Teemant

Teemant (vanakreeka sõnast ἀδάμας "adamas" 'purunematu') on süsiniku allotroopne vorm. See on kuubilise süngoonia mineraal, mille lõhenevuspindade vahele jäävad osad on oktaeedrilised. Lõhenevuse tõttu on teemant habras, eriti löökkoormustel, ning seda omadust kasutatakse ära teemantide lihvimisel.
Tema tihedus on 3,5 g/cm³. Teemant on kõige kõvem looduslik mineraal. Teemandist kõvem on vaid selle tehislik nanokristalliline vorm hüperteemant. Samas on teoreetiliste arvutustega näidatud, et ka mõned looduslikult mitte esinevad boornitriidi vormid peaksid olema teemandist kõvemad.
Teemant on läbipaistev, kui defektid või lisandid tema läbipaistvust ei vähenda. Tal on suur murdumisnäitaja ja tugev dispersioon, ent kuubilise süngoonia tõttu puudub kaksikmurdumine. Puhas teemant ei juhi elektrit, kuid juhib väga hästi soojust – paremini kõigist tahketest ainetest, kaasa arvatud metallid.
Kuumutamisel reageerib teemant hapnikuga ja muude ainetega, samuti lahustub sulatatud metallides. Normaalrõhul on teemant metastabiilne, kuid teemandi muundumine grafiidiks toimub inertses keskkonnas märgatava kiirusega alles temperatuuridel üle 1200 °C. Mitmed süsinikku lahustavad metallid, sealhulgas raud, kiirendavad seda protsessi.
Teemandi lihvimisel saadakse hinnalisim vääriskivi – briljant. Viimaste turuväärtust on märgatavalt kasvatanud ulatuslik turundus.
Teemandid tekivad vahevöö ülaosas, kus nende moodustumiseks on piisav rõhk ja temperatuur. Samas suudetakse laborikeskkonnas valmistada sünteetilisi teemante ning nende aastatoodang ületab oluliselt looduslike teemantide toodangut.
Maailma suurimad teemandikaevandused asuvad Botswanas ja Venemaal. Põhilised lihvimis- ja müügikeskused on Antwerpen, New York, Tel Aviv ja Amsterdam. Madalama kvaliteediga teemante lihvitakse eelkõige Indias.
Ajalugu.
Arvatakse, et esimesena hakati teemante väärtustama ja kaevandama Indias, kus neid leidus Penneri, Krišna ja Godavari jõgede rohketes setetes. Teemante on Indias tuntud vähemalt viimased 3000, tõenäoliselt isegi 6000 aastat.
Muistses Indias oli teemantidel religioosne väärtus. Samuti kasutati teemante eelajaloolisel perioodil graveerimisvahendina.
Antiikajal toodi teemante Euroopasse Indiast. Neid kasutati graveerimiseks. Lihvitud teemantide kasutamine ehtekivina ei ole leidudega tõendatud, aga kui neid poleks ehtena kasutatud, siis jääks arusaamatuks, miks peeti antiikajal teemanti kõige väärtuslikumaks kalliskiviks.
Alates 19. sajandist on teemantide populaarsus pidevalt kasvanud tänu suurenenud tarnetele, paranenud lõikamis- ja lihvimistehnika kasutuselevõtule, maailmamajanduse kasvule ja nutikatele reklaamikampaaniatele.
Prantsuse keemik Antoine Lavoisier tõestas 1772. aastal katse abil, et teemant koosneb süsinikust. Katse käigus suunas ta läätsede abil koondatud päikesekiired teemandile, mis asetses hapnikurikkas keskkonnas. Põlemisprotsessi tulemusena eraldus vaid üks komponent – süsinikdioksiid. Aastal 1797 kordas ja täiendas sama katset Smithson Tennant, tõestades, et teemanti ja grafiidi põletamisel eraldub võrdne kogus süsihappegaasi.
Antiikajast kuni tänapäevani kasutatakse lihvitud teemante eelkõige ehetena. Valguse lahutumine spektriks (dispersioon) on vääriskivide peamine gemmoloogiline näitaja. 20. sajandil on gemmoloogid välja töötanud meetodid teemantide ja teiste kalliskivide väärtuse hindamiseks. Selleks kasutatakse peamiselt nelja tunnusjoont: massiühik karaatides, lõige (lihvi tüüp ja kvaliteet), värvus ja puhtus.
Looduslik moodustumine.
Teemantide looduslikuks moodustumiseks on vajalikud väga spetsiifilised tingimused – süsinikurikaste materjalide sattumine keskkonda, kus on kõrge rõhk väärtusega 45–60 kbar (4,5–6 GPa) ja temperatuur 900–1300 °C. Need tingimused on täidetud Maa litosfääris (suhteliselt stabiilsete laamade all) ja meteoriitide kokkupõrke kraatrites.
Moodustumine kraatonites.
Teemantide looduslikuks tekkeks vajalik rõhk ja temperatuur esineb litosfääris sügavusel 140–190 km, kuigi aeg-ajalt võivad nad moodustuda umbes 300 km sügavusel. Maa geotermiline gradient (temperatuuri muutus sügavuse kasvamisel) erineb märkimisväärselt erinevates geograafilistes piirkondades. Eriti kiiresti tõuseb temperatuur ookeanipõhja alustes Maa kihtides, ületades teemantide tekkeks vajalikku temperatuurivahemikku. Teemantide moodustumiseks vajalikud tingimused on täidetud kraatonis, milles pikaajaline viibimine võimaldab teemandikristallidel suuremaks kasvada.
Süsiniku isotoopide uuringud (sarnased radiosüsiniku meetodiga, v.a stabiilsed isotoobid 12C ja 13C) on näidanud, et teemantides sisalduv süsinik on nii orgaanilise kui ka anorgaanilise päritoluga. Teemandid võivad moodustuda anorgaanilisest süsinikust peridotiidist sügaval Maa vahevöös ja orgaanilisest süsinikust (detriidist), mis on läbi maakoore subduktsiooni käigus allapoole surutud. Nendel kahel erineval teemanti tekkematerjalil on erinevad 13C ja 12C väärtused. Maapinnale sattuvad teemandid on üsna vanad – alla miljardi kuni 3,3 miljardi aasta vanused (moodustab 22–73% Maa vanusest).
Muu tekkepäritoluga teemandid.
Mitte kõik Maalt leitud teemandid pole meie planeedil tekkinud. Aafrikas ja Lõuna-Ameerikas leitud "carbonado"-tüüpi teemandid (ehk mustad teemandid) võisid Maale sattuda asteroididega umbes 3 miljardit aastat tagasi. Need teemandid võisid moodustuda tähtedevahelises keskkonnas, kuid tänapäeval puudub teadlaste vaheline konsensus, kus nad tegelikult tekkinud on.
Teemandid võivad moodustuda looduslikes kõrge rõhu tingimustes. Väga väikeseid teemante (nanomeetrise kuni mikromeetrise läbimõõduga ehk nn mikro- ja nanoteemandid) on leitud meteoriidikraatritest. Kokkupõrke plahvatuse ajal esinev temperatuur ja rõhk võivad soodustada teemantide teket. Sellisel viisil moodustunud teemante saab kasutada indikaatorina eelajaloolise perioodi kraatrite asukoha määramisel.
Teaduslikud tõestusmaterjalid viitavad sellele, et valgete kääbuste tuum koosneb kristalliseerunud süsinikust ja hapnikust. Avastatud valgetest kääbustest suurim (BPM 37093) asub Maast 50 valgusaasta (4,7×1014 km) kaugusel Kentauri tähtkujus. Harvard-Smithsonia astrofüüsika keskus kirjeldas ligi 4000 km läbimõõduga tähte kui "teemanti", mille hüüdnimeks sai Lucy – The Beatlesi laulu "Lucy in the Sky With Diamonds" järgi.
Vahevööst maapinnani jõudmine.
Vulkaanilõõrid – teemantide transpordikoridorid.
Teemanti kandev kivim jõuab vahevööst maapinnale sügavate vulkaanipursete käigus. Sellise vulkaani magma peab asuma teemantide moodustumise, s.o rohkem kui 150 km sügavusel, mis on ligi kolm korda suurem sügavus kui tavalistel vulkaanidel. Vulkaanikraatrid on tavaliselt väikese läbimõõduga ning on ühendatud magmakambriga vulkaanilõõri abil, kus vulkaanipurskeid toimub üsna harva. Pursete vaheajal on lõõrid täitunud tardunud vulkaanilise ja muu materjaliga. Pursete ajal kraatrid avanevad ja toimub vaba tsirkulatsioon, mille tõttu on lõõridest leitud palju ksenoliite, aga ka puitu ja fossiile. Teemante kandvad vulkaanilõõrid on lähedaselt seotud vanima ja jahedaima kontinentaalse maakoorega (kraatonid). Seda seetõttu, et kraatonid on üsna paksud ja ulatuvad piisavalt sügavale, kus teemandid on stabiilses olekus. Mitte kõik vulkaanilõõrid ei sisalda teemante ning veel vähem on selliseid, kust teemantide kaevandamine osutub majanduslikult tasuvaks.
Teemante kandvad kivimid ja indikaatormineraalid.
Vulkaanilõõridesse tungiv magma on tavaliselt ühte tüüpi (kahest levinumast), mis kivistub vulkaaniliseks kivimiks – kimberliidiks või lamproiidiks. Magma ise ei sisalda teemante, vaid toimib selle asemel nn elevaatorina, mis kannab sügaval moodustunud kivimeid (ksenoliite), mineraale ja vedelikke ülespoole. Iseloomulikult kannavad need kivimid rikkalikult magneesiumisisaldusega oliviini, pürokseeni ja amfibooli rühma mineraale, mis on purske ajal ja pärast purset tihti muundunud kuumuse ja vedelike koosmõjul serpentiiniks.
Teatud "indikaatormineraalid" esinevad tüüpiliselt koos teemante sisaldava kimberliidiga ning nende olemasolu kontrollivad teemandiotsijad vulkaanilõõrides. Need mineraalid sisaldavad rikkalikult kroomi või titaani, mis annavad mineraalidele eredama värvuse. Kõige levinumaks indikaatoriks on kroomi sisaldavad granaadid (tavaliselt punane püroop), eklogiidi granaadid, oranž titaan-püroop, punased kõrge kroomisisaldusega spinellid, tume kromiit, ereroheline kroom-diopsiid, klaasjas roheline oliviin, must ilmeniit ja magnetiit. Kimberliidi sügavamad setted sisaldavad rohkem serpentiini ja on sinakad, maapinna lähedased setted on aga kollakad ja sisaldavad savimineraale, karbonaatkivimite murenemise ja oksüdatsiooni protsessi jääkprodukte.
Liikumise kiirus.
Arvatavalt tõuseb magma kraatonist kiirusega paar sentimeetrit aastas. Teemandid peavad jõudma üles oluliselt kiiremini, sest vastasel juhul nad põleksid mõne päeva jooksul ära maakoores valitsevate tingimuste tõttu. Laborites tehtud katsed on näidanud, et teemante ümbritsevad sulakivimid toimivad omamoodi katalüsaatorina, mille lagunemisel eralduv süsinikdioksiid kiirendab oluliselt vääriskivide liikumiskiirust. Granaatide ja kimberliidiga tehtud katsed näitasid võimalikku liikumiskiirust vastavalt kuni 60 ja 14 km/h. Selliste kiiruste juures jõuaksid teemandid 140–200 km sügavuselt maapinnani vähem kui ühe ööpäevaga.
Peamised leiukohad.
Kui teemandid on transporditud maapinna lähedusse, siis võivad nad erosiooniprotsessi tõttu sattuda vahetult maapinnale ning kanduda laiali suurele territooriumile. Vulkaanilõõre peetakse esmatähtsaks teemantide leiuallikaks. Tähtsuselt teisel kohal on leiukohad, kus teemandid on erosiooni tõttu maapinnal paljastunud ning vee ja tuule abil teatud kohtadesse kogunenud. Nende piirkondade hulka kuuluvad jõesetted ja setted olemasolevatel ja endistel rannikutel, kuhu teemandid võivad oma suuruse ja tiheduse tõttu akumuleeruda. Harva võib teemante esineda ka liustikusetetes (äramärkimist väärivad Wisconsin ja Indiana), kuid võrreldes jõesetetega pole nende kaevandamine majanduslikult otstarbekas.
Teemandi struktuur.
Teemandi kristallivõre moodustavad süsiniku aatomid, mis on omavahel ühendatud kovalentsete sidemetega. Sellist kristallivõre tüüpi nimetatakse aatomvõreks. Iga süsiniku aatom on kristallivõres seotud nelja naaberaatomiga, moodustades korrapärase tetraeedri kujulisi ühendusi. Kõigi nelja naaberaatomi omavaheline nurk on 109,5°.
Teemandi kristall on väga korrapärase ehitusega, mistõttu ületab teemant kõvaduselt peaaegu kõiki lihtained (v.a lonsdaleiiti) ning tal on väga kõrge sulamistemperatuur (peaaegu 4000 °C). Kuna kovalentsed sidemed on (erinevalt metallilisest sidemest) üsna jäigad, on teemant siiski suhteliselt habras.
Teemandiga analoogilise ehitusega kristalle moodustavad näiteks ka lihtaine räni ja mitmed liitained (nt ränikarbiid ehk karborund SiC). Kvartsi kristall on aga keerulisema ehitusega: kristallivõre keskmetes asuvad räni aatomid pole kovelentsete sidemetega ühendatud mitte vahetult, vaid hapnikuaatomite kaudu. Sünteetilistest ühenditest on sarnase struktuuriga näiteks mitmed boornitriidi vormid, mis on samuti väga kõvad ja selles osas võrreldavad teemandiga.
Kõige levinumad defektid teemandi struktuuris on lämmastikudefektid ja lämmastik ise võib teemandi massist moodustada kuni 1%. Sellisel juhul asendab süsinikku aatomit lämmastiku aatom ja vastavat teemantvõre punktdefekti nimetatakse lämmastik-vakantstsentriks. N-V-tsentrid on leidnud laialdast kasutust biomarkeritena ja neid püütakse rakendada uudsetes elektroonika ja arvutiteaduse valdkondades, sealhulgas kvantkrüptograafias ja spintroonikas.
Tähtsamad omadused.
Teemant on leidnud laialdast kasutust eelkõige tänu oma erakordsetele füüsikalistele omadustele. Nendest peetakse väga oluliseks kõvadust, soojusjuhtivust (900–2320 W·m−1·K−1), keelutsooni ja optilist dispersiooni. Vaakumis või hapnikuvabas keskkonnas hakkab teemant muunduma grafiidiks rohkem kui 1700 °C juures. Õhus algab sama protsess temperatuuril ligikaudu 700 °C. Teemandi süttimistemperatuur on hapnikus 720–800 °C, õhus 850–1000 °C. Looduslike teemantide tihedus on 3,15–3,53 g/cm3, puhtal teemandil ligilähedane väärtusele 3,52 g/cm3.
Kõvadus.
Teemant on teadaolevalt kõige kõvem looduslik materjal Mohsi astmikus, kus mineraali kõvadus määratakse tema vastupanu järgi kriimustamisele ning seda hinnatakse skaalal ühest (kõige pehmemad) kümneni (kõige kõvemad). Teemandi kõvadus on selle skaala järgi 10. Selle vääriskivi kõvadus on tuntud antiikajast saadik.
Teemandi kõvadus sõltub tema puhtusest, kristallilisest täiuslikkusest ja orientatsioonist: kõvadus on kõige suurem veatutel, täiuslikel kristallidel, mis on orienteeritud kristallivõre struktuuri (oktaeedri) kõige pikema diagonaali suunas. Teemant on kõige pehmem paralleelselt kristallstruktuuri kuubikpindadega. Seetõttu saab teemante lihvida vaid kõige tugevamate materjalidega, milleks on nt boornitriid, teised teemandid ja nanokristalliline hüperteemant.
Teemandi kõvadus sobib hästi selle vääriskivi kasutajatele, kuna seda saab kriimustada vaid teiste teemantidega ning seetõttu säilitab teemant oma lihvi hästi ka igapäevasel kasutamisel. Tänu sellele on lihvitud teemantidega (briljant) sõrmused leidnud laialdast kasutamist kihla- ja abielusõrmustel.
Kõige kõvemad looduslikud teemandid pärinevad peamiselt Copetoni ja Bingara väljadelt Uus-Lõuna-Walesis Austraalias, kus teemandid on reeglina väikesed, kristallivõre struktuuris korrapärase oktaeedriga. Nende teemantide kõvadus on seotud kristallide ühestaadiumilise kasvuga. Enamik ülejäänud teemantidest kasvab mitmes staadiumis, mille tõttu tekivad neile lisandid, mõrad ja kristallivõre defektsed tasandid, mis omakorda mõjutavad vääriskivide kõvadust. Tavaliste teemantide töötlemisel kõrge temperatuuri ja rõhu tingimustes on võimalik nende kõvadust tõsta suuremaks kui indikaatoritena kasutatavatel teemantidel.
Kõvadus on mõnevõrra seotud veel ühe mehaanilise omadusega – sitkusega (omadus taluda enne purunemist deformeerumist). Loodusliku teemandi sitkus on vahemikus 7,5–10 MPa·m1/2. See väärtus on väga hea võrreldes muude vääriskivide sitkusega, kuid üsna kehv võrreldes enamiku inseneriehitustes kasutatavate materjalidega. Nagu kõikide materjalide puhul, nii määrab ka teemandi vastupanuvõime purunemisele tema makroskoopiline geomeetria. Lõhenevuse tõttu on teemant teatud suundades (kuubik) hapram kui teistes (oktaeeder) ning seda omadust kasutatakse ära teemantide lihvimisel. "Sitkus kokkupõrkel" on üks peamisi parameetreid sünteetiliste teemantide kvaliteedi määramisel.
Elektrijuhtivus.
Enamik teemante on väga head elektriisolaatorid (nad ei juhi elektrit), kuid mõned sinised teemandid on looduslikud pooljuhid. Nende teemantide elektrijuhtivus ja sinine värvus tuleneb boori sisaldusest. Boor asendab teemandi kristallivõres süsiniku aatomeid, jättes vabad nn augud valentstsooni. Augud käituvad nagu positiivse laenguga osakesed, võttes osa elektrijuhtivusest.
Olulisel määral elektrijuhtivust esineb sünteetilistel teemantidel, mis on toodetud keemilisel sadestamisel aurufaasist. Elektrijuhtivus tekib vesinikuühendite adsorbeerimise tõttu teemandi pinnale ning seda saab eemaldada välispinna termilise või mõne muu töötlemismeetodiga.
Pinna omadused.
Teemandi pind on hüdrofoobne ja lipofiilne. See tähendab, et tema pind ei märgu veega kokkupuutumisel, kuid märgub ja kleepub kokkupuutel õliga. Viimast omadust saab ära kasutada sünteetiliste teemantide valmistamisprotsessi ajal teemantide fragmenteerimisel.
Keemiline stabiilsus.
Teemandid on keemiliselt väga stabiilsed. Toatemperatuuril ei reageeri nad ühegi keemilise ühendiga (kaasa arvatud mitmesugused happed ja alused). Teemandi pinda on võimalik kõrgetel temperatuuridel (alla 1000 °C) vaid veidi oksüdeerida väheste oksüdeerijatega. Seetõttu saab happeid ja aluseid kasutada sünteetiliste teemantide rafineerimisel.
Värvus.
Teemandil on lai keelutsoon väärtusega 5,5 eV, mis vastab sügavale ultraviolettkiirguse lainepikkusele 225 nm. See tähendab, et puhas teemant annab edasi nähtavat valgust ning paistab nagu värvitu ja puhas kristall. Teemandi erinevad värvid on tingitud kristallivõre defektidest ja ebapuhtusest. Teemandi kristallivõre on väga tugev, mistõttu märkimisväärsetes kogustes (aatomprotsent ja rohkem) võivad ainult lämmastiku, vesiniku ja boori aatomid sattuda teemandi sisse kristallide kasvamise perioodil. Üksikuid metallide (nikkel ja koobalt) aatomeid lisatakse kõrge temperatuuri ja rõhu toimel sünteetilistesse teemantidesse; nikli maksimaalne kontsentratsioon on seejuures 0,01% ning koobalti oma veelgi väiksem. Praktiliselt on võimalik ioonide siirdamisega viia teemandisse mistahes elementi.
Kõige levinum lisand teemantides on lämmastik, mis annab vääriskivile kollaka ja pruunika värvuse. Boor aga annab sinise tooni. Teemandid võivad oma värvuse saada veel kahest lisaallikast. Kiirituse toimel (tavaliselt alfakiirgus) saab teemant rohelise värvuse ning kristallstruktuuri plastne deformatsioon annab pruunika ja võib-olla ka punase või roosa tooni. Kõige levinumad teemandid on kollased, neile järgnevad pruunid, värvitud, sinised, rohelised, mustad ning kõige haruldasemad on roosad, oranžid, purpurjad ja punased. "Mustad" ehk "carbonado"-tüüpi teemandid pole tegelikult päris mustad, vaid pigem tumedad nendes sisalduvate rohkete tumedate lisandite tõttu.
Kuna värvilistele teemantidele annavad värvuse mitmesugused lisandid ja kristallivõre defektid, siis peaaegu puhtad teemandid on värvitud ja läbipaistvad. Enamiku mittepuhaste teemantide kristallivõres on süsiniku aatomid mingil määral asendunud lisaainete aatomitega. Levinuim ebapuhtuse põhjustaja on lämmastik, mille erinev kontsentratsioon annab teemandile kerge või intensiivse kollase värvuse. Ameerika Gemmoloogia Instituut (GIA) klassifitseerib nõrga kollase ja pruuni värvusega teemante kui "normaalse värviulatusega" ning annab neile väärtuse "D" (värvitu) kuni "Z" (helekollane). Muude värvidega teemante klassifitseeritakse erinevalt.
Haruldaste värvitoonidega suuremate teemantide turuväärtus on tänapäeval suurem kui kümme miljonit USA dollarit.
Identifitseerimine.
Teemante saab identifitseerida nende kõrge soojusjuhtivuse abil. Samuti võib indikatsiooniks kasutada nende kõrget murdumisnäitajat, kuid paljudel materjalidel on see näitaja ligilähedane teemandile. Teemandiga saab klaasi lõigata, kuid sama saab teha ka kvartsiga, mille kõvadus on Mohsi astmikul klaasi omast suurem. Teemante saab kriimustada teise teemandiga, mis aga võib kahjustada ühte või teist vääriskivi. Praktilises gemmoloogias kasutatakse kõvaduse määramise teste harva nende purustava toime tõttu. Teemandi väga suure kõvaduse ja kõrge väärtuse tõttu lihvitakse neid aeglaselt, ettevaatlikult ja suure tähelepanelikkusega, sarnaselt muude vääriskividega. Selle tulemusena valmivad ekstreemselt lamedad tahud, millel on erakordselt teravad servad. Lisaks arvestatakse teemandi identifitseerimisel tema kõrge murdumisnäitaja ja hea dispersiooniga. Kõik need omadused mõjutavad lihvitud teemanti ning enamik teemanditootjatest kasutab vääriskivide määramisel kogenud silma ja luubi abi.
Tööstus.
Teemanditööstuse tegevuse võib üldjoontes jagada kaheks: tehniliseks otstarbeks kasutatavate teemanttoodete ja juveelide tarbeks briljantide valmistamine. Mõlemad tööstusharud hindavad teemante erinevalt.
Vääriskividena kasutatavad teemandid.
Maailmas toimub ulatuslik lihvitud teemantide ehk briljantide kaubandus. Briljandid pole tavalised finantsturgudel müüdavad kaubad, nagu on näiteks tänapäeval väärismetallid kuld ja plaatina, vaid pigem luksuskaubad, sest neid müüakse suure juurdehindlusega ning vääriskivide järelturg pole kuigi aktiivne. Briljantide edasimüügiks on hästi väljakujunenud müügivõrk (nt pandilaenutegevus, oksjonid, kasutatud juveeltoodete kauplused, juveelitootjad, börsid jne). Üheks briljantide müügivõrgu tunnusjooneks on muljetavaldav kontsentratsioon: teemantide lihvimine ja müük toimub vaid vähestes maailma paikades. Näiteks 2003. aastal lõigati ja lihviti juveelitööstuse tarbeks 92% teemantidest Suratis Indias. Teiste tähtsamate lihvimis- ja müügikeskuste hulka kuuluvad Antwerpen, kus asub Rahvusvaheline Gemmoloogia Instituut, New York, Tel Aviv ja Amsterdam. Üks ettevõte – De Beers (tegutseb Johannesburgis ja Londonis) – kontrollib teemandikaubanduses olulist osakaalu. Üheks kaasaaitavaks teguriks sellele on teemandileiukohtade geoloogiline iseloom: mitmed suured kimberliiti sisaldavad vulkaanilõõridega kaevandused annavad olulise osa maailma kogutoodangust. Näiteks annab üks De Beersi Jwanengi kaevandus Botswanas aastatoodangut 12,5 miljonit karaati (2500 kg) kuni 15 miljonit karaati (3000 kg). Samas on jõesetetega teemandileiukohtadel palju erinevaid operaatoreid, kuna setted on jaotunud laiali suurtele maa-aladele (nt jõesetted Brasiilias).
Briljantide tootmine ja müük on koondunud väheste võtmetähtsusega tegijate kätte ning toimub maailma traditsioonilistes teemandikeskustes. Nendest kõige tähtsam on Antwerpen, kust käib läbi 80% lihvimata, 50% lihvitud ja ligi 50% kõikidest teemantidest, sh tööstuslikud teemandid. See teeb Antwerpenist maailma "teemandipealinna". Veel üks oluline teemandikeskus asub New Yorgis, kus müüakse peaaegu 80% maailma briljantidest, kaasa arvatud oksjonimüügid.
Teemandi kaevandajatest kuulub liidriroll De Beersile juba firma asutamisest saadik aastal 1888 (asutaja Cecil Rhodes). De Beers kontrollib olulist osa maailma teemandikaevandustest ja briljandimüügikanalitest. De Beers ja tema tütarettevõtted toodavad umbes 40% maailma teemanditoodangust aastas. Peaaegu kogu 20. sajandi jooksul toodetud lihvimata teemantidest langes ligi 80% De Beersi arvele, kuid aastatel 2001–2009 vähenes tema osakaal umbes 45%-ni. De Beers müüs suure osa oma teemandivarudest 1999. aastate lõpus – 2000. aastate alguses.
Enne briljantide müüki teemandid lõigatakse ja lihvitakse. Töötlemisel üle jäänud materjali kasutatakse ära tööstuses abrasiivina. Toorteemantide lihvimine ja poleerimine on väga spetsialiseerunud oskus, mille kasutamine on kontsentreerunud limiteeritud maailma paikades. Traditsioonilised töötlemiskeskused on Antwerpenis, Amsterdamis, Johannesburgis, New Yorgis ja Tel Avivis. Viimastel aegadel on neile lisandunud keskused Hiinas, Indias, Tais, Namiibias ja Botswanas.
Madala tööjõukuluga teemantide lihvimiskeskused (nt Gujarāt Indias) käitlevad suurel hulgal väikesemõõdulisi teemante, kuid suuremaid ja väärtuslikumaid teemante töödeldakse ennekõike Euroopas ja Põhja-Ameerikas. Vääriskivide ettevalmistustööstuse hiljutine laienemine madalama tööjõukuluga Indiasse on võimaldanud väiksemaid toorteemante ümber töödelda palju suuremas mahus, kui see varem majanduslikult võimalik oli.
Toorteemantidest valmistatud briljante müüakse 28-l teemantidele spetsialiseerunud börsil üle maailma. Börsid on viimaseks hästi kontrollitud ahelaks teemantide varustusketis. Hulgimüüjad ja isegi jaemüüjad on võimelised börsidelt ostma vaid suhteliselt väikseid briljantide koguseid, pärast mida valmistatakse need ette viimaseks müügiks tarbijatele. Briljante müüakse nii juveeltoodetes kui ka "lahtiselt".
Lõikamine ja lihvimine.
Kaevandatud toorteemandid töödeldakse ümber kalliskivideks mitmeastmelise protsessi käigus. Teemandid on küll väga suure kõvadusega, kuid samal ajal ka haprad, mistõttu on neid võimalik lõhestada ühe tugeva hoobiga. Seepärast kirjeldatakse teemantide lõikamist traditsiooniliselt kui väga õrna tööd, mille läbiviimiseks on vajalikud vilunud oskused, teaduslikud teadmised, spetsiaalsed töövahendid ja kogemused. Selle töö tulemusena valmib mitmetahuline kalliskivi, mille tahkude spetsiifilised nurgad toovad välja briljandi optimaalse sära, valge valguse dispersiooni, samal ajal kui tahkude arv ja pindala määravad lõpp-produkti massi. Massi kadu on teemandi töötlemisel küllaltki oluline, see võib ulatuda kuni 50%. Lõikamisel on võimalik briljandile anda mitu erinevat kuju, kuid lõplikku otsust mõjutavad nii teaduslikud kui ka praktilised kaalutlused. Näiteks kasutatakse lihvitud teemante lihtsalt vaatamiseks või kandmiseks, sõrmuses või kaelakees, üksikuna või koos teiste vääriskividega, kindla värvi ja kujuga.
Kõige aeganõudvam osa on lihvimata teemandi eelnev analüüsimine. Selle protsessi ajal peab tegelema paljude küsimuste lahendamisega, mistõttu võib unikaalsete teemantide analüüs kesta aastaid.
Olulised on järgnevad seisukohad.
Pärast esialgset lõikamist läheb teemant korduvale lihvimisele. Erinevalt lõikamisest, mis on vastutusrikas ent kiire töö, võtab järkjärguline lihvimine palju rohkem aega. Lihvimistehnika on hästi välja töötatud; seda peetakse rutiinseks tööks, mida teostavad tehnikud. Pärast lihvimist toimub teemandi ülevaatus defektide leidmiseks, misjärel otsustatakse, kas need alles jätta või lihvimisega eemaldada. Neid defekte varjatakse mitmesuguste teemanti täiustavate tehnikate abil, nagu näiteks ülelihvimine, pragude täitmine või vääriskivi paigutamine ehte sisse nii, et viga ei jää näha. Ülejäänud mittesobivad lisandid eemaldatakse laserpuurimisega ja puurimisaugud täidetakse.
Turundus.
Turundus on oluliselt tõstnud teemandi kui tooraine väärtust.
Suurima turuosaga teemandikaevandaja (De Beersi) rahastatud ulatuslik reklaamikampaania 20. sajandi keskel muutis Ameerika teemandituru aktiivseks. Samuti suutis ettevõte laiendada teemandimüüki teiste maade turgudele, kus puudus vääriskivide ostmise traditsioon. Kuulsate inimeste abil läbi viidud populariseerimine keskendus eelkõige teemantidele, mitte ettevõttele endale, mistõttu aitas selline kampaania ka De Beersi konkurente. Reklaamikampaania kestis aastakümneid ning lõppes alles 2011. aasta alguses, mil ettevõte hakkas rohkem esile tõstma omatoodangut ja loobus teemantide üldisest populariseerimisest.
Turunduse osakaal oli väga oluline näiteks pruunide teemantide populaarsuse tõstmisel. Pikka aega peeti neid juveelitööstuse jaoks väärtusetuks ning kasutati peamiselt tehnilisel otstarbel. Olukord muutus 1986. aastal, kui Austraalias avati Argyle'i kaevandus, millest kaevandatakse oluline osa maailma pruunidest teemantidest. Selle järgnenud ulatuslik reklaamikampaania aitas pruunidest teemantidest valmistatud briljantide turuväärtust märkimisväärselt suurendada.
Väärtuse vähenemist mõjutavad tegurid.
Hulgimüügis, allahinnatud ja odavamad teemandid on reeglina madalama turuväärtusega. Teemandi hinda langetavad järgmised tegurid:
Tehniliseks otstarbeks kasutatavad teemandid.
Tehniliseks otstarbeks kasutatavatel teemantidel hinnatakse eelkõige nende kõvadust ja soojusjuhtivust, jättes paljud gemmoloogilised karakteristikud tagaplaanile. Seetõttu leiavad juveelitööstusele sobimatud teemandid kasutust tehnilisel otstarbel. Aastal 2012 kaevandati tööstuse otstarbeks 75 miljonit karaati (15 tonni) teemante. Samas moodustas see kogus vaid 3% tehnilisel otstarbel kasutatavatest teemantidest. Samal aasta toodeti üle 4 miljardi karaadi (üle 800 tonni) sünteetilisi teemante. Ülekaalukalt suurim tootjamaa on Hiina.
Vääriskividena ja tööstuslikuks otstarbeks kasutavate teemantide eristamine on halvasti määratletud ning sõltub osaliselt turunõudlusest. Näiteks kui briljantide järele on nõudlus kõrge, siis võidakse lihvimisel kasutada teemante, mida tavaolukorras oleks maha müüdud tööstustele. Nendest eksemplaridest saab valmistada madalakvaliteedilisi või väikseid briljante. Tööstuses tarvitavate teemantide puhul kasutatakse veel alamkategooriat "bort", mille hulka on arvatud kõige madalama kvaliteediga teemandid – enamjaolt läbipaistmatud.
Teemantide ekspluateerimine tehniliseks otstarbeks on ajalooliselt seotud eelkõige nende kõvadusega, mis teeb sellest mineraalist ideaalse abivahendi lõikamis- ja lihvimistööriistadele. Kuna tegemist on kõige kõvema loodusliku materjaliga, siis on võimalik teemandi abil lihvida, lõigata või eemaldada ükskõik millist materjali, kaasa arvatud teemante endid. Kõige rohkem kasutatakse teemante puuriotsikute ja saeterade tugevdamiseks ning pulberkujul abrasiivina. Selleks otstarbeks valitakse tavaliselt välja vähem kalleid ja madalama kvaliteediga (soovimatu värvuse ja rohkemaarvuliste defektidega) teemante. Teemant ei sobi rauasulamite töötlemiseks suurtel kiirustel, sest süsinik lahustub rauas sellise protsessi ajal tekkiva kõrge temperatuuri tõttu ning see viib teemandi kiirele kulumisele võrreldes alternatiivsete materjalidega.
Spetsiifiliste kasutusalade hulka kuuluvad kõrge rõhuga katsed laboratooriumides (nt teemant-alasi kamber), suure koormusega töötavad laagrid ja limiteeritud hulgal akende valmistamine. Järjest suurenev sünteetiliste teemantide valmistamine võib kasutusalade hulka laiendada. Eriti oodatud on teemantide võimalik kasutamine elektroonika jahutussüsteemides või pooljuhtidena mikrokiipides.
Kaevandamine.
2010. aastal kaevandati teemante välja ligikaudu 144 miljonit karaati (28,8 tonni). Neist ligi 55,5% olid sobivad briljantide lihvimiseks, ülejäänud läksid kasutusse tehnilisel otstarbel.
Ligi 49% teemantidest pärineb Kesk- ja Lõuna-Aafrika kaevandustest, kuid märkimisväärseid koguseid on avastatud veel Kanadast, Indiast, Venemaalt, Brasiiliast ja Austraaliast. Kaevandamine toimub kimberliiti ja lamproiiti sisaldavatest vulkaanilõõridest. Aafrika erinevates konfliktipiirkondades kaevandatud teemante kutsutakse vereteemantideks, kuna nende müügist saadud tulu abil finantseeritakse relvakaubandust ja -konflikte. Teemantide varustusketti maailmas kontrollivad vähesed ja mõjukad firmad ning see on kontsentreerunud vähestesse maailma paikadesse.
Kaevandatavas maagis on teemante väga vähesel hulgal. Maak purustatakse ettevaatlikult, et suuremad teemandid terveks jääksid. Seejärel toimub sorteerimine vastavalt tihedusele. Tänapäeval avastatakse vääriskivide asukoht neid rikkalikult sisaldavas fraktsioonis röntgenfluorestsentsi abil, mille järel toimub lõplik väljasorteerimine käsitsi. Enne seda, kui röntgenikiirguse kasutamine muutus tavaliseks, kasutati teemantide väljasorteerimiseks õliga immutatud vöösid, kuna maagis sisalduvad teemandid kleepuvad õli külge oluliselt lihtsamalt kui muud mineraalid.
Ajalooliselt olid teemantide peamised leiukohad Krišna delta jõesetetes Lõuna-Indias. India oli teemantide põhiliseks leiukohaks selle mineraali avastamisest ligikaudu 9. sajandil eKr kuni 18. sajandi keskpaigani, mil olemasolevad leiukohad ennast majanduslikult ammendasid. Liidrirolli võttis seejärel endale Brasiilia, kus teemante leiti jõesetetest aastal 1725.
Teemantide kaevandamine vulkaanilõõridest sai alguse 1870. aastatel, mil avastati Lõuna-Aafrika maardlad. Maailma aastatoodang on sellest alates pidevalt kasvanud ning kokku on aastaks 2007 kaevandatud umbes 900 tonni. Viimaste aastate jooksul on avatud mitmeid uusi kaevandusi Kanadas, Zimbabwes, Angolas ja Venemaal. USA-s on teemante avastatud Arkansases, Colorados ja Montanas.
Kõige rohkem ammutatakse teemante maapõuest Venemaal, Botswanas, Kongo Demokraatlikus Vabariigis, Kanadas, Angolas, Austraalias ja Lõuna-Aafrika Vabariigis.
Konfliktiteemandid.
Teatud poliitiliselt ebastabiilsetes piirkondades Kesk- ja Lääne-Aafrikas kontrollivad teemandikaevandusi relvastatud grupeeringud, kes kasutavad vääriskivide müügist saadud tulu oma tegevuse finantseerimiseks. Nendest paikadest väljakaevandatud teemante kutsutakse "vere-" või "konfliktiteemantideks". Tähtsamad teemante turustavad suurettevõtted finantseerivad selliseid konflikte, kuna nad teevad äri valitsusvastaste grupeeringutega. Vastuseks avalikkuse tõstatatud probleemile, et nende ostud toetavad sõjategevust Aafrika konfliktitsoonides, tutvustasid ÜRO, teemanditööstuse ja tarbijate esindajad 2002. aastal Kimberley protsessi sertifitseerimissüsteemi. Sertifitseerimissüsteemi eesmärk on kindlustada, et konfliktiteemandid ei satuks segamini tavaliste teemantidega. Seda peavad kontrollima teemante tootvad riigid, kes on kohustatud esitama tõendeid, et nende müüdavate teemantide abil pole rahastatud kriminaalset ja revolutsioonilist tegevust. Kuigi Kimberley sertifitseerimissüsteem on vähendanud vereteemantide jõudmist finantsturgudele, pole nad täielikult kadunud. Konfliktiteemantide ametlik osakaal kõikidest turule jõudvatest teemantidest moodustab 2–3%. Süsteemil on kaks olulist puudust. Esiteks on teemante üsna lihtne salakaubana üle Aafrika riikide piiride toimetada. Teiseks loetakse vereteemantideks vaid tehniliselt sõjas olevate riikide teemante, ülejäänuid peetakse "puhasteks". Kanada valitsus on loonud omatoodangu identifitseerimiseks spetsiaalse struktuuri ("Canadian Diamond Code of Conduct").
Sünteetilised, täiustatud ja võltsteemandid.
Sünteetilised teemandid.
Sünteetilisi teemante toodetakse erinevalt looduslikest väljakaevandatud teemantidest laboritingimustes. Juveeli- ja tavatööstuses on praegusel ajal suur nõudlus teemantide järele. Seda vajadust on suurel määral suutnud täita sünteetilised teemandid, mida toodetakse eri meetodite abil juba rohkem kui 50 aastat. Viimastel aastatel on suudetud toota märkimisväärse suurusega sünteetilisi teemante, mida kasutatakse briljantide valmistamiseks.
Suurem hulk tehisteemantidest on kollase värvusega ning neid toodetakse kõrge temperatuuri ja rõhu tingimustes. Kollane värvus tekib lämmastikusisalduse tõttu. Tehisteemante võidakse toota ka teistes värvitoonides, nt siniseid, rohelisi või roosasid. Värvust on võimalik anda lisaainete lisamisega (nt boor annab sinise tooni) või kiiritamisega pärast sünteesi.
Tehisteemandid ei ole tavaliselt suured ja sellepärast ei kasutata neid eriti ehete valmistamiseks. Nende lineaarmõõtmed on tavaliselt mõni kümnendik millimeetrit, erandjuhtudel 1–2 mm.
Veel üks populaarne tehisteemantide tootmismeetod on keemiline sadestamine aurufaasist, mis toimub madala rõhu (alla atmosfäärirõhu) tingimustes. Protsessi läbiviimiseks lastakse katsekambrisse gaasisegu (tavaliselt metaan ja vesinik suhtega 1:99), jaotades nad keemiliselt aktiivseteks radikaalideks süüdatud plasmas. Seda meetodit kasutatakse peamiselt pealmise teemantkihi tekitamiseks, kuid nii on võimalik kasvatada ka mõnemillimeetrise läbimõõduga teemantkristalle.
Vääriskivi-kvaliteediga sünteetilisi teemante toodetakse tänapäeval aasta jooksul vaid mõni tuhat karaati (sama kvaliteediga looduslikke kaevandatakse välja 120 miljonit karaati ehk 24 tonni). Sellele vaatamata on lõviosa (üle 99%) müüdavatest haruldaste värvidega teemantidest sünteetilised. Tööstuse tarbeks toodeti sünteetilisi teemante 2011. aastal üle 4 miljardi karaadi (üle 800 tonni), suurim tootjariik on Hiina.
Kvaliteedi parandamine.
Teemantide kvaliteedi parandamine on looduslike või sünteetiliste vääriskivide (tavaliselt juba lõigatud ja lihvitud teemandid) spetsiifilised töötlemised, mis viiakse läbi nende gemmoloogiliste karakteristikute parandamiseks. Nende hulka kuuluvad laserpuurimised, mille abil eemaldatakse mittesobivad lisandid, pragude täitmine tihendusainega, valgete teemantide värvusklassi parandamine ja teemantidele värvitoonide andmine.
Võltsteemandid.
Võltsteemandid on valmistatud mitteteemandilisest materjalist ning nende eesmärgiks on näida välja nagu päris teemandid. Tavaliselt kasutatakse nende valmistamiseks sünteesitud tsirkooni. Samuti võib kasutada sünteetilist ränikarbiidi, kuid selle valmistamine on tsirkoonist kulukam.
Levinud on ka mitmesuguste kattematerjalide kasutamine, et anda võltsteemandile loodusliku teemandiga sarnane välimus. Üheks selliseks materjaliks on teemandisarnane süsinik ("diamond-like carbon" ehk DLC) – amorfne ja karbonaatne aine, mille füüsikalised omadused on teemandiga sarnased. Sellist töötlemist aitab avastada Ramani spektroskoopia.
Identifitseerimine.
Varasemate teemantide identifitseerimismeetodite hulka kuulusid materjali kraapivad testid, mis tuginesid teemandi suurel kõvadusel. Sellisel meetodil on negatiivsed mõjud, kuna teemandid võivad üksteise vastu hõõrudes puruneda ning seetõttu ei kasutata seda meetodit praegusajal peaaegu üldse. Selle asemel kasutatakse ära teemantide määramisel ära nende suurepärast soojusjuhtivust. Gemmoloogilistes keskustes on laialt levinud elektroonilised termilised indikaatorid, eristamaks võltsinguid päris teemantidest. Nende seadmete mõõtepead koosnevad patareitoitega termistoride paarist, mis on paigaldatud vasest varda tippu. Üks termistor funktsioneerib kui soojendaja, teine mõõdab samal ajal varda otsa temperatuuri. Kui termilise seadmega testida teemanti, siis juhib viimane soojusenergiat piisavalt kiiresti edasi, mille tõttu toimub kiire temperatuurilangus. Testiks kulub ainult 2–3 sekundit.
Soojusjuhtivuse test sobib üsna hästi võltsingute määramiseks, kuid erinevate teemantide omavahelised erinevused määratakse keerulisemate optiliste tehnikatega. Samuti kasutatakse neid tehnikaid võltsingute (nt ränikarbiid) määramisel, mis läbivad edukalt soojusjuhtivuse testi. Optiliste tehnikate abil on võimalik eristada looduslikke teemante sünteetilistest, samuti enamikku erinevalt töödeldud looduslikke teemante (nt määrata, kas neid on kiiritatud). Ideaalse struktuuriga kristalle pole veel avastatud, mistõttu esineb nii looduslike kui ka sünteesitud teemantide kristallivõre struktuuris alati mingil tasemel ebatäpsusi, mis on tingitud kristallide kasvamise iseärasustest ning mille abil on neid võimalik üksteisest eristada.
Laboratooriumid kasutavad teemantide päritolu määramiseks spektroskoopiat, mikroskoopiat ja luminestsentsi, uurides vääriskivi lühilainelise ultraviolettkiirguse all. Identifitseerimisprotsessi juures kasutatakse samuti mitmesuguseid spetsiaalseid instrumente (nt "DiamondSure" ja "DiamondView").
Sünteetiliste teemantide määramiseks on välja töötatud mitmesuguseid meetodeid, mis sõltuvad teemandi valmistamise tehnoloogiast ja värvusest. Tavaliselt saab tehisteemante identifitseerida oranži fluorestsentsiga. Värvilisi tehisteemante saab määrata Šveitsi Gemmoloogia Instituudi väljatöötatud seadmega. Samuti on De Beers välja töötanud abivahendi (spektromeetri) värviliste teemantide identifitseerimiseks.