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钻石基本知识与鉴定分级•一、概述•钻石是主要由碳元素组成的等轴晶系天然矿物，摩氏硬度10，密度3.52(±0.01)g/cm3，折射率2.417，色散0.044。(国家标准）•“使用钻石名词不考虑产地。”（国家标准）•钻石被称为宝石之王•钻石占宝石总销售额的80%。•金刚石最早首先发现于印度（公元前3000–5000年）•世界最大的首饰级金刚石是1905年在南非发现的“库利南”，重3106克拉（成年男子拳头大小）。1907年12月9日，南非德兰士瓦地方政府将库里南赠送给了英王爱德华三世（用15万英磅收购的）作为生日礼物。让荷兰阿姆斯特丹的阿斯查尔公司加工的，琢磨费时8个月，加工费8万英磅，库利南加工成9颗大钻，96颗小钻，总重1063.65克拉，约为原石重的1/3，其中最大的一颗钻石叫“库利南Ⅰ”，或“非洲之星Ⅰ”为具64个刻面的梨形钻石，重为530.20ct，为现今世界已知的最大钻石，镶嵌在英国国王的王杖上。库利南Ⅰ英王权杖库里南Ⅱ英国王冠•我国发现的最大的金刚石是“金鸡”钻石，重281.25ct，于1940年春，在山东临沂县，由农民罗建邦发现（已失传）。•1977年12月21日山东省临沂县岌山乡常林村魏振芳发现常林钻石，重158.786ct，淡黄色，曲面八面体与菱形十二面体的聚形。•二、一般特征•钻石(金刚石,diamond)：属自然元素矿物•化学成分：C可含N、B、H等微量元素•分类：Ⅰ型，含氮：ⅠaⅠaA含双原子氮ⅠaB含多原子氮Ⅰb含单原子氮Ⅱ型，不含氮：Ⅱa不含硼Ⅱb含硼•天然钻石中Ⅰa型占98%以上，Ⅱa型1%±。•人工合成钻石中以Ⅰb型为主，少量为Ⅰb和Ⅰa型混合型。•晶体结构：•晶质体，等轴晶系，3L44L36L29PC，立方面心格子。•共价键•化学键：晶体内格子构造中的质点之间的联结力称为化学键，有以下四类：离子键——获得电子的阴离子与失去电子的阳离子之间的联结力为离子键。共价键——原子间通过共用电子对的联结力称共价键。金属键——阳离子通过弥漫的电子云的联结力为金属键分子键——分子间由于其极性的联结力称分子键，即在晶体构造中质点是分子组成时，在分子内部的作用主要是分子键，分子之间则靠偶极（正负电荷中心不重合）的静电引力，使分子结合起来，这种键力称为分子键。•晶体习性：属六八面体晶类常见单形八面体{111}，菱形十二面体{1010}，立方体{100}及其聚形。11•晶体形成后常受到溶蚀等地质作用而形成凸晶•凸晶：晶体各晶面中心都相对凸起呈曲面，晶棱弯曲呈弧线。•晶面常发育生长纹，生长锥或蚀象八面体晶面可见倒三角形凹坑立方体晶面可见四边形凹坑菱形十二面体晶面上可见线理和圆盘状花纹•双晶依{111}最普遍，可成接触双晶，星状穿插双晶或轮式双晶。其中三角薄片接触双晶具有典型的扁平三角形外观。在双晶两个平面结合处环绕钻石有明显的青鱼骨刺纹，在钻石贸易中称为结节。•颜色：•无色系列：无色至浅黄，浅褐•彩色系列：黄色:N/电子心蓝色：B/空穴心粉红、褐色：结构缺陷/位错/塑性变形绿色：天然辐照/位错或色心/构造缺陷•光泽：金刚光泽（共价键质点密度较离子键、分子键大，故折射率，反射率较大而呈金刚光泽）。•解理：八面体解理——四组中等解理•硬度：HM为10共价键的键能很强，因此硬度大、熔点高，不同晶面硬度不同，八面体晶面最硬，立方体晶面硬度最小。同一晶面不同方向硬度不同。但各晶面的摩氏硬度都是10。•密度：3.52(±0.01)g/cm3•光性特征：均质体，全暗，偶见异常消光（内部应变或包裹体影响所致）•折射率：2.417•发光性：紫外荧光——无至强，蓝、黄、橙黄、粉色等，长波较短波强，Ⅰ型钻石以蓝、浅蓝为主，Ⅱ型以黄色、黄绿色荧光为主。X射线荧光——一般蓝白色，可用于将金刚石从砾石中分选出来。阴极发光——主要呈现蓝色、橙红色和黄绿色，可与合成钻石区别（生长结构也不同）。•色散：0.044（榍石0.051，翠榴石0.057，锡石0.071）•例题：开普系列钻石的典型的可见光吸收线是415nm。•吸收光谱：无色一浅黄色钻石415.5nm吸收带。•放大检查：内含物：矿物包体，云状、点状物，羽状纹，生长纹，解理，原始晶面，刻面棱锋利。•电学性质：不导电，Ⅱb型蓝色含B者为半导体•热学性质：具高导热率，Ⅰb和Ⅱ型均具很高导热率，其中Ⅱa型导热率最好•热膨胀性：非常低•可燃性：燃点850–1000℃（空气中），650℃（氧气中）绝氧加压真空钻石石墨1800℃•其他性质：具亲油疏水性具化学稳定性酸、王水对钻石不起作用，但在含氧盐类和金属熔体中，钻石易受侵蚀可透过长波紫外光。•三、鉴别•1．钻石与合成钻石的鉴别•高温高压法合成钻石•温度：1350–1800℃•压力：（50–80）×108pa•催化剂：Fe、Ni、Co及钯•碳源：石墨合成钻石粉，再用钻石粉合成钻石，以便生长出大颗粒晶体（直接用石墨会影响大颗粒的形成）。•方法：（1）六面顶压机法（2）压带法（3）BAKS法（分裂球无压装置法）•合成钻石的鉴别特征•（1）颜色：•a、大多为黄、褐黄色的Ⅰb型钻石（弧氮致色）•b、也可为蓝色Ⅱb型钻石（引入B原子取代C）•c、无色的Ⅱa型（加入锆或A1使之与N结合，不再取代C）合成钻石很少出现Ⅰa型（Ⅰa型占天然钻石98%）。•（2）吸收光谱：•合成钻石无415nm吸收线，绝大多数Ⅰa型天然钻石显示415nm吸收线。•（3）紫外荧光•合成钻石短波比长波强，且为黄或黄绿色，而天然者长波比短波强，颜色分带合成钻石为立方一八面体式样，天然钻石八面体式样。•（4）内外部特征•a、含Fe、Ni合金触媒金属包裹体（呈长圆形，定向或粒状分散状，反射光下见金属光泽）•b、晶面出现树枝状生长纹•c、发育八面体，立方体，菱形十二面体和四角三八面体等单形组成的聚形。（5）阴极发光阴极发光下与天然钻石完全不同的颜色和生长条纹等。•（6）异常双折射天然者干涉色多样，合成者干涉色变化不明显•（7）仪器鉴别钻石光谱鉴定仪（Diamondsure）：若发现415nm线则为天然钻石结构荧光鉴定仪（Diamondview）：合成者为立方一八面体式样•合成钻石早在20世纪50年代，瑞典和美国已开始合成钻石的研究。•1971年，美国通用电气公司（GE），生产出超过6mm的人工合成钻石。之后，1985年日本，1987年戴比尔斯，1990年俄罗斯相继生产出合成钻石。•最近有报导说，美国佛罗里达大学采用一位美国将军2019年从俄罗买回的设备和相关技术，生产一种新型的合成钻石–UF合成钻石，成本不高，大约是钻石开采和合成立方氧化锆的中间值，产品包括无色、绿色、蓝色、红色等。他们的产品已经在美国上市，之后打算销往香港和曼谷。•美国Gemesis公司表示，今年将推出合成蓝色钻石，已经能够稳定地生产蓝色合成钻石，在钻石上用激光刻上“Gemesis”制造字样和一个追踪编码。•合成钻石的鉴别已经提到议事日程上了。•2．优化处理钻石的鉴别•（1）激光钻孔•始于20世纪60年代，激光技术在高温下对钻石打孔至有色包裹体使之熔化或强酸溶蚀掉，然后充填铅玻璃等透明物质。近年来，该技术已取得重大进展，激光孔直径仅0.015mm，观察时有可能漏掉激光孔。•除上述传统的激光打孔处理技术外，2000年引入了KM(kiduahMeyuhad)西伯莱语“特别打孔”即内部打孔方法。•a、破裂法（裂化技术）：低质量的钻石有明显的近表面包体，并伴有裂隙，激光将包体加热，产生足够的应力以使伴生的裂隙延至钻石表面，这种裂隙看起来与天然裂隙相似，但这种方法掌握不好易使钻石破裂。•b、缝合法（裂隙连接技术）：采用新的激光孔可将钻石内部的天然裂纹与表面的裂隙连接起来，在钻石的表面产生平行的外部孔看起来像天然裂纹，然后通过裂隙对钻石内部的包体进行处理。•KM处理的钻石中，可见蜈蚣状包体出露到钻石表面，呈不自然弯曲的裂隙，在垂直包体两侧伸出很多裂隙，在激光处理的连续裂隙中有未被完全处理掉的零星黑色残留物，这是KM处理钻石的典型特征。•鉴别：具圆形开口（凹坑），白色管状物•（2）裂隙充填：•第一个商业性的钻石裂隙充填处理出现在20世纪80年代以色列，称吉田法。90年代初，有以色列告斯法，之后在纽约有奥德法。钻石裂隙充填物一般为高折射率的玻璃或环氧树脂。•鉴别：•a、闪光效应暗域照明：闪光颜色橙黄、紫红、粉色次为粉橙色亮域照明：闪光颜色蓝绿、绿、绿黄色和黄色（未充填裂隙有七彩干涉色）•b、流动构造：充填物可具流动构造•c、絮状结构：充填物过厚引起絮状结构甚呈网状结构•d、充填物厚时可呈棕黄色•e、不完全充填留下极细窄的裂隙像细白的划痕•f、充填残留物，残留于裂隙入口处呈雾状•g、X光照相（白色轮廊）和X荧光能谱仪（充填物Pb）鉴定•（3）辐照处理•辐照改变钻石颜色•中子辐照•重带电粒子（α粒子、质子）辐照•高能电子束辐照•r射线辐照•然后加热退火处理，可得到所需颜色•加热：蓝、绿→棕→黄→无色等一系列颜色，可停止于任何一点•辐照改色方法只适用于有色而且颜色不好的钻石，作为K级颜色以上的钻石，要想用此方法提高颜色级别是办不到的。•鉴别：•a、颜色分布特征天然者色带为直线状或三角形状辐照者颜色限于表面，色带分布位置及形状与其琢型及辐照方向有关•b、吸收光谱590nm的吸收线的出现是辐照者鉴定依据•c、导电性天然蓝色钻石具导电性，辐照蓝色钻石不导电•（4）镀膜钻石•早在20世纪50年代国际上就有在低压下用气相法制成钻石的报道，尤其是原苏联科学家一直致力于这方面的研究，生长速度太慢，未引起人们重视。80年代初日本科学家用化学气相沉淀法（CVD法）以较快速度制成了钻石膜（DF）•气相沉淀法生长钻石膜是利用一种能量（热能、电能或光能）使碳氢化合物（甲烷、乙醇等）气体离解，产生活化的炭离子，使之在一定的条件下沉积在同质或异质基底上形成钻石膜（聚晶金刚石膜）。•化学气相沉淀法（CVD法）也可生产钻石。•鉴别：a、粒状结构，云雾状外观b、拉曼光谱检测*天然钻石是单晶特征峰在1332cm-1处，峰的半高宽窄。*而DF（钻石膜)多晶特征峰在1332cm-1附近→有平移，峰的半高宽宽。•（5）高温高压处理•GE钻石：为一种新的颜色处理方法，2019年，美国通用电气公司（GE）采用高温高压方法将Ⅱa型褐色钻石（其数量不到世界钻石总量的1%）处理成无色的钻石，偶尔可出现淡粉色或淡蓝色，该类型又称为高温高压修复型。•这些处理过的钻石颜色大都在D–G，但稍具雾状外观，带褐或灰色调而不是黄色调，高倍放大可见棕色内部纹理，常见羽毛状裂隙，某些具条纹状异常消光，鉴定困难，腰棱刻有“GEPOL”或“Bellataireyear-serialno”字样。•Nova钻石：是另外一种新的颜色处理方法，2019年美国诺瓦公司（NovaDiamond）采用高温高压法将常见的Ⅰa型钻石处理成鲜艳的黄色-绿色钻石，该类型钻石又称为高温高压增强型或诺瓦钻石。处理前处理后该类型钻石发生强的塑性变形，异常消光强烈，显示强黄绿色荧光并伴有白垩状荧光。实验室内通过大型仪器的谱学研究可把Nova钻石与天然钻石区分开。这些钻石刻有Nova钻石的标识，并附有唯一的编号和证书。•3、钻石与仿钻的鉴别•钻石与仿钻的鉴别•钻石与仿钻可用热导仪快速而准确的鉴别（合成α–sic除外）此外，根据密度、光性特征，折射率、色散、放大观察等不难鉴别。•钻石与合成碳硅石（α–sic）的鉴别•1904年，诺贝尔奖获得者化学家享利·莫桑在美国亚利桑那州一峡谷的坎亚代布鲁陨石中发现了天然sic。•1905年，旷兹将其命名为“moissanite”（莫桑石），此后陆续在世界各地发现有sic，我国华东地区金伯利岩中产出有碳硅石，呈薄片状，前苏联西伯利亚碳酸盐中也曾发现，此外，天然sic也出现在金刚石砂矿的冲击层中以及陨石中。•合成碳硅石由美国克瑞研究公司生产，C3公司加工销售，2019年已在我国上市。鉴别：钻石合成sic（1）放大观察矿物包体等线状包体无双影可见双影（2）Dg/cm33.52(±0.01)3.22(±0.02)（