Minerales

Diamante



La piedra preciosa más popular. La sustancia más dura conocida. Una increíble cantidad de usos.


Cristal de diamante: Un cristal de diamante de calidad gema en la roca en la que se formó. Es un cristal octaédrico con características de disolución triangular en su superficie y un peso estimado de aproximadamente 1,5 quilates. Desde la mina Udachnaya, Yakutia, Siberia, Rusia. Muestra y foto de Arkenstone / www.iRocks.com.

¿Qué es el diamante?

El diamante es un mineral raro y natural compuesto de carbono. Cada átomo de carbono en un diamante está rodeado por otros cuatro átomos de carbono y está conectado a ellos por enlaces covalentes fuertes, el tipo más fuerte de enlace químico. Esta disposición simple, uniforme y fuertemente unida produce una de las sustancias más duraderas y versátiles conocidas.

El diamante es la sustancia natural más dura conocida. También es químicamente resistente y tiene la mayor conductividad térmica de cualquier material natural. Estas propiedades lo hacen adecuado para su uso como herramienta de corte y para otros usos donde se requiere durabilidad. El diamante también tiene propiedades ópticas especiales, como un alto índice de refracción, alta dispersión y alto brillo. Estas propiedades ayudan a convertir el diamante en la piedra preciosa más popular del mundo y permiten su uso en lentes especiales donde se requiere durabilidad y rendimiento.

Debido a que el diamante está compuesto del elemento carbono, muchas personas creen que debe haberse formado a partir del carbón. Esto todavía se enseña en muchas aulas, ¡pero no es cierto!

Propiedades Físicas del Diamante

Clasificación químicaElemento nativo - Carbono
ColorLa mayoría de los diamantes son de color marrón o amarillo. La industria de la joyería ha favorecido los diamantes incoloros o aquellos que tienen un color tan sutil que es difícil de notar. Los diamantes en tonos vivos de rojo, naranja, verde, azul, rosa, morado, violeta y amarillo son extremadamente raros y se venden a precios altos. Algunos diamantes blancos, grises y negros también se cortan y se usan como gemas. La mayoría de los diamantes de grado industrial son cristales marrones, amarillos, grises, verdes y negros que carecen del color y la claridad para ser una gema agradable.
RachaEl diamante es más duro que un plato de rayas. Su racha se conoce como "ninguna" o "incolora"
LustreAdamantina: el nivel más alto de brillo para un mineral no metálico.
DiafaneidadTransparente, translúcido, opaco.
EscoteEscisión octaédrica perfecta en cuatro direcciones.
Dureza de Mohs10. El diamante es el mineral más duro conocido. Sin embargo, la dureza del diamante es direccional. Es el paralelo más duro con sus planos octaédricos y el paralelo más blando con sus planos cúbicos.
Gravedad específica3.4 a 3.6
Propiedades diagnósticasDureza, conductividad térmica, forma cristalina, índice de refracción, gravedad específica y dispersión.
Composición químicaC (carbono elemental)
Sistema de cristalIsométrica
UsosPiedras preciosas, abrasivos industriales, ventanas de diamante, cúpulas de altavoces, disipadores de calor, microcojinetes de baja fricción, piezas resistentes al desgaste, matrices para la fabricación de cables.

Consumo de diamantes en los Estados Unidos
En 2018, las importaciones de diamantes a los Estados Unidos para el consumo totalizaron alrededor de $ 26 mil millones. Las importaciones para el consumo de todas las piedras preciosas que no son de diamantes totalizaron alrededor de $ 2.0 mil millones. Estas estadísticas muestran claramente que el diamante es la piedra preciosa más popular entre los consumidores estadounidenses por un margen enorme. Los Estados Unidos representaron aproximadamente el 35% del consumo mundial de diamantes, lo que lo convierte en el principal consumidor de diamantes.

¿Cómo se forman los diamantes?

Los diamantes no son nativos de la superficie de la Tierra. En cambio, se forman a altas temperaturas y presiones que se producen en el manto de la Tierra, a unas 100 millas debajo de la superficie de la Tierra.

¿Cómo se forman los diamantes?
Un artículo detallado que explica las cuatro fuentes de diamantes que se encuentran en la superficie de la Tierra.

La mayoría de los diamantes descubiertos fueron entregados a la superficie de la Tierra por erupciones volcánicas de origen profundo. Estas erupciones comienzan en el manto, y al subir arrancan trozos de roca del manto y los llevan a la superficie de la Tierra sin derretirse. Estos bloques del manto se conocen como xenolitos. Contienen diamantes que se formaron en las condiciones de alta temperatura y presión del manto.

Las personas producen diamantes extrayendo la roca que contiene los xenolitos o extrayendo los suelos y sedimentos que se formaron a medida que las rocas con diamantes se desgastaron.

Se cree que algunos diamantes se forman en condiciones de alta temperatura / presión de zonas de subducción o sitios de impacto de asteroides. Algunos se entregan a la Tierra en meteoritos. No se han desarrollado minas comerciales de diamantes en depósitos con estos orígenes.

¿Sabías? Los diamantes se extraen en Canadá y Arkansas.

Principales productores de diamantes: Este gráfico muestra la producción anual estimada de diamantes con calidad de gema, en millones de quilates, para las principales naciones productoras de diamantes del mundo. Graficar por. Datos de los resúmenes de productos minerales de USGS. Aprenda sobre los países que producen diamantes.

Gema Diamantes vs. Diamantes Industriales

Los diamantes de gema son diamantes con color y claridad que los hacen adecuados para joyería o uso de inversión. Estos diamantes son raros y constituyen una porción menor de la producción mundial de diamantes. Los diamantes de piedras preciosas se venden por su belleza y calidad.

Los cristales de diamantes naturales tienen una gravedad específica que oscila entre aproximadamente 3.4 y 3.6. Este rango existe porque la mayoría de los diamantes contienen impurezas y tienen irregularidades en su estructura cristalina. Los diamantes de calidad gema son los diamantes más perfectos, con mínimas impurezas y defectos. Tienen una gravedad específica muy cercana a 3.52.

Los diamantes industriales se utilizan principalmente en procedimientos de corte, rectificado, taladrado y pulido. Aquí, las características de dureza y conductividad térmica son las cualidades que se compran. El tamaño, la claridad, el color y otras medidas de calidad relevantes para las piedras preciosas no son tan importantes. Los diamantes industriales a menudo se trituran para producir polvos abrasivos del tamaño de micras. Grandes cantidades de diamantes que son de calidad de piedras preciosas pero tienen una forma o tamaño que no se pueden cortar de manera rentable ingresan al comercio industrial de diamantes.

Una demostración de dispersión: Cómo se separa la luz blanca en los colores que la componen al pasar por un prisma. Los diamantes tienen una alta dispersión. Imagen de la NASA.

Fuego de diamante: Un diamante redondo de talla brillante que muestra "fuego".

Diamante como una piedra preciosa

Los diamantes son las piedras preciosas más populares del mundo. Muchas veces se gasta más dinero en diamantes que en todas las otras piedras preciosas combinadas. Parte de la razón de la popularidad del diamante es el resultado de sus propiedades ópticas o de cómo reacciona con la luz. Otros factores incluyen la moda, el marketing personalizado y agresivo por parte de los productores de diamantes.

Los diamantes tienen un brillo muy brillante, el brillo no metálico más alto, conocido como "adamantina". Su alto brillo les da la capacidad de reflejar un alto porcentaje de la luz que incide en su superficie. Esta es una propiedad que le da a las piedras preciosas de diamantes su "brillo". Y, cuando un diamante se está convirtiendo en una gema, los ángulos facetarios se planean para reflejar una cantidad máxima de luz desde sus superficies internas.

El diamante también tiene una alta dispersión. Cuando la luz blanca pasa a través de un diamante, esta alta dispersión hace que esa luz se separe en sus colores componentes. La dispersión es lo que permite que un prisma separe la luz blanca en los colores del espectro. Esta propiedad de dispersión es lo que le da a los diamantes su colorido "fuego".

Diamantes Argyle: Cristales de diamantes octaédricos de la mina Argyle de Australia Occidental. La mina Argyle produce diamantes en una amplia gama de colores. La mayoría de los diamantes de Argyle son marrones, algunos son casi incoloros, y un número muy raro es rojo, rosa, azul o violeta. La mina Argyle es el único productor mundial de diamantes rosados. Los diamantes rojos, azules y violetas raros también se encuentran en Argyle.

Calidad de piedras preciosas de diamante

La calidad de un diamante que se ha facetado en una gema está determinada principalmente por cuatro factores: color, corte, claridad y peso en quilates. Un método estandarizado para evaluar la calidad del diamante fue desarrollado en la década de 1950 por el Instituto Gemológico de América y se conoce como "Los 4C de la calidad del diamante" 5.

Color: La mayoría de los diamantes con calidad de gema varían desde incoloros hasta ligeramente amarillos, marrones o grises. Los diamantes más apreciados y valiosos son aquellos que son completamente incoloros. Estos son los que se venden por los precios más altos. Sin embargo, otra categoría de piedras preciosas de diamantes está aumentando en popularidad. Estos son diamantes de colores, que se presentan en una variedad de tonos que incluyen rojo, rosa, amarillo, naranja, morado, azul, verde y marrón.

Diamantes de colores elegantes
Un artículo sobre la popularidad de los diamantes de colores y cómo obtienen sus maravillosos colores.

El valor de los diamantes coloreados se basa en la intensidad, pureza y calidad de su color. Aquellos con un color vivo y saturado se llaman "diamantes de colores elegantes" o "fantasías". En promedio, solo un diamante en 10,000 tiene un color que gana la designación "elegante". Esta rareza hace que los diamantes de colores elegantes sean extremadamente valiosos. Algunos de ellos se han vendido en una subasta por más de un millón de dólares por quilate. Son algunos de los diamantes más valiosos y espectaculares del mundo.

Claridad: El diamante ideal está libre de fracturas e inclusiones (partículas de material extraño dentro de la gema). Estos restan valor a la apariencia de la gema e interfieren con el paso de la luz. Cuando está presente en grandes cantidades, los colores oscuros, las posiciones o tamaños obvios degradarán significativamente la apariencia de una gema cortada y disminuirán su valor. También pueden reducir la fuerza de la piedra.

Cortar: La calidad del diseño y la artesanía utilizada para cortar un diamante es lo que determina su apariencia. Los ángulos a los que se cortan las facetas, las proporciones del diseño y la calidad del pulido son los que determinan su apariencia boca arriba, brillo, centelleo, patrón y fuego. Las piedras ideales están perfectamente pulidas para ser altamente reflectantes y emitir una cantidad máxima de fuego. Las caras facetadas correspondientes tienen el mismo tamaño y la misma forma. Y, los bordes de cada cara facetada se encuentran perfectamente con cada uno de sus vecinos.

Quilate: Los diamantes se venden por quilate (una unidad de peso igual a 1/5 de un gramo o 1/142 de una onza). Los diamantes pequeños generalmente cuestan menos por quilate que las piedras más grandes de igual calidad. Esto se debe a que las piedras muy pequeñas son muy comunes y las piedras grandes son excepcionalmente raras.

Diamantes industriales: Diamantes pequeños, de menos de 1 milímetro de tamaño, que son adecuados para hacer gránulos abrasivos para uso industrial. Los diamantes industriales pueden ser policristalinos, tener numerosas inclusiones, tener poca claridad, contener fracturas, tener un tamaño pequeño o tener otras características que los descalifiquen de los usos de gemas o tecnología.

Cristal de diamante cúbico: Un cristal de diamante verde. El color y la forma del cristal cúbico son naturales. Muchos cristales de diamantes naturales tienen forma cúbica u octaédrica. Este diamante mide aproximadamente 4 milímetros de ancho y es adecuado para uso industrial.

Broca de diamante: Una broca utilizada en la perforación de pozos petroleros. Cada una de las puntas de corte tiene pequeños granos de diamante incrustados en el metal. Estos se abren paso a través de la roca a medida que la broca gira.

Sierra de hormigón de diamante: Una sierra de hormigón con una hoja de diamante de aproximadamente tres pies de diámetro. Las sierras de este tipo generalmente se cortan bajo un chorro de agua que enfría la cuchilla, elimina los recortes y evita la producción de polvo en el aire. Las sierras de este tipo son comunes en las carreteras u otros trabajos concretos. Imagen de la Fuerza Aérea de EE. UU.

Diamantes utilizados como abrasivos

Debido a que los diamantes son muy duros (diez en la escala de Mohs), a menudo se usan como abrasivos. La mayoría de los diamantes industriales se utilizan para ese propósito. Pequeñas partículas de diamante están incrustadas en hojas de sierra, brocas y muelas abrasivas. Estas herramientas se utilizan para cortar, perforar o moler materiales duros. También pueden triturarse en un polvo fino y convertirse en una "pasta de diamante" que se utiliza para pulir o pulir muy finamente.

Ya en el siglo XVI, los cortadores de gemas comenzaron a usar pequeñas partículas de diamante para cortar y pulir otros diamantes. El diamante es el único abrasivo que puede hacer ese trabajo. Ahora, en el siglo XXI, los láseres se usan para cortar muchos diamantes, pero todavía se usan pequeñas partículas de diamante para todo el pulido de diamantes.

Diamantes de carbonado
Son una rara variedad de diamantes. Tienen la misma dureza que el diamante, pero son mucho más resistentes porque son policristalinos.

La demanda mundial de diamantes industriales excede en gran medida la oferta que se puede obtener a través de la minería. Una escasez de abrasivos de diamante comenzó a ocurrir durante la Segunda Guerra Mundial. En la década de 1950, se descubrieron métodos para producir diamantes sintéticos. Pronto, los métodos para fabricar diamantes sintéticos fueron tan eficientes que los abrasivos de diamantes sintéticos estaban disponibles de manera más confiable y menos costosos que los abrasivos de diamantes hechos de diamantes naturales. Hoy en día, los abrasivos sintéticos de diamantes se fabrican en cientos de fábricas y su costo es inferior a $ 1 por quilate, y funcionan tan bien como los abrasivos hechos de diamantes naturales en uso industrial.

La mejor manera de aprender sobre minerales es estudiar con una colección de especímenes pequeños que pueda manejar, examinar y observar sus propiedades. Las colecciones de minerales de bajo costo están disponibles en la tienda.

Otros usos de los diamantes

La mayoría de los diamantes industriales se usan como abrasivos. Sin embargo, los diamantes se usan en muchas otras aplicaciones.

Ventanas de diamante

están hechos de membranas finas de diamante. Se utilizan para cubrir aberturas en láseres, máquinas de rayos X y cámaras de vacío. Son transparentes, muy duraderos y resistentes al calor y la abrasión.

Cúpulas de altavoz de diamante

Mejora el rendimiento de los altavoces de alta calidad. El diamante es un material muy rígido, y cuando se convierte en un domo delgado puede vibrar rápidamente sin la deformación que degradaría la calidad del sonido.

Disipadores de calor

Son materiales que absorben o transmiten el exceso de calor. El diamante tiene la conductividad térmica más alta de cualquier material. Se utiliza para conducir el calor lejos de las partes sensibles al calor de la microelectrónica de alto rendimiento.

Microcojinetes de baja fricción

son necesarios en pequeños dispositivos mecánicos. Al igual que algunos relojes tienen cojinetes de joya en sus movimientos, los diamantes se usan donde se necesita resistencia extrema a la abrasión, durabilidad y confiabilidad.

Piezas resistentes al desgaste

se puede producir recubriendo superficies con una capa delgada de diamante. En este proceso, el carbono se convierte en un vapor que deposita el diamante en la superficie de las partes propensas al desgaste.

Comparación de dureza Mohs - Vickers: Este gráfico compara la dureza de los minerales índices de la escala de dureza de Mohs (una escala entera) con su dureza Vickers (una escala continua). La dureza de Mohs es una resistencia al rayado, mientras que la dureza Vickers es una resistencia a la indentación bajo presión. El gráfico muestra la gran diferencia entre la dureza Vickers del corindón y el diamante, que están separados por una sola unidad en la escala de dureza de Mohs.

¿Qué tan difícil es el diamante?

Aunque el diamante es conocido como el material natural más duro del mundo y se le ha asignado una dureza de 10 en la escala de dureza de Mohs, esa información es una simplificación excesiva. Los cristales de diamante varían en dureza por dirección.

Escalas de dureza mineral
MineralMohsVickers
(kg / mm2)
Talco127
Yeso261
Calcita3157
Fluorita4315
Apatito5535
Ortoclasa6817
Cuarzo71161
Topacio81567
Corundo92035
Diamante1010000

La dirección de mayor dureza es paralela a los planos de cristal octaédrico. Cuando los cristales de diamante se cortan y pulen en gemas, es muy difícil cortarlos en esa dirección con una sierra de diamante. Por lo tanto, en lugar de usar una sierra de diamante o la práctica tradicional de romperlos al cortar, gran parte de este trabajo ahora se realiza con un corte con láser.

Las facetas cortadas paralelas a la dirección del cristal octaédrico también son difíciles de pulir, por lo que los cortadores cambian de dirección o corren el riesgo de dejar una textura de "piel de lagarto" en la faceta.

La dirección más suave en un cristal de diamante es paralela a los planos cúbicos. El mejor pulido se realiza en facetas paralelas a esa dirección. Aunque esa es la dirección más suave en un diamante, la dureza es varias veces más dura que el corindón, el segundo mineral más duro de la escala de dureza de Mohs.

Simuladores de diamante: Las fotos de arriba comparan titanato de estroncio, moissanita y zirconia cúbica con diamante. La moissanita y la circona cúbica tienen dispersiones que son competitivas con el diamante, y la dispersión de titanato de estroncio es exagerada. En la foto de arriba, el titanato de estroncio es una ronda de 6 milímetros. Las otras piedras son rondas de 4 milímetros. Esta diferencia de tamaño le da una ventaja al titanato de estroncio.

Simuladores de diamante

Los simuladores de diamante son materiales que se parecen al diamante, pero tienen diferentes composiciones químicas. Los simuladores de diamante pueden ser materiales naturales, como circón incoloro o zafiro. Más a menudo son materiales hechos por el hombre como la circona cúbica (ZrO2), moissanite (SiC), YAG (granate de itrio aluminio Y3Alabama5O12) o titanato de estroncio (SrTiO3).

Diamantes sintéticos de varios colores cultivados por la técnica de alta presión y alta temperatura. Imagen de Wikipedia, colaborador de Materialscientist.

Diamantes sintéticos

El diamante es un material muy valioso, y la gente ha estado trabajando durante siglos para crearlos en laboratorios y fábricas. Los diamantes sintéticos son materiales artificiales que tienen la misma composición química, estructura cristalina, propiedades ópticas y comportamiento físico que los diamantes naturales. Otros nombres usados ​​para diamantes sintéticos incluyen: "cultivado en laboratorio", "creado en laboratorio" y "hecho por el hombre". Estos nombres indican correctamente que los diamantes no se formaron naturalmente en la Tierra, sino que fueron creados por personas.

La primera síntesis comercialmente exitosa de diamantes fue realizada en 1954 por trabajadores de General Electric. Desde entonces, muchas compañías han tenido éxito en la producción de diamantes sintéticos adecuados para uso industrial. Hoy, la mayor parte del diamante industrial consumido es sintético, con China siendo el líder mundial con una producción de más de 4 mil millones de quilates por año. Las naciones industrializadas más importantes ahora pueden producir diamantes sintéticos para uso industrial en fábricas.

En la última década, varias compañías han desarrollado tecnología que les permite producir diamantes de calidad gema creados en laboratorio de hasta unos quilates de tamaño en varios colores diferentes, incluido el incoloro. Algunas compañías utilizan métodos de alta presión y alta temperatura, conocidos como diamantes HTHP. Otros crean diamantes usando un proceso químico de deposición de vapor, estos se conocen como diamantes CVD. Estas gemas hechas por el hombre se venden en joyerías y en Internet con un descuento significativo en piedras naturales de similar calidad y tamaño. Tienen una apariencia hermosa y un precio atractivo. Los diamantes sintéticos deben venderse con una divulgación que permita al comprador comprender claramente que fueron hechos por personas.

Información del diamante
1 Resúmenes de productos minerales 2017: Servicio Geológico de EE. UU., Enero de 2017.
2 Piedras preciosas: Donald W. Olson, U.S.Geological Survey, 2013 Minerals Yearbook, marzo de 2016.
3 Diamond, Industrial: Donald W. Olson, U.S.Geological Survey, 2016 Mineral Commodity Summaries, enero de 2016.
4 Diamante, Industrial: Donald W. Olson, U.S.Geological Survey, 2013 Minerals Yearbook, diciembre de 2015.
5 Factores de calidad del diamante: una explicación de cómo se evalúan los diamantes usando los 4Cs. Instituto Gemológico de América. Último acceso en abril de 2019.

¿Los consumidores aceptarán diamantes sintéticos?

Los diamantes sintéticos han sido el tipo dominante de diamante en aplicaciones industriales desde finales del siglo XX. La mayoría de los diamantes utilizados para hacer abrasivos y herramientas de corte ahora son sintéticos. Prácticamente todos los diamantes utilizados para fabricar ventanas, cúpulas de altavoces, disipadores de calor, microcojinetes de baja fricción, piezas resistentes al desgaste y otros productos tecnológicos ahora son sintéticos.

Los diamantes sintéticos para estos fines son mucho menos costosos que los diamantes extraídos, tienen propiedades más consistentes y están disponibles en especificaciones hechas a pedido. No existen barreras emocionales para que los diamantes sintéticos reemplacen a los diamantes extraídos en estos usos.

Diamantes cultivados en laboratorio

En la industria de la joyería, existe un debate considerable sobre la disposición de los consumidores a aceptar diamantes sintéticos. Algunos creen que los consumidores de joyas quieren "diamantes reales", que significa "diamantes minados". Otros creen que los diamantes sintéticos serán favorecidos por personas que no les gustan los derechos humanos y los problemas ambientales asociados con algunos de los diamantes que se extraen. Sin embargo, el verdadero motivador probablemente será el precio. Actualmente, muchos diamantes sintéticos hechos para uso en joyería tienen una ventaja de precio de 30 a 40% sobre los diamantes extraídos. Este será probablemente el mayor motivador para que los consumidores acepten diamantes sintéticos.

Observación y especulación ... Si entras en casi cualquier joyería de un centro comercial y observas los casos donde se venden rubí, zafiro y esmeraldas, a menudo verás que la mayoría de las piedras que se ofrecen son sintéticas. Una persona con muy poca capacitación a menudo puede reconocerlos por su color brillante y excelente claridad. Los materiales sintéticos tienen una apariencia superior y sus precios son pequeños en comparación con las gemas naturales de tamaño similar y calidad aparente. Los consumidores obtienen una mejor apariencia por un precio más bajo, y la mayoría de ellos acepta esa transacción en el extremo de bajo precio del rango de precios.

La batalla por la emoción y el dominio de las ventas en el popular mercado de rubíes, zafiros y esmeraldas fue ganada por los sintéticos hace décadas. En la próxima década, el mercado de diamantes también podría moverse a favor de los sintéticos. Ya está comenzando ya que los diamantes sintéticos toman una posición muy visible en el mercado. El precio de los diamantes sintéticos probablemente disminuirá a medida que más y más máquinas para producirlos se pongan en servicio, se vuelvan más eficientes y se intensifique la competencia entre los fabricantes. Eventualmente, la diferencia de precio entre los diamantes naturales y sintéticos será mayor de lo que muchos clientes podrán ignorar, y comprarán productos sintéticos. Si la próxima campaña publicitaria de clase mundial promueve diamantes sintéticos, podría ocurrir un gran cambio en la demanda de los consumidores. Esa campaña publicitaria de clase mundial podría ser Lightbox, que ofrece diamantes "blancos" y de colores al precio inaudito de $ 800 por quilate.