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       我國金剛石資源概述

  金剛石是碳在高溫高壓條件下的結晶體,是自然界最硬的礦物。其名稱來源于希臘文“Adamas”,意為堅硬無敵。
  金剛石是一種稀有、貴重的非金屬礦產,在國民經濟中具有重要的作用。金剛石按用途分為兩類:質優粒大可用作裝飾品的稱寶石級金剛石,質差粒細用于工業的稱工業用金剛石。
  寶石級金剛石,又稱鉆石,光澤燦爛,晶瑩剔透,被譽為“寶石之王”,價值昂貴,是世界公認的第一貨品,其占有程度和消費水平往往被視為是衡量個人和國家經濟富裕程度的標志。達不到寶石級的金剛石(工業用金剛石),以其超硬性廣泛用于機電、光學、建筑、交通、冶金、地勘、國防等工業領域和現代高、新技術領域。
  金剛石按所含微量元素可分為Ⅰ型金剛石和Ⅱ型金剛石兩個類型。Ⅰ型金剛石多為常見的普通金剛石。Ⅱ型金剛石比較罕見,僅占金剛石總量的1%~2%。Ⅱ型金剛石因常具有良好的導熱性、解理性和半導體性等,多用于空間技術和尖端工業。具微藍色彩的優質大粒Ⅱ型金剛石視為鉆石中之珍品,如重3 106ct(Carat,克拉)世界著名的“庫利南”鉆石,即屬此類。
  人類對金剛石的認識和開發具有悠久的歷史。早在公元前3世紀古印度就發現了金剛石。自公元紀年起至今,鉆石一直是國家與王宮貴族、達官顯貴的財富、權勢、地位的象征。
  世界金剛石礦產資源不豐富,1996年世界探明金剛石儲量基礎僅19億ct,遠不能滿足寶石與工業消費的需要。20世紀60年代以來,人工合成金剛石技術興起,至90年代日臻完善,人造金剛石幾乎已完全取代工業用天然金剛石,其用量占世界工業用金剛石消費量的90%以上(在中國已達99%以上)。金剛石主要生產國為澳大利亞、俄羅斯、南非、博茨瓦納和扎伊爾等。世界鉆石的經銷主要由迪比爾斯中央銷售組織控制。
  中國發現金剛石約在200~300年前,在明清朝之際(約17世紀),湖南省農民在河砂中淘到過金剛石。金剛石的地質勘查工作始于20世紀50年代。迄今,在中國發現的重量大于90 ct的著名金剛石有6顆,如重約158 ct的“常林鉆石”等。
  中國金剛石礦產資源比較貧乏,通過近50年的地質工作,僅在遼寧、山東、湖南和江蘇4省探明了儲量。截至1996年底,中國保有金剛石儲量2 089.78萬ct,在世界上不占重要地位。在質量上,中國遼寧省所產金剛石質地優良,寶石級金剛石產量約占總產量的70%。20世紀90年代以來,中國年產金剛石約10~15萬ct,遠不能滿足本國消費的需要。國家所需工業用金剛石99%以上依賴國產人造金剛石,1997年中國人造金剛石產量達4.4億ct,天然工業用金剛石所占消費比重極為有限。
  一、 礦石礦物原料特點
  金剛石的化學成分為C,與石墨同是碳的同質多象變體。在礦物化學組成中,總含有Si、Mg、Al、Ca、Mn、Ni等元素,并常含有Na、B、Cu、Fe、Co、Cr、Ti、N等雜質元素,以及碳水化合物。
  金剛石礦物晶體構造屬等軸晶系同極鍵四面體型構造。碳原子位于四面體的角頂及中心,具有高度的對稱性。單位晶胞中碳原子間以同極鍵相連結,距離為1.54(10-10m)。常見晶形有八面體、菱形十二面體、立方體、四面體和六八面體等。
  金剛石莫氏硬度為10,顯微硬度為98 654.9MPa(100 060kg/mm2),絕對硬度大于石英的1 000倍,大于剛玉的150倍。礦物性脆,貝殼狀或參差狀斷口,在不大的沖擊力下會沿晶體解理面裂開,具有平行八面體的中等或完全解理,平行十二面體的不完全解理。礦物質純,密度一般為3 470~3 560kg/m3。
  金剛石的顏色取決于純凈程度、所含雜質元素的種類和含量,極純凈者無色,一般多呈不同程度的黃、褐、灰、綠、藍、乳白和紫色等;純凈者透明,含雜質的半透明或不透明;在陰極射線、X射線和紫外線下,會發出不同的綠色、天藍、紫色、黃綠色等色的熒光;在日光曝曬后至暗室內發淡青藍色磷光;金剛光澤,少數油脂或金屬光澤,高折射率,一般為2.40~2.48。
  金剛石的熱導率一般為136.16w/(m·k),其中Ⅱa型金剛石熱導率極高,在液氮溫度下為銅的25倍,并隨溫度的升高而急劇下降,如在室溫時為銅的5倍;比熱容隨溫度上升而增加,如在-106℃時為399.84J/(kg·k),107℃時為472.27J/(kg·k);熱膨脹系數極小,隨溫度上升而增高,如在-38.8℃時為0,0℃時為5.6×10-7;在純氧中燃點為720~800℃,在空氣中為850~1 000℃,在絕氧下2 000~3 000℃轉變為石墨。
  金剛石化學性質穩定,具有耐酸性和耐堿性,高溫下不與濃HF、HCl、HNO3作用,只在Na2CO3、NaNO3、KNO3的熔融體中,或與K2Cr2O7和H2SO4的混合物一起煮沸時,表面會稍有氧化;在O、CO、CO2、H、Cl、H2O、CH4的高溫氣體中腐蝕。
  金剛石還具有非磁性、不良導電性、親油疏水性和摩擦生電性等。唯Ⅱb型金剛石具良好的半導體性能。
  根據金剛石的氮雜質含量和熱、電、光學性質的差異,可將金剛石分為Ⅰ型和Ⅱ型兩類,并進一步細分為Ⅰa、Ⅰb、Ⅱa、Ⅱb四個亞類。Ⅰ型金剛石,特別是Ⅰa亞型,為常見的普通金剛石,約占天然金剛石總量的98%。Ⅰ型金剛石均含有一定數量的氮,具有較好的導熱性、不良導電性和較好的晶形。Ⅱ型金剛石極為罕見,含極少或幾乎不含氮,具良好的導熱性和曲面晶體的特點。Ⅱb亞型金剛石具半導電性。由于Ⅱ型金剛石的性能優異,因此多用于空間技術和尖端工業。兩類金剛石特征比較見表4.12.1。
  金剛石礦石有巖漿巖和砂礦兩類。已知含金剛石的巖漿巖有金伯利巖、鉀鎂煌斑巖和橄欖巖3種,其中金伯利巖型和鉀鎂煌斑巖型具有工業意義。
  (一) 金伯利巖
  金伯利巖即角礫云母橄欖巖,是大陸板塊內部一種較其他巖漿來源更深的獨立高溫巖漿作用的產物。金伯利巖是一種超淺成相、偏堿性超基性巖,具角礫狀、塊狀構造、斑狀構造或凝灰狀構造,常含有某種標型礦物、鈦礦物和深源捕虜體,不含長石。巖體產于前寒武紀古老地臺或地盾區,分布于大斷裂構造的次級斷裂中,呈巖管、巖脈、巖墻或巖床狀沿斷裂成群產出。巖石主要由橄欖石、金云母等鐵鎂礦物組成,通常含數種特征礦物,如金剛石、含鉻鎂鋁榴石、鉻透輝石、鉻尖晶石、鎂鈦鐵礦、鈣鈦礦、銳鈦礦、金紅石、鈮鐵礦等,鈮鉭等稀土元素含量較一般超基性巖可高出數倍至數十倍。巖石所含捕虜體中有深源巖石和礦物,如橄欖石、輝石類和透輝石礦物及二輝橄欖巖和斜輝橄欖巖等。按橄欖石和金云母含量的不同,金伯利巖可分為橄欖石型金伯利巖(橄欖石含量>50%)和金云母型金伯利巖(金云母含量>50%)。
  目前,世界已發現金伯利巖體上萬個,其中含金剛石的占20%~30%,具工業價值的不足5%。在具工業意義的含金剛石金伯利巖體中,呈巖管(筒)狀產出的占90%,如南非、博茨瓦納、扎伊爾、澳大利亞和中國等。
  (二) 鉀鎂煌斑巖
  鉀鎂煌斑巖又稱橄欖金云火山巖,是一種超鉀、富鎂超基性火山巖。巖體呈巖管、巖頸、巖墻狀成群產出于地臺邊緣的斷裂活動帶中,具角礫狀和塊狀構造。角礫中含有深源捕虜體。巖石具斑狀或晶屑結構,主要礦物為橄欖石、金云母,以及斜方輝石、透輝石、鉻尖晶石、白榴石、富鉀鎂閃石、紅柱石、鉀鈣板鋯石和磷灰石等。化學成分中K2O為3%~12%,MgO5%~29%,SiO240%左右。
  據橄欖石和白榴石含量的多少,鉀鎂煌斑巖又可分為橄欖石鉀鎂煌斑巖(橄欖石含量大于20%~50%)和白榴石鉀鎂煌斑巖(白榴石含量不小于20%~50%)。
  據報道,雖然世界很多地區已發現有鉀鎂煌斑巖產出,但含金剛石礦的不多,具工業價值的多為橄欖石鉀鎂煌斑巖。目前,只有西澳大利亞阿蓋爾地區金剛石礦床規模巨大,印度馬加旺巖筒具工業意義,其他在美國、贊比亞、象牙海岸、中國貴州等地分布的鉀鎂煌斑巖中的金剛石尚無工業價值。
  (三) 橄 欖 巖
  在中國西藏、新疆等地發現幾處橄欖巖型超基性巖體,亦含有金剛石及與金剛石共生的指示礦物,如鎂鋁榴石、鈣鈦礦等。目前,已發現的含量甚少,地質研究程度淺,其找礦意義與經濟價值有待進一步探索。
  古砂礦在世界上分布廣泛,主要分布于加納、巴西、印度、南非等國,第四紀濱海砂礦廣泛分布于非洲西南部的大西洋西岸,中國發現的具有經濟價值的砂礦,主要為分布于湖南沅水流域、山東沂沭河流域和遼寧復州河流域的第四紀河流沖積砂礦,礦石品位低,金剛石粒小,常共生有金、鋯石、鈦鐵礦等,可綜合利用。
  二、 礦 業 簡 史
  人類對金剛石的認識和開發具有悠久的歷史。早在公元第3世紀以前,印度人就發現了金剛石砂礦,于公元130年至18世紀發現了“光明之山”、“杉蘇”、“大莫臥爾”、“希望”等名鉆。公元1726年,巴西發現金剛石砂礦床,世界金剛石生產中心逐漸從印度移向巴西。1866年南非發現金剛石砂礦,1867年又發現含金剛石金伯利巖型原生礦床,這是金剛石礦業發展的里程碑,世界金剛石生產中心又由巴西移至南非。20世紀扎伊爾、俄羅斯,博茨瓦納、澳大利亞前后發現了金剛石礦床。生產中心亦不斷更迭,從南非移至扎伊爾,又移至博茨瓦納和澳大利亞等。迄今世界已發現的500ct以上的鉆石原石約40顆,以南非發現的最多,尤以1905年在南非特倫威爾省普列米爾金伯利巖管中發現的重3 106 ct名為“摩利南”的鉆石最大,被譽為“金剛石之王”,被加工成12顆鉆石,其中最大一顆重530.2 ct,稱為“非洲之星”鑲在英王權杖上。
  目前,生產金剛石的國家近20個,主要生產國有澳大利亞、博茨瓦納、扎伊爾、南非、俄羅斯和巴西等。
  中國在晉朝以前稱金剛石為昆吾石。《晉書》中曾有于咸寧三年(公元277年)敦煌上送金剛石,產自天竺(即古印度)的記載。明朝(公元1596年)李時珍《本草綱目》中對金剛石的描述是可鉆玉、補瓷、謂之鉆。明朝(公元1625年)有金剛石在山東出土記載。17世紀末至18世紀初章鴻釗先生所著《古礦錄》中提到在新疆、山東、黑龍江曾發現過金剛石。清朝道光年間(公元1821~1850年)湖南常德、桃源等地農民在淘洗砂金時發現過金剛石。1937年,山東郯城農民在翻種菜地時,拾到一顆重218.65 ct的金剛石,形似小雞,色澤金黃,當地農民稱之為“金雞寶石”。
  中國有計劃地開展金剛石的地質勘查工作始于1952年。50年代勘查的重點為金剛石砂礦。1952~1953年地質部派專家并組成普查隊對山東沂沭河流域進行踏勘和普查,1953年地質部組建湖南沅水地質隊(后改名四一三隊)開展湖南沅水流域金剛石砂礦的普查勘探工作,至1967年探明了湖南常德等4個金剛石砂礦。1957年地質部組建山東沂沭河地質隊(后改名八○九隊)對山東沂沭河流域和膠東地區進行金剛石普查勘探,先后探明了于泉、陳家埠等5個金剛石砂礦床。通過1964年全國第一次金剛石專業地質會議動員開展金剛石原生礦的普查找礦后,1965年貴州地質局一○一隊在黔東鎮遠發現含金剛石的金伯利巖脈;同年8月山東地質局八○九隊在蒙陰常馬莊發現中國第一個具有工業價值金伯利巖型金剛石原生礦床——“紅旗1號”,此后數年內陸續發現60余個金伯利巖體,至1977年探明常馬莊、王村、西峪、頭村和紅喜莊5個有工業價值的金剛石原生礦床;1971年6月遼寧省地質局區調隊在遼寧復縣發現含金剛石的金伯利巖管,至1980年探明了30號、42號、50號、57號、68號和74號6個具工業價值金剛石原生礦床。遼寧、山東、湖南等省金剛石原生礦床與砂礦的發現和勘查,基本查明了目前中國金剛石礦產資源的格局。其后自1988年至今,地質礦產部一直堅持大力開展金剛石找礦,并與英國、澳大利亞、比利時、加拿大等國的礦業公司或專家合資或合作,在湖南、山東、貴州、廣西、江蘇、湖北、江西、山西、四川、新疆、西藏等地廣泛開展工作,取得一定的進展。
  中國金剛石的開采也始于50年代,1957年國家計劃委員會確定由沅水地質隊負責組建,在湖南常德建設中國第一個金剛石砂礦。1958年8月湖南省常德專署動工建設桃源縣車溪沖礦,當年生產金剛石428ct,填補了中國不生產天然金剛石的空白。1958年金剛石礦劃歸建筑工程部管理,將1個礦區擴大為4個礦區,1959年更名為建工六○一礦,1974年以后年產量基本穩定在8 000ct以上。山東郯城金剛石砂礦由郯城縣工業局于1958年始建,1959年產金剛石247ct,1962年更名為建工八○三礦,1968年建成投產,規模為年產金剛石3 000ct。1967年地質部、建筑材料工業部組織對山東蒙陰原生金剛石礦進行選礦試驗。隨后建筑材料工業部組建七○一礦進行開采,宋家莊紅旗一號礦是中國開采的第一個原生礦,1970年投產,規模為年產金剛石2萬ct,1978年王家村礦區為中國第一個年產10萬ct的原生金剛石礦建成投產。1980年遼寧省地礦局第六地質隊組建濱海金剛石礦,試采瓦房店(復縣)50號巖管,1981年生產金剛石8 773ct,1985年產量12 240ct,1987年由遼寧省地質礦產局、遼寧省瓦房店市和沈陽有色金屬公司聯合組建瓦房店金剛石有限公司轉入正規露天開采。40年來,上述4個金剛石礦為中國發展金剛石生產做出了重要貢獻。目前中國年產金剛石約10~15萬ct。
  據記載,中國發現重量大于90ct的6顆金剛石都是在山東境內發現的。第一顆就是1937年郯城農民羅振邦發現重218.65 ct,命名為“金雞寶石”的那顆,這是迄今中國發現的最大粒金剛石,但后被日本侵略者掠走;第二顆于1977年在臨沭縣常林由魏振芳發現,重158.786ct,命名“常林鉆石”;第三顆于1981年在山東郯城“八○三”礦采出,重124.27ct,命名“陳埠1號”;第四顆于“八○三”礦采出,重96.94 ct,命名“陳埠2號”;第五顆于1983年于“八○三”礦采出,重92.86 ct,命名“陳埠3號”;第六顆于1983年在“七○一”礦的破碎礦石中發現,重119.01 ct,取名“蒙山1號”。此外,重10~50 ct的大顆金剛石發現甚多,不勝枚舉。


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