Diamante

El diamante es una forma sólida del elemento carbono con sus átomos dispuestos en una estructura cristalina llamada diamante cúbico . A temperatura y presión ambiente , otra forma sólida de carbono conocida como grafito es la forma químicamente estable del carbono, pero el diamante casi nunca se convierte en él. El diamante tiene la mayor dureza y conductividad térmica de cualquier material natural, propiedades que se utilizan en las principales aplicaciones industriales, como herramientas de corte y pulido. También son la razón por la que las células del yunque de diamante pueden someter los materiales a presiones que se encuentran en las profundidades de la Tierra.

Diamante
La forma octaédrica ligeramente deformada de este cristal de diamante en bruto en matriz es típica del mineral. Sus caras brillantes también indican que este cristal proviene de un depósito primario.
General
Categoría	Minerales nativos
Fórmula (unidad de repetición)	C
Clasificación de Strunz	1.CB.10a
Clasificación de Dana	1.3.6.1
Sistema de cristal	Cúbico
Clase de cristal	Hexoctaédrico (m 3 m) Símbolo HM : (4 / m 3 2 / m)
Grupo espacial	F d 3 m (No. 227)
Estructura
Jmol (3D)	Imagen interactiva
Identificación
Masa de fórmula	12,01  g / mol
Color	Por lo general, de color amarillo, marrón o gris a incoloro. Con menos frecuencia azul, verde, negro, blanco translúcido, rosa, violeta, naranja, morado y rojo.
Hábito de cristal	Octaédrico
Hermanamiento	Ley de espinela común (produciendo "macle")
Escote	111 (perfecto en cuatro direcciones)
Fractura	Irregular / Desigual
Escala de Mohs de dureza	10 (definiendo mineral)
Lustre	Adamantino
Racha	Incoloro
Diafanidad	Transparente a subtransparente a translúcido
Gravedad específica	3,52 ± 0,01
Densidad	3,5–3,53  g / cm 3
Brillo polaco	Adamantino
Propiedades ópticas	Isotrópico
Índice de refracción	2.418 (a 500 nm)
Birrefringencia	Ninguno
Pleocroísmo	Ninguno
Dispersión	0.044
Punto de fusion	Depende de la presión
Referencias	[1] [2]

Debido a que la disposición de los átomos en el diamante es extremadamente rígida, pocos tipos de impurezas pueden contaminarlo (dos excepciones son el boro y el nitrógeno ). Un pequeño número de defectos o impurezas (aproximadamente uno por millón de átomos reticulados) color diamante azul (boro), amarillo (nitrógeno), marrón (defectos), verde (exposición a la radiación), violeta, rosa, naranja o rojo. El diamante también tiene una dispersión óptica relativamente alta (capacidad para dispersar la luz de diferentes colores).

La mayoría de los diamantes naturales tienen edades comprendidas entre 1 mil millones y 3,5 mil millones de años. La mayoría se formaron a profundidades de entre 150 y 250 kilómetros (93 y 155 millas) en el manto de la Tierra , aunque algunas provienen de profundidades de hasta 800 kilómetros (500 millas). Bajo alta presión y temperatura, los fluidos que contienen carbono disolvieron varios minerales y los reemplazaron con diamantes. Mucho más recientemente (hace decenas a cientos de millones de años), fueron llevados a la superficie en erupciones volcánicas y depositados en rocas ígneas conocidas como kimberlitas y lamproitas .

Los diamantes sintéticos se pueden cultivar a partir de carbono de alta pureza a altas presiones y temperaturas o a partir de gas hidrocarburo mediante deposición química de vapor (CVD). Los diamantes de imitación también se pueden fabricar con materiales como zirconia cúbica y carburo de silicio . Los diamantes naturales, sintéticos y de imitación se distinguen más comúnmente mediante técnicas ópticas o mediciones de conductividad térmica.

Propiedades materiales

El diamante es una forma sólida de carbono puro con sus átomos dispuestos en un cristal. El carbono sólido se presenta en diferentes formas conocidas como alótropos según el tipo de enlace químico. Los dos alótropos más comunes de carbono puro son el diamante y el grafito . En el grafito, los enlaces son híbridos orbitales sp ² y los átomos se forman en planos, cada uno ligado a tres vecinos más cercanos separados por 120 grados. En el diamante son sp ³ y los átomos forman tetraedros con cada uno ligado a cuatro vecinos más cercanos. ^{[3] [4] Los} tetraedros son rígidos, los enlaces son fuertes y, de todas las sustancias conocidas, el diamante tiene el mayor número de átomos por unidad de volumen, por lo que es el más duro y el menos comprimible . ^{[5] [6]} También tiene una alta densidad, que varía de 3150 a 3530 kilogramos por metro cúbico (más de tres veces la densidad del agua) en diamantes naturales y 3520 kg / m ³ en diamante puro. ^[1] En el grafito, los vínculos entre los vecinos más cercanos son aún más fuertes, pero los vínculos entre los planos son débiles, por lo que los planos se deslizan fácilmente entre sí. Por tanto, el grafito es mucho más blando que el diamante. Sin embargo, los enlaces más fuertes hacen que el grafito sea menos inflamable. ^[7]

Los diamantes se han adaptado para muchos usos debido a las excepcionales características físicas del material. De todas las sustancias conocidas, es la más dura y menos compresible. Tiene la conductividad térmica más alta y la velocidad del sonido más alta. Tiene baja adherencia y fricción, y su coeficiente de expansión térmica es extremadamente bajo. Su transparencia óptica se extiende desde el infrarrojo lejano hasta el ultravioleta profundo y tiene una alta dispersión óptica . También tiene una alta resistencia eléctrica. Es químicamente inerte, no reacciona con la mayoría de las sustancias corrosivas y tiene una excelente compatibilidad biológica. ^[8]

Termodinámica

Diagrama de fases del carbono teóricamente predicho

Las condiciones de equilibrio de presión y temperatura para una transición entre grafito y diamante están bien establecidas teórica y experimentalmente. La presión cambia linealmente entre1,7  GPa a0 K y12 GPa a5000 K (el punto triple diamante / grafito / líquido ). ^{[9] [10]} Sin embargo, las fases tienen una amplia región alrededor de esta línea donde pueden coexistir. A temperatura y presión normales , 20 ° C (293 K) y 1 atmósfera estándar (0,10 MPa), la fase estable del carbono es el grafito, pero el diamante es metaestable y su tasa de conversión a grafito es insignificante. ^[6] Sin embargo, a temperaturas superiores a aproximadamente4500 K , el diamante se convierte rápidamente en grafito. La conversión rápida de grafito en diamante requiere presiones muy por encima de la línea de equilibrio: en2000 K , una presión deSe necesitan 35 GPa . ^[9]

Por encima del punto triple, el punto de fusión del diamante aumenta lentamente al aumentar la presión; pero a presiones de cientos de GPa, disminuye. ^[11] A altas presiones, el silicio y el germanio tienen una estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo BCC , y se predice una estructura similar para el carbono a altas presiones. A0 K , se predice que la transición ocurrirá en1100 GPa . ^[12]

Los resultados de la investigación publicados en un artículo en la revista científica Nature en 2010 sugieren que a presiones y temperaturas ultra altas (alrededor de 10 millones de atmósferas o 1 TPa y 50.000 ° C) el diamante se comporta como un fluido metálico. Las condiciones extremas necesarias para que esto ocurra están presentes en los gigantes gaseosos Neptuno y Urano . Ambos planetas están formados por aproximadamente un 10 por ciento de carbono y, hipotéticamente, podrían contener océanos de carbono líquido. Dado que grandes cantidades de fluido metálico pueden afectar el campo magnético, esto podría servir como una explicación de por qué los polos geográficos y magnéticos de los dos planetas no están alineados. ^{[13] [14]}

Estructura cristalina

Celda unitaria de diamante, que muestra la estructura tetraédrica

La estructura cristalina más común del diamante se llama diamante cúbico . Está formado por celdas unitarias (consulte la figura) apiladas. Aunque hay 18 átomos en la figura, cada átomo de esquina es compartido por ocho celdas unitarias y cada átomo en el centro de una cara es compartido por dos, por lo que hay un total de ocho átomos por celda unitaria. ^[15] Cada lado de la celda unitaria tiene 3,57  angstroms de longitud. ^[dieciséis]

Una celosía cúbica de diamante puede considerarse como dos celosías cúbicas interpenetradas centradas en las caras con una desplazada 1/4 de la diagonal a lo largo de una celda cúbica, o como una celosía con dos átomos asociados con cada punto de la celosía. ^[16] Visto desde una dirección cristalográfica <1 1 1> , está formado por capas apiladas en un patrón repetido ABCABC ... Los diamantes también pueden formar una estructura ABAB ..., que se conoce como diamante hexagonal o lonsdaleita , pero esto es mucho menos común y se forma en condiciones diferentes a las del carbono cúbico. ^[17]

Hábito de cristal

Una cara de un diamante octaédrico sin cortar, que muestra los trigones (de relieve positivo y negativo) formados por grabado químico natural

Los diamantes se presentan con mayor frecuencia como octaedros euédricos o redondeados y octaedros maclados conocidos como macles . Como la estructura cristalina del diamante tiene una disposición cúbica de los átomos, tienen muchas facetas que pertenecen a un cubo , octaedro, rombicosidodecaedro , tetrakis hexaedro o disdyakis dodecaedro . Los cristales pueden tener bordes redondeados e inexpresivos y pueden alargarse. Los diamantes (especialmente aquellos con caras de cristal redondeadas) se encuentran comúnmente recubiertos de nyf , una piel opaca similar a la goma. ^[18]

Algunos diamantes contienen fibras opacas. Se denominan opacas si las fibras crecen a partir de un sustrato transparente o fibrosas si ocupan todo el cristal. Sus colores varían de amarillo a verde o gris, a veces con impurezas de blanco a gris como nubes. Su forma más común es cuboidal, pero también pueden formar octaedros, dodecaedros, máculas o formas combinadas. La estructura es el resultado de numerosas impurezas con tamaños entre 1 y 5 micrones. Estos diamantes probablemente se formaron en el magma de kimberlita y tomaron muestras de los volátiles. ^[19]

Los diamantes también pueden formar agregados policristalinos. Ha habido intentos de clasificarlos en grupos con nombres como boart , ballas , stewartite y framesite, pero no existe un conjunto de criterios ampliamente aceptado. ^[19] Carbonado, un tipo en el que los granos de diamante fueron sinterizados (fusionados sin fundirse mediante la aplicación de calor y presión), es de color negro y más resistente que el diamante monocristalino. ^[20] Nunca se ha observado en una roca volcánica. Hay muchas teorías sobre su origen, incluida la formación en una estrella, pero no hay consenso. ^{[19] [21] [22]}

Propiedades mecánicas

Dureza

La extrema dureza del diamante en ciertas orientaciones lo hace útil en la ciencia de los materiales, como en este diamante piramidal incrustado en la superficie de trabajo de un probador de dureza Vickers .

El diamante es el material natural más duro conocido tanto en la escala de Vickers como en la escala de Mohs . La gran dureza del diamante en relación con otros materiales se conoce desde la antigüedad, y es la fuente de su nombre. Esto no significa que sea infinitamente duro, indestructible o irrompible. ^[23] De hecho, los diamantes pueden rayarse con otros diamantes ^[24] y desgastarse con el tiempo incluso con materiales más blandos, como discos fonográficos de vinilo . ^[25]

La dureza del diamante depende de su pureza, perfección cristalina y orientación: la dureza es mayor para los cristales puros e impecables orientados en la dirección <111> (a lo largo de la diagonal más larga de la red cúbica del diamante). ^[26] Por lo tanto, si bien es posible rayar algunos diamantes con otros materiales, como el nitruro de boro , los diamantes más duros solo se pueden rayar con otros diamantes y agregados de diamantes nanocristalinos .

La dureza del diamante contribuye a su idoneidad como piedra preciosa. Debido a que solo puede ser rayado por otros diamantes, mantiene su pulido extremadamente bien. A diferencia de muchas otras gemas, es adecuada para el uso diario debido a su resistencia a los rasguños, lo que quizás contribuya a su popularidad como la gema preferida en los anillos de compromiso o de boda , que a menudo se usan todos los días.

Los diamantes naturales más duros provienen principalmente de los campos de Copeton y Bingara ubicados en el área de Nueva Inglaterra en Nueva Gales del Sur , Australia. Estos diamantes son generalmente pequeños, perfectos para octaedros semiperfectos y se utilizan para pulir otros diamantes. Su dureza está asociada con la forma de crecimiento de cristales , que es el crecimiento de cristales en una sola etapa. La mayoría de los otros diamantes muestran más evidencia de múltiples etapas de crecimiento, que producen inclusiones, fallas y planos de defectos en la red cristalina, todo lo cual afecta su dureza. Es posible tratar diamantes regulares bajo una combinación de alta presión y alta temperatura para producir diamantes que son más duros que los diamantes usados ​​en medidores de dureza. ^[27]

Tenacidad

Algo relacionado con la dureza es otra propiedad mecánica, la tenacidad , que es la capacidad de un material para resistir la rotura por un impacto fuerte. La tenacidad del diamante natural se ha medido entre 7,5 y 10  MPa · m ^1/2 . ^{[28] [29]} Este valor es bueno en comparación con otros materiales cerámicos, pero pobre en comparación con la mayoría de los materiales de ingeniería, como las aleaciones de ingeniería, que típicamente exhiben tenacidad de más de 100  MPa · m ^1/2 . Como con cualquier material, la geometría macroscópica de un diamante contribuye a su resistencia a la rotura. El diamante tiene un plano de división y, por lo tanto, es más frágil en algunas orientaciones que en otras. Los cortadores de diamantes usan este atributo para cortar algunas piedras, antes de tallarlas. ^{[30] La} "tenacidad al impacto" es uno de los principales índices para medir la calidad de los diamantes industriales sintéticos.

Fuerza de producción

El diamante tiene un límite elástico a la compresión de 130 a 140  GPa. ^[31] Este valor excepcionalmente alto, junto con la dureza y transparencia del diamante, son las razones por las que las celdas de yunque de diamante son la herramienta principal para experimentos de alta presión. ^[32] Estos yunques han alcanzado presiones de600 GPa . ^[33] Pueden ser posibles presiones mucho más altas con diamantes nanocristalinos . ^{[32] [34]}

Elasticidad y resistencia a la tracción.

Por lo general, intentar deformar el cristal de diamante a granel mediante tensión o flexión produce una fractura quebradiza. Sin embargo, cuando el diamante monocristalino está en forma de alambres o agujas a micro / nanoescala (~ 100-300  nanómetros de diámetro, micrómetros de largo), se pueden estirar elásticamente hasta un 9-10 por ciento de tensión de tracción sin fallar, ^{[35 ]} con un esfuerzo de tracción local máximo de ∼89 a 98 GPa , ^[36] muy cerca del límite teórico para este material. ^[37]

Conductividad eléctrica

También existen o se están desarrollando otras aplicaciones especializadas, incluido el uso como semiconductores : algunos diamantes azules son semiconductores naturales, a diferencia de la mayoría de los diamantes, que son excelentes aislantes eléctricos . La conductividad y el color azul provienen de la impureza de boro. El boro sustituye a los átomos de carbono en la red del diamante, lo que da un agujero en la banda de valencia . ^[38]

Se observa comúnmente una conductividad sustancial en el diamante nominalmente sin dopar cultivado por deposición de vapor químico . Esta conductividad está asociada con especies relacionadas con el hidrógeno adsorbidas en la superficie y puede eliminarse mediante recocido u otros tratamientos superficiales. ^{[39] [40]}

Un artículo de 2020 informó que se pueden hacer agujas de diamante extremadamente delgadas para variar su banda prohibida electrónica desde los 5,6 eV normales hasta casi cero mediante una deformación mecánica selectiva. ^[41]

Propiedad de superficie

Los diamantes son naturalmente lipofílicos e hidrofóbicos , lo que significa que la superficie de los diamantes no se puede mojar con agua, pero se puede mojar y pegar fácilmente con aceite. Esta propiedad se puede utilizar para extraer diamantes utilizando aceite al fabricar diamantes sintéticos. Sin embargo, cuando las superficies de los diamantes se modifican químicamente con ciertos iones, se espera que se vuelvan tan hidrófilas que puedan estabilizar múltiples capas de hielo de agua a la temperatura del cuerpo humano . ^[42]

La superficie de los diamantes está parcialmente oxidada. La superficie oxidada se puede reducir mediante tratamiento térmico con flujo de hidrógeno. Es decir, este tratamiento térmico elimina parcialmente los grupos funcionales que contienen oxígeno. Pero los diamantes (sp ³ C) son inestables frente a altas temperaturas (por encima de aproximadamente 400 ° C (752 ° F)) bajo presión atmosférica. La estructura cambia gradualmente a sp ² C por encima de esta temperatura. Por lo tanto, los diamantes deben reducirse a esta temperatura. ^[43]

Estabilidad química

A temperatura ambiente, los diamantes no reaccionan con ningún reactivo químico, incluidos ácidos y bases fuertes.

En una atmósfera de oxígeno puro, el diamante tiene un punto de ignición que varía entre 690 ° C (1274 ° F) y 840 ° C (1540 ° F); los cristales más pequeños tienden a quemarse más fácilmente. Aumenta la temperatura de rojo a blanco y arde con una llama azul pálido, y continúa ardiendo después de que se retira la fuente de calor. Por el contrario, en el aire, la combustión cesará tan pronto como se elimine el calor porque el oxígeno se diluye con nitrógeno. Un diamante claro, impecable y transparente se convierte completamente en dióxido de carbono; las impurezas quedarán en forma de ceniza. ^{[44] El} calor generado al cortar un diamante no encenderá el diamante, ^[45] y tampoco lo hará un encendedor de cigarrillos, ^[46] pero los incendios domésticos y las antorchas son lo suficientemente calientes. Los joyeros deben tener cuidado al moldear el metal en un anillo de diamantes. ^[47]

El polvo de diamante de un tamaño de grano apropiado (alrededor de 50  micrones) arde con una lluvia de chispas después de la ignición de una llama. En consecuencia, se pueden preparar composiciones pirotécnicas basadas en polvo de diamante sintético . Las chispas resultantes son del color rojo anaranjado habitual, comparable al carbón, pero muestran una trayectoria muy lineal que se explica por su alta densidad. ^{[48] ​​El} diamante también reacciona con gas flúor por encima de aproximadamente 700 ° C (1,292 ° F).

Color

Diamantes marrones en el Museo Nacional de Historia Natural en Washington, DC

El diamante de color más famoso, el diamante Hope

El diamante tiene una amplia banda prohibida de5,5  eV correspondientes a la longitud de onda ultravioleta profunda de 225  nanómetros. Esto significa que el diamante puro debe transmitir luz visible y aparecer como un cristal transparente e incoloro. Los colores en el diamante se originan a partir de defectos e impurezas de la red. La red de cristales de diamante es excepcionalmente fuerte y solo se pueden introducir en el diamante átomos de nitrógeno , boro e hidrógeno durante el crecimiento en concentraciones significativas (hasta porcentajes atómicos). Los metales de transición níquel y cobalto , que se utilizan comúnmente para el crecimiento de diamantes sintéticos mediante técnicas de alta presión y alta temperatura, se han detectado en el diamante como átomos individuales; la concentración máxima es del 0,01% para el níquel ^[49] e incluso menos para el cobalto. Prácticamente cualquier elemento puede introducirse en el diamante mediante implantación de iones. ^[50]

El nitrógeno es, con mucho, la impureza más común que se encuentra en los diamantes de gemas y es responsable del color amarillo y marrón de los diamantes. El boro es el responsable del color azul. ^{[51] El} color en el diamante tiene dos fuentes adicionales: la irradiación (generalmente por partículas alfa), que causa el color en los diamantes verdes, y la deformación plástica de la red cristalina del diamante. La deformación plástica es la causa del color en algunos diamantes marrones ^[52] y quizás rosados ​​y rojos. ^[53] En orden de rareza creciente, el diamante amarillo es seguido por el marrón, incoloro, luego por el azul, verde, negro, rosa, naranja, violeta y rojo. ^[30] Los diamantes "negros" o carbonados no son realmente negros, sino que contienen numerosas inclusiones oscuras que dan a las gemas su apariencia oscura. Los diamantes de colores contienen impurezas o defectos estructurales que causan la coloración, mientras que los diamantes puros o casi puros son transparentes e incoloros. La mayoría de las impurezas de los diamantes reemplazan un átomo de carbono en la red cristalina , lo que se conoce como defecto de carbono . La impureza más común, el nitrógeno, produce una coloración amarilla de leve a intensa, según el tipo y la concentración de nitrógeno presente. ^[30] El Instituto Gemológico de América (GIA) clasifica los diamantes amarillos y marrones de baja saturación como diamantes en el rango de color normal , y aplica una escala de clasificación de "D" (incoloro) a "Z" (amarillo claro). Los diamantes de un color diferente, como el azul, se denominan diamantes de colores elegantes y se clasifican en una escala de clasificación diferente. ^[30]

En 2008, el diamante de Wittelsbach , un 35,56 quilates (7.112 g) diamante azul que perteneció al Rey de España, fue a buscar más de US $ 24 millones en una subasta de Christie. ^[54] En mayo de 2009, un diamante azul de 7,03 quilates (1,406 g) alcanzó el precio más alto por quilate jamás pagado por un diamante cuando se vendió en una subasta por 10,5 millones de francos suizos (6,97 millones de euros, o 9,5 millones de dólares EE.UU. hora). ^[55] Sin embargo, ese récord se batió el mismo año: un diamante rosa vivo de 5 quilates (1,0 g) se vendió por $ 10,8 millones en Hong Kong el 1 de diciembre de 2009. ^[56]

Identificación

Los diamantes se pueden identificar por su alta conductividad térmica (900–2320 W · m ⁻¹ · K ⁻¹ ). ^[57] Su alto índice de refracción también es indicativo, pero otros materiales tienen una refractividad similar. Los diamantes cortan el vidrio, pero esto no identifica positivamente a un diamante porque otros materiales, como el cuarzo, también se encuentran sobre el vidrio en la escala de Mohs y también pueden cortarlo. Los diamantes pueden rayar otros diamantes, pero esto puede dañar una o ambas piedras. Las pruebas de dureza se utilizan con poca frecuencia en la gemología práctica debido a su naturaleza potencialmente destructiva. ^[58] La dureza extrema y el alto valor del diamante significa que las gemas se pulen típicamente lentamente, utilizando técnicas tradicionales minuciosas y una mayor atención a los detalles que en el caso de la mayoría de las otras gemas; ^[59] Estos tienden a dar como resultado facetas extremadamente planas y muy pulidas con bordes de faceta excepcionalmente afilados. Los diamantes también poseen un índice de refracción extremadamente alto y una dispersión bastante alta. Tomados en conjunto, estos factores afectan a la apariencia general de un diamante pulido y la mayoría de Diamantaires todavía se basan en el uso adecuado de una lupa (lupa) para identificar los diamantes "a ojo". ^[60]

Geología

Los diamantes son extremadamente raros, con concentraciones de al menos partes por mil millones en la roca madre. ^[19] Antes del siglo XX, la mayoría de los diamantes se encontraban en depósitos aluviales . Los diamantes sueltos también se encuentran a lo largo de las costas antiguas y existentes , donde tienden a acumularse debido a su tamaño y densidad. ^{[61] : 149} En raras ocasiones, se han encontrado en labranza glacial (especialmente en Wisconsin e Indiana ), pero estos depósitos no son de calidad comercial. ^{[61] : 19} Estos tipos de depósitos se derivaron de intrusiones ígneas localizadas a través de la meteorización y el transporte por el viento o el agua . ^[62]

La mayoría de los diamantes provienen del manto de la Tierra y la mayor parte de esta sección trata sobre esos diamantes. Sin embargo, existen otras fuentes. Algunos bloques de la corteza, o terrenos , se han enterrado lo suficientemente profundo a medida que la corteza se espesaba, por lo que experimentaron un metamorfismo de presión ultra alta . Estos tienen microdiamantes distribuidos uniformemente que no muestran signos de transporte por magma. Además, cuando los meteoritos golpean el suelo, la onda de choque puede producir temperaturas y presiones suficientemente altas para que se formen microdiamantes y nanodiamantes . ^[62] Los microdiamantes de tipo impacto se pueden utilizar como indicador de antiguos cráteres de impacto. ^[63] El cráter Popigai en Rusia puede tener el depósito de diamantes más grande del mundo, estimado en billones de quilates, y formado por el impacto de un asteroide. ^[64]

Un error común es que los diamantes se forman a partir de carbón altamente comprimido . El carbón se forma a partir de plantas prehistóricas enterradas y la mayoría de los diamantes fechados son mucho más antiguos que las primeras plantas terrestres . Es posible que los diamantes se puedan formar a partir del carbón en las zonas de subducción , pero los diamantes formados de esta manera son raros y la fuente de carbono es más probable que sean rocas carbonatadas y carbono orgánico en los sedimentos, en lugar de carbón. ^{[65] [66]}

Distribución de superficie

Provincias geológicas del mundo. Las áreas rosadas y naranjas son escudos y plataformas , que juntas constituyen cratones.

Los diamantes están lejos de estar distribuidos uniformemente en la Tierra. Una regla empírica conocida como regla de Clifford establece que casi siempre se encuentran en kimberlitas en la parte más antigua de los cratones , los núcleos estables de continentes con edades típicas de 2.500  millones de años o más. ^{[62] [67] : 314} Sin embargo, hay excepciones. La mina de diamantes Argyle en Australia , el mayor productor de diamantes por peso del mundo, está ubicada en un cinturón móvil , también conocido como cinturón orogénico , ^[68] una zona más débil que rodea el cratón central que ha sufrido tectónica de compresión. En lugar de kimberlita, la roca anfitriona es lamproita . Lamproitas con diamantes que no son económicamente viables también se encuentran en los Estados Unidos, India y Australia. ^[62] Además, los diamantes en el cinturón Wawa de la provincia Superior en Canadá y los microdiamantes en el arco insular de Japón se encuentran en un tipo de roca llamada lamprophyre . ^[62]

Las kimberlitas se pueden encontrar en diques y umbrales estrechos (de 1 a 4 metros) y en tuberías con diámetros que van desde aproximadamente 75 ma 1,5 km. La roca fresca es de color verde azulado oscuro a gris verdoso, pero después de la exposición rápidamente se vuelve marrón y se desmorona. ^[69] Es una roca híbrida con una mezcla caótica de pequeños minerales y fragmentos de roca ( clastos ) hasta del tamaño de sandías. Son una mezcla de xenocrysts y xenoliths (minerales y rocas transportados desde la corteza inferior y el manto), trozos de roca superficial, minerales alterados como la serpentina y nuevos minerales que cristalizaron durante la erupción. La textura varía con la profundidad. La composición forma un continuo con las carbonatitas , pero estas últimas tienen demasiado oxígeno para que el carbono exista en forma pura. En cambio, está encerrado en la calcita mineral ( Ca C O
₃). ^[62]

Las tres rocas que contienen diamantes (kimberlita, lamproita y lamprofira) carecen de ciertos minerales ( melilita y kalsilita ) que son incompatibles con la formación de diamantes. En kimberlita, olivino es grande y visible, mientras que lamproita tiene Ti flogopita y lamprophyre tiene biotita y anfíboles . Todos se derivan de tipos de magma que erupcionan rápidamente a partir de pequeñas cantidades de fundido, son ricos en volátiles y óxido de magnesio , y son menos oxidantes que los fundidos de manto más comunes, como el basalto . Estas características permiten que las masas fundidas lleven diamantes a la superficie antes de que se disuelvan. ^[62]

Exploración

Mina Diavik, en una isla en Lac de Gras en el norte de Canadá

Las pipas de kimberlita pueden ser difíciles de encontrar. Se meteorizan rápidamente (unos pocos años después de la exposición) y tienden a tener un relieve topográfico más bajo que la roca circundante. Si son visibles en afloramientos, los diamantes nunca son visibles porque son muy raros. En cualquier caso, las kimberlitas suelen estar cubiertas de vegetación, sedimentos, suelos o lagos. En las búsquedas modernas, los métodos geofísicos como los estudios aeromagnéticos , la resistividad eléctrica y la gravimetría ayudan a identificar regiones prometedoras para explorar. Esto se ve favorecido por la datación isotópica y el modelado de la historia geológica. Luego, los topógrafos deben ir al área y recolectar muestras, buscando fragmentos de kimberlita o minerales indicadores . Estos últimos tienen composiciones que reflejan las condiciones en las que se forman los diamantes, como el agotamiento extremo del fundido o las altas presiones en las eclogitas . Sin embargo, los minerales indicadores pueden inducir a error; un mejor enfoque es la geotermobarometría , donde las composiciones de los minerales se analizan como si estuvieran en equilibrio con los minerales del manto. ^[62]

Encontrar kimberlitas requiere persistencia y solo una pequeña fracción contiene diamantes que son comercialmente viables. Los únicos descubrimientos importantes desde aproximadamente 1980 se han realizado en Canadá. Dado que las minas existentes tienen una vida útil de tan solo 25 años, podría haber escasez de nuevos diamantes en el futuro. ^[62]

Siglos

Los diamantes se fechan analizando las inclusiones utilizando la desintegración de isótopos radiactivos. Dependiendo de las abundancias elementales, se puede observar la desintegración del rubidio en estroncio , del samario en neodimio , del uranio en plomo , del argón-40 en el argón-39 o del renio en osmio . Los que se encuentran en las kimberlitas tienen edades que oscilan entre 1 y 3,5 mil millones de años , y puede haber múltiples edades en la misma kimberlita, lo que indica múltiples episodios de formación de diamantes. Las propias kimberlitas son mucho más jóvenes. La mayoría de ellos tienen edades entre decenas de millones y 300 millones de años, aunque hay algunas excepciones más antiguas (Argyle, Premier y Wawa). Así, las kimberlitas se formaron independientemente de los diamantes y solo sirvieron para transportarlos a la superficie. ^{[19] [62] Las} kimberlitas también son mucho más jóvenes que los cratones por los que han estallado. Se desconoce la razón de la falta de kimberlitas más antiguas, pero sugiere que hubo algún cambio en la química o tectónica del manto. Ninguna kimberlita ha estallado en la historia de la humanidad. ^[62]

Origen en manto

Eclogita con cristales de granate de un centímetro

Inclusión de granate rojo en un diamante. ^[70]

La mayoría de los diamantes con calidad de gema provienen de profundidades de 150 a 250 km en la litosfera. Tales profundidades se encuentran debajo de los cratones en las quillas del manto , la parte más gruesa de la litosfera. Estas regiones tienen una presión y temperatura lo suficientemente altas como para permitir que se formen diamantes y no son de convección, por lo que los diamantes pueden almacenarse durante miles de millones de años hasta que una erupción de kimberlita los muestre. ^[62]

Las rocas huésped en una quilla de manto incluyen harzburgita y lherzolita , dos tipos de peridotita . El tipo de roca más dominante en el manto superior , la peridotita es una roca ígnea que consta principalmente de los minerales olivino y piroxeno ; es bajo en sílice y alto en magnesio . Sin embargo, los diamantes en peridotita rara vez sobreviven al viaje a la superficie. ^[62] Otra fuente común que mantiene intactos los diamantes es la eclogita , una roca metamórfica que se forma típicamente a partir del basalto cuando una placa oceánica se sumerge en el manto en una zona de subducción . ^[19]

Una fracción más pequeña de diamantes (se han estudiado alrededor de 150) proviene de profundidades de 330 a 660 km, una región que incluye la zona de transición . Se formaron en eclogita, pero se distinguen de los diamantes de origen menos profundo por inclusiones de majorita (una forma de granate con exceso de silicio). Una proporción similar de diamantes proviene del manto inferior a profundidades entre 660 y 800 km. ^[19]

El diamante es termodinámicamente estable a altas presiones y temperaturas, y la transición de fase del grafito ocurre a temperaturas mayores a medida que aumenta la presión. Así, por debajo de los continentes se estabiliza a temperaturas de 950  grados Celsius y presiones de 4,5 gigapascales, correspondientes a profundidades de 150  kilómetros o más. En las zonas de subducción, que son más frías, se estabiliza a temperaturas de 800 ° C y presiones de 3,5  gigapascales. A profundidades superiores a 240 km, están presentes fases metálicas de hierro-níquel y es probable que el carbono se disuelva en ellas o en forma de carburos . Por lo tanto, el origen más profundo de algunos diamantes puede reflejar entornos de crecimiento inusuales. ^{[19] [62]}

En 2018, las primeras muestras naturales conocidas de una fase de hielo llamada Ice VII se encontraron como inclusiones en muestras de diamantes. Las inclusiones se formaron a profundidades entre 400 y 800 km, a caballo entre el manto superior e inferior, y proporcionan evidencia de fluido rico en agua a estas profundidades. ^{[71] [72]}

Fuentes de carbono

El manto tiene aproximadamente mil millones de gigatoneladas de carbono (en comparación, el sistema atmósfera-océano tiene alrededor de 44,000 gigatoneladas). ^{[73] El} carbono tiene dos isótopos estables , 12 C y 13 C , en una proporción de aproximadamente 99: 1 en masa. ^[62] Esta proporción tiene un amplio rango en meteoritos, lo que implica que también varió mucho en la Tierra primitiva. También se puede alterar por procesos superficiales como la fotosíntesis . La fracción generalmente se compara con una muestra estándar usando una relación δ 13 C expresada en partes por mil. Las rocas comunes del manto, como basaltos, carbonatitas y kimberlitas, tienen proporciones entre −8 y −2. En la superficie, los sedimentos orgánicos tienen un promedio de -25 mientras que los carbonatos tienen un promedio de 0. ^[19]

Las poblaciones de diamantes de diferentes fuentes tienen distribuciones de δ ¹³ C que varían notablemente. Los diamantes peridotíticos se encuentran en su mayoría dentro del rango típico del manto; Los diamantes eclogíticos tienen valores de −40 a +3, aunque el pico de la distribución está en el rango del manto. Esta variabilidad implica que no se forman a partir del carbono que es primordial (habiendo residido en el manto desde que se formó la Tierra). En cambio, son el resultado de procesos tectónicos, aunque (dadas las edades de los diamantes) no necesariamente los mismos procesos tectónicos que actúan en el presente. ^[62]

Formación y crecimiento

Zonas de edad en un diamante. ^[70]

Los diamantes en el manto se forman a través de un proceso metasomático en el que un líquido COHNS o fundido disuelve los minerales en una roca y los reemplaza con nuevos minerales. (El término vago COHNS se usa comúnmente porque no se conoce la composición exacta). Los diamantes se forman a partir de este fluido por reducción de carbono oxidado (por ejemplo, CO ₂ o CO ₃ ) o por oxidación de una fase reducida como el metano . ^[19]

Usando sondas como luz polarizada, fotoluminiscencia y catodoluminiscencia , se pueden identificar una serie de zonas de crecimiento en los diamantes. El patrón característico de los diamantes de la litosfera involucra una serie casi concéntrica de zonas con oscilaciones muy delgadas en luminiscencia y episodios alternos donde el carbono es reabsorbido por el fluido y luego crece nuevamente. Los diamantes de debajo de la litosfera tienen una textura más irregular, casi policristalina, reflejando las temperaturas y presiones más altas, así como el transporte de los diamantes por convección. ^[62]

Transporte a la superficie

Diagrama de una tubería volcánica

La evidencia geológica respalda un modelo en el que el magma de kimberlita se eleva a 4-20 metros por segundo, creando un camino ascendente por fracturación hidráulica de la roca. A medida que la presión disminuye, sale una fase de vapor del magma, y ​​esto ayuda a mantener el magma fluido. En la superficie, la erupción inicial explota a través de fisuras a altas velocidades (más de 200 m / s (450 mph)). Luego, a presiones más bajas, la roca se erosiona, formando una tubería y produciendo roca fragmentada ( brecha ). A medida que la erupción disminuye, hay una fase piroclástica y luego el metamorfismo y la hidratación producen serpentinitas . ^[62]

En el espacio

Aunque los diamantes en la Tierra son raros, son muy comunes en el espacio. En los meteoritos , alrededor del tres por ciento del carbono está en forma de nanodiamantes , con diámetros de unos pocos nanómetros. Se pueden formar diamantes suficientemente pequeños en el frío del espacio porque su menor energía superficial los hace más estables que el grafito. Las firmas isotópicas de algunos nanodiamantes indican que se formaron fuera del Sistema Solar en estrellas. ^[74]

Los experimentos de alta presión predicen que grandes cantidades de diamantes se condensan a partir del metano en una "lluvia de diamantes" en los planetas gigantes de hielo Urano y Neptuno . ^{[75] [76] [77]} Algunos planetas extrasolares pueden estar compuestos casi en su totalidad por diamantes. ^[78]

Los diamantes pueden existir en estrellas ricas en carbono, particularmente en enanas blancas . Una teoría sobre el origen del carbonado , la forma más resistente de diamante, es que se originó en una enana blanca o supernova . ^{[79] [80] Los} diamantes formados en las estrellas pueden haber sido los primeros minerales. ^[81]

Industria

Un diamante redondo de talla brillante engastado en un anillo.

Los usos más familiares de los diamantes en la actualidad son como piedras preciosas que se usan para adornos y como abrasivos industriales para cortar materiales duros. Los mercados de diamantes de calidad industrial y de gemas valoran los diamantes de manera diferente.

Exportaciones de diamantes por país (2014) del Atlas de Complejidad Económica de Harvard

Diamantes de calidad gema

La dispersión de la luz blanca en colores espectrales es la principal característica gemológica de los diamantes gemas. En el siglo XX, los expertos en gemología desarrollaron métodos para clasificar los diamantes y otras piedras preciosas basándose en las características más importantes para su valor como gema. Cuatro características, conocidas informalmente como las cuatro C , se utilizan ahora comúnmente como descriptores básicos de los diamantes: su masa en quilates (un quilate equivale a 0,2  gramos), corte (la calidad del corte se clasifica según las proporciones , simetría y pulido ), color (qué tan cerca del blanco o incoloro; para los diamantes de fantasía, qué tan intenso es su tono) y claridad (qué tan libre está de inclusiones ). Un diamante grande e impecable se conoce como modelo . ^[82]

Existe un gran comercio de diamantes de calidad gema. Aunque la mayoría de los diamantes de calidad gema se venden recién pulidos, existe un mercado bien establecido para la reventa de diamantes pulidos (por ejemplo, casas de empeño, subastas, joyerías de segunda mano, diamantes, bolsas, etc.). Un sello distintivo del comercio de diamantes de calidad gema es su notable concentración: el comercio al por mayor y el corte de diamantes se limitan a unos pocos lugares; en 2003, el 92% de los diamantes del mundo se cortaron y pulieron en Surat , India . ^[83] Otros centros importantes de corte y comercio de diamantes son el distrito de diamantes de Amberes en Bélgica , donde tiene su sede el Instituto Gemológico Internacional , Londres, el distrito de diamantes en la ciudad de Nueva York, el distrito de intercambio de diamantes en Tel Aviv y Amsterdam. Un factor que contribuye es la naturaleza geológica de los depósitos de diamantes: varias grandes minas primarias de tubería de kimberlita representan cada una una parte significativa de la cuota de mercado (como la mina Jwaneng en Botswana, que es una única mina de gran tajo que puede producir entre 12.500.000 y 15.000.000 quilates (2.500 y 3.000 kg) de diamantes al año ^[84] ). Los depósitos de diamantes aluviales secundarios, por otro lado, tienden a estar fragmentados entre muchos operadores diferentes porque pueden estar dispersos en muchos cientos de kilómetros cuadrados (por ejemplo, depósitos aluviales en Brasil). ^{[ cita requerida ]}

La producción y distribución de diamantes se consolida en gran medida en manos de unos pocos actores clave, y se concentra en los centros tradicionales de comercio de diamantes, el más importante es Amberes, donde el 80% de todos los diamantes en bruto , el 50% de todos los diamantes cortados y más de 50 Se manipula el% de todos los diamantes en bruto, cortados e industriales combinados. ^[85] Esto convierte a Amberes en una "capital mundial de los diamantes" de facto. ^[86] La ciudad de Amberes también alberga el Antwerpsche Diamantkring , creado en 1929 para convertirse en la primera y mayor bolsa de diamantes dedicada a los diamantes en bruto. ^[87] Otro importante centro de diamantes es la ciudad de Nueva York , donde se vende casi el 80% de los diamantes del mundo, incluidas las subastas. ^[85]

La empresa De Beers , como la empresa minera de diamantes más grande del mundo, ocupa una posición dominante en la industria, y lo ha hecho desde poco después de su fundación en 1888 por el empresario británico Cecil Rhodes . De Beers es actualmente el mayor operador mundial de instalaciones de producción de diamantes (minas) y canales de distribución de diamantes de calidad gema. Diamond Trading Company (DTC) es una subsidiaria de De Beers y comercializa diamantes en bruto de las minas operadas por De Beers. De Beers y sus subsidiarias poseen minas que producen alrededor del 40% de la producción mundial anual de diamantes. Durante la mayor parte del siglo XX, más del 80% de los diamantes en bruto del mundo pasaron por De Beers, ^[88] pero en 2001-2009 la cifra había disminuido a alrededor del 45%, ^[89] y en 2013 la participación de mercado de la empresa había disminuido aún más hasta alrededor del 38% en términos de valor e incluso menos en volumen. ^[90] De Beers vendió la gran mayoría de sus existencias de diamantes a finales de la década de 1990 y principios de la de 2000 ^[91] y el resto representa en gran medida las existencias de trabajo (diamantes que se clasifican antes de la venta). ^[92] Esto fue bien documentado en la prensa ^[93] pero sigue siendo poco conocido por el público en general.

Como parte de la reducción de su influencia, De Beers se retiró de la compra de diamantes en el mercado abierto en 1999 y dejó, a finales de 2008, de comprar diamantes rusos extraídos por la mayor empresa rusa de diamantes, Alrosa . ^[94] En enero de 2011, De Beers afirma que solo vende diamantes de los cuatro países siguientes: Botswana, Namibia, Sudáfrica y Canadá. ^[95] Alrosa tuvo que suspender sus ventas en octubre de 2008 debido a la crisis energética mundial , ^[96] pero la empresa informó que había reanudado la venta de diamantes en bruto en el mercado abierto en octubre de 2009. ^[97] Aparte de Alrosa, otros importantes las empresas mineras de diamantes incluyen BHP Billiton , que es la empresa minera más grande del mundo; ^[98] Rio Tinto Group , propietario de las minas de diamantes Argyle (100%), Diavik (60%) y Murowa (78%); ^[99] y Petra Diamonds , propietaria de varias de las principales minas de diamantes en África.

Pulidora de diamantes en Amsterdam

Más abajo en la cadena de suministro, los miembros de la Federación Mundial de Bolsas de Diamantes (WFDB) actúan como un medio para el intercambio de diamantes al por mayor, comerciando diamantes pulidos y en bruto. La WFDB consta de bolsas de diamantes independientes en los principales centros de corte como Tel Aviv, Amberes, Johannesburgo y otras ciudades de los EE. UU., Europa y Asia. ^[30] En 2000, la WFDB y la Asociación Internacional de Fabricantes de Diamantes establecieron el Consejo Mundial del Diamante para evitar el comercio de diamantes utilizados para financiar guerras y actos inhumanos. Las actividades adicionales de la WFDB incluyen el patrocinio del Congreso Mundial del Diamante cada dos años, así como el establecimiento del Consejo Internacional del Diamante (IDC) para supervisar la clasificación de los diamantes. ^{[ cita requerida ]}

Una vez comprados por los Sightholders (que es un término de marca registrada que se refiere a las empresas que tienen un contrato de suministro de tres años con DTC), los diamantes se cortan y pulen en preparación para la venta como piedras preciosas (las piedras 'industriales' se consideran un subproducto de el mercado de las piedras preciosas; se utilizan para abrasivos). ^[100] El corte y pulido de diamantes en bruto es una habilidad especializada que se concentra en un número limitado de lugares en todo el mundo. ^[100] Los centros tradicionales de corte de diamantes son Amberes, Ámsterdam , Johannesburgo, Nueva York y Tel Aviv. Recientemente, se han establecido centros de corte de diamantes en China, India, Tailandia , Namibia y Botswana. ^{[100] Los} centros de corte con menor costo de mano de obra, especialmente Surat en Gujarat, India , manejan una mayor cantidad de diamantes de quilates más pequeños, mientras que es más probable que se manejen cantidades más pequeñas de diamantes más grandes o más valiosos en Europa o América del Norte. La reciente expansión de esta industria en la India, que emplea mano de obra de bajo costo, ha permitido que los diamantes más pequeños se preparen como gemas en mayores cantidades de lo que antes era económicamente factible. ^[85]

Los diamantes preparados como piedras preciosas se venden en bolsas de diamantes llamadas bolsas . Hay 28 bolsas de diamantes registradas en el mundo. ^{[101] Las} bolsas son el último paso estrictamente controlado en la cadena de suministro de diamantes; los mayoristas e incluso los minoristas pueden comprar lotes relativamente pequeños de diamantes en las bolsas, después de lo cual se preparan para la venta final al consumidor. Los diamantes se pueden vender ya engastados en joyería o sin engarzar ("sueltos"). Según el Grupo Rio Tinto, en 2002 los diamantes producidos y lanzados al mercado fueron valorados en US $ 9 mil millones como diamantes en bruto, US $ 14 mil millones después de ser cortados y pulidos, US $ 28 mil millones en joyería de diamantes al por mayor y US $ 57 mil millones en venta al por menor. Ventas. ^[102]

Corte

El diamante Darya-I-Nur : un ejemplo de arreglo inusual de joyas y corte de diamantes.

Los diamantes en bruto extraídos se convierten en gemas mediante un proceso de varios pasos llamado "corte". Los diamantes son extremadamente duros, pero también frágiles y pueden romperse de un solo golpe. Por lo tanto, el corte de diamantes se considera tradicionalmente como un procedimiento delicado que requiere habilidades, conocimientos científicos, herramientas y experiencia. Su objetivo final es producir una joya facetada donde los ángulos específicos entre las facetas optimizarían el brillo del diamante, es decir, la dispersión de la luz blanca, mientras que el número y el área de las facetas determinarían el peso del producto final. La reducción de peso al cortar es significativa y puede ser del orden del 50%. ^[103] Se consideran varias formas posibles, pero la decisión final a menudo está determinada no solo por consideraciones científicas, sino también prácticas. Por ejemplo, el diamante puede estar destinado a exhibir o usar, en un anillo o un collar, individualmente o rodeado por otras gemas de cierto color y forma. ^[104] Algunos de ellos pueden considerarse clásicos, como diamantes redondos , pera , marquesa , ovalados , corazones y flechas , etc. Algunos de ellos son especiales, producidos por determinadas empresas, por ejemplo, diamantes Phoenix , Cushion , Sole Mio , etc. ^[105]

La parte del corte que lleva más tiempo es el análisis preliminar de la piedra en bruto. Debe abordar una gran cantidad de problemas, tiene mucha responsabilidad y, por lo tanto, puede durar años en el caso de diamantes únicos. Se consideran las siguientes cuestiones:

• La dureza del diamante y su capacidad para escindirse dependen en gran medida de la orientación del cristal. Por lo tanto, la estructura cristalográfica del diamante a cortar se analiza mediante difracción de rayos X para elegir las direcciones de corte óptimas.
• La mayoría de los diamantes contienen inclusiones visibles que no son diamantes y defectos de cristal. El cortador tiene que decidir qué defectos deben eliminarse con el corte y cuáles pueden conservarse.
• El diamante se puede partir con un solo golpe bien calculado de un martillo en una herramienta puntiaguda, lo cual es rápido, pero arriesgado. Alternativamente, se puede cortar con una sierra de diamante , que es un procedimiento más confiable pero tedioso. ^{[104] [106]}

Después del corte inicial, el diamante se forma en numerosas etapas de pulido. A diferencia del corte, que es una operación responsable pero rápida, el pulido elimina el material por erosión gradual y requiere mucho tiempo. La técnica asociada está bien desarrollada; se considera una rutina y puede ser realizado por técnicos. ^[107] Después del pulido, el diamante se vuelve a examinar en busca de posibles defectos, ya sea remanentes o inducidos por el proceso. Esos defectos se ocultan mediante diversas técnicas de mejora de diamantes , como el repulido, el relleno de grietas o la disposición inteligente de la piedra en la joyería. Las inclusiones restantes que no son de diamante se eliminan mediante perforación con láser y rellenando los huecos producidos. ^[58]

Márketing

Escala de equilibrio de diamante 0.01 - 25 quilates Herramienta de medición de joyeros

El marketing ha afectado significativamente la imagen del diamante como un bien valioso.

NW Ayer & Son , la firma publicitaria contratada por De Beers a mediados del siglo XX, logró revivir el mercado estadounidense de diamantes y la firma creó nuevos mercados en países donde antes no había existido una tradición de diamantes. El marketing de NW Ayer incluía la colocación de productos , publicidad centrada en el producto de diamantes en sí en lugar de la marca De Beers y asociaciones con celebridades y realeza. Sin anunciar la marca De Beers, De Beers también anunciaba los productos de diamantes de sus competidores, ^[108] pero esto no era motivo de preocupación, ya que De Beers dominó el mercado de diamantes durante todo el siglo XX. La participación de mercado de De Beers cayó temporalmente al segundo lugar en el mercado global por debajo de Alrosa como consecuencia de la crisis económica global de 2008, hasta menos del 29% en términos de quilates extraídos, en lugar de vendidos. ^[109] La campaña duró décadas, pero se suspendió efectivamente a principios de 2011. De Beers todavía anuncia diamantes, pero la publicidad ahora promueve principalmente sus propias marcas o líneas de productos con licencia, en lugar de productos de diamantes completamente "genéricos". ^[109] Quizás la mejor manera de plasmar la campaña fue el lema " un diamante es para siempre ". ^[110] Este eslogan lo utiliza ahora De Beers Diamond Jewelers, ^[111] una empresa de joyería que es una empresa conjunta al 50% / 50% entre la empresa minera De Beers y LVMH , el conglomerado de artículos de lujo.

Los diamantes de color marrón constituían una parte importante de la producción de diamantes y se utilizaban principalmente con fines industriales. Fueron vistos como inútiles para la joyería (ni siquiera se los evaluó en la escala de color del diamante ). Después del desarrollo de la mina de diamantes Argyle en Australia en 1986 y su comercialización, los diamantes marrones se han convertido en gemas aceptables. ^{[112] [113]} El cambio se debió principalmente a los números: la mina Argyle, con sus 35.000.000 de quilates (7.000 kg) de diamantes al año, produce aproximadamente un tercio de la producción mundial de diamantes naturales; ^{[114] El} 80% de los diamantes Argyle son marrones. ^[115]

Diamantes de grado industrial

Un bisturí con hoja de diamante sintético

Fotografía en primer plano de una cuchilla de amoladora angular con pequeños diamantes que se muestran incrustados en el metal

Una hoja de cuchillo de diamante que se utiliza para cortar secciones ultrafinas (normalmente de 70 a 350 nm) para microscopía electrónica de transmisión

Los diamantes industriales se valoran principalmente por su dureza y conductividad térmica, lo que hace que muchas de las características gemológicas de los diamantes, como las 4 C , sean irrelevantes para la mayoría de las aplicaciones. El 80% de los diamantes extraídos (equivalentes a unos 135.000.000 quilates (27.000 kg) al año) no son adecuados para su uso como piedras preciosas y se utilizan industrialmente. ^[116] Además de los diamantes extraídos, los diamantes sintéticos encontraron aplicaciones industriales casi inmediatamente después de su invención en la década de 1950; otros 570.000.000 de quilates (114.000 kg) de diamante sintético se producen anualmente para uso industrial (en 2004; en 2014 es de 4.500.000.000 de quilates (900.000 kg), el 90% de los cuales se produce en China). Aproximadamente el 90% de la arena de diamante es actualmente de origen sintético. ^[117]

El límite entre los diamantes de calidad gema y los diamantes industriales está mal definido y depende en parte de las condiciones del mercado (por ejemplo, si la demanda de diamantes pulidos es alta, algunas piedras de menor grado se pulirán en piedras preciosas pequeñas o de baja calidad en lugar de venderse para uso industrial). Dentro de la categoría de diamantes industriales, hay una subcategoría que comprende las piedras de menor calidad, en su mayoría opacas, que se conocen como bort . ^[118]

El uso industrial de diamantes se ha asociado históricamente con su dureza, lo que hace que el diamante sea el material ideal para herramientas de corte y esmerilado. Como el material natural más duro conocido, el diamante se puede utilizar para pulir, cortar o desgastar cualquier material, incluidos otros diamantes. Las aplicaciones industriales comunes de esta propiedad incluyen brocas y sierras con punta de diamante , y el uso de polvo de diamante como abrasivo . Los diamantes de grado industrial menos costosos, conocidos como bort, con más defectos y un color más pobre que las gemas, se utilizan para tales fines. ^{[119] El} diamante no es adecuado para el mecanizado de aleaciones ferrosas a altas velocidades, ya que el carbono es soluble en hierro a las altas temperaturas creadas por el mecanizado de alta velocidad, lo que aumenta considerablemente el desgaste de las herramientas de diamante en comparación con las alternativas. ^[120]

Las aplicaciones especializadas incluyen el uso en laboratorios como contención para experimentos de alta presión (ver celda de yunque de diamante ), cojinetes de alto rendimiento y uso limitado en ventanas especializadas . ^[118] Con los continuos avances que se están logrando en la producción de diamantes sintéticos, las aplicaciones futuras se vuelven factibles. La alta conductividad térmica del diamante lo hace adecuado como disipador de calor para circuitos integrados en electrónica . ^[121]

Minería

Aproximadamente 130.000.000 de quilates (26.000 kg) de diamantes se extraen anualmente, con un valor total de casi US $ 9 mil millones, y alrededor de 100.000 kg (220.000 libras) se sintetizan anualmente. ^[122]

Aproximadamente el 49% de los diamantes se originan en África central y meridional , aunque se han descubierto fuentes importantes del mineral en Canadá , India , Rusia , Brasil y Australia . ^[117] Se extraen de tuberías volcánicas de kimberlita y lamproita, que pueden traer cristales de diamante, que se originan en las profundidades de la Tierra, donde las altas presiones y temperaturas les permiten formarse, a la superficie. La extracción y distribución de diamantes naturales son objeto de frecuentes controversias, como las preocupaciones sobre la venta de diamantes de sangre o diamantes de zonas en conflicto por parte de grupos paramilitares africanos . ^[123] La cadena de suministro de diamantes está controlada por un número limitado de empresas poderosas y también está muy concentrada en un pequeño número de lugares en todo el mundo.

Solo una fracción muy pequeña del mineral de diamantes se compone de diamantes reales. El mineral se tritura, durante el cual se requiere cuidado de no destruir diamantes más grandes, y luego se clasifica por densidad. Hoy en día, los diamantes se ubican en la fracción de densidad rica en diamantes con la ayuda de la fluorescencia de rayos X , después de lo cual los pasos finales de clasificación se realizan a mano. Antes de que el uso de rayos X se volviera común, ^[103] la separación se realizaba con cintas de grasa; Los diamantes tienen una tendencia más fuerte a adherirse a la grasa que los otros minerales del mineral. ^[30]

La mina de diamantes Udachnaya de Siberia

Históricamente, los diamantes se encontraban solo en depósitos aluviales en los distritos de Guntur y Krishna del delta del río Krishna en el sur de la India . ^[124] India lideró el mundo en la producción de diamantes desde el momento de su descubrimiento aproximadamente en el siglo IX a. C. ^{[125] [126]} hasta mediados del siglo XVIII d. C., pero el potencial comercial de estas fuentes se había agotado a finales del siglo XVIII. siglo y en ese momento la India fue eclipsada por Brasil, donde se encontraron los primeros diamantes no indios en 1725. ^[125] Actualmente, una de las minas indias más importantes se encuentra en Panna . ^[127]

La extracción de diamantes de depósitos primarios (kimberlitas y lamproitas) comenzó en la década de 1870 después del descubrimiento de Diamond Fields en Sudáfrica. ^{[128] La} producción ha aumentado con el tiempo y ahora se ha extraído un total acumulado de 4.500.000.000 quilates (900.000 kg) desde esa fecha. ^{[129] El} veinte por ciento de esa cantidad se ha extraído en los últimos cinco años, y durante los últimos diez años, nueve nuevas minas han comenzado a producir; cuatro más esperan ser abiertos pronto. La mayoría de estas minas se encuentran en Canadá, Zimbabwe, Angola y una en Rusia. ^[129]

En los Estados Unidos, se han encontrado diamantes en Arkansas , Colorado , Nuevo México , Wyoming y Montana . ^{[130] [131]} En 2004, el descubrimiento de un diamante microscópico en los EE. UU. Condujo al muestreo masivo de tuberías de kimberlita en enero de 2008 en una parte remota de Montana. El Parque Estatal Crater of Diamonds en Arkansas está abierto al público y es la única mina en el mundo donde los miembros del público pueden excavar en busca de diamantes. ^[131]

En la actualidad, la mayoría de los depósitos de diamantes comercialmente viables se encuentran en Rusia (principalmente en la República de Sakha , por ejemplo, la tubería Mir y la tubería Udachnaya ), Botswana , Australia (Australia septentrional y occidental ) y la República Democrática del Congo . ^[132] En 2005, Rusia produjo casi una quinta parte de la producción mundial de diamantes, según el Servicio Geológico Británico . Australia cuenta con la tubería diamantífera más rica, y la producción de la mina de diamantes Argyle alcanzó niveles máximos de 42  toneladas métricas por año en la década de 1990. ^{[130] [133]} También se están explotando activamente depósitos comerciales en los Territorios del Noroeste de Canadá y Brasil. ^[117] Los buscadores de diamantes continúan buscando en el mundo tubos de kimberlita y lamproita que contengan diamantes.

Efectos ambientales

Relaves de arcilla de diamante en la mina Lomonosov, noroeste de Rusia ^[134]

La masa pronosticada de relaves de arcilla de diamante ( saponita ) que se descargará después del procesamiento del mineral representa millones de toneladas. Es preocupante que cuando se encuentran macro y microcomponentes en concentraciones no peligrosas, se realizan menos esfuerzos en la gestión ambiental de los relaves, aunque los sedimentos tecnogénicos ofrecen perspectivas de reutilización y valorización más allá de su disposición tradicional. La saponita es un ejemplo demostrativo del componente de relaves que a menudo se deja maltratado injustamente. La reducción del impacto de los relaves se puede lograr mediante la reutilización de las rocas de arcilla y magnesia almacenadas obtenidas a partir de una suspensión que contiene saponita. La separación electroquímica ayuda a obtener productos modificados que contienen saponitas con altas concentraciones de minerales del grupo de las esmectitas, menor tamaño de partículas minerales, estructura más compacta y mayor área de superficie. Estas características abren posibilidades para la fabricación de cerámicas de alta calidad y sorbentes de metales pesados ​​a partir de productos que contienen saponita. ^[135] Además, el pulido de la cola se produce durante la preparación de la materia prima para la cerámica; este reprocesamiento de residuos es de gran importancia para el uso de pulpa de arcilla como agente neutralizante, ya que se requieren partículas finas para la reacción. Los experimentos de desacidificación de Histosol con la suspensión de arcilla alcalina demostraron que la neutralización con el nivel de pH promedio de 7.1 se alcanza al 30% de la pulpa agregada y un sitio experimental con gramíneas perennes demostró la eficacia de la técnica. Además, la recuperación de tierras perturbadas es parte integral de la responsabilidad social y ambiental de la empresa minera y este escenario aborda las necesidades de la comunidad tanto a nivel local como regional. ^[134]

Problemas politicos

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La minería de diamantes insostenible en Sierra Leona