性分类表五、金刚石(钻石)的晶体结构、性质及其与宝石特征的关系晶体结构碳原子按立方面心结构排列，原子之间以键力很强的的共价键相连结，形成一种稳定的架状结构(见图1)，因此金刚石的结构是非常坚固的。这决定了金刚石的各种物理、化学性质及形态。形态金刚石的天然晶体常呈八面体、立方体、菱形十二面体及四面体，都是等轴晶系的形态。这与其立方晶体结构有关。图6金刚石的晶体形态五、金刚石(钻石)的晶体结构、性质及其与宝石特征的关系硬度金刚石的摩氏硬度为10，是最硬的物质。这种10级硬度计是相对的。实际上它比硬度为9的刚玉的绝对硬度大100倍，比硬度为7的水晶大1000倍。金刚石的硬度还有一个特点，即异向性。就是晶体不同方向硬度有一定差异，(111)(110)(100)……(用立方模型表示)。这给钻石的加工带来了方便。“煮豆燃豆萁，……”(曹植七步诗)。金刚石的高硬度保证了钻石的耐久，永不磨损。密度金刚石的密度3.54g/cm3。若含杂质或裂隙，可能稍低3.2。它的密度比一般的砂子(石英、长石，2.6~2.7)大，因此早先人们在淘金时，有时会淘出金刚石。在砂矿中采金刚石就用淘洗法。五、金刚石(钻石)的晶体结构、性质及其与宝石特征的关系解理当金刚石晶体受到强大外力撞击时可能会沿一定的结晶方向裂开成一平面，这种性质就称为解理。金刚石具有中等解理。这是钻石的唯一缺点。所以说钻石“不怕磨，但怕打(击)”，因此佩带钻饰时要注意不要受硬物碰击。但这同时也是优点，加工师可借此将钻石劈开。解理的方向就平行于八面体的面，共四组，因此称为八面体(111)解理。(结合图及模型)解理发生在那些结合力较弱的面网之间，如面网间距较大者。五、金刚石(钻石)的晶体结构、性质及其与宝石特征的关系颜色纯洁的钻石应该是透明无色的(习惯称白色)。因经常含有杂质或结构缺陷，钻石可呈现各种颜色，如白、黄、橙、棕、绿、蓝、红、紫、烟灰和黑色及乳白色。钻石的颜色可分为三个系列：①普通系列(开普系列)：主要为Ⅰa型钻石。颜色白-黄-棕，含氮愈高，颜色愈黄。这内容在下面4C标准中还要详细讲。②彩色系列：如蓝色主要分布在Ⅱb型。因含B而呈色。如第一大钻“库利南”和“希望之星”都是罕见的蓝色。粉色及浅紫色钻石也较罕见。我国辽宁及澳大利亚都有产出，大多为Ⅱa型，可能是含少量锰(Mn)的原因。彩钻因美观罕见，其价值比白色钻高得多。如澳大利亚AK岩管产出的一颗3.5ct的粉钻，价值350万美圆，比白钻贵数十倍。③使人不喜欢的颜色：如乳白色、灰色、烟色、黑色，是因为钻石内含有微小气泡、石墨包体等杂质造成的。五、金刚石(钻石)的晶体结构、性质及其与宝石特征的关系发光性钻石在高能量射线(如紫外光)照射下可以产生不同的色光，如Ⅰ型常呈蓝~浅蓝的占65%，另有黄、橙、白、绿，也有不发光的；Ⅱ型70%发黄绿色光。如果照射停止发光也立即消失，称为萤光。照射停止后，钻石还能继续发光一段时间，称为磷光。自古人们传说有“夜明珠”的宝物，其中可能就有发磷光的钻石(白天受阳光的紫外光照射，夜晚继续发光)。五、金刚石(钻石)的晶体结构、性质及其与宝石特征的关系折射率宝石的折射率(N)定义为光线在空气中的传播速度V与其在宝石中的传播速度Vg之比：N=V/Vg=Sini/Sinr，i为入射角，r为折射角钻石的折射率N=2.417，在透明矿物中最高。折射率愈高，意味着光线在宝石中传播速度愈慢，受到阻力愈大，因此反射光的能力就愈大。光泽光泽就是宝石对光线反射能力。也就是说折射率愈高，光泽必然愈强。矿物学中按折射率由高至低(反射率也由高至低)将光泽由强至弱分成4级，即金属光泽-半金属光泽-金刚光泽-玻璃光泽。钻石属金刚光泽，为透明矿物中光泽最强的。正是由于它光泽强的特性使钻石光亮夺目。从以下几个例子可以了解折射率与光泽的关系：钻石(2.417)，锆石(1.98)皆属金刚光泽；蓝宝石(1.77)，水晶(1.54)皆属玻璃光泽。锆石因折射率高，有人拿来冒充钻石。光性均质体光线进入宝石晶体有的可分解为振动方向互相垂直的两条折射光(偏振光)。两者有不同的传播方向和速度，称双折射。此等宝石称光性非均质体，如水晶N=1.544-1.553。若光线进入宝石晶体，只有唯一的一条折射线，而各方向N均相等，称光性均质体，如钻石。此现象对鉴定钻石极为有用。均质体反映背面影象为单影，非均质体为双影。五、金刚石(钻石)的晶体结构、性质及其与宝石特征的关系全反射光线进入宝石，当投向另一界面时，不再穿过界面，而是全部反射回原介质(空气)中，这种现象称为宝石的全反射。当钻石产生全反射时，人们看到钻石内部好象有无数个镜面反光，亮光闪闪。根据物理学定义得知，若光线自钻石内部射向空气，当折射角等于90°时的入射角称为临界角。一旦入射角大于临界角，光线就不再折射，而全部反射，称全反射，因此临界角愈小，愈容易产生全反射。与其它透明宝石相比，钻石的临界角最小。钻石的临界角为24°25´，蓝宝石34°35´，水晶40°22´……，因此钻石最容易产生全反射效果。但是否能达到最佳的全反射效果还要看钻石加工琢磨的水平。以后还将介绍。注：当光线自宝石内射向空气时，入射角应小于折射角。五、金刚石(钻石)的晶体结构、性质及其与宝石特征的关系色散(出火)色散是白光经折射后分解成不同波长色光的现象。物质色散程度取决于对长波(红)与短波(紫)的折射率之差，称色散系数。色散系数愈高，色散程度也愈大。如钻石为0.044(2.452(紫)-2.408(红)=0.044)。锆石为0.038，蓝宝石为0.018，水晶为0.010。可见钻石最容易产生色散效果。因此琢磨好的钻石会呈现五彩缤纷，又光亮又美丽。锆石色散系数与钻石相近，这也是它可被用来冒充钻石的一个条件。导热性钻石具有极高的热导性能。Ⅱa型钻石的热导为铜的5倍。下面列出几种物质的相对热导率。钻石70~212尖晶石1银44水晶0.81金31金红石0.45红、蓝宝石2.6玻璃0.088高热导率是钻石的一个重要特性。它可以作为鉴别钻石的有效依据。五、金刚石(钻石)的晶体结构、性质及其与宝石特征的关系亲油性、疏水性钻石极易粘上油污。用油性的墨水可轻