金刚石与世界钻戒市场

丁 毅

DING Yi

河北地质大学 地质调查研究院，河北 石家庄 050031

Hebei GEO University,Shijiazhuang 050031,China

1 金刚石的概述

金刚石被过去修理瓷器的匠人俗称为金刚钻，切割并打磨做成的手饰又称为钻戒。金刚石与石墨都是由碳元素组成的矿物。金刚石的最大特点就是硬度高，是目前在地球上发现的所有天然存在的矿物中最坚硬的，摩氏硬度为10(Mohs hardness scale)，是莫氏硬度排在第九位的刚玉硬度的150倍，“A diamond is forever”(金刚石就是永远)是爱情的代名词。金刚石的晶型有八面体、菱形十二面体和六面立方体(图1)，八面体犹如两个金字塔底座相对而成(图1A、C、D、E、F、I)。计量金刚石单位的是重量单位克拉(英语：carat,缩写：ct.)，1ct.=200毫克。 许多大颗粒金刚石显示出明显的生长线，而且呈现多期生长的特点 (图1C、D、G、H、I)。金刚石常含有杂质元素，其中最重要的是N和B，还含有其它微量元素，正是因为这些微量元素成就了彩色金刚石的存在[1-5](图1B、E、F、G，图2I，图4)。

2 金刚石的成因

金刚石之所以硬度大，是因为在金刚石晶体内部每一个碳原子都与周围的4个碳原子紧密结合，形成一种致密的三维结构，这是金刚石在极为高压的环境下，碳原子“被挤压”而形成的一种矿物。根据金刚石中所含包裹体测算出金刚石的形成条件，压力在4.5～6.0 Gpa (相当于150～200 km的上地幔深度)，温度为1 100～1 500℃[1，4]。

全世界95%以上的天然金刚石产在金伯利岩体中[6-8]，还有就是钾鎂煌斑岩[9-12]和冲积型金刚石砂矿。另外，金刚石也寄存在基性和超基性侵入体中，包括辉绿岩和榴辉岩中，但是这些岩石都不具备经济的可开采性，而可开采的金伯利岩也只占全世界所发现的6 400座金伯利岩体的1%。金刚石在原生的金伯利岩和钾镁煌斑岩中以两种方式存在：大颗粒晶体是在上地幔或下地壳深度早已结晶并由岩浆携带到地表分离出来的，和微晶体存在金伯利岩的基质中，前者形成时间长可见其生长纹(图1C、D、G、H、I)，显示其漫长的结晶生长期[1，4，6]，微粒金刚石则是在岩浆由上地幔至地表的上侵过程中冷却形成的，前者多含上地幔矿物的包裹体，后者多为纯净不含矿物包裹体。金刚石是最古老的宝石，主要形成在33亿年前和12—17亿年这两个时期，因此具有经济意义可被开采的金刚石矿多在古老地台如太古代克拉通，而裹挟这些上地幔宝石的金伯利岩浆形成在从太古代到新生代的各个时代都有[6-7]。

图1 天然金刚石Fig.1 Natural Diamonds

3 大颗粒金刚石

世界上大颗粒金刚石的发现都是新闻，不仅仅是其价值高，最重要的是所发现大颗粒金刚石的地点周围区域都可视为寻找有经济价值金伯利岩体的靶区，而且大颗粒金刚石中含有岩浆源区的矿物包裹体，对研究上地幔特征具有重要意义。

金刚石的大小从3 106 ct.到小于0.5 ct.都有，从手掌大到肉眼不容易看见。当然，金刚石越大越值钱。世界上最大颗粒金刚石产在南非的矿体中，命名为“库里南”(图3A)，手掌大小，3 106 ct.，当时被英国皇家以15万英镑的价格收购(现在保守估价也要超过20亿元人民币)，后被破碎为9块，其中最大的一块(图3B)加工成世界上唯一的最值钱的饰品(图3C)，被镶嵌在英国国王的权杖上，代表最高权力的象征。2016年，由加拿大Lucara金刚石公司在博茨瓦纳的Karowe矿中发现了世界上第二大的金刚石，1 109ct.(图2D)，2018年以相当于3.6亿元人民币的价格卖给了Graff宝石商。图3E为在博茨瓦纳发现的813 ct.无色透明6 cm宽的金刚石，2006年拍卖价格为4.1亿人民币；图3F为俄国的Alrosa公司在Nyurbinskoye矿中发现的214.65 ct.的金刚石；加拿大的Lucara公司在安哥拉的金刚石矿中发现的404 ct.的金刚石(图3G)；图3H为在2006年在莱索托境内的Letseng矿发现的603 ct.的金刚石，因其透明程度不是太好，拍卖价格仅为0.84亿元人民币；图3I为Petra Diamonds公司在坦桑尼亚其Williamson矿中发现的一颗23.16 ct.的粉色金刚石。

中国清末《湖南桃源县县志》和《山东通志》上都有记载农民捡拾金刚石[13]。中国发现大颗粒金刚石也有不少记录：20世纪30年代在山东郯城县李庄农民捡拾的218.75 ct.，20世纪70年代在江苏宿迁发现52.71 ct.和在山东临沭县的常林村附近发现158.786 ct.，80年代在山东陈埠金刚石砂矿中先后发现124.27 ct.、96.94 ct.和92.86 ct.，还在蒙阴矿中发现一颗重119.01ct.“蒙山一号”金刚石，2006年又在蒙阴矿中发现一颗101.469 ct.金刚石。湖南发现金刚石的地点可以用到处开花来形容，最大颗粒为70 ct.[13-14]。中国有常德的沅水、临沂的陈埠等金刚石砂矿，然而砂矿本身要比原生矿的含矿差，土地和人工价格的上涨，使得这些砂矿早就关闭了。除了上述在湖南常德和山东临沂有金刚石出土外，在内蒙的固阳和赤峰、山西的北部、和贵州的东北部都有金刚石出土报道，这些地点连同辽宁的瓦房店和普兰店市、山东临沂、湖南的常德北部的石门县、沅水流域、以及湘西都是中国金刚石矿的异常区。大颗粒的捡拾不仅是金刚石本身的价值，而且提供含金刚石母岩的重要信息。

图2 世界上的一些大颗粒金刚石Fig.2 Large diamonds discovered in the world

4 金刚石的价格决定因素

1931年Shipley建立了美国宝石学院(Gemological Institute of America，简称GIA)，该宝石学院建立了金刚石的4Cs评价标准，重量(Carat)，颜色(Color)，清洁(Clarity)和切割形状(Cut)[16](图3)，具体地说，金刚石的价格取决于其重量、颜色、有无裂纹、有无包裹矿物和切割的形状等因素。目前，GIA的10个分院、9个金刚石分级和鉴定中心、5个实验室、和4个研究所遍布全球14个国家和地区，共培养了来自全世界各国的超过40万名学生。

4.1 金刚石的重量

目前，透明度好的500 ct.以上的大颗粒金刚石的拍卖价格都超过亿元人民币。金刚石的价格随着其大小的级别成阶梯上升，越大的金刚石其价值的等级越高，其价格也越稳定，换句话说，金刚石的价格是按照其颗粒大小分级的，颗粒越大其价格的档次越高，比如：20 ct.的大颗粒的金刚石是不可以参照小颗粒的价格用简单成法运算来得出其价格的，20 ct.的大颗粒的金刚石是要比小颗粒的金刚石的价格级别高几十倍甚至上百倍，过百ct.的金刚石的价格相当于20 ct.左右的金刚石数倍。图3E是金刚石克拉和颗粒大小的对比图，方便人们根据颗粒的大小直观地判断金刚石的克拉数。

图3 金刚石的评价标准Fig.3 Evaluation standards of Diamonds

4.2 金刚石的颜色

粉色和蓝色的金刚石极为稀少也最贵(图4B、C、D、E、H)，而浅黄色的价值最低，但是透明度好大颗粒的黄色金刚石也卖出过好的价格(图4A、4F)。所有加工出来的大颗粒金刚石(大于20 ct.)的彩色钻戒拍卖价格都过亿，2016年香港佳士得拍卖公司拍出了一枚粉色钻戒(图4B、4C)，居然高达4.8个亿，创历史高价。印度是世界上发现并开采金刚石最早的国家，图4G钻戒是世界上少有的280 ct.浅绿色金刚石加工的钻戒，于1650年在印度南部的Kollur金刚石矿中被发现，名字是Great Mogul Diamond。深红色金刚石在世界上是稀有的，目前世界上仅发现有三颗大于5 ct.，Sydney DeYoung (1897—1986年)在美国波士顿的跳蚤市场发现了一颗5.03 ct.深红色的金刚石(图4I)，后来他捐赠给了Smithsonian学院。金刚石的颜色的深浅随着所含微量元素的多少而产生微妙的变化，GIA建立了标准的颜色色标，因为澳大利亚的Argyle矿多产彩色金刚石，Argyle公司也创造出自己的色标(图3A、B)。

4.3 金刚石的清洁度和切割形状

天然金刚石的内部通常含有包裹体，包裹体通常是镁铝榴石、透辉石、铬铁矿、钛铁矿、橄榄石和气泡构成。 包裹体是研究上地幔温度和压力的探针，对科学界来说非常有价值的，但是对宝石界来说是负价值，包裹体越多清洁度就差。图3C是宝石界遵守的评价金刚石纯洁度的衡量尺度，由“F,IF”(在10倍镜下看不见任何杂质)到I-2、I-3(肉眼清晰可见杂质)共11个级别。

金刚石的价格还受其形状影响，原石的形状适合哪种钻戒的特定形状也是一个重要因素，即以最小的切割去实现特定的钻戒形状，而被切割下来的金刚石边料少。钻戒传统的特定形状叫法也比较流行(图3F),侯爵夫人形(marquise)、公主形(princess)、椭圆形(oval)、圆形(round)、心形(heart)、阿舍尔形(asscher)、祖母绿形(emerald)、辐射形(radiant)和梨形(pear)，其它定形还有：Radiant、Baguette、Trillion、Cushion。除了这些比较时髦的形状外，普通的而且比较常见的金刚石切割见图3D。

图4 世界上一些名贵彩色钻戒Fig.4 Some expensive and processed color diamonds in the world

5 金刚石的加工

由于金刚石的密度大和硬度高，因此适合于加工出来具有比其它宝石更多的而且坚固棱角的抛光面(facets)，因此也造就了钻戒在任何的角度都有折射光和反射光，给人以光彩夺目的印象，这也是钻戒为什么价值高的重要原因之一。一般来说，以1毫米为尺度，大于1 mm的都叫宝石级金刚石，随着机械加工技术的日益改进，许多公司把宝石级的尺度降低为0.5 mm，如著名的EZ公司，能加工0.25～0.75 mm的金刚石，用于钻戒上大颗粒钻石周围的镶嵌的小颗粒钻石，也用于制作手表中。EZ公司历史长达50年，总部设在菲律宾，在纽约、香港、上海和比利时均设有机构。在我国的广州和深圳设有加工企业。从专业的买进金刚石、切割打磨、到最后销售都有专业人员。工厂的加工机器都是特定制作的世界顶级的机器。值得一提的是1985年成立的印度“吉兰(Kiran Gems)”家族钻石加工企业，目前该企业已经具有4万名员工，具有评估、加工、市场营销等一整套的运作体系；在印度还有上千家类似的加工钻戒企业，其中50%的企业集中在印度孟买北部250 km的Surat镇，整个印度钻石加工业控制了世界上80%以上的金刚石加工。在中国，钻戒的加工起步晚，目前在广州和上海仅有一些小型的金刚石加工车间。

6 世界钻戒市场

金刚石价格随着年代的增长变得越来越有价值。如前面所述的世界之最的库里南，由最初的相当于人民币133万到现在的超过10亿元人民币，增长了750倍[15]。美国在近半个世纪始终是全球最大的钻戒市场，据mining-technology.com网站统计，2015年全球钻戒销售额为790亿美元，美国占49.4%，中国为12.7%，日本为6.3%，印度为3.8%。预测到2020年，中国和印度这两个国家钻戒的销售量总和将占全球的50%。

7 人造金刚石

过去的20年，世界上较大的地质找矿勘探公司踏遍了全球每个角落，没有大的发现。在过去的10年中，世界天然金刚石产量在1.3亿ct.上下徘徊(资料来源：statista.com)。世界钻戒市场的需求却促进了人造金刚石企业的发展。人类研究人造金刚石(synthetic，artificial，cultured，cultivated diamond)有上百年的历史，在高温高压下使碳原子转化为人造金刚石的理论是1946年由诺贝尔奖获得者Percy Williams Bridgeman提出的。美国GE公司于1955年用此理论制出人造金刚石[16]。

目前成熟的方法是高温高压(high pressure and high temperature，缩写是HPHT)和化学蒸发沉淀(chemical vapor deposition，缩写是CVD)两种方法[17-23]。人造金刚石广泛用于研磨和切割工具，像石油勘探与矿山开采、机床机械与汽车制造、轨道交通、核电、高压线开关等等需要高硬度材料的地方。采用HPHT技术国外用的是“两面顶压机”，中国在1965年设计制造具有较大的优势的六面顶压机，这些也都与优质硬质合金顶锤、粉末触媒和间接加热工艺(合称粉状工艺)的工业化密不可分。大型合成压机是合成金刚石的核心设备，它要创造一个高温(>1 400℃)、高压(>5GPa)的合成腔体，在体内使碳原子形成稳定的金刚石晶体。

中国是全球最大的金刚石单晶生产大国，2015年产量占全球总产量的91%。中南钻石、豫金刚石、黄河旋风这三家中国人造金刚石企业的产品主要集中在颗粒较小的工业用金刚石的中低端市场，而人造金刚石的高端市场主要被元素六公司(Element Six，De Beers公司的子公司)、美国合锐公司(Hyperion)、韩国日进公司(Iljin)等外资企业所垄断。面对金刚石工业市场的需求下滑而宝石级金刚石的市场较旺的情况，中国这三家企业已经投入巨资进入高端彩色金刚石单晶制造领域。

随着生产人造金刚石的工艺不断改善，开始能生产出大颗粒(10 ct.)和有色金刚石，这对宝石业是个极大的挑战和不小的冲击。区分天然和人造金刚石是一个难题，天然大颗粒金刚石或多或少含有矿物包裹体和生长线，以及微弱的和均匀的荧光；而人造金刚石不含包裹体和有较强的荧光，天然金刚石是长时间形成的而人造金刚石是在短时间形成的，因此天然金刚石在荧光、颜色的均匀、生长纹路平整上都比人造金刚石好得多[24-26]。GIA的专家坦诚说：普通的宝石鉴定专业人员是很难区分天然和人造金刚石的。在人造金刚石对宝石业发起巨大的冲击的同时，以GIA为首的宝石业在鉴别人造金刚石的技术上(FTIR，Fourier-transform infrared spectroscopy；中文：傅立叶变换红外光谱)也在日臻完善[27]。

8 结语

金刚石的高硬度和稀缺性使其成为世界上最贵的矿物。大颗粒和彩色金刚石的价值达到天价而且所发现的地点提供原生矿地点的重要信息。与世界水平相比，在中国发现金刚石矿我们落后了，中国生产金刚石在世界上是最大的，占世界产量的90%以上。制造是工艺是工匠精神但这仅仅是生产技术不是科学不是理解，要想长久地发展一个企业必须有科学有科研有理解，金刚石制造企业应当在科学的研发上再拥有自己的核心技术，在拥有自己的知识产权上投入资金。国际宝石协会联合在抵制人造金刚石进入宝石市场制定了许多措施，但是人造金刚石的走私混入宝石市场的活动非常猖狂，不断地冲击钻戒市场，蓄意夸张的和造谣中伤的微博传播，这些都是对宝石界和地质界的挑战。