Diamante

Principais países produtores de diamantes

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 de carbono à temperatura e pressão ambiente, mas o diamante é metaestável e se converte a uma taxa insignificante sob essas condições. O diamante tem a maior dureza e condutividade térmica de qualquer material natural, propriedades que são usadas nas principais aplicações industriais, como ferramentas de corte e polimento. Eles também são a razão pela qual as células de bigorna de diamante podem sujeitar 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). Pequenos números de defeitos ou impurezas (cerca de um por milhão de átomos da rede) cor de diamante azul (boro), amarelo (nitrogênio), marrom (defeitos), verde (exposição à radiação), roxo, rosa, laranja ou vermelho. O diamante também tem 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 da Terra, embora algumas tenham vindo de profundidades de até 800 quilômetros (500 milhas). Sob alta pressão e temperatura, fluidos contendo carbono dissolveram vários minerais e os substituíram por diamantes. Muito mais recentemente (há centenas a dezenas de milhões de anos), eles foram trazidos à superfície em erupções vulcânicas e depositados em rochas ígneas conhecidas como kimberlitos e lamproitos.

Os diamantes sintéticos podem ser cultivados a partir de carbono de alta pureza sob altas pressões e temperaturas ou de gases de hidrocarbonetos por deposição química de vapor (CVD). Diamantes de imitação também podem ser feitos de materiais como zircônia cúbica e carboneto de silício. Os 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 arranjados em um cristal. O carbono sólido vem em diferentes formas conhecidas como alótropos, dependendo do tipo de ligação química. Os dois alótropos mais comuns de carbono puro são o diamante e o grafite. No grafite, as ligações são híbridos orbitais sp² e os átomos se formam em planos, cada um ligado a três vizinhos mais próximos separados por 120 graus. No diamante eles são sp³ e os átomos formam tetraedros com cada um ligado a quatro vizinhos mais próximos. 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 o mais duro e o menos compressível. Também possui alta densidade, variando de 3.150 a 3.530 quilos por metro cúbico (mais de três vezes a densidade da água) em diamantes naturais e 3.520 kg/m³ em diamante puro. No grafite, as ligações entre os vizinhos mais próximos são ainda mais fortes, mas as ligações entre os planos paralelos adjacentes são fracas, de modo que os planos passam facilmente um pelo outro. Assim, o grafite é muito mais macio que o diamante. No entanto, as ligações mais fortes tornam o grafite menos inflamável.

Os diamantes foram adotados para muitos usos devido às características físicas excepcionais do material. Tem 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.

Termodinâmica

Diagrama de fase teoricamente previsto de carbono

As condições de equilíbrio de pressão e temperatura para uma transição entre grafite e diamante estão bem estabelecidas teórica e experimentalmente. A pressão de equilíbrio varia linearmente com a temperatura, entre 1,7 GPa a 0 K e 12 GPa em 5000 K (o ponto triplo diamante/grafite/líquido). No entanto, as fases têm uma ampla região sobre esta linha onde podem coexistir. Em temperatura e pressão normais, 20 °C (293 K) e 1 atmosfera padrão (0,10 MPa), a fase estável do carbono é o grafite, mas o diamante é metaestável e sua taxa de conversão em grafite é insignificante. No entanto, em temperaturas acima de 4500 K, o diamante se converte rapidamente em grafite. A conversão rápida de grafite em diamante requer pressões bem acima da linha de equilíbrio: em 2000 K, uma pressão de 35 GPa é necessário.

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. 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. Em 0 K, a transição está prevista para ocorrer em 1100 GPa.

Os resultados da pesquisa publicados em um artigo na revista científica Nature Physics em 2010 sugerem que, em pressões e temperaturas ultra-altas (cerca de 10 milhões de atmosferas ou 1 TPa e 50.000 °C), o diamante se funde em um fluido metálico. As condições extremas necessárias para que isso ocorra estão presentes nos gigantes do gelo Netuno e Urano. Ambos os planetas são compostos por aproximadamente 10% de carbono e, hipoteticamente, poderiam conter oceanos de carbono líquido. Como grandes quantidades de fluido metálico podem afetar o campo magnético, isso pode servir como uma explicação para o desalinhamento dos pólos geográfico e magnético dos dois planetas.

Estrutura de cristal

Célula de unidade de diamante, mostrando a estrutura tetraedral

A estrutura cristalina mais comum do diamante é chamada de diamante cúbico. É formado por células unitárias (veja a figura) empilhadas juntas. Embora haja 18 átomos na figura, cada átomo de canto é compartilhado por oito células unitárias e cada átomo no centro de uma face é compartilhado por dois, então há um total de oito átomos por célula unitária. O comprimento de cada lado da célula unitária é indicado por a e é 3,567 angstroms.

A distância do vizinho mais próximo na rede do diamante é 1,732a/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 considerada como duas redes cúbicas de face centrada interpenetrantes 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. 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..., que é conhecida como diamante hexagonal ou lonsdaleite, mas isso é muito menos comum e é formado em condições diferentes do carbono cúbico.

Hábito de cristal

Uma face de um diamante octahedral uncut, mostrando trigonos (de alívio positivo e negativo) formado por etching químico natural

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 dos átomos, eles têm muitas facetas que pertencem a um cubo, octaedro, rombicosidodecaedro, tetraquis hexaedro ou disdyakis dodecaedro. Os cristais podem ter bordas arredondadas e pouco expressivas e podem ser alongados. Diamantes (especialmente aqueles com faces de cristal arredondadas) são comumente encontrados revestidos em nyf, uma pele opaca semelhante a uma goma.

Alguns diamantes contêm fibras opacas. Eles são chamados de opacos se as fibras crescem a partir de um substrato claro ou fibrosos se ocupam todo o cristal. Suas cores variam de amarelo a verde ou cinza, às vezes com impurezas brancas a cinzas 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 kimberlítico e amostraram os voláteis.

Os diamantes também podem formar agregados policristalinos. Houve tentativas de classificá-los em grupos com nomes como board, ballas, stewartite e framesite, mas não há um conjunto de critérios amplamente aceito. Carbonado, um tipo no qual 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. Nunca foi observado em uma rocha vulcânica. Existem muitas teorias para sua origem, inclusive a formação em uma estrela, mas não há consenso.

Mecânica

Dureza

A extrema dureza de diamante em certas orientações torna útil na ciência dos materiais, como neste diamante piramidal incorporado na superfície de trabalho de um testador de dureza Vickers.

O diamante é o material natural mais duro conhecido tanto na escala de Vickers quanto na escala de Mohs. A grande dureza do diamante em relação a outros materiais é conhecida desde a antiguidade e é a origem de seu nome. Isso não significa que seja infinitamente difícil, indestrutível ou impossível de arranhar. De fato, os diamantes podem ser arranhados por outros diamantes e desgastados com o tempo, mesmo por materiais mais macios, como discos de vinil.

A dureza do diamante depende de sua pureza, perfeição cristalina e orientação: a dureza é maior para cristais puros e perfeitos orientados para <111> direção (ao longo da diagonal mais longa da rede cúbica do diamante). Portanto, embora seja possível riscar alguns diamantes com outros materiais, como 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 sua adequação como pedra preciosa. Como só pode ser arranhado por outros diamantes, mantém seu polimento extremamente bem. Ao contrário de muitas outras gemas, é adequado para uso diário devido à sua resistência a arranhões - talvez contribuindo para sua popularidade como a gema preferida em alianças de noivado ou casamento, que costumam ser usadas todos os dias.

Os diamantes naturais mais duros são originários principalmente dos campos de Copeton e Bingara localizados na área de New England em New South Wales, 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 estágio único. A maioria dos outros diamantes mostra mais evidências de múltiplos estágios de crescimento, que produzem inclusões, falhas e planos de defeitos na rede cristalina, os quais afetam sua dureza. É possível tratar diamantes regulares sob uma combinação de alta pressão e alta temperatura para produzir diamantes mais duros do que os diamantes usados em medidores de dureza.

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 arranhar outros diamantes, mas isso pode resultar em danos a uma ou ambas as pedras. Testes de dureza são pouco usados em gemologia prática por causa de sua natureza potencialmente destrutiva. A extrema dureza e alto valor do diamante significa que as gemas são normalmente polidas lentamente, usando técnicas tradicionais meticulosas e maior atenção aos detalhes do que a maioria das outras pedras preciosas; estes tendem a resultar em facetas extremamente planas e altamente polidas com bordas de faceta excepcionalmente nítidas. Os diamantes também possuem um índice de refração extremamente alto e uma dispersão razoavelmente alta. Juntos, esses fatores afetam a aparência geral de um diamante polido e a maioria dos diamantaires ainda depende do uso qualificado de uma lupa (lupa) para identificar os diamantes "a olho".

Resistência

Relacionada com a dureza está outra propriedade mecânica resistência, que é a capacidade do material de resistir à quebra por impacto forte. A tenacidade do diamante natural foi medida como 7,5–10 MPa·m^1/2. Esse valor é bom em comparação com outros materiais cerâmicos, mas ruim em comparação com a maioria dos materiais de engenharia, como ligas de engenharia, que geralmente exibem tenacidade acima de 100 MPa·m^1/2. Como acontece com qualquer material, a geometria macroscópica de um diamante contribui para sua resistência à quebra. O diamante tem um plano de clivagem e, portanto, é mais frágil em algumas orientações do que em outras. Os lapidadores de diamante usam esse atributo para cortar algumas pedras, antes da lapidação. "Resistência ao impacto" é um dos principais índices para medir a qualidade dos diamantes industriais sintéticos.

Força de rendimento

O diamante tem resistência à compressão de 130–140 GPa. Este valor excepcionalmente alto, juntamente com a dureza e transparência do diamante, são as razões pelas quais as células de bigorna de diamante são a principal ferramenta para experimentos de alta pressão. Essas bigornas atingiram pressões de 600 GPa. Pressões muito mais altas podem ser possíveis com diamantes nanocristalinos.

Elasticidade e resistência à tração

Normalmente, tentar deformar o cristal de diamante em massa por tensão ou dobra resulta em fratura frágil. No entanto, quando o diamante monocristalino está na forma de fios ou agulhas em micro/nanoescala (~100–300 nanômetros de diâmetro, micrômetros de comprimento), eles podem ser esticados elasticamente tanto como tensão de tração de 9-10 por cento sem falha, com uma tensão de tração local máxima de ~89 a 98 GPa, muito próximo do limite teórico para este material.

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 se originam da impureza do boro. O boro substitui os átomos de carbono na rede do diamante, doando um buraco na banda de valência.

A condutividade substancial é comumente observada em diamantes nominalmente não dopados cultivados por deposição de vapor químico. Essa condutividade está associada a espécies relacionadas ao hidrogênio adsorvidas na superfície e pode ser removida por recozimento ou outros tratamentos de superfície.

Agulhas finas de diamante podem ser feitas para variar seu gap eletrônico dos 5,6 eV normais para quase zero por deformação mecânica seletiva.

As bolachas de diamante de alta pureza com 5 cm de diâmetro exibem resistência perfeita em uma direção e condutância perfeita na outra, criando a possibilidade de usá-las 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.

Propriedade da superfície

Os diamantes são naturalmente lipofílicos e hidrofóbicos, o que significa que os diamantes são naturalmente lipofílicos e hidrofóbicos. a superfície não pode ser molhada pela água, mas pode ser facilmente molhada e presa pelo óleo. Esta propriedade pode ser utilizada para extrair diamantes usando petróleo ao fazer diamantes sintéticos. No entanto, quando as superfícies de diamante são modificadas quimicamente com certos íons, espera-se que elas se tornem tão hidrofílicas que possam estabilizar várias camadas de gelo de água na temperatura do corpo humano.

A superfície dos diamantes é parcialmente oxidada. A superfície oxidada pode ser reduzida por tratamento térmico sob fluxo de hidrogênio. Ou seja, este tratamento térmico remove parcialmente os grupos funcionais contendo oxigênio. Mas os diamantes (sp³C) são instáveis contra altas temperaturas (acima de cerca de 400 °C (752 °F)) sob pressão atmosférica. A estrutura muda gradualmente para sp²C acima desta temperatura. Assim, os diamantes devem ser reduzidos abaixo desta temperatura.

Estabilidade química

À temperatura ambiente, os diamantes não reagem com nenhum reagente químico, 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 de temperatura de calor vermelho para branco e queima com uma chama azul pálida, e continua a queimar depois que a fonte de calor é removida. Em contraste, no ar a combustão cessará assim que o calor for removido porque o oxigênio é diluído com nitrogênio. Um diamante claro, impecável e transparente é completamente convertido em dióxido de carbono; quaisquer impurezas serão deixadas como cinzas. O calor gerado pelo corte de um diamante não o inflamará, nem um isqueiro, mas incêndios domésticos e maçaricos são quentes o suficiente. Os joalheiros devem ter cuidado ao moldar o metal em um anel de diamante.

Pó de diamante de 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 baseadas em pó de diamante sintético. As faíscas resultantes são da cor usual vermelho-alaranjada, comparável ao carvão, mas mostram uma trajetória muito linear que é explicada por sua alta densidade. O diamante também reage com o gás flúor acima de cerca de 700 °C (1.292 °F).

Cor

Diamantes castanhos no Museu Nacional de História Natural em Washington, D.C.

O diamante colorido mais famoso, o diamante Hope

Diamond tem uma ampla lacuna de banda de 5,5 eV correspondente 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 no diamante se originam de defeitos de rede e impurezas. A rede 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 diamantes sintéticos 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 e ainda menos para o cobalto. Praticamente qualquer elemento pode ser introduzido no diamante por implantação iônica.

O nitrogênio é de longe a impureza mais comum encontrada em diamantes e é responsável pela cor amarela e marrom dos diamantes. O boro é responsável pela cor azul. A cor no diamante tem duas fontes adicionais: a irradiação (geralmente por partículas alfa), que causa a cor nos diamantes verdes, e a deformação plástica da rede cristalina do diamante. A deformação plástica é a causa da cor em alguns diamantes marrons e talvez rosa e vermelho. Em ordem crescente de raridade, o diamante amarelo é seguido pelo marrom, incolor, depois pelo azul, verde, preto, rosa, laranja, roxo e vermelho. Os diamantes "negros", ou carbonados, não são realmente negros, mas contêm inúmeras 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 substitui um átomo de carbono na rede cristalina, conhecido 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. O Instituto Gemológico da América (GIA) classifica os diamantes amarelos e marrons de baixa saturação como diamantes na faixa de cor normal e aplica uma escala de classificação de "D" (incolor) para "Z" (luz amarela). Diamantes amarelos de alta saturação de cor ou de cores diferentes, como rosa ou azul, são chamados de diamantes coloridos e se enquadram em uma escala de classificação diferente.

Em 2008, o diamante Wittelsbach, um diamante azul de 35,56 quilates (7,112 g) que já pertenceu ao rei da Espanha, arrecadou mais de US$ 24 milhões em um leilão da Christie's. 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 na época). Esse recorde foi, no entanto, batido no mesmo ano: um diamante rosa vívido de 5 quilates (1,0 g) foi vendido por US$ 10,8 milhões em Hong Kong em 1º de dezembro de 2009.

Clareza

A clareza é um dos 4C's (cor, clareza, corte e peso em quilates) que ajuda a identificar a qualidade dos diamantes. O Instituto Gemológico da América (GIA) desenvolveu 11 escalas de clareza para decidir a qualidade de um diamante pelo seu valor de venda. A escala de clareza GIA vai de Impecável (FL) a 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. As inclusões no diamante podem ser extraídas por métodos ópticos. O processo consiste em tirar imagens de pré-aprimoramento, identificando a parte de remoção da inclusão e, por fim, removendo as facetas e ruídos do diamante.

Fluorescência

Extremamente raros diamantes fluorescentes roxos do depósito Ellendale L-Channel na Austrália

Entre 25% a 35% dos diamantes naturais exibem algum grau de fluorescência quando examinados sob luz ultravioleta invisível de onda longa ou fontes de radiação de alta energia, como raios-X e lasers. A iluminação incandescente não fará com que um 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 por sua alta condutividade térmica (900–2320 W·m⁻¹·K⁻¹). Seu alto índice de refração também é indicativo, mas outros materiais têm refratividade semelhante.

Geologia

Os diamantes são extremamente raros, com concentrações de no máximo partes por bilhão na rocha geradora. 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. Raramente, eles foram encontrados em até glacial (notavelmente em Wisconsin e Indiana), mas esses depósitos não são de qualidade comercial. Esses tipos de depósitos foram derivados de intrusões ígneas localizadas por intemperismo e transporte pelo vento ou pela água.

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 fundo o suficiente à medida que a crosta engrossou, de modo que sofreram metamorfismo de ultra-alta pressão. Estes têm microdiamantes uniformemente distribuídos que não mostram sinais de transporte por magma. Além disso, quando os meteoritos atingem o solo, a onda de choque pode produzir temperaturas e pressões suficientemente altas para a formação de microdiamantes e nanodiamantes. Microdiamantes do tipo impacto podem ser usados como um indicador de antigas crateras de impacto. 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.

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 que foram 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 dessa maneira são raros, e a fonte de carbono é mais provável rochas carbonáticas e carbono orgânico em sedimentos, em vez de carvão.

Distribuição de superfície

Províncias geológicas do mundo. As áreas cor-de-rosa e laranja são escudos e plataformas, que juntos constituem cratons.

Os diamantes estão longe de ser distribuídos uniformemente sobre a 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. No entanto, há exceções. A mina de diamantes Argyle, na Austrália, o maior produtor de diamantes em peso do mundo, está localizada em um cinturão móvel, também conhecido como cinturão orogênico, uma zona mais fraca ao redor o cráton central que sofreu tectônica compressiva. Em vez de kimberlito, a rocha hospedeira é lamproita. Lamproítos com diamantes sem viabilidade econômica também são encontrados nos Estados Unidos, Índia e Austrália. Além disso, diamantes no cinturão Wawa da província Superior no Canadá e microdiamantes no arco insular do Japão são encontrados em um tipo de rocha chamada lamprophyre.

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 é verde azulado escuro a cinza esverdeado, mas após a exposição torna-se rapidamente marrom e desintegra-se. É uma rocha híbrida com uma mistura caótica de pequenos minerais e fragmentos de rocha (clastos) do tamanho de melancias. Eles são uma mistura de xenocristais e xenólitos (minerais e rochas transportadas da crosta inferior e do manto), pedaços de rocha superficial, minerais alterados como 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 muito oxigênio para que o carbono exista em sua forma pura. Em vez disso, ele está preso no mineral calcita (CaCO
₃).

Todas as três rochas com diamantes (kimberlito, lamproita e lamprofira) 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 lamproita possui Ti-flogopita e a lamprofira possui biotita e anfibólio. Eles são todos derivados de tipos de magma que entram em erupção rapidamente a partir de pequenas quantidades de derretimento, são ricos em voláteis e óxido de magnésio e são menos oxidantes do que os derretimentos do manto mais comuns, como o basalto. Essas características permitem que os fundidos levem os diamantes à superfície antes de se dissolverem.

Exploração

Diavik Mine, em uma ilha em Lac de Gras no norte do Canadá

Os tubos Kimberlite podem ser difíceis de encontrar. Eles resistem rapidamente (alguns anos após a exposição) e tendem a ter um relevo topográfico mais baixo do que as rochas circundantes. Se eles são visíveis em afloramentos, os diamantes nunca são 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 a serem exploradas. Isso é auxiliado por datação isotópica e modelagem da história geológica. Em seguida, os topógrafos devem ir para a área e coletar amostras, procurando por fragmentos de kimberlito ou minerais indicadores. Estes últimos têm composições que refletem as condições em que os diamantes se formam, como depleção extrema de fusão ou altas pressões em eclogitos. No entanto, 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.

Encontrar kimberlitos requer persistência, e apenas uma pequena fração contém diamantes comercialmente viáveis. As únicas grandes descobertas desde cerca de 1980 foram no Canadá. Como as minas existentes têm vida útil de apenas 25 anos, pode haver escassez de novos diamantes no futuro.

Idades

Os diamantes são datados pela análise de inclusões usando o decaimento de isótopos radioativos. Dependendo das abundâncias elementares, pode-se observar a decomposição do rubídio em estrôncio, samário em neodímio, urânio em chumbo, argônio-40 em argônio-39 ou rênio em ósmio. Aqueles encontrados em kimberlitos têm idades variando de 1 a 3,5 bilhões de anos, e pode haver várias idades no mesmo kimberlito, indicando vários 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 se formaram independentemente dos diamantes e serviram apenas para transportá-los para a superfície. 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.

Origem no manto

Eclogite com cristais de granada centímetro

Inclusão de granada vermelha em um diamante

A maioria dos diamantes com qualidade de gema vem de profundidades de 150 a 250 km na litosfera. Essas profundidades ocorrem abaixo dos crátons nas quilhas do manto, a parte mais espessa da litosfera. Essas regiões têm pressão e temperatura altas o suficiente para permitir a formação de diamantes e não estão em convecção, de modo que os diamantes podem ser armazenados por bilhões de anos até que uma erupção de kimberlito os prove.

As rochas hospedeiras em uma quilha de manto incluem harzburgito e lherzolito, dois tipos de peridotito. O tipo de rocha mais dominante no manto superior, o peridotito é uma rocha ígnea que consiste principalmente dos minerais olivina e piroxênio; é pobre em sílica e rico em magnésio. No entanto, os diamantes no peridotito raramente sobrevivem à viagem para a superfície. 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.

Uma fração menor de diamantes (cerca de 150 foram estudados) vem de profundidades de 330 a 660 km, uma região que inclui a zona de transição. Eles se formaram em eclogita, mas se distinguem dos diamantes de origem mais rasa 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.

O diamante é termodinamicamente estável em altas pressões e temperaturas, com a transição de fase do grafite ocorrendo em temperaturas maiores 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 quilômetros ou maior. Nas zonas de subducção, que são mais frias, torna-se estável a temperaturas de 800 °C e pressões de 3,5 gigapascais. Em profundidades superiores a 240 km, as 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.

Em 2018, as primeiras amostras naturais conhecidas de uma fase de gelo chamada Ice VII foram encontradas como inclusões em amostras de diamante. As inclusões formadas em profundidades entre 400 e 800 km, abrangendo o manto superior e inferior, fornecem evidências de fluido rico em água nessas profundidades.

Fontes de carbono

O manto tem cerca de um bilhão de gigatoneladas de carbono (para comparação, o sistema atmosfera-oceano tem cerca de 44.000 gigatoneladas). O carbono tem dois isótopos estáveis, 12C e 13C, em uma proporção de aproximadamente 99:1 em massa. Essa proporção tem uma ampla variação em meteoritos, o que implica que também variou muito na Terra primitiva. Também pode ser alterado por processos de superfície como a fotossíntese. A fração é geralmente comparada a uma amostra padrão usando uma razão δ13C 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.

Populações de diamantes de diferentes origens têm distribuições de δ¹³C 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 eles não são formados a partir de carbono que é primordial (tendo residido no manto desde a formação da Terra). Em vez disso, são o resultado de processos tectônicos, embora (dadas as idades dos diamantes) não sejam necessariamente os mesmos processos tectônicos que atuam no presente.

Formação e crescimento

Zonas etárias num diamante.

Os diamantes no manto se formam por meio de um processo metassomático em que um fluido ou fusão 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 desse fluido por redução de carbono oxidado (por exemplo, CO₂ ou CO₃) ou oxidação de uma fase reduzida, como o metano.

Usando sondas como luz polarizada, fotoluminescência e catodoluminescência, uma série de zonas de crescimento pode ser identificada 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 em que o carbono é reabsorvido pelo fluido e depois crescido novamente. Os diamantes abaixo da litosfera têm uma textura mais irregular, quase policristalina, refletindo as temperaturas e pressões mais altas, bem como o transporte dos diamantes por convecção.

Transporte para a superfície

Diagrama de um tubo vulcânico

Evidências geológicas suportam um modelo no qual o magma kimberlítico 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 liberada do magma e isso ajuda a manter o fluido do magma. Na superfície, a erupção inicial explode através de fissuras em alta velocidade (mais de 200 m/s (450 mph)). Então, em pressões mais baixas, a rocha é erodida, formando um tubo e produzindo rocha fragmentada (brecha). À medida que a erupção diminui, ocorre a fase piroclástica e, em seguida, o metamorfismo e a hidratação produzem serpentinitos.

Double Diamonds

Diamante duplo descoberto no campo de diamante Ellendale, Austrália Ocidental

Em casos raros, foram encontrados diamantes que continham uma cavidade dentro da qual havia um segundo diamante. O primeiro diamante duplo, o Matryoshka, foi encontrado pela Alrosa em Yakutia, na Rússia, em 2019. Outro foi encontrado no Ellendale Diamond Field, na Austrália Ocidental, em 2021.

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, com diâmetros de alguns nanômetros. Diamantes suficientemente pequenos podem se formar no frio do espaço porque sua menor energia de superfície os torna mais estáveis do que o grafite. As assinaturas isotópicas de alguns nanodiamantes indicam que eles foram formados fora do Sistema Solar em estrelas.

Experiências de alta pressão prevêem que grandes quantidades de diamantes se condensam a partir do metano em uma "chuva de diamantes" nos planetas gigantes de gelo Urano e Netuno. Alguns planetas extrasolares podem ser quase inteiramente compostos de diamante.

Os diamantes podem existir em estrelas ricas em carbono, particularmente nas anãs brancas. Uma teoria para a origem do carbonado, a forma mais resistente do diamante, é que ele se originou em uma anã branca ou supernova. Os diamantes formados nas estrelas podem ter sido os primeiros minerais.

Indústria

Um diamante de corte brilhante redondo definido em um anel

Os usos mais familiares dos diamantes hoje são como pedras preciosas usadas para adornos e como abrasivos industriais para cortar materiais duros. Os mercados de diamantes de grau de gema e de grau industrial valorizam os diamantes de maneira diferente.

Diamantes com grau de gema

A dispersão da luz branca em cores espectrais é a principal característica gemológica dos diamantes. No século 20, especialistas em gemologia desenvolveram métodos de classificação de diamantes e outras pedras preciosas com base nas características mais importantes para seu valor como gema. Quatro características, conhecidas informalmente como os quatro Cs, são agora comumente usadas como descritores básicos de diamantes: estas são sua massa em quilates (um quilate sendo igual a 0,2 gramas), corte (a qualidade do corte é graduada de acordo com proporções, simetria e polimento), cor (quão perto do branco ou incolor; para diamantes sofisticados, quão intensa é sua tonalidade) e clareza (quão livre é de inclusões). Um diamante grande e sem falhas é conhecido como modelo.

Existe um grande comércio de diamantes com grau de gema. Embora a maioria dos diamantes com grau de gema sejam vendidos recém-polidos, existe um mercado bem estabelecido para revenda de diamantes polidos (por exemplo, casas de penhores, leilões, joalherias de segunda mão, diamantaires, bolsas, etc.). Uma característica do comércio de diamantes com qualidade de gema é sua notável concentração: o comércio atacadista e o corte de diamantes são limitados a apenas alguns locais; em 2003, 92% dos diamantes do mundo foram cortados e polidos em Surat, na Índia. Outros importantes centros de lapidação e comércio de diamantes são o distrito de diamantes de Antuérpia, na Bélgica, onde está sediado o International Gemological Institute, Londres, o Diamond District na cidade de Nova York, o Diamond Exchange District em Tel Aviv e Amsterdã. Um fator contributivo é a natureza geológica dos depósitos de diamantes: várias grandes minas primárias de tubos de kimberlito respondem por porções significativas de participação no mercado (como a mina Jwaneng em Botswana, que é uma única mina de grande porte que pode produzir entre 12.500.000 e 15.000.000 quilates (2.500 e 3.000 kg) de diamantes por ano). 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 quilômetros quadrados (por exemplo, depósitos aluviais no Brasil).

A produção e distribuição de diamantes está largamente consolidada nas mãos de alguns intervenientes chave, e concentrada nos tradicionais centros de comercialização de diamantes, sendo o mais importante Antuérpia, onde se concentram 80% de todos os diamantes em bruto, 50% de todos os diamantes lapidados e mais de 50% de todos os diamantes brutos, lapidados e industriais combinados são manuseados. Isso faz de Antuérpia uma "capital mundial do diamante" de fato. A cidade de Antuérpia também abriga o Antwerpsche Diamantkring, criado em 1929 para se tornar a primeira e maior bolsa de diamantes dedicada a diamantes brutos. Outro importante centro de diamantes é a cidade de Nova York, onde quase 80% dos diamantes do mundo são vendidos, incluindo vendas em leilão.

A empresa De Beers, como a maior mineradora de diamantes do mundo, detém uma posição dominante no setor, desde logo após 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 brutos das minas operadas pela De Beers. A De Beers e 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, mas em 2001-2009 o número caiu para cerca de 45% e, em 2013, a participação de mercado da empresa aumentou ainda mais. diminuiu para cerca de 38% em valor e menos ainda em volume. A De Beers vendeu a grande maioria de seu estoque de diamantes no final dos anos 1990 – início dos anos 2000 e o restante representa em grande parte estoque de trabalho (diamantes que estão sendo classificados antes da venda). Isso foi bem documentado na imprensa, mas permanece pouco conhecido do público em geral.

Como parte da redução de sua influência, a De Beers deixou de comprar diamantes no mercado aberto em 1999 e cessou, no final de 2008, a compra de diamantes russos extraídos pela maior empresa diamantífera russa Alrosa. Desde janeiro de 2011, a De Beers afirma que só vende diamantes dos seguintes quatro países: Botswana, Namíbia, África do Sul e Canadá. A Alrosa teve que suspender suas vendas em outubro de 2008 devido à crise global de energia, mas a empresa informou que havia retomado a venda de diamantes brutos no mercado aberto em outubro de 2009. Além da Alrosa, outras importantes empresas de mineração de diamantes incluem a BHP, que é a a maior mineradora do mundo; Rio Tinto, proprietária das minas de diamantes Argyle (100%), Diavik (60%) e Murowa (78%); e Petra Diamonds, proprietária de várias grandes minas de diamantes na África.

Diamante polidor em Amsterdã

Mais adiante na cadeia de abastecimento, os membros da Federação Mundial de Bolsas de Diamantes (WFDB) atuam como um meio para a troca de diamantes no atacado, negociando diamantes lapidados e brutos. O 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. Em 2000, o WFDB e a Associação Internacional de Fabricantes de Diamantes estabeleceram 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.

Uma vez comprados pelos Sightholders (que é um termo de marca registrada que se refere às empresas que têm um contrato de fornecimento de três anos com a DTC), os diamantes são cortados e polidos em preparação para venda como pedras preciosas (pedras 'industriais' são considerados um subproduto do mercado de pedras preciosas; são usados para abrasivos). O corte e polimento de diamantes brutos é uma habilidade especializada concentrada em um número limitado de locais em todo o mundo. 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. Centros de lapidação com menor custo de mão-de-obra, principalmente Surat em Gujarat, na Índia, lidam com um número maior de diamantes de quilates menores, enquanto quantidades menores de diamantes maiores ou mais valiosos são mais prováveis de serem manuseadas na Europa ou na América do Norte. A recente expansão dessa indústria na Índia, empregando mão de obra de baixo custo, permitiu que diamantes menores fossem preparados como gemas em quantidades maiores do que era economicamente viável anteriormente.

Os diamantes preparados como pedras preciosas são vendidos em bolsas de diamantes chamadas bolsas. Existem 28 bolsas de diamantes registradas no mundo. As bolsas são a etapa final rigidamente controlada na cadeia de fornecimento de diamantes; grossistas e mesmo 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 cravados em joias, ou vendidos não cravados ("soltos"). De acordo com a Rio Tinto, em 2002 os diamantes produzidos e lançados no mercado foram avaliados em US$ 9 bilhões como diamantes brutos, US$ 14 bilhões depois de lapidados e polidos, US$ 28 bilhões em joias com diamantes no atacado e US$ 57 bilhões em vendas no varejo.

Cortando

O Daria-i-Noor Diamond - um exemplo de corte de diamante incomum e arranjo de jóias.

Os diamantes brutos extraídos são convertidos em pedras preciosas por meio de um processo de várias etapas chamado "corte". Os diamantes são extremamente duros, mas também quebradiços e podem ser partidos com um único golpe. Portanto, o corte de diamantes é tradicionalmente considerado um procedimento delicado que requer habilidade, 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%. Várias formas possíveis são consideradas, mas a decisão final geralmente é determinada não apenas por considerações científicas, mas também práticas. Por exemplo, o diamante pode ser usado para exibição ou uso, em um anel ou colar, isolado ou cercado por outras gemas de determinada cor e forma. 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. Ele precisa abordar um grande número de questões, carrega muita responsabilidade e, portanto, pode durar anos no caso de diamantes exclusivos. As seguintes questões são consideradas:

• A dureza do diamante e sua capacidade de clivar depende fortemente da orientação de cristal. Portanto, a estrutura cristalográfica do diamante a ser cortado é analisada usando difração de raios X para escolher as direções de corte ideais.
• A maioria dos diamantes contém inclusões não-diamantes visíveis e falhas de cristal. O cortador tem que decidir quais falhas devem ser removidas pelo corte e que podem ser mantidas.
• O diamante pode ser dividido por um único, bem calculado golpe de um martelo para uma ferramenta apontada, que é rápido, mas arriscado. Alternativamente, pode ser cortado com uma serra de diamante, que é um procedimento mais confiável, mas tedioso.

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 é bem desenvolvida; é considerada uma rotina e pode ser realizada por técnicos. Após o polimento, o diamante é reexaminado quanto a possíveis falhas, remanescentes ou induzidas pelo processo. Essas falhas são ocultadas por meio de várias técnicas de aprimoramento de diamantes, como repolimento, preenchimento de rachaduras ou arranjo inteligente da pedra na joia. As inclusões restantes não diamantadas são removidas por meio de perfuração a laser e preenchimento dos vazios produzidos.

Marketing

Escala de equilíbrio de diamante 0,01 - 25 Jewelers carat Ferramenta de medição

O marketing afetou significativamente a imagem do diamante como uma mercadoria valiosa.

N. W. 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 tradição de diamantes antes. O marketing de N. W. Ayer incluía a colocação de produtos, publicidade focada no próprio produto de diamante em vez da marca De Beers e associações com celebridades e realeza. Sem anunciar a marca De Beers, a De Beers estava anunciando a marca de seus concorrentes. produtos de diamantes também, mas isso não era uma preocupação, pois a De Beers dominou o mercado de diamantes ao longo do século XX. De Beers' a participação de mercado caiu temporariamente para o segundo lugar no mercado global abaixo da Alrosa após a crise econômica global de 2008, caindo para menos de 29% em termos de quilates extraídos, em vez de vendidos. 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 licenciados, em vez de produtos completamente "genéricos" produtos de diamante. A campanha talvez tenha sido melhor capturada pelo slogan "um diamante é para sempre". Esse slogan agora está sendo usado pela De Beers Diamond Jewelers, uma joalheria que é uma joint venture 50/50% entre a mineradora De Beers e a LVMH, o conglomerado de artigos de luxo.

Os diamantes de cor marrom constituíam uma parte significativa da produção de diamantes e eram predominantemente usados para fins industriais. Eles eram vistos como inúteis para joias (nem mesmo sendo avaliados na escala de cores do diamante). Após o desenvolvimento da mina de diamantes Argyle na Austrália em 1986 e a comercialização, os diamantes castanhos tornaram-se gemas aceitáveis. A mudança deveu-se principalmente aos números: a mina Argyle, com seus 35.000.000 quilates (7.000 kg) de diamantes por ano, representa cerca de um terço da produção global de diamantes naturais; 80% dos diamantes Argyle são marrons.

Diamantes de grau industrial

Um bisturi com lâmina de diamante sintética

Close-up fotografia de uma lâmina de moedor de ângulo com pequenos diamantes mostrados embutidos no metal

Uma lâmina de faca de diamante usada para corte de seções ultrafinas (tipicamente 70 a 350 nm) para microscopia eletrônica de transmissão

Os diamantes industriais são valorizados principalmente por 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 (equivalente a cerca de 135.000.000 quilates (27.000 kg) anualmente) são inadequados para uso como pedras preciosas e são usados industrialmente. 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 foram produzidos na China. Aproximadamente 90% do grão de diamante atualmente é de origem sintética.

A fronteira entre diamantes com qualidade de gema e diamantes industriais é mal definida e depende em parte das condições do mercado (por exemplo, se a demanda por diamantes polidos for alta, algumas pedras de qualidade inferior serão polidas em pedras preciosas pequenas ou de baixa qualidade, em vez do que ser vendido para uso industrial). Dentro da categoria de diamantes industriais, existe uma subcategoria que compreende as pedras de menor qualidade, principalmente opacas, conhecidas como bort.

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. Aplicações industriais comuns desta propriedade incluem brocas e serras com ponta de diamante e o uso de pó de diamante como abrasivo. Diamantes de grau industrial (bort) menos caros, com mais falhas e cores mais pobres do que as gemas, são usados para tais propósitos. O diamante não é adequado para usinagem de ligas ferrosas em altas velocidades, pois o carbono é solúvel no ferro nas altas temperaturas criadas pela usinagem em alta velocidade, levando a um desgaste muito maior nas ferramentas diamantadas em comparação com as alternativas.

As aplicações especializadas incluem o uso em laboratórios como contenção para experimentos de alta pressão (consulte célula bigorna de diamante), rolamentos de alto desempenho e uso limitado em janelas especializadas. Com os contínuos avanços 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.

Mineração

Aproximadamente 130.000.000 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.

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. Eles são extraídos de tubos vulcânicos de kimberlito e lamproita, 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 mineração e distribuição de diamantes naturais são assuntos de controvérsia frequente, como preocupações sobre a venda de diamantes de sangue ou diamantes de conflito por grupos paramilitares africanos. A cadeia de fornecimento de diamantes é controlada por um número limitado de empresas poderosas e também é altamente concentrada em um pequeno número de locais ao redor do mundo.

Apenas uma fração muito pequena do minério de diamante consiste em diamantes reais. O minério é triturado, durante o qual é necessário cuidado para não destruir os diamantes maiores, e depois classificado por densidade. Hoje, os diamantes estão 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 à mão. Antes do uso de raios-X se tornar comum, a separação era feita com cintas de graxa; os diamantes têm uma tendência mais forte de aderir à graxa do que os outros minerais do minério.

Mina de diamantes Udachnaya da Sibéria

Historicamente, os diamantes foram encontrados apenas em depósitos aluviais no distrito de Guntur e Krishna, no delta do rio Krishna, no sul da Índia. A Índia liderou o mundo na produção de diamantes desde a época de sua descoberta, aproximadamente no século 9 aC até meados do século 18 dC, mas o potencial comercial dessas fontes havia se esgotado no final do século 18 e naquela época a Índia foi eclipsada por Brasil onde os primeiros diamantes não-indígenas foram encontrados em 1725. Atualmente, uma das mais proeminentes minas indianas está localizada em Panna.

A extração de diamantes de depósitos primários (kimberlitos e lamproitos) começou na década de 1870 após a descoberta dos campos de diamantes na África do Sul. A produção aumentou com o tempo e agora um total acumulado de 4.500.000.000 quilates (900.000 kg) foi extraído desde aquela data. Vinte por cento desse montante foi extraído nos últimos cinco anos e, nos últimos 10 anos, nove novas minas iniciaram a produção; outros quatro estão esperando para serem inaugurados em breve. A maioria dessas minas está localizada no Canadá, Zimbábue, Angola e uma na Rússia.

Nos EUA, diamantes foram encontrados em Arkansas, Colorado, Novo México, Wyoming e Montana. 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 Crater of Diamonds State Park, no Arkansas, é aberto ao público e é a única mina do mundo onde o público pode cavar diamantes.

Atualmente, os depósitos de diamantes mais comercialmente viáveis estão na Rússia (principalmente na República de Sakha, por exemplo, o tubo Mir e o tubo Udachnaya), Botswana, Austrália (Norte e Oeste da Austrália) e a República Democrática do Congo. 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. Há também depósitos comerciais sendo minados ativamente nos Territórios do Noroeste do Canadá e do Brasil. Garimpeiros de diamantes continuam a procurar no mundo tubos de kimberlito e lamproita contendo diamantes.

Questões políticas

Em alguns dos países politicamente mais instáveis da África Central e da África Ocidental, grupos revolucionários assumiram o controle de minas de diamantes, usando os lucros das vendas de diamantes para financiar suas operações. Os diamantes vendidos por meio desse processo são conhecidos como diamantes de conflito ou diamantes de sangue.

Em resposta às preocupações do público de que suas compras de diamantes estavam contribuindo para a guerra e os abusos dos direitos humanos na África central e ocidental, as Nações Unidas, a indústria de diamantes e as nações de comércio de diamantes introduziram o Processo de Kimberley em 2002. O Processo de Kimberley tem como objetivo garantir que os diamantes de conflito não se misturem com os diamantes não controlados por tais grupos rebeldes. Isso 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 atividades criminosas ou revolucionárias. Embora o Processo de Kimberley tenha sido moderadamente bem-sucedido em limitar o 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 a 3% de todos os diamantes comercializados. Duas grandes falhas ainda impedem 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, considerado "limpo".

O governo canadense criou um órgão conhecido como Código de Conduta dos Diamantes Canadenses para ajudar a autenticar os diamantes canadenses. Este é um sistema de rastreamento rigoroso de diamantes e ajuda a proteger o "livre de conflito" rótulo de diamantes canadenses.

A exploração de recursos minerais em geral causa danos ambientais irreversíveis, que devem ser ponderados em relação aos benefícios socioeconômicos para um país.

Sintéticos, simuladores e aprimoramentos

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. Essa demanda foi atendida em grande parte pelos diamantes sintéticos, que são fabricados por 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. É possível fazer gemas sintéticas incolores que, em nível molecular, são idênticas às pedras naturais e tão visualmente semelhantes que só um gemólogo com equipamentos especiais pode diferenciar.

A maioria dos diamantes sintéticos disponíveis comercialmente são amarelos e são produzidos pelos chamados processos de alta pressão e alta temperatura (HPHT). A cor amarela é causada por impurezas de nitrogênio. Outras cores também podem ser reproduzidas como azul, verde ou rosa, que são resultado da adição de boro ou da irradiação após a síntese.

Outro método popular de cultivo de diamante sintético é a deposição de vapor químico (CVD). O crescimento ocorre sob baixa pressão (abaixo da pressão atmosférica). Envolve alimentar uma mistura de gases (tipicamente 1 a 99 metano para hidrogênio) em uma câmara e dividi-los em radicais quimicamente ativos em um plasma inflamado por micro-ondas, filamento quente, descarga de arco, tocha de soldagem ou laser. Este método é usado principalmente para revestimentos, mas também pode produzir monocristais com vários milímetros de tamanho (veja a figura).

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. Empresas de mineração' as despesas são em média de 40 a 60 dólares americanos por quilate para diamantes incolores naturais, enquanto os fabricantes sintéticos' despesas médias de US$ 2.500 por quilate para diamantes incolores sintéticos com qualidade de gema. 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 são coloridos, enquanto a maioria dos diamantes sintéticos é colorida de alguma forma.

• 

  Diamantes sintéticos de várias cores cultivadas pela técnica de alta temperatura de alta pressão

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  gem incolor cortado de diamante cultivado por deposição de vapor químico

Simulantes

Conjunto de carboneto de silício sintético de corte de gema em um anel

Um simulador de diamante é um material não-diamantado usado para simular a aparência de um diamante e pode ser referido como diamante. A zircônia cúbica é a mais comum. A pedra preciosa moissanita (carboneto de silício) pode ser tratada como um simulante de diamante, embora seja mais cara de produzir do que a zircônia cúbica. Ambos são produzidos sinteticamente.

Aprimoramentos

Os aprimoramentos de diamantes são tratamentos específicos realizados em diamantes naturais ou sintéticos (geralmente aqueles já lapidados e polidos em uma gema), que são projetados para 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 cores sofisticadas a um diamante branco.

Os revestimentos são cada vez mais usados para dar a um simulante de diamante, como a zircônia cúbica, uma aparência mais "semelhante ao diamante" aparência. 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 de diamante para a pedra revestida, melhorando assim o simulador de diamante. Técnicas como a espectroscopia Raman devem identificar facilmente tal tratamento.

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 de 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 fina ponta 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.

Considerando que a sonda térmica pode separar os diamantes da maioria de seus simulantes, 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 usadas para alguns simulantes de diamantes, como o carboneto de silício, que passam no teste de condutividade térmica. Técnicas ópticas podem distinguir entre diamantes naturais e diamantes sintéticos. Eles também podem identificar a grande maioria dos diamantes naturais tratados. "Perfeito" nunca foram encontrados cristais (ao nível da rede atómica), pelo que tanto os diamantes naturais como os sintéticos apresentam sempre imperfeições características, decorrentes das circunstâncias do seu crescimento cristalino, que permitem distingui-los uns dos outros.

Os laboratórios usam técnicas como espectroscopia, microscopia e luminescência sob luz ultravioleta de ondas curtas para determinar a origem de um diamante. Eles também usam instrumentos especialmente feitos para auxiliá-los no processo de identificação. Dois instrumentos de triagem são o DiamondSure e o DiamondView, ambos produzidos pela DTC e comercializados pela GIA.

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. Pedras na faixa de cores D-Z podem ser examinadas através do espectrômetro visível/UV DiamondSure, uma ferramenta desenvolvida pela De Beers. 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'. Acredita-se que os diamantes tenham sido reconhecidos e extraídos pela primeira vez na Índia, onde depósitos aluviais significativos da pedra podem 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.

Os diamantes têm sido valorizados como pedras preciosas desde o seu uso como ícones religiosos na Índia antiga. Seu uso em ferramentas de gravação também data do início da história humana. A popularidade dos diamantes aumentou desde o século 19 devido ao aumento da oferta, técnicas aprimoradas de corte e polimento, crescimento na economia mundial e campanhas publicitárias inovadoras e bem-sucedidas.

Em 1772, o cientista francês Antoine Lavoisier usou uma lente para concentrar os raios do sol em um diamante em uma atmosfera de oxigênio e mostrou que o único produto da combustão era o dióxido de carbono, provando que o diamante é composto de carbono. Mais tarde, em 1797, o químico inglês Smithson Tennant repetiu e expandiu esse experimento. Ao demonstrar que a queima de diamante e grafite libera a mesma quantidade de gás, ele estabeleceu a equivalência química dessas substâncias.

Referências gerais e citadas