Elmas
Elmas, Çok sert, genellikle saydam, billur halde arı karbon. Elmas özellikle sekizyüzlü, on iki yüzlü, küp, vb. biçiminde billurlar halinde bulunur; ayrıca bu biçimler kendi aralarında birleşerek eğri yüzlü billurlar oluşturabilir.
FİLİZİ
Elmasların kaynağı, "kimberlit" adı verilen yanardağ kayaçlarıdır. Kimberlit, yanardağ baca ve yarıklarında oluşur. Bacalar, genellikle daire biçimindedir; çapları, birkaç metre ile birkaç bin metre arasında değişir. Kimberlit, mika, nar taşları ve zirkon gibi yardımcı mineraller içerir. Ama, bütün kimberlitler elmas içermez. Doğal kimberlit, gri-mavi renktedir; bu yüzden "mavi toprak" adı da verilir: Havayla karşılaştığında bozunur ve "sarı toprak" adı verilen sarımsı renkte bir kile dönüşür; elmasın başlıca kaynağı budur. Elmaslar, ya kimberlit yataklarından ya da ırmak ve sel sularının oluşturduğu birikintilerden çıkarılır.
Söz konusu birikintiler, yanardağ püskürmesi sonucu yüzeye çıkan kimberlitin hava etkisiyle aşınması ve akarsularla sürüklenip, asıl kaynağından çok uzaklarda yeniden birikmesiyle oluşur. Afrika'daki en önemli alüvyon birikintileri, Atlas okyanusu kıyısında bu yolla ortaya çıkarılmıştır. Buradan çıkarılan elmasın, daha içerilerdeki bir kaynaktan, Oranj ırmağı aracılığıyla taşınmış olduğu sanılmaktadır.
ELMAS ÇIKARMA YÖNTEMLERİ
Eskiden kimberlit birikintileri, yalın açık tavanlı ocak yöntemiyle işletilirken, açık tavanlı ocakların aşırı işletilmesi sonucu verimsizleşmesinden ötürü, yeraltı ocaklarından çıkarılmaya başlanmıştır. Kimberliti yeraltı maden ocaklarından çıkarma işlemi, oldukça derinlerde çalışmayı gerektirir. Söz gelimi Kimberley madeni, 900 m derinliktedir.
En eski yeraltı işletmesi yöntemi, 1890'da Kimberley'de geliştirilen oda oluşturma yöntemidir. Kimberlit bacasından oldukça uzağa birkaç yüz metre uzunluğunda kuyular açılır. Sonra, bacada yatay kuyular oluşturulur ve bunlardan mavi toprağa tüneller uzatılır. Böylece, mavi toprağın mekanik olarak çıkarılabileceği bir odalar sistemi oluşturulur. Buradan günde 5 000 tona kadar filiz çıkarılabilir. Bu yöntem, kütle göçertme gibi yüksek üretim gücü olan yöntemlerin bulunmasıyla, kullanılmamaya başlanmıştır.
Kütle göçertme yönteminde, boşaltma kuyusuna, "kazıntı kanalları" adı verilen geçitler açılır. Bu kanalla-_ rın yanlarında, her 3,5 m'de bir 1,2 m x 1,2 m kesitli eğimli girintiler bırakılır. Bunlar, mineralin çıkarılacağı yerlerdir ve kanallarda karşılıklı olarak açılmıştır. Girintilerin üstünde koni biçiminde oyuklar oluşturulur. Sonra, bütün girişlerin üstünden, kuyu alanına uzanan 2,2 m kalınlığında yatay bir giriş kazılır. Bu işlem, altı boşalan kimberlit kütlesini havada asılı bırakır. Filiz kırılarak, koni biçimindeki açıklıklara düşer; oradan da aşağıdaki kazıntı kanallarına iner. Döküntü kimberliti oradan alıp, yüzeye gönderildiği yeraltı kırıcılarına taşıyacak kamyonlara yükleme işlemi, mekanik kazıcılarla gerçekleştirilir. Geçitten kazıcıya artık kayalar gelmeye başlayınca,o düzeydeki kazı işi bitmiş elemektir ve alt düzeye geçilir. Bir önceki işlem sırasında, birkaç yüz metre aşağıdaki bu alt düzeyde de, benzer kütle göçertme işlemleri için hazırlıklar tamamlanmıştır.
Alüvyonlu madenciliğe verilecek en iyi örnek, Güneybatı Avrupa'da Atlas okyanusu kıyılarında Consolidated Diamond Mines işletmesinin maden yatağıdır. Burada yapılan ilk işlem, her ay 2 500 000 m³ kadar tutan kumun temizlenmesini de içeren, üst toprağın alınmasıdır. Bu üst toprak, dieselli kazıyıcılarla kaldırılır. Ortaya çıkarılan çakıl yatak, buldozerlerle yığınlar haline getirilir ve eleme işletmelerine gönderilir. Taraça çakıllarındaki elmasın büyük bir yüzdesi, tabandaki kaya yatağının hemen yakınında bulunur; bu yüzden kaya, yatağa kadar bütünüyle temizlenmelidir. Koşullar uygunsa, "Vacuveyer" adı verilen vakumlu dev temizleyiciler kullanılır. Kazılan yüzey büyüdükçe, çıkarılan üst toprak, geride kalan temizlenmiş kaya yatağının yeniden doldurulmasında kullanılır.
Güneybatı Afrika kıyılarının açığında, okyanusun dibinde bulunan elmasları çıkartmak için, Marine Diamond şirketi, deniz yatağından çakılı emen büyük yüzer işletmeler kullanmıştı. Bu yöntem artık kullanılmamaktadır.
ELMASIN FİLİZDEN AYRILMASI
Elmasların filizden zarar görmeden ayrılması gerekir. Ancak filiz içinde elmasın bulunup bulunmadığı kimyasal yollarla saptanamadığından, bu işlemin özel yöntemlerle gerçekleştirilmesi zorunludur. İlk adım, eİmasın ortaya çıkması için kayanın kırılması ya da öğütülmesidir. Ardından, ağırlıkla deriştirici aygıt kullanılarak, elmas bakımından değersiz bölüm (hazırlama artığı), zengin bölümden (derişik töz) ayrılır.
Ağırlıkla deriştirici aygıtlar arasında, döner yıkama tavası ve çeşitli ağır ortam ayırıcıları sayılabilir. 1874'te Kimberley'de geliştirilen yıkama tavasına çamur doldurulur. Çamur, ayrışmış kimberlit ve sudan oluşur; ayrıca,hafif tanecikleri asıltıda tutacak kadar da ağdalıdır. Elmas ve ağır mineraller dibe çökerken, hafif bölüm, yani artık, üstten tavanın dışına akıtılır. Başlıca üç tür ağır ortam ayırıcısı vardır:jKoni; kaldırıcı çark; hidrosiklon. Ağır ortam genellikle, suyun 2,7-3,1 katı yoğunlukta, demir ve silistozundan oluşan bir çamurdur. Hafif tanecikler yüzeyde kalır; ağır olanlar dibe çöker ve toplanır. Koni aygıtı, içinde koni biçiminde bir karıştırıcı bulunan, koni biçiminde bir tanktan oluşur. Karıştırıcı, tankın kenarlarını temizler ve ağır taneciklerin aşağı inmesini sağlar. Aynı zamanda da, hafif taneciklerin üstten dışarı akmasına neden olacak biçimde çamuru karıştırır. Kaldırıcı çark, yarısına kadar çamurla doldurulmuş, üstünde kaldırıcı kanatlar bulunan bir çarktır. Kanatlar, dibe çöken ağır tanecikleri toplar ve tepedeki bir boşaltım yerine döker. Hidrosiklonsa, ağır taneciklerin merkezkaç kuvvetiyle savrulduğu bir burgaç akımı oluşturur.
Ayrılan derişik töz, daha sonra, bol suyla birlikte bir gres tezgâhından ya da şeridinden geçirilir. Gresli yüzeyle ayırma yöntemi, Kimberley'de 1896'da bulunmuştur. Madenden yeni çıkarılmış kimberlitteki elmaslar, grese sıkıca yapışır. Öteki ağır mineraller suyla akıtılır. Elmaslar tezgâhtan alınır; kaynar suyla üstlerindeki gres temizlenir. Gres tezgâhının toplama verimi % 99'dur.
Daha az verimli olan öbür yöntemlerde elektrostatik, magnetik ya da optik aygıtlar kullanılır.
ELMASIN SANAYİDE KULLANIMI
Elmasların, Romalılar döneminde gravür yapımında kullanıldığı sanılmaktadır. 1819'da İngiltere'de, ilk kez tel çekimi için bir elmas kalıp patenti verilmiş, ilk elmas matkap ucuysa 1864'te kullanılmaya başlanmıştır. 1870'te New York'ta elmas torna tezgâhları yapılmış, 1900 yıllarında sanayide 700 000 kırat elmas kullanılmıştı (bu miktar günümüzde 70 milyon kıratı aşmıştır). Mühendislerin, 1920-1950 yıllarında takım tezgâhlarında yüzey işleme için kullanılan aşırı sert karbürlü kalemleri işleyebilme yollarını araştırmaları sonucunda, elmas, dünyanın en önemli aşındırıcısı haline gelmiştir.
Sertliğinin yanı sıra, elmasın en büyük fiziksel özelliği billur kafes düzlemleri boyunca dilimlenebilmesidir. Dilimleme işlemleriyle elmas, farklı uygulamalar için değişik boyut ve biçimlerde kesilebilir. Sanayide kullanılan elmasın % 75'i, aşındırıcı toz olarak tüketilir. Reçine, metal ya da seramikle karıştırıldığında, şerit testerelerin, eğelerin, matkap uçlarının, honlama taşlarının, testere bıçaklarının ve camdan çok sert metallere, taş ve betona kadar her şeyi kesip işleyebilen araçların yüzey kesim parçası olarak kullanılır. Cilalama tozu olarak da olağanüstü yüzey düzgünlüğü sağlar.
Bazı uygulamalarda, söz gelimi petrol kuyusu kazmada ve betonda delik açmada elmaslar, bütün olarak kullanılır. Bir elmas kalıptan saatte 160 km hızla tel çekilebilir. Bu hızda, metal kalıplar birkaç saniyede parçalanır. Uygun biçime getirilen elmas parçaları, pikaplarda iğne olarak da kullanılmıştır.
Elmastan yapılan takımların, darbeli takımlar ile karşılaştırıldığında hızları, görece sessizlikleri ve duyarlıkları, beton işlemede büyük kolaylık sağlar. Yapımcılar, elmastan yapılmış araçlardan yeni alanlarda yararlanmaktadır: Beton taşlamada; inşaatlarda gereken kanalları açmada; örnek kesiminde; kaldırımlarda büzülme ve genleşme nedeniyle gelişigüzel çatlamaları önlemek için ek yerleri açmada. Elmas bıçaklı beton taşlayıcıları, kaymayı önleyen ve suyu kolayca akıtan yüzeylerin yapımında kullanılır. Böylece, havaalanı pist ve yollarındaki kayma sorunu çözülmüştür.
Yanlış payı az olan ve uzun süre kullanılabilen araçları gerektiren otomasyon, elmastan yapılmış araçların bu özelliğinden yararlanır. Yüksek hızlı bir çelik takım ya da uç, 8 km uzunluğunda bir kesim yapar; buna karşılık, elmastan yapılmış birtakım, 2 000 km'lik bir kesim gerçekleştirebilir. Elmas takımlarla 0,0025 mm'lik toleransta iş görülebilir; öbür araçların-hiçbiri, uzun süre bu kadar düşük bir toleransla çalışmaz. Günümüzde elmaslar, uzay araçlarının başlıklarından ve ısı kalkanlarından, yakutlu lazere ve basılı mikrodevrelere uzanan çok çeşitli araçların üretiminde kullanılmaktadır.
ELMASLARIN TIRAŞLANMASI VE CİLALANMASI
Ham elmas, billurlarının dizilişi ve biçimleri bakımından dört sınıfa ayrılabilir: Tek taş biçiminde; dilimli; çift billurlu; yassı. Elmasların çok azı kusursuzdur. Çoğunlukla lekeler ve yabancı maddeler bulunur; ama bunlar genellikle çıplak gözle görülemez. Değerli taşın düzgün ve hatasız tıraşlanmasında;)bu kusurların konumu ve boyutları büyük önem taşır.
Başlıca elmas tıraşlama merkezleri Anvers(Belçika), Bombay (Hindistan), New York (ABD), Amsterdam (Hollanda) ve Tel Aviv'dir (İsrail); ama daha küçük çaplı tıraşlamaya birçok ülkede raslanır. Yukarda belirtilen ana merkezlerden her biri,Jbelli,bir elmas türünü tıraşlamada uzmanlaşmıştır. Belçika'da özellikle dilimli ve çift billurlu taşlar, ABD'de tek taşlar, Amsterdam, İsrail ve Hindistan'daysa küçük parçalar(pırlanta tıraşı) tıraşlanır.
Doğal maddelerin en serti olmasına karşın, elmasa biçim verilebilmekte, üstünde façetalar açılabilmektedir. Bunun nedeni, elmasın yer yer zayıf yüzeylerinin bulunması ve uzmanların, bu yüzeyler boyunca taşı dilimleyebilmesidir. Elmas billurunun sert ve yumuşak yüzeyleri, her yüzeyin de sert ve yumuşak doğrultusu vardır. Gerçekte, bu yumuşak doğrultu bile, başka cisimlere oranla çok sert sayılır. Bu yüzden,tıraşlanan elmasların döküntüleri, öbür elmasların cilalanmasında kullanılır. Cilalama işlemi sırasında, elmas taneciklerinin sert yüzeyleri, cilalanan elmasın yumuşak yüzeyini aşındırır.
Değerli taşlar, biçimleninceye kadar dört ayrı işlemden geçer: Dilimleme; yuvarlaklaştırma;tıraşlama,cilalama.
Dilimleme: Dilimleme işlemi, cilalamadan önce, düzensiz bir taşa düzenli bir biçim vermek ya da ender rastlanan büyük taşları, işlenebilir parçalar halinde dilimlere ayırmak için uygulanır. Belli bir becerisi olan, deneyimli bir işçi, dilimleme düzlemi doğrultusunu belirledikten sonra, yumuşak kenarlardan birinin üstüne, başka bir elmasın sert kenarıyla, "çentik" adı verilen bir işaret koyar. Bu işlemin ardından, ince bir bıçak, yarma düzlemine paralel olacak biçimde çentiğe yerleştirilir ve ağaç bir tokmakla bıçak sırtına yavaşça vurulur. Bu işlem ustaca yapılırsa, elmas iki düzgün parçaya ayrılır.
Tıraşlama: Elmasa ilk biçim,dakikada 5 000 çevrim yapan fosfor-bronz karışımı ince bir diskle verilir. Disk ağzına, elmas tozu ile zeytinyağı karışımı bir tür macun sürülür. Ayrıca bu yöntem, elması, yarma düzlemi boyunca dilimlemek için de çok elverişlidir. En çok kullanılan tıraşlama yöntemi,58 façeta gerektiren pırlantataşıdır.Bu yöntemle büyük bir elmas parçasının tıraşlanması aylarca sürebilir.
Yuvarlaklaştırma: Cilalama işleminden önce yapılır. Yuvarlaklaştırılacak elmas, bir tornanın aynasına bağlanarak döndürülür. Dönen elmasın pürüzleri, bir başka elmasın sert yüzeyiyle alınır.
Cilalama: "Cila diski" adı verilen dökme demirden yapılmış birjçarkınüstüne,elmas tozu dökülür.Cilalanacak elmas, bir çubuk ucuna yapıştırılır ya da mekanik bir çeneyle tutulur. Çubuk, kundak yuvasına girer. Kundak, bir pikap kafası gibi hareket ederek, elması dönen diske tutar. Elmasın sert ve yumuşak yüzeyleri bulunması nedeniyle, diske tutma konumu önemlidir ve cilacının becerisini vurgular.
YAPAY ELMAS ÜRETİMİ
1953'e kadar bütün elmaslar madenlerden çıkarılırken, 1953'te ASEA adlı bir İsveç şirketi, karbona ısı ve basınç uygulayarak, ilk yapay elmas üretimini gerçekleştirmiştir.
İki karbon billuru vardır: Grafit; elmas. Elmasta, karbon atomları sıkı ve düzgün bir yapı içindedir; grafitteyse, yapı daha gevşektir ve bakışımlı değildir. Elmasın yoğunluğu 3,52'dir (granit 2,5; grafit 2,3). Böylesine güçlü bağlarla bağlı bir billurun üretimi, yüksek enerji uygulanmasını gerektirir. İlk yapay elmas üretimi araştırmacıları, grafite karbon atomları arasındaki bağları gevşetecek ısı uygulanabilirse ve atomları birbirine yaklaştıracak ölçüde yüksek basınç verilebilirse, yoğunluğun artırılabileceğini savunan kuramlar öne sürüyorlardı. XIX. yy'da birçok girişimde bulunuldu; ama karşılaşılan teknik sorunların üstesinden gelinemedi: Yaklaşık 2 000 °C'lık sıcaklık ile 90 000 atmosfer dolayında basınç gerekiyordu ve bu işleme dayanabilecek bir araç yapılamamıştı.
XX. yy. ortalarında 23 yıllık bir çalışma sonucu ASEA, bu sorunu, piramit biçimli altı pistondan oluşan gelişmiş bir hidrolik presle çözdü. Piramitlerin birinden elektrikli ısıtıcılar sokuluyordu. Pistonların oluşturduğu kürenin merkezinde ortaya çıkan basınç, dış yüzeylere uygulanan basıncın, dış yüzey ve iç yüzey alanlarının birbirine oranıyla çarpımına eşitti. Böylece, 5 800 atmosferlik bir basınç uygulanmasıyla, yaklaşık 97 000 atmosferlik bir basınç elde ediliyordu. 15 Şubat 1953'te başarıya ulaşıldı: Şirkete yaklaşık 336 000 dolara mal olan 40 küçük billur üretildi.
O günden bu yana yapay elmas üretimi, aralarında ABD, Güney Afrika Cumhuriyeti, Japonya ve Rusya'nın da bulunduğu birçok ülkede gerçekleştirilmektedir.
Yapay elmasların fiziksel, kimyasal ve optik özellikleri, doğal elmaslarla aynıdır. Donuk sarı ya da gri-siyah renktedirler; bugüne kadar, üretilen en büyük billur, 1 mm boyundadır ve yalnızca sanayide kullanılmaktadır.
BAŞLICA ELMAS ÜRETİCİLERİ
1775'e kadar Hindistan'daki Golkonda bölgesi, özellikle de Kriştna ırmağı kıyıları, en verimli elmas üretim alanı olmuş o tarihten sonra, Brezilya'da Minas Gerais eyaleti ön plana geçmiştir. 1867'den sonra Güney Afrika Cumhuriyeti'nin üretimi gün geçtikçe artmış, 1950'de eski SSCB'de Yakutistan Cumhuriyeti'nde önemli bir elmas yatağı bulunmuştur. ABD'de de Arizona, Nevada, Montana ve Arkansas eyaletlerinde büyük yataklar vardır. 1980 yıllarından bu yana Yakutistan, Güney Afrika Cumhuriyeti ve Zaire, dünya elmas pazarına egemendirler.