El diamante es una forma sólida del elemento carbono con sus átomos dispuestos en una estructura cristalina llamada diamante cúbico . Otra forma sólida de carbono conocida como grafito es la forma químicamente estable de carbono a temperatura y presión ambiente , pero el diamante es metaestable y se convierte en él a un ritmo insignificante en esas condiciones. 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 de yunque de diamante pueden someter los materiales a presiones que se encuentran en las profundidades de la Tierra.
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 ). Una pequeña cantidad de defectos o impurezas (aproximadamente uno por millón de átomos de la red) colorean el diamante azul (boro), amarillo (nitrógeno), marrón (defectos), verde (exposición a la radiación), violeta, rosa, naranja o rojo. El diamante también tiene un índice de refracción muy alto y una dispersión óptica relativamente alta .
La mayoría de los diamantes naturales tienen edades comprendidas entre 1.000 y 3.500 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 algunos han llegado a profundidades de hasta 800 kilómetros (500 millas). Bajo alta presión y temperatura, los fluidos que contenían carbono disolvieron varios minerales y los reemplazaron con diamantes. Mucho más recientemente (hace cientos o decenas de millones de años), fueron arrastrados 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 bajo altas presiones y temperaturas o a partir de gases de hidrocarburos mediante deposición química de vapor (CVD). Los diamantes de imitación también se pueden fabricar con materiales como circonita cúbica y carburo de silicio . Los diamantes naturales, sintéticos y de imitación se distinguen más comúnmente mediante técnicas ópticas o mediciones de conductividad térmica.
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 del carbono puro son el diamante y el grafito . En el grafito, los enlaces son híbridos de orbitales sp 2 y los átomos se forman en planos, cada uno de ellos unido a tres vecinos más cercanos separados por 120 grados. En el diamante son sp 3 y los átomos forman tetraedros, cada uno de los cuales está unido a cuatro vecinos más cercanos. [4] [5] 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, razón por la cual es a la vez el más duro y el menos comprimible . [6] [7] También tiene una alta densidad, que oscila entre 3150 y 3530 kilogramos por metro cúbico (más de tres veces la densidad del agua) en diamantes naturales y 3520 kg/m 3 en diamante puro. [2] En el grafito, los enlaces entre vecinos más cercanos son aún más fuertes, pero los enlaces entre planos adyacentes paralelos 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. [8]
Los diamantes se han adoptado para muchos usos debido a las características físicas excepcionales del material. Tiene la mayor conductividad térmica y la mayor velocidad del sonido. 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 sustancias corrosivas y tiene una excelente compatibilidad biológica. [9]
Las condiciones de equilibrio de presión y temperatura para una transición entre grafito y diamante están bien establecidas teórica y experimentalmente. La presión de equilibrio varía linealmente con la temperatura, entre1,7 GPa a0K y12 GPa a5000 K (el punto triple diamante/grafito/líquido ). [10] [11] 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. [7] Sin embargo, a temperaturas superiores a aproximadamente4500 K , el diamante se convierte rápidamente en grafito. La rápida conversión de grafito en diamante requiere presiones muy por encima de la línea de equilibrio: en2000 K , una presión deSe necesitan 35 GPa . [10]
Por encima del punto triple grafito-diamante-carbono líquido, el punto de fusión del diamante aumenta lentamente al aumentar la presión; pero a presiones de cientos de GPa disminuye. [12] A altas presiones, el silicio y el germanio tienen una estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo BC8 , y se predice una estructura similar para el carbono a altas presiones. En0 K , se predice que la transición ocurrirá en1100 GPa . [13]
Los resultados de una investigación publicada en un artículo de la revista científica Nature Physics en 2010 sugieren que a presiones y temperaturas ultraaltas (alrededor de 10 millones de atmósferas o 1 TPa y 50.000 °C) el diamante se funde formando un fluido metálico. Las condiciones extremas necesarias para que esto ocurra se dan en los gigantes de hielo Neptuno y Urano . Ambos planetas están compuestos por aproximadamente un 10 por ciento de carbono e hipotéticamente podrían contener océanos de carbono líquido. Dado que grandes cantidades de líquido metálico pueden influir en el campo magnético, esto podría explicar por qué los polos geográficos y magnéticos de ambos planetas no están alineados. [14] [15]
La estructura cristalina más común del diamante se llama diamante cúbico . Está formado por celdas unitarias (ver figura) apiladas. Aunque hay 18 átomos en la figura, cada átomo de la 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. [16] La longitud de cada lado de la celda unitaria se denota por a y es 3,567 angstroms . [17]
La distancia del vecino más cercano en la red de diamantes es 1,732 a /4, donde a es la constante de la red, generalmente dada en Angstrøms como a = 3,567 Å, que es 0,3567 nm.
Se puede pensar en una red cúbica de diamante como dos redes cúbicas interpenetrantes centradas en las caras con una desplazada 1 ⁄ 4 de la diagonal a lo largo de una celda cúbica, o como una red con dos átomos asociados con cada punto de la red. [17] Visto desde una dirección cristalográfica <1 1 1> , está formado por capas apiladas en un patrón repetitivo 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. [18]
Los diamantes se presentan con mayor frecuencia como octaedros euhedros o redondeados y octaedros maclados conocidos como macles . Como la estructura cristalina del diamante tiene una disposición cúbica de los átomos, estos tienen muchas facetas que pertenecen a un cubo , octaedro, rombicosidodecaedro , tetrakis hexaedro o disdyakis dodecaedro . Los cristales pueden tener las aristas redondeadas e inexpresivas y pueden ser alargados. Los diamantes (especialmente aquellos con caras de cristal redondeadas) se encuentran comúnmente recubiertos de nyf , una piel opaca parecida a una goma. [19]
Algunos diamantes contienen fibras opacas. Se denominan opacos si las fibras crecen a partir de un sustrato transparente o fibrosos si ocupan todo el cristal. Sus colores varían del amarillo al verde o al gris, a veces con impurezas que parecen nubes de blanco a gris. Su forma más común es cúbica, pero también pueden formar octaedros, dodecaedros, maclas o formas combinadas. La estructura es el resultado de numerosas impurezas con tamaños entre 1 y 5 micras. Estos diamantes probablemente se formaron en magma de kimberlita y tomaron muestras de los volátiles. [20]
Los diamantes también pueden formar agregados policristalinos. Ha habido intentos de clasificarlos en grupos con nombres como boart , ballas , stewartita y framesite, pero no existe un conjunto de criterios ampliamente aceptado. [20] El carbonado, un tipo en el que los granos de diamante se sinterizaron (fusionados sin fundirse mediante la aplicación de calor y presión), es de color negro y más resistente que el diamante monocristalino. [21] Nunca se ha observado en una roca volcánica. Existen muchas teorías sobre su origen, incluida la formación en una estrella, pero no hay consenso. [20] [22] [23]
El diamante es el material natural más duro conocido tanto en la escala Vickers como en la escala Mohs . La gran dureza del diamante en relación con otros materiales se conoce desde la antigüedad y de ahí su nombre. Esto no significa que sea infinitamente duro, indestructible o irrompible. [24] De hecho, los diamantes pueden rayarse con otros diamantes [25] y desgastarse con el tiempo incluso con materiales más blandos, como los discos fonográficos de vinilo . [26]
La dureza del diamante depende de su pureza, perfección cristalina y orientación: la dureza es mayor para cristales puros e impecables orientados en la dirección <111> (a lo largo de la diagonal más larga de la red cúbica del diamante). [27] Por lo tanto, mientras que algunos diamantes podrían rayarse con otros materiales, como el nitruro de boro , los diamantes más duros sólo pueden rayarse con otros diamantes y agregados de diamantes nanocristalinos .
La dureza del diamante contribuye a su idoneidad como piedra preciosa. Debido a que sólo puede ser rayado por otros diamantes, mantiene su pulido extremadamente bien. A diferencia de muchas otras gemas, se adapta bien al uso diario debido a su resistencia al rayado, lo que quizás contribuya a su popularidad como gema preferida en anillos de compromiso o de boda , que a menudo se usan todos los días.
Los diamantes naturales más duros se originan principalmente en los campos Copeton y Bingara ubicados en el área de Nueva Inglaterra en Nueva Gales del Sur , Australia. Estos diamantes son generalmente pequeños, octaedros perfectos a semiperfectos y se utilizan para pulir otros diamantes. Su dureza está asociada con la forma de crecimiento cristalino , que es un crecimiento cristalino de una sola etapa. La mayoría de los demás 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 normales bajo una combinación de alta presión y alta temperatura para producir diamantes que son más duros que los diamantes utilizados en los medidores de dureza. [28]
Los diamantes cortan el vidrio, pero esto no identifica positivamente a un diamante porque otros materiales, como el cuarzo, también se encuentran encima del vidrio en la escala de Mohs y también pueden cortarlo. Los diamantes pueden rayar otros diamantes, pero esto puede provocar daños en una o ambas piedras. Las pruebas de dureza se utilizan con poca frecuencia en gemología práctica debido a su naturaleza potencialmente destructiva. [29] La extrema dureza y el alto valor del diamante significa que las gemas generalmente se pulen lentamente, utilizando minuciosas técnicas tradicionales y mayor atención al detalle que la mayoría de las otras piedras preciosas; [30] estos tienden a dar como resultado facetas extremadamente planas y altamente pulidas con bordes facetados excepcionalmente afilados. Los diamantes también poseen un índice de refracción extremadamente alto y una dispersión bastante alta. En conjunto, estos factores afectan la apariencia general de un diamante pulido y la mayoría de los diamantistas todavía dependen del uso experto de una lupa (lupa) para identificar los diamantes "a ojo". [31]
Algo relacionado con la dureza es otra propiedad mecánica, la tenacidad , que es la capacidad de un material para resistir la rotura debido a un impacto fuerte. La tenacidad del diamante natural se ha medido entre 50 y 65 MPa ·m 1/2 . [ se necesita aclaración ] [32] [33] Este valor es bueno en comparación con otros materiales cerámicos, pero deficiente en comparación con la mayoría de los materiales de ingeniería, como las aleaciones de ingeniería, que normalmente exhiben una tenacidad superior a 80 MPa·m 1/2 . Como ocurre con cualquier material, la geometría macroscópica de un diamante contribuye a su resistencia a la rotura. El diamante tiene un plano de escisión y, por tanto, es más frágil en algunas orientaciones que en otras. Los cortadores de diamantes utilizan este atributo para partir algunas piedras, antes de facetarlas. [34] La "dureza al impacto" es uno de los principales índices para medir la calidad de los diamantes industriales sintéticos.
El diamante tiene un límite elástico a la compresión de 130 a 140 GPa. [35] 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. [36] Estos yunques han alcanzado presiones de600 GPa . [37] Es posible que se puedan alcanzar presiones mucho más altas con diamantes nanocristalinos . [36] [37]
Por lo general, intentar deformar el cristal de diamante en masa mediante tensión o flexión produce una fractura frágil. Sin embargo, cuando el diamante monocristalino está en forma de alambres o agujas de micro/nanoescala (~100 a 300 nanómetros de diámetro, micrómetros de largo), se pueden estirar elásticamente hasta un 9 a 10 por ciento de tensión de tracción sin fallar [38 ] con una tensión de tracción local máxima de ~89 a 98 GPa , [39] muy cerca del límite teórico para este material. [40]
También existen o se están desarrollando otras aplicaciones especializadas, incluido su 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 se originan a partir de impurezas de boro. El boro sustituye a los átomos de carbono en la red del diamante, donando un hueco en la banda de valencia . [41]
Se observa comúnmente una conductividad sustancial en diamantes nominalmente no dopados cultivados mediante deposición química de vapor . Esta conductividad está asociada con especies relacionadas con el hidrógeno adsorbidas en la superficie y puede eliminarse mediante recocido u otros tratamientos de superficie. [42] [43]
Se pueden hacer finas agujas de diamante para variar su banda prohibida electrónica desde los 5,6 eV normales hasta casi cero mediante deformación mecánica selectiva. [44]
Las obleas de diamante de alta pureza de 5 cm de diámetro presentan una resistencia perfecta en una dirección y una conductancia perfecta en la otra, lo que permite utilizarlas para el almacenamiento de datos cuánticos. El material contiene sólo 3 partes por millón de nitrógeno. El diamante se cultivó sobre un sustrato escalonado, lo que eliminó las grietas. [45]
Los diamantes son naturalmente lipófilos e hidrofóbicos , lo que significa que la superficie de los diamantes no puede mojarse con agua, pero puede mojarse y pegarse 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 . [46]
La superficie de los diamantes está parcialmente oxidada. La superficie oxidada se puede reducir mediante tratamiento térmico bajo 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 las 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 tanto, los diamantes deben reducirse por debajo de esta temperatura. [47]
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 oscila entre 690 °C (1274 °F) y 840 °C (1540 °F); Los cristales más pequeños tienden a quemarse más fácilmente. Aumenta su temperatura del rojo al blanco y arde con una llama azul pálida, y continúa ardiendo después de que se retira la fuente de calor. Por el contrario, en el aire la combustión cesa tan pronto como se elimina el calor porque el oxígeno se diluye con nitrógeno. Un diamante claro, impecable y transparente se convierte completamente en dióxido de carbono; cualquier impureza quedará como ceniza. [48] El calor generado al cortar un diamante no encenderá el diamante, [49] ni tampoco lo hará un encendedor de cigarrillos, [50] pero los incendios domésticos y los sopletes son lo suficientemente calientes. Los joyeros deben tener cuidado al moldear el metal en un anillo de diamantes. [51]
El polvo de diamante de un tamaño de grano adecuado (unas 50 micras) arde con una lluvia de chispas tras encenderse con una llama. En consecuencia, se pueden preparar composiciones pirotécnicas a base de polvo de diamante sintético . Las chispas resultantes son del habitual color rojo anaranjado, comparable al carbón, pero muestran una trayectoria muy lineal, lo que se explica por su alta densidad. [52] El diamante también reacciona con gas flúor por encima de aproximadamente 700 °C (1292 °F).
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 del diamante se originan a partir de impurezas y defectos de la red. La red cristalina del diamante es excepcionalmente fuerte y sólo átomos de nitrógeno , boro e hidrógeno pueden introducirse en el diamante 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 [53] e incluso menos para el cobalto. Prácticamente cualquier elemento puede introducirse en el diamante mediante implantación de iones. [54]
El nitrógeno es, con diferencia, la impureza más común que se encuentra en los diamantes gema y es responsable del color amarillo y marrón de los diamantes. El boro es el responsable del color azul. [55] 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 [56] y quizás rosados y rojos. [57] En orden de rareza creciente, al diamante amarillo le siguen el marrón, el incoloro, luego el azul, el verde, el negro, el rosa, el naranja, el morado y el rojo. [34] Los diamantes "negros", o carbonados , no son verdaderamente 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 provocan la coloración, mientras que los diamantes puros o casi puros son transparentes e incoloros. La mayoría de las impurezas del diamante reemplazan un átomo de carbono en la red cristalina , lo que se conoce como defecto de carbono . La impureza más común, el nitrógeno, provoca una coloración amarilla de leve a intensa según el tipo y la concentración de nitrógeno presente. [34] El Instituto Gemológico de América (GIA) clasifica los diamantes amarillos y marrones de baja saturación como diamantes en la gama de colores normales y aplica una escala de clasificación de "D" (incoloro) a "Z" (amarillo claro). Los diamantes amarillos de alta saturación de color o de un color diferente, como rosa o azul, se denominan diamantes de colores elegantes y se incluyen en una escala de clasificación diferente. [34]
En 2008, el diamante Wittelsbach , un diamante azul de 35,56 quilates (7,112 g) que alguna vez perteneció al rey de España, se vendió por más de 24 millones de dólares en una subasta de Christie's. [58] 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 estadounidenses al precio de venta). tiempo). [59] Sin embargo, ese récord se batió el mismo año: un diamante rosa intenso de 5 quilates (1,0 g) se vendió por 10,8 millones de dólares en Hong Kong el 1 de diciembre de 2009. [60]
La claridad es una de las 4C (color, claridad, talla y peso en quilates) que ayuda a identificar la calidad de los diamantes. El Instituto Gemológico de América (GIA) desarrolló 11 escalas de claridad para decidir la calidad de un diamante por su valor de venta. La escala de claridad del GIA abarca desde impecable (FL) hasta incluido (I), con un interior impecable (IF), muy, muy ligeramente incluido (VVS), muy ligeramente incluido (VS) y ligeramente incluido (SI) en el medio. Las impurezas en los diamantes naturales se deben a la presencia de minerales y óxidos naturales. La escala de claridad clasifica el diamante según el color, el tamaño, la ubicación de la impureza y la cantidad de claridad visible con un aumento de 10x. [61] Las inclusiones en el diamante se pueden extraer mediante métodos ópticos. El proceso consiste en tomar imágenes de mejora previa, identificar la parte de eliminación de inclusiones y finalmente eliminar las facetas y los ruidos del diamante. [62]
Entre el 25% y el 35% de los diamantes naturales exhiben algún grado de fluorescencia cuando se examinan bajo luz ultravioleta invisible de onda larga o fuentes de radiación de mayor energía, como rayos X y láseres. [63] La iluminación incandescente no hará que un diamante sea fluorescente. Los diamantes pueden emitir fluorescencia en una variedad de colores, incluido el azul (el más común), naranja, amarillo, blanco, verde y, muy raramente, rojo y morado. Aunque las causas no se comprenden bien, se cree que las variaciones en la estructura atómica, como el número de átomos de nitrógeno presentes, contribuyen al fenómeno.
Los diamantes se pueden identificar por su alta conductividad térmica (900–2320 W·m −1 ·K −1 ). [64] Su alto índice de refracción también es indicativo, pero otros materiales tienen una refracción similar.
Los diamantes son extremadamente raros, con concentraciones de como máximo partes por mil millones en la roca madre. [20] Antes del siglo XX, la mayoría de los diamantes se encontraban en depósitos aluviales . Los diamantes sueltos también se encuentran a lo largo de costas antiguas y existentes , donde tienden a acumularse debido a su tamaño y densidad. [65] : 149 Rara vez se han encontrado en labranzas glaciales (especialmente en Wisconsin e Indiana ), pero estos depósitos no son de calidad comercial. [65] : 19 Estos tipos de depósitos se derivaron de intrusiones ígneas localizadas a través de la erosión y el transporte por viento o agua . [66]
La mayoría de los diamantes provienen del manto de la Tierra y la mayor parte de esta sección analiza esos diamantes. Sin embargo, existen otras fuentes. Algunos bloques de la corteza, o terrenos , han quedado enterrados a una profundidad suficiente a medida que la corteza se espesaba, por lo que experimentaron un metamorfismo de presión ultraalta . 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 lo suficientemente altas como para que se formen microdiamantes y nanodiamantes . [66] Los microdiamantes de tipo impacto se pueden utilizar como indicador de cráteres de impacto antiguos. [67] La estructura de impacto de 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. [68]
Un error común es creer 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 que se han fechado son mucho más antiguos que las primeras plantas terrestres . Es posible que los diamantes se formen a partir de carbón en 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. [69] [70]
Los diamantes están lejos de estar distribuidos uniformemente en la Tierra. Una regla general 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 los continentes con edades típicas de 2.500 millones de años o más. [66] [71] : 314 Sin embargo, hay excepciones. La mina de diamantes Argyle en Australia , la mayor productora de diamantes por peso del mundo, está situada en un cinturón móvil , también conocido como cinturón orogénico , [72] una zona más débil que rodea el cratón central que ha sufrido tectónica de compresión. En lugar de kimberlita , la roca huésped es lamproita . También se encuentran lamproitas con diamantes que no son económicamente viables en Estados Unidos, India y Australia. [66] Además, los diamantes en el cinturón de 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 . [66]
Las kimberlitas se pueden encontrar en diques y umbrales estrechos (de 1 a 4 metros) y en tuberías con diámetros que oscilan entre 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. [73] Es una roca híbrida con una mezcla caótica de pequeños minerales y fragmentos de roca ( clastos ) del tamaño de una sandía. Son una mezcla de xenocristales y xenolitos (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 el mineral calcita ( Ca C O
3). [66]
Las tres rocas que contienen diamantes (kimberlita, lamproita y lamprofiro) carecen de ciertos minerales ( melilita y kalsilita ) que son incompatibles con la formación de diamantes. En la kimberlita, el olivino es grande y llamativo, mientras que la lamproita tiene tiflogopita y el lamprofiro tiene biotita y anfíbol . Todos ellos se derivan de tipos de magma que estallan rápidamente a partir de pequeñas cantidades de material fundido, son ricos en volátiles y óxido de magnesio , y son menos oxidantes que los fundidos del manto más comunes, como el basalto . Estas características permiten que las masas fundidas lleven los diamantes a la superficie antes de que se disuelvan. [66]
Las pipas de kimberlita pueden ser difíciles de encontrar. Se desgastan 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 lo son 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 acudir a la zona 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 de la masa fundida o las altas presiones en las eclogitas . Sin embargo, los minerales indicadores pueden ser engañosos; un mejor enfoque es la geotermobarometría , donde se analizan las composiciones de los minerales como si estuvieran en equilibrio con los minerales del manto. [66]
Encontrar kimberlitas requiere perseverancia y sólo una pequeña fracción contiene diamantes que son comercialmente viables. Los únicos descubrimientos importantes desde aproximadamente 1980 se han producido en Canadá. Dado que las minas existentes tienen una vida útil de tan sólo 25 años, podría haber escasez de nuevos diamantes en el futuro. [66]
Los diamantes se datan analizando inclusiones mediante 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 argón-39 o del renio en osmio . Los que se encuentran en las kimberlitas tienen edades que oscilan entre 1 y 3.500 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 comprendidas entre decenas de millones y 300 millones de años, aunque existen algunas excepciones más antiguas (Argyle, Premier y Wawa). Así, las kimberlitas se formaron independientemente de los diamantes y sirvieron únicamente para transportarlos a la superficie. [20] [66] Las kimberlitas también son mucho más jóvenes que los cratones a través de los cuales han entrado en erupción. Se desconoce el motivo de la falta de kimberlitas más antiguas, pero sugiere que hubo algún cambio en la química o tectónica del manto. Ninguna kimberlita ha hecho erupción en la historia de la humanidad. [66]
La mayoría de los diamantes con calidad de gema provienen de profundidades de 150 a 250 km en la litosfera . Estas profundidades se producen debajo de los cratones de 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 convectivos, por lo que los diamantes pueden almacenarse durante miles de millones de años hasta que una erupción de kimberlita los muestree. [66]
Las rocas anfitrionas en la quilla del manto incluyen la harzburgita y la lherzolita , dos tipos de peridotita . La peridotita , el tipo de roca más dominante en el manto superior , 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. [66] Otra fuente común que mantiene los diamantes intactos es la eclogita , una roca metamórfica que normalmente se forma a partir de basalto cuando una placa oceánica se sumerge en el manto en una zona de subducción . [20]
Una fracción más pequeña de diamantes (se han estudiado unos 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 de entre 660 y 800 km. [20]
El diamante es termodinámicamente estable a altas presiones y temperaturas, y la transición de fase del grafito se produce a mayores temperaturas a medida que aumenta la presión. Así, 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 y níquel y es probable que el carbono esté disuelto en ellas o en forma de carburos . Por tanto, el origen más profundo de algunos diamantes puede reflejar entornos de crecimiento inusuales. [20] [66]
En 2018 se encontraron las primeras muestras naturales conocidas de una fase de hielo llamada Hielo VII como inclusiones en muestras de diamantes. Las inclusiones se formaron a profundidades de entre 400 y 800 km, a caballo entre el manto superior e inferior, y proporcionan evidencia de fluido rico en agua a estas profundidades. [75] [76]
El manto tiene aproximadamente mil millones de gigatoneladas de carbono (a modo de comparación, el sistema atmósfera-océano tiene alrededor de 44.000 gigatoneladas). [77] El carbono tiene dos isótopos estables , 12 C y 13 C , en una proporción de aproximadamente 99:1 en masa. [66] Esta proporción tiene un amplio rango en los meteoritos, lo que implica que también varió mucho en la Tierra primitiva. También puede verse alterado por procesos superficiales como la fotosíntesis . La fracción se compara generalmente con una muestra estándar utilizando una relación δ 13 C expresada en partes por mil. Las rocas comunes del manto, como los basaltos, las carbonatitas y las 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. [20]
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 se encuentra en el rango del manto. Esta variabilidad implica que no se forman a partir de carbono primordial (que ha residido en el manto desde que se formó la Tierra). Más bien, son el resultado de procesos tectónicos, aunque (dadas las edades de los diamantes) no necesariamente son los mismos procesos tectónicos que actúan en el presente. [66]
Los diamantes en el manto se forman a través de un proceso metasomático en el que un fluido o fundido C – O – H – N – S disuelve los minerales en una roca y los reemplaza con nuevos minerales. (El término vago C–O–H–N–S se usa comúnmente porque no se conoce la composición exacta.) Los diamantes se forman a partir de este fluido ya sea por reducción de carbono oxidado (por ejemplo, CO 2 o CO 3 ) o por oxidación de un carbono reducido . fase como el metano . [20]
Utilizando sondas como la luz polarizada, la fotoluminiscencia y la catodoluminiscencia , se pueden identificar una serie de zonas de crecimiento en los diamantes. El patrón característico de los diamantes de la litosfera implica una serie casi concéntrica de zonas con oscilaciones muy finas de luminiscencia y episodios alternos en los que el fluido reabsorbe el carbono y luego vuelve a crecer. Los diamantes que se encuentran debajo de la litosfera tienen una textura más irregular, casi policristalina, lo que refleja las temperaturas y presiones más altas, así como el transporte de los diamantes por convección. [66]
La evidencia geológica respalda un modelo en el que el magma de kimberlita se eleva a entre 4 y 20 metros por segundo, creando un camino ascendente mediante fractura hidráulica de la roca. A medida que la presión disminuye, una fase de vapor se disuelve del magma, lo que 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 un tubo y produciendo roca fragmentada ( brecha ). A medida que la erupción disminuye, hay fase piroclástica y luego metamorfismo e hidratación produce serpentinitas . [66]
En casos raros, se han encontrado diamantes que contienen una cavidad dentro de la cual se encuentra un segundo diamante. El primer diamante doble, la Matryoshka , fue encontrado por Alrosa en Yakutia , Rusia, en 2019. [78] Otro fue encontrado en Ellendale Diamond Field en Australia Occidental en 2021. [79]
Aunque los diamantes en la Tierra son raros, son muy comunes en el espacio. En los meteoritos , alrededor del tres por ciento del carbono se encuentra 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 en estrellas fuera del Sistema Solar. [80]
Experimentos de alta presión predicen que grandes cantidades de diamantes se condensan a partir de metano formando una "lluvia de diamantes" en los planetas gigantes de hielo Urano y Neptuno . [81] [82] [83] Algunos planetas extrasolares pueden estar compuestos casi en su totalidad de diamante. [84]
Los diamantes pueden existir en estrellas ricas en carbono, particularmente en las 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 . [85] [86] Los diamantes formados en las estrellas pueden haber sido los primeros minerales. [87]
Los usos más familiares de los diamantes en la actualidad son como piedras preciosas utilizadas para adornos y como abrasivos industriales para cortar materiales duros. Los mercados de diamantes de calidad gema y de calidad industrial valoran los diamantes de manera diferente.
La dispersión de la luz blanca en colores espectrales es la principal característica gemológica de los diamantes gema. En el siglo XX, los expertos en gemología desarrollaron métodos para clasificar diamantes y otras piedras preciosas basándose en las características más importantes para su valor como gema. Actualmente se utilizan comúnmente cuatro características, conocidas informalmente como las cuatro C , como descriptores básicos de los diamantes: su masa en quilates (un quilate equivale a 0,2 gramos), la talla (la calidad de la talla se clasifica según las proporciones ) y la simetría. y pulido ), color (qué tan cercano al blanco o incoloro; en el caso de los diamantes elegantes, qué tan intenso es su tono) y claridad (qué tan libre está de inclusiones ). Un diamante grande e impecable se conoce como modelo . [88]
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, diamantaires, bolsas, etc.). Una característica distintiva del comercio de diamantes con calidad de gema es su notable concentración: el comercio mayorista y el corte de diamantes se limitan a unos pocos lugares; En 2003, el 92% de los diamantes del mundo fueron cortados y pulidos en Surat , India . [89] 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 tubos de kimberlita representan cada una una parte importante 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 [90] ). Los depósitos secundarios de diamantes aluviales, por otra parte, tienden a estar fragmentados entre muchos operadores diferentes porque pueden estar dispersos en muchos cientos de kilómetros cuadrados (por ejemplo, los depósitos aluviales en Brasil). [ cita necesaria ]
La producción y distribución de diamantes está en gran medida consolidada en manos de unos pocos actores clave y concentrada en los centros tradicionales de comercio de diamantes, siendo el más importante Amberes, donde se encuentran el 80% de todos los diamantes en bruto , el 50% de todos los diamantes tallados y más del 50% de los diamantes tallados. Se maneja el % de todos los diamantes en bruto, tallados e industriales combinados. [91] Esto convierte a Amberes en una "capital mundial de los diamantes" de facto. [92] La ciudad de Amberes también alberga el Antwerpsche Diamantkring , creado en 1929 para convertirse en la primera y más grande bolsa de diamantes dedicada a los diamantes en bruto. [93] Otro importante centro de diamantes es la ciudad de Nueva York, donde se venden casi el 80% de los diamantes del mundo, incluidas las subastas. [91]
La empresa De Beers , como mayor empresa minera de diamantes del mundo, ocupa una posición dominante en el sector 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 con calidad de gema. Diamond Trading Company (DTC) es una filial de De Beers y comercializa diamantes en bruto procedentes de minas operadas por De Beers. De Beers y sus filiales 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, [94] pero entre 2001 y 2009 la cifra había disminuido a alrededor del 45%, [95] y en 2013 la participación de mercado de la empresa había disminuido aún más hasta alrededor del 38% en términos de valor y aún menos en volumen. [96] De Beers vendió la gran mayoría de sus reservas de diamantes a finales de la década de 1990 y principios de la década de 2000 [97] y el resto representa en gran medida existencias en funcionamiento (diamantes que se clasifican antes de la venta). [98] Esto fue bien documentado en la prensa [99] pero sigue siendo poco conocido por el público en general.
Para reducir su influencia, De Beers dejó de comprar 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 . [100] En enero de 2011, De Beers afirma que solo vende diamantes de los cuatro países siguientes: Botswana, Namibia, Sudáfrica y Canadá. [101] Alrosa tuvo que suspender sus ventas en octubre de 2008 debido a la crisis energética mundial , [ cita necesaria ] pero la compañía informó que había reanudado la venta de diamantes en bruto en el mercado abierto en octubre de 2009. [102] Además de Alrosa, otros importantes empresas mineras de diamantes incluyen BHP , que es la empresa minera más grande del mundo; [103] Rio Tinto , propietario de las minas de diamantes Argyle (100%), Diavik (60%) y Murowa (78%); [104] y Petra Diamonds , propietaria de varias minas de diamantes importantes en África.
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 mayorista de diamantes, comercializando tanto diamantes pulidos como en bruto. La WFDB está formada por bolsas de diamantes independientes en importantes centros de corte como Tel Aviv, Amberes, Johannesburgo y otras ciudades de Estados Unidos, Europa y Asia. [34] En 2000, la WFDB y la Asociación Internacional de Fabricantes de Diamantes establecieron el Consejo Mundial del Diamante para impedir 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. [105]
Una vez comprados por 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 su venta como piedras preciosas (las piedras "industriales" se consideran un subproducto de el mercado de piedras preciosas; se utilizan como abrasivos). [106] 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. [106] 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. [106] Los centros de corte con menor costo de mano de obra, en particular Surat en Gujarat, India , manejan una mayor cantidad de diamantes de menor quilate, mientras que es más probable que cantidades menores de diamantes más grandes o más valiosos se manejen 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 preparar diamantes más pequeños como gemas en mayores cantidades de lo que antes era económicamente viable. [91]
Los diamantes preparados como piedras preciosas se venden en bolsas de diamantes llamadas bolsas . Hay 28 bolsas de diamantes registradas en el mundo. [107] 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 los preparan para la venta final al consumidor. Los diamantes se pueden vender ya engastados en joyería o sin engarzar ("sueltos"). Según Rio Tinto, en 2002 los diamantes producidos y lanzados al mercado estaban valorados en 9.000 millones de dólares como diamantes en bruto, 14.000 millones de dólares después de ser cortados y pulidos, 28.000 millones de dólares en joyería de diamantes al por mayor y 57.000 millones de dólares en ventas al por menor. . [108]
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Los diamantes en bruto extraídos se convierten en gemas mediante un proceso de varios pasos llamado "corte". Los diamantes son extremadamente duros, pero también quebradizos y pueden romperse de un solo golpe. Por lo tanto, el corte de diamantes se considera tradicionalmente 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%. [109] Se consideran varias formas posibles, pero la decisión final a menudo está determinada no sólo por consideraciones científicas sino también prácticas. Por ejemplo, el diamante podría estar destinado a exhibirse o usarse, en un anillo o collar, solo o rodeado por otras gemas de cierto color y forma. [110] Algunos de ellos pueden considerarse clásicos, como los diamantes redondos , pera , marquesa , ovalados , corazones y flechas , etc. Algunos de ellos son especiales, producidos por determinadas empresas, por ejemplo, los diamantes Phoenix, Cushion, Sole Mio. , etc. [111]
La parte del corte que requiere más tiempo es el análisis preliminar de la piedra en bruto. Debe abordar una gran cantidad de cuestiones, conlleva mucha responsabilidad y, por lo tanto, puede durar años en el caso de diamantes únicos. Se consideran las siguientes cuestiones:
Después del corte inicial, al diamante se le da forma en numerosas etapas de pulido. A diferencia del corte, que es una operación responsable pero rápida, el pulido elimina material por erosión gradual y requiere mucho tiempo. La técnica asociada está bien desarrollada; se considera una rutina y puede ser realizado por técnicos. [113] Después del pulido, el diamante se vuelve a examinar para detectar posibles defectos, ya sean restantes o inducidos por el proceso. Esos defectos se ocultan mediante diversas técnicas de mejora de los 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. [29]
El marketing ha afectado significativamente la imagen del diamante como bien valioso.
NW Ayer & Son , la empresa de publicidad contratada por De Beers a mediados del siglo XX, logró revivir el mercado estadounidense de diamantes y la empresa creó nuevos mercados en países donde antes no había existido una tradición de diamantes. El marketing de NW Ayer incluía colocación de productos , publicidad centrada en el producto de diamantes en sí en lugar de la marca De Beers y asociaciones con celebridades y la realeza. Sin anunciar la marca De Beers, De Beers también anunciaba los productos de diamantes de sus competidores, [114] pero esto no era una preocupación ya que De Beers dominó el mercado de diamantes durante todo el siglo XX. La cuota de mercado de De Beers cayó temporalmente al segundo lugar en el mercado global detrás de Alrosa después de la crisis económica mundial de 2008, hasta menos del 29% en términos de quilates extraídos, en lugar de vendidos. [115] La campaña duró décadas, pero se suspendió efectivamente a principios de 2011. De Beers todavía anuncia diamantes, pero ahora la publicidad promociona principalmente sus propias marcas o líneas de productos con licencia, en lugar de productos de diamantes completamente "genéricos". [115] La campaña fue quizás mejor captada por el lema " un diamante es para siempre ". [116] Este eslogan lo utiliza ahora De Beers Diamond Jewelers, [117] 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 predominantemente con fines industriales. Se los consideraba inútiles como joyería (ni siquiera se los evaluaba en la escala de colores de los diamantes ). 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. [118] [119] El cambio se debió principalmente a las cifras: la mina Argyle, con sus 35.000.000 de quilates (7.000 kg) de diamantes al año, genera aproximadamente un tercio de la producción mundial de diamantes naturales; [120] El 80% de los diamantes Argyle son marrones. [121]
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 ochenta por ciento de los diamantes extraídos (equivalente a unos 135.000.000 quilates (27.000 kg) al año) no son aptos para su uso como piedras preciosas y se utilizan industrialmente. [122] Además de los diamantes extraídos, los diamantes sintéticos encontraron aplicaciones industriales casi inmediatamente después de su invención en la década de 1950; en 2014 se produjeron 4.500.000.000 de quilates (900.000 kg) de diamantes sintéticos, el 90% de los cuales se produjeron en China. Actualmente , aproximadamente el 90% de la arena de diamante es de origen sintético. [123]
El límite entre los diamantes con calidad de 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 calidad se pulirán hasta convertirlas en piedras preciosas pequeñas o de baja calidad en lugar de venderse). para uso industrial). Dentro de la categoría de diamantes industriales, existe una subcategoría que comprende las piedras de menor calidad, en su mayoría opacas, que se conocen como bort . [124]
El uso industrial de los diamantes ha estado históricamente asociado a su dureza, lo que convierte al diamante en el material ideal para herramientas de corte y rectificado. Al ser 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 . Para tales fines se utilizan diamantes de calidad industrial (bort), menos costosos, con más defectos y un color más pobre que las gemas. [125] El diamante no es adecuado para mecanizar aleaciones ferrosas a altas velocidades, ya que el carbono es soluble en hierro a las altas temperaturas creadas por el mecanizado a alta velocidad, lo que provoca un desgaste mucho mayor de las herramientas de diamante en comparación con las alternativas. [126]
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 . [124] Con los continuos avances en la producción de diamantes sintéticos, las aplicaciones futuras se están volviendo factibles. La alta conductividad térmica del diamante lo hace adecuado como disipador de calor para circuitos integrados en electrónica . [127]
Anualmente se extraen aproximadamente 130.000.000 de quilates (26.000 kg) de diamantes, con un valor total de casi 9.000 millones de dólares, y anualmente se sintetizan alrededor de 100.000 kg (220.000 libras). [128]
Aproximadamente el 49% de los diamantes proceden de África central y meridional , aunque se han descubierto importantes fuentes del mineral en Canadá , India , Rusia , Brasil y Australia . [123] Se extraen de tuberías volcánicas de kimberlita y lamproita, que pueden traer a la superficie cristales de diamante, originados en las profundidades de la Tierra, donde las altas presiones y temperaturas les permiten formarse. La extracción y distribución de diamantes naturales son temas de controversia frecuente, como la preocupación por la venta de diamantes ensangrentados o diamantes de zonas conflictivas por parte de grupos paramilitares africanos . [129] 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.
Sólo una fracción muy pequeña del mineral de diamante está formada por diamantes reales. El mineral se tritura, durante lo cual se debe tener cuidado de no destruir los 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 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 convirtiera en algo común, [109] la separación se hacía con cintas de grasa; Los diamantes tienen una mayor tendencia a adherirse a la grasa que los otros minerales del mineral. [34]
Históricamente, los diamantes se encontraban sólo en depósitos aluviales en Guntur y el distrito de Krishna del delta del río Krishna en el sur de la India . [130] India lideró el mundo en producción de diamantes desde el momento de su descubrimiento aproximadamente en el siglo IX a.C. [131] [132] 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. [131] Actualmente, una de las minas indias más destacadas se encuentra en Panna . [133]
La extracción de diamantes de depósitos primarios (kimberlitas y lamproitas) comenzó en la década de 1870, después del descubrimiento de los campos de diamantes en Sudáfrica. [134] 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. [135] El veinte por ciento de esa cantidad ha sido minado en los últimos cinco años, y durante los últimos 10 años, nueve nuevas minas han comenzado a producir; cuatro más están esperando ser abiertos pronto. La mayoría de estas minas están ubicadas en Canadá, Zimbabwe, Angola y una en Rusia. [135]
En Estados Unidos, se han encontrado diamantes en Arkansas , Colorado , Nuevo México , Wyoming y Montana . [136] [137] En 2004, el descubrimiento de un diamante microscópico en los EE. UU. condujo al muestreo masivo de tubos 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 el público puede excavar en busca de diamantes. [137]
Hoy en día, la mayoría de los depósitos de diamantes comercialmente viables se encuentran en Rusia (principalmente en la República de Sajá , por ejemplo Mir pipe y Udachnaya pipe ), Botswana , Australia ( Australia septentrional y occidental ) y la República Democrática del Congo . [138] En 2005, Rusia produjo casi una quinta parte de la producción mundial de diamantes, según el Servicio Geológico Británico . Australia cuenta con el tubo diamantífero más rico: la producción de la mina de diamantes Argyle alcanzó niveles máximos de 42 toneladas métricas por año en la década de 1990. [136] [139] También hay depósitos comerciales que se explotan activamente en los Territorios del Noroeste de Canadá y Brasil. [123] Los buscadores de diamantes continúan buscando en todo el mundo tubos de kimberlita y lamproita que contengan diamantes.
En algunos de los países de África central y occidental más inestables políticamente, grupos revolucionarios han tomado el control de las minas de diamantes y utilizan los ingresos de las ventas de diamantes para financiar sus operaciones. Los diamantes vendidos mediante este proceso se conocen como diamantes en conflicto o diamantes de sangre . [129]
En respuesta a la preocupación pública de que sus compras de diamantes estaban contribuyendo a la guerra y a abusos contra los derechos humanos en África central y occidental , las Naciones Unidas , la industria de los diamantes y las naciones comerciantes de diamantes introdujeron el Proceso de Kimberley en 2002. [140] El Proceso de Kimberley tiene como objetivo garantizar que los diamantes de zonas conflictivas no se mezclen con los diamantes que no están controlados por esos grupos rebeldes. Esto se hace exigiendo a los países productores de diamantes que presenten pruebas de que el dinero que obtienen con la venta de los diamantes no se utiliza para financiar actividades criminales o revolucionarias. Aunque el Proceso de Kimberley ha tenido un éxito moderado a la hora de limitar el número de diamantes de zonas en conflicto que entran en el mercado, algunos todavía logran entrar. Según la Asociación Internacional de Fabricantes de Diamantes, los diamantes de zonas en conflicto constituyen entre el 2% y el 3% de todos los diamantes comercializados. [141] Dos defectos importantes aún obstaculizan la eficacia del Proceso de Kimberley: (1) la relativa facilidad del contrabando de diamantes a través de las fronteras africanas, y (2) la naturaleza violenta de la extracción de diamantes en naciones que no se encuentran técnicamente en estado de guerra y cuyos diamantes se consideran, por tanto, "limpios". [140]
El Gobierno canadiense ha creado un organismo conocido como Código de conducta de los diamantes canadienses [142] para ayudar a autenticar los diamantes canadienses. Se trata de un estricto sistema de seguimiento de diamantes y ayuda a proteger la etiqueta "libre de conflictos" de los diamantes canadienses. [143]
La explotación de recursos minerales en general causa daños ambientales irreversibles, que deben sopesarse con los beneficios socioeconómicos para un país. [144]
Los diamantes sintéticos son diamantes fabricados en un laboratorio, a diferencia de los diamantes extraídos de la Tierra. Los usos gemológicos e industriales del diamante han creado una gran demanda de piedras en bruto. Esta demanda ha sido satisfecha en gran parte por los diamantes sintéticos, que se fabrican mediante diversos procesos desde hace más de medio siglo. Sin embargo, en los últimos años ha sido posible producir diamantes sintéticos de tamaño significativo y con calidad de gema. [65] Es posible fabricar piedras preciosas sintéticas incoloras que, a nivel molecular, son idénticas a las piedras naturales y tan visualmente similares que sólo un gemólogo con equipo especial puede notar la diferencia. [145]
La mayoría de los diamantes sintéticos disponibles comercialmente son amarillos y se producen mediante los llamados procesos de alta presión y alta temperatura ( HPHT ). [146] El color amarillo es causado por impurezas de nitrógeno . También se pueden reproducir otros colores como el azul, el verde o el rosa, que son resultado de la adición de boro o de la irradiación después de la síntesis. [147]
Otro método popular para cultivar diamantes sintéticos es la deposición química de vapor (CVD). El crecimiento se produce a baja presión (por debajo de la presión atmosférica). Implica alimentar una mezcla de gases (normalmente de 1 a 99 de metano a hidrógeno ) en una cámara y dividirlos en radicales químicamente activos en un plasma encendido por microondas , filamento caliente , descarga de arco , soplete de soldadura o láser . [148] Este método se utiliza principalmente para recubrimientos, pero también puede producir monocristales de varios milímetros de tamaño (ver imagen). [128]
En 2010, casi todos los 5.000 millones de quilates (1.000 toneladas) de diamantes sintéticos producidos al año son para uso industrial. Alrededor del 50% de los 133 millones de quilates de diamantes naturales extraídos cada año acaban en uso industrial. [145] [149] Los gastos de las empresas mineras promedian entre 40 y 60 dólares estadounidenses por quilate para los diamantes incoloros naturales, mientras que los gastos de los fabricantes sintéticos promedian los 2.500 dólares por quilate para los diamantes incoloros sintéticos con calidad de gema. [145] : 79 Sin embargo, es más probable que un comprador encuentre un diamante sintético cuando busca un diamante de color elegante porque solo el 0,01% de los diamantes naturales son de color elegante, mientras que la mayoría de los diamantes sintéticos tienen algún color. [150]
Un simulante de diamante es un material sin diamante que se utiliza para simular la apariencia de un diamante y puede denominarse diamante. La circonita cúbica es la más común. La piedra preciosa moissanita (carburo de silicio) puede tratarse como un simulante de diamante, aunque es más costosa de producir que la circona cúbica. Ambos se producen sintéticamente. [151]
Las mejoras de diamantes son tratamientos específicos que se realizan sobre diamantes naturales o sintéticos (generalmente aquellos que ya están cortados y pulidos hasta obtener una gema), que están diseñados para mejorar las características gemológicas de la piedra de una o más maneras. Estos incluyen perforación con láser para eliminar inclusiones, aplicación de selladores para rellenar grietas, tratamientos para mejorar el grado de color de un diamante blanco y tratamientos para darle un color elegante a un diamante blanco. [152]
Los recubrimientos se utilizan cada vez más para darle a un simulante de diamante, como la circona cúbica, una apariencia más "parecida al diamante". Una de esas sustancias es el carbono similar al diamante , un material carbonoso amorfo que tiene algunas propiedades físicas similares a las del diamante. La publicidad sugiere que dicho recubrimiento transferiría algunas de estas propiedades similares al diamante a la piedra recubierta, mejorando así el simulante de diamante. Técnicas como la espectroscopia Raman deberían identificar fácilmente dicho tratamiento. [153]
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Las primeras pruebas de identificación de diamantes incluían una prueba de rayado basada en la dureza superior del diamante. Esta prueba es destructiva, ya que un diamante puede rayar a otro diamante y rara vez se utiliza hoy en día. En cambio, la identificación de diamantes se basa en su conductividad térmica superior. Las sondas térmicas electrónicas son muy utilizadas en los centros gemológicos para separar los diamantes de sus imitaciones. Estas sondas constan de un par de termistores alimentados por baterías montados en una fina punta de cobre. Un termistor funciona como un dispositivo de calentamiento mientras que el otro mide la temperatura de la punta de cobre: si la piedra que se está probando es un diamante, conducirá la energía térmica de la punta lo suficientemente rápido como para producir una caída de temperatura mensurable. Esta prueba dura entre dos y tres segundos. [154]
Mientras que la sonda térmica puede separar los diamantes de la mayoría de sus simulantes, distinguir entre varios tipos de diamantes, por ejemplo sintéticos o naturales, irradiados o no irradiados, etc., requiere técnicas ópticas más avanzadas. Esas técnicas también se utilizan para algunos simulantes de diamantes, como el carburo de silicio, que pasan la prueba de conductividad térmica. Las técnicas ópticas pueden distinguir entre diamantes naturales y diamantes sintéticos. También pueden identificar la gran mayoría de los diamantes naturales tratados. [155] Nunca se han encontrado cristales "perfectos" (a nivel de la red atómica), por lo que tanto los diamantes naturales como los sintéticos siempre poseen imperfecciones características, que surgen de las circunstancias de su crecimiento cristalino, que les permiten distinguirse entre sí. [156]
Los laboratorios utilizan técnicas como espectroscopia, microscopía y luminiscencia bajo luz ultravioleta de onda corta para determinar el origen de un diamante. [155] También utilizan instrumentos especialmente fabricados para ayudarles en el proceso de identificación. Dos instrumentos de detección son el DiamondSure y el DiamondView , ambos producidos por el DTC y comercializados por el GIA. [157]
Se pueden realizar varios métodos para identificar diamantes sintéticos, según el método de producción y el color del diamante. Los diamantes CVD suelen identificarse mediante una fluorescencia naranja. Los diamantes de colores D–J se pueden examinar a través del Diamond Spotter del Instituto Gemológico Suizo [158] . Las piedras en la gama de colores D-Z se pueden examinar a través del espectrómetro UV/visible DiamondSure, una herramienta desarrollada por De Beers. [156] De manera similar, los diamantes naturales generalmente tienen imperfecciones y defectos menores, como inclusiones de material extraño, que no se ven en los diamantes sintéticos.
Se pueden utilizar dispositivos de detección basados en la detección del tipo de diamante para distinguir entre diamantes que son ciertamente naturales y diamantes que son potencialmente sintéticos. Esos diamantes potencialmente sintéticos requieren más investigación en un laboratorio especializado. Ejemplos de dispositivos de detección comerciales son D-Screen (WTOCD / HRD Antwerp), Alpha Diamond Analyzer (Bruker / HRD Antwerp) y D-Secure (DRC Techno).
El nombre diamante se deriva del griego antiguo : ἀδάμας ( adámas ), 'adecuado, inalterable, inquebrantable, indómito', de ἀ- ( a- ), 'no' + griego antiguo : δαμάω ( damáō ), 'dominar, domar' . [159] Se cree que los diamantes fueron reconocidos y extraídos por primera vez en la India , donde se pudieron encontrar importantes depósitos aluviales de la piedra hace muchos siglos a lo largo de los ríos Penner , Krishna y Godavari . Los diamantes se conocen en la India desde hace al menos 3.000 años, pero probablemente desde hace 6.000 años. [131]
Los diamantes han sido atesorados como piedras preciosas desde su uso como íconos religiosos en la antigua India . Su uso en herramientas de grabado también se remonta a la historia humana temprana . [160] [161] La popularidad de los diamantes ha aumentado desde el siglo XIX debido al aumento de la oferta, las mejores técnicas de corte y pulido, el crecimiento de la economía mundial y las campañas publicitarias innovadoras y exitosas. [116]
En 1772, el científico francés Antoine Lavoisier utilizó una lente para concentrar los rayos del sol sobre un diamante en una atmósfera de oxígeno , y demostró que el único producto de la combustión era dióxido de carbono , demostrando que el diamante está compuesto de carbono. [162] Más tarde, en 1797, el químico inglés Smithson Tennant repitió y amplió ese experimento. [163] Al demostrar que la quema de diamante y grafito libera la misma cantidad de gas, estableció la equivalencia química de estas sustancias. [30]
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