हिरा : हे पूर्णपणे कार्बन या मूलद्रव्याचे, बहुधा रंगहीन खनिज असून त्याचे घनीय समूहाचे स्फटिक अष्टफलकीय, द्वादशफलकीय व घन रूपाचे असतात [→ स्फटिकविज्ञान]. हिरा ज्ञात असलेला सर्वांत कठिण (कठिनता १०) पदार्थ असून तो दुसऱ्या हिऱ्यानेच कापता येतो. सौंदर्य व कठिनता यांच्यामुळे तो रत्न म्हणून दागदागिन्यांत आणि उद्योगधंद्यांत (उदा., कर्तक हत्यारे) वापरतात. हिरा हे कार्बनाचे एक बहुरूप (एकाच मूलद्रव्याच्या अनेक स्वरूपांपैकी एक) असून लॉन्सडेलेइट या दुसऱ्या बहुरूपाला कधीकधी षट्कोणी हिरा म्हणतात. अंटार्क्टिका खंड वगळता हिरा सर्व खंडांत आढळतो. हिऱ्याचे रत्न वा औद्योगिक गुणवत्तेचे एकेकटे स्फटिक निसर्गात आढळतात. त्याच्या बहुस्फटिकी राशीही आढळतात व त्यांना बोर्ट, फ्रेमसाइट किंवा कार्बोनाडो म्हणतात. काही अशनींमध्ये हिऱ्याचे काळे सूक्ष्मकण आढळले आहेत. प्रयोगशाळेत कृत्रिम रीतीने हिऱ्याची निर्मिती करता येते व असे संश्लेषित हिरे औद्योगिक वापरासाठी मोठ्या प्रमाणात तयार करतात. हिरा हे एप्रिल महिन्याचे रत्न मानतात.
गुणधर्म : हिऱ्याच्या घनीय स्फटिकाच्या संरचनेत सर्व कार्बन अणूंमध्ये सहसंयुजी बंध असतात. या भक्कम बंधांमुळे हिरा कठिण झालेला असतो. तथापि त्याच्या ⇨ पाटन या गुणधर्मामुळे विशिष्ट दिशांमध्ये हिऱ्यावर आघात केल्यास तो त्या दिशांमध्ये सहजपणे तडकतो. सपाट व सफाईदार पृष्ठाचे रत्न म्हणून वापरताना या गुणधर्मांचा उपयोग करून घेतात. हिऱ्याचा प्रणमनांक व अपस्करण [→ प्रकाशकी] यांच्या एकत्रित परिणामामुळे हिरा कापून त्याला पॉलिश केल्यावर त्याची तेजस्विता व तेज वा झळाळी (तथाकथित फायर) प्राप्त होते. कोणत्याही द्रव्यांपेक्षा हिऱ्याची ऊष्मीय संवाहकता सर्वोच्च म्हणजे तांब्यापेक्षा पाचपट असते. ऊष्मीय संवाहकता व कठिनता यांच्यामुळे उद्योगातील कर्तन हत्यारांसाठी वापरावयाचे आदर्श द्रव्य, तसेच इलेक्ट्रॉनिकीमधील उष्णताशोषक म्हणून हिरा उपयुक्त आहे.
पूर्णपणे रंगहीन हिरे सर्वोच्च गुणवत्तेचे आणि सर्वांत दुर्मिळ व मूल्यवान असतात. पुष्कळ हिरे पिवळसर असतात. काळा, निळा, उदी, हिरवा, गुलाबी, जांभळा व तांबडा या छटांचे हिरे आढळतात. तांबडा हिरा सर्वांत दुर्मिळ आहे. हिरा कार्बनाचा बनलेला असला, तरी नैसर्गिक हिऱ्यामध्ये इतर किमान ५८ मूलद्रव्ये अशुद्धी म्हणून आढळली आहेत. उदा., दर दशलक्ष भागांमध्ये ॲल्युमिनियम १० भाग हायड्रोजन १,००० भाग सिलिकॉन ८० भाग इत्यादी. तथापि हिऱ्याच्या स्फटिक-जालकांत कार्बनाची जागा नायट्रोजन व बोरॉन या फक्त दोन मूलद्रव्यांनी घेतली असल्याचे आढळले आहे. नायट्रोजन ही हिऱ्यातील मुख्य अशुद्धी असून तो सामान्यपणे सुटे अणू वा अणूंच्या जोडीच्या रूपात कार्बनाची जागाघेऊ शकतो. नायट्रोजन असणे वा नसणे आणि त्यातील प्रतिष्ठापनाची तर्‍हा यांमुळे हिऱ्याला भिन्न भौतिक गुणधर्म प्राप्त होतात. उदा., ऊष्मीय संवाहकता, विद्युत् रोधकता व अवरक्त वर्णपट. यानुसार हिऱ्याचे पुढील चार मुख्य प्रकारांत वर्गीकरण करतात : सर्व नैसर्गिक हिऱ्यांमध्ये बहुधा ९८% नायट्रोजन असलेला la प्रकार कमी नायट्रोजन असणारा, विरळपणे आढळणारा व बहुतेक संश्लेषित (कृत्रिम) हिऱ्यांचा प्रकार असलेला lb प्रकार निसर्गात अगदी विरळपणे आढळणारा, सर्वाधिक संवाहकता असलेला व ओळखता येण्याजोगा नायट्रोजन जवळजवळ नसलेला खखर प्रकार आणि नायट्रोजन नसलेला व बोरॉन असलेला ⇨ अर्धसंवाहक असलेला, निसर्गात अगदी विरळपणे आढळणारा व कधीकधी निळसर रंगाचा असलेला llb प्रकार.
तीव्र ऑक्सिडीकारकांव्यतिरिक्त इतर रसायनांचा (उदा., साधी अम्ले) हिऱ्यावर रासायनिक परिणाम होत नाही. निर्वातात किंवा अक्रिय वाता-वरणात नितळ (स्वच्छ) रंगहीन रत्न प्रकारच्या हिऱ्याचे सु. १,५००° से. तापमानाला ⇨ ग्रॅफाइटाच्या करड्या-काळ्या राशीत परिवर्तन होते. ग्रॅफाइट मऊ (कठिनता १-२) असून ते वंगण म्हणून वापरतात. हवेत ८००° से. वा अधिक तापमानाला हिऱ्याचे ⇨ ऑक्सिडीभवन होऊन (जळून) कार्बन डाय-ऑक्साइड वायू तयार होतो. उच्च तापमानाला टंगस्टन, टिटॅनियम व टँटॅलम यांसारख्या काही धातूंची हिऱ्याशी विक्रिया होऊन या धातूंची ⇨ कार्बाइडे तयार होतात. लोखंड, निकेल, कोबाल्ट व प्लॅटिनम यांसारख्या धातू वितळलेल्या स्थितीत कार्बनासाठी विद्रावक (विरघळविणाऱ्या) असून त्यांच्यात हिरा विरघळतो. हा आविष्कार हिऱ्याच्या संश्लेषणासाठी मूलाधार म्हणून वापरतात.
उत्पत्ती व आढळ : अशनींतील हिऱ्यांव्यतिरिक्त इतर बहुतेक नैसर्गिक हिरे भूकवचाखालील प्रावरणाच्या वरच्या भागात [→ पृथ्वी] सु. १८० किमी. खोलीवर ९००° ते १,२००° से. या उच्च तापमानाच्या व उच्च दाबाच्या पल्ल्यात स्फटिकीभूत होतात. मॅग्नेशियम विपुल व सिलिकेची त्रुटी असणाऱ्या अल्ट्रामॅफिक (पेरिडोटाइटिक) खडक अथवा अत्यल्पसिकत (सिलिकेचे प्रमाण अत्यल्प असणाऱ्या) ⇨ एक्लोजाइट या आश्रयी खडकात हिरे तयार होतात. आश्रयी खडकांनुसार हिऱ्यातील समाविष्ट खनिजे भिन्न असतात व त्यांवरून आश्रयी खडक ओळखता येतो. या प्रत्येक गटातील हिरे प्रावरणाच्या वरच्या भागात पृथक् व भिन्न भूरासायनिक परिसरांत तयार झालेले असतात.
कालनिर्णय : हिऱ्यातील काही समाविष्टे (समाविष्ट द्रव्ये) ही हिऱ्याबरोबरच एकाच वेळी स्फटिकीभूत झालेली असू शकतात व ती वैशिष्ट्यदर्शक द्रव्ये हिऱ्याबरोबर सहजात आहेत, असे म्हणतात. अशा समाविष्टांच्या समस्थानिकीय विश्लेषणामुळे त्यांच्या स्फटिकीभवनाचा व पर्यायाने हिऱ्याच्या स्फटिकीभवनाचा काळ ठरविता येतो. पृथ्वीचे वय सु. ४.६ अब्ज वर्षे असून काही हिरे ३.२ अब्ज वर्षांपूर्वी तयार झाले आहेत तर या पद्धतीने अभ्यास केलेल्या सर्वांत अलीकडील हिऱ्यांचे वय ६२.८ कोटी वर्षे आले आहे. [→ खडकांचे वय].
हिरे ज्वालामुखी उद्रेकाच्या एका एकमेवाद्वितीय प्रकाराद्वारे भूपृष्ठावर आणले जातात आणि यामध्ये वायूंचे कार्य मुख्य स्वरूपाचे असते. अशा उद्रेकामुळे भूकवचात अरुंद (१,००० मी.पेक्षा लहान) स्फोटजन्य नलिकाकार छिद्र वा निर्गम द्वार तयार होते. ⇨ किंबर्लाइट व लँप्रॉइट हे दोन भिन्न प्रकारचे हिरे असणारे खडक तयार होऊ शकतात व त्यांनी हे ज्वालामुखी नळ भरले जातात. हिरे सर्वसाधारणपणे त्यांना भूपृष्ठावर आणणाऱ्या ज्वालामुखी उद्रेकांहून खूप जुने (जास्त वयाचे) असतात. अशा रीतीने ३.२ अब्ज वर्षे वयाचे हिरे केवळ ८.५ कोटी वर्षांपूर्वी भूपृष्ठावर आलेले आहेत. किंबर्लाइट हे विरळ खडक दक्षिण आफ्रिका, बोट्स्वाना, अंगोला, सिएरा लिओन, गिनी, टांझानिया, ब्राझील, व्हेनेझुएला, अमेरिकेची संयुक्त संस्थाने, कॅनडा, रशिया, सायबीरिया, चीन, भारत व ऑस्ट्रेलिया येथे आढळतात. फक्त पश्चिम ऑस्ट्रेलिया व आर्कॅन्सॉ (अमेरिका) येथील लँप्रॉइट खडकांत हिरे आढळले आहेत.
जलोढीय हिरे : किंबर्लाइट व लँप्रॉइट यांच्यावर सामान्य भूवैज्ञानिक प्रक्रिया होऊन त्यांचे अपक्षरण (झीज) व अपक्षय (वातावरणक्रिया) होते. यामुळे त्यांच्यातील हिरे सुटे होतात. हिरा कठिण, रासायनिक दृष्ट्या अक्रिय व घट्ट (दाट) असतो. त्यामुळे तो नदीच्या निःसरण प्रणालीत व तिच्या बरोबर वाहून नेला जातो. अखेरीस हिरे व इतर खनिजे जलोढीय (वाळू व रेतीसारख्या गाळाच्या) किंवा प्लेसर निक्षेपांत अडकून पडतात. प्राथमिक स्रोत असलेल्या किंबर्लाइटातून या दुय्यम निक्षेपांत येऊन पोहोचण्यास हिऱ्यांनी लाखो वर्षांत शेकडो किमी.चा प्रवास केलेला असू शकतो. नमुनेदार हिरेयुक्त जलोढीय निक्षेप व्हाल व ऑ रेंज या दक्षिण आफ्रिकेतील नद्यांच्या किनाऱ्यांलगत, तसेच अंगोला, झाईरे, सेंट्रल आफ्रिकन रिपब्लिक, घाना, सिएरा लिओन व गिनी येथे आढळतात.
दक्षिण अमेरिकेत ब्राझील, गुयाना व व्हेनेझुएला येथील जलोढीय निक्षेपांतून खाणकामाद्वारे हिरे काढले जातात. बारावे ते सतरावे शतक या काळात नोंद झालेले ऐतिहासिक हिरे हे भारतातील जलोढीय निक्षेपांतून मिळविले होते. चीन, कालीमांतान, रशिया व पश्चिम ऑस्ट्रेलिया येथेही हिरेयुक्त जलोढीय निक्षेप आढळले आहेत.
दक्षिण आफ्रिका व नामिबिया यांच्या पश्चिम किनाऱ्यावरील हिरेयुक्त सागरी रेती हा आगळ्यावेगळ्या प्रकारचा जलोढीय निक्षेप आहे. या निक्षेपातील हिरे दक्षिण आफ्रिकेच्या अंतर्गत भागातून ऑ रेंज नदीनेसागरी किनाऱ्यापर्यंत वाहून आणले असून तेथे लाटांद्वारे व इतर सागरी प्रक्रियांनी पुन्हा विखुरले गेले. नदी व लाटांचा खळबळाट असलेला भाग यांसारख्या उच्च ऊर्जायुक्त परिसरातील वाहतुकीमुळे सर्वसाधारणपणे तडे, दोष व छिद्रे यांसारख्या गंभीर त्रुटी असणारे हिरे नष्ट होतात आणियातून केवळ अधिक चांगल्या गुणवत्तेचे हिरे टिकून राहतात. अशा प्रक्रियेतून अंतिमत: तयार झालेल्या निक्षेपात ९५% हिरे रत्नाच्या गुणवत्तेचे असतात. याउलट किंबर्लाइट व लँप्रॉइट या प्राथमिक स्रोतांतील रत्नाच्या गुणवत्तेच्या हिऱ्यांची टक्केवारी पुष्कळच कमी असते. उदा., पश्चिम ऑस्ट्रेलियातील आरगाइल खाणीत फक्त सु. १० टक्केच हिरे रत्नाच्या गुणवत्तेचे आढळतात.
अशनी : हिऱ्याचे सूक्ष्म काळसर स्फटिक आणि १ मिमी.पेक्षा लहान व अनियमित आकाराचे बहुस्फटिकी पुंज विशिष्ट अशनींपासून मिळविण्यात आले आहेत. उदा., ॲरिझोनातील अशनी विवर तयार करणारा कॅन्यय डिॲब्लो लोहयुक्त अशनी. अवकाशातील ⇨ लघुग्रहाच्या आकारमानाच्या खगोलीय पिंडांमधील टकरीतून किंवा भूपृष्ठभागा-वरील आघातातून हे हिरे निर्माण झाले की नाही, याविषयी मतमतांतरे आहेत. यांपैकी दुसरी कल्पना सर्वसाधारणपणे उचलून धरली जाते. लॉन्सडेलेइट (षट्कोणी हिरा) हा अतिउच्च दाबात बनणारा कार्बनाचा प्रकार अशनीशी व आघात विवरांशी निगडित असल्याचेही आढळले आहे. लॉन्सडेलेइट पुष्कळदा हिऱ्याच्या बहुस्फटिकी पुंजांबरोबर (कार्बोनॅडो किंवा फ्रेमसाइट) आंतरवृद्ध झालेले आढळते. [→उल्का व अशनि].
खाणकाम व पुनःप्राप्ती : हिऱ्यांचे मुख्य उत्पादन हे दक्षिण आफ्रिका, बोट्स्वाना, झाईरे, ऑस्ट्रेलिया व सायबीरिया येथील प्राथमिक स्रोतांपासून होते. असेच उत्पादन गौण प्रमाणात टांझानिया व चीन येथे होते. या सर्व देशांतील हिऱ्याच्या खाणी या किंबर्लाइटावर आधारलेल्या आहेत. मात्र ऑस्ट्रेलियातील आरगाइल खाणीतील स्रोत खडक लँप्रॉइट हा आहे. बोट्स्वाना व दक्षिण आफ्रिका येथे बहुतेक रत्नाच्या गुणवत्तेच्या हिऱ्याचे उत्पादन होते. मात्र रशियातील या उत्पादनाचे निर्धारण करणे अवघड आहे. जगातील हिऱ्याचे सर्वाधिक उत्पादन आरगाइल खाणीतून होत असले, तरी तेथील बहुतेक सर्व उत्पादन औद्योगिक हिऱ्यांचे होते. जलोढ व प्लेसर या दुय्यम निक्षेपांपासून होणारे हिऱ्याचे उत्पादन सापेक्षत: कमी आहे. शिवाय दक्षिण आफ्रिकेच्या पश्चिम किनाऱ्यावरील सागरी रेतीतही हिऱ्यासाठी व्यापकपणे खाणकाम केले जाते. गिनी, घाना, रशिया व ऑस्ट्रेलिया येथील जलोढातील हिऱ्यांसाठीचे खाणकाम मोठ्या कंपन्या किंवा सरकारी यंत्रणा करतात. इतर सर्व जलोढीय हिऱ्याचे खाणकाम स्थानिक लहान गटांमार्फत वा व्यक्तिगत पातळीवर केले जाते.
लहान जलोढीय निक्षेपातील हिरे मिळविण्यासाठी मानवी बळाचा उपयोग करणाऱ्या पद्धती वापरतात. उदा., चाळणे व घनतेनुसार कण अलग करण्याची क्रिया (जिगिंग) करणे आणि त्यानंतर अवशिष्ट भागात डोळ्यांनी हिरे शोधणे. या खाणी उघड्या वा भूमिगत असू शकतात. अर्थात नवीन प्राथमिक निक्षेपात प्रथम उघडे खाणकाम करतात व नंतर भूमिगत खाणकाम विकसित होत जाते. फक्त दक्षिण आफ्रिकेतील खाणीच भूमिगत आहेत. उदा., प्रेमियर, फिन्श व किंबर्ली. अर्थात सायबीरियातील काही उघड्या खाणींचे भूमिगत खाणींमध्ये परिवर्तन केले आहे.
सरासरीने पाहता टाकाऊ खडकाच्या २ कोटी भागांमागे हिऱ्याचा १ भाग असतो. हिऱ्याच्या खाणकामात १०० मेट्रिक टनांमागे असणाऱ्या हिऱ्याच्या कॅरटमधील संख्येने खाणीची प्रत दर्शवितात. उदा., किंबर्ली खाणीत दर १०० मेट्रिक टनांमागे ८० कॅरट, तर आरगाइल खाणीची प्रत दर १०० मेट्रिक टनांना ४०० कॅरट पर्यंत आहे. तथापि हिऱ्याच्या खाणीचे अर्थकारण हिऱ्याच्या प्रतीएवढेच त्याचे आकारमान व गुणवत्ता यांच्यावरही अवलंबून असते.
खणून काढलेले खडक प्रथम भरडतात (त्यांचे दलन करतात) . नंतर ते चाळून विविध आकारमानांनुसार अलग करतात. त्यानंतर ते जड--माध्यम अलगीकरण सामग्रीतून जाऊ देतात. यामुळे दर घ.सेंमी.ला२.७ ग्रॅ.पेक्षा हलका भाग हिरेयुक्त जड भागापासून अलग होतो. या जड भागाला संहत भाग म्हणतात. १९७० सालच्या आधी असे बरेचसे प्रारंभिक अलगीकरण घूर्णी (फिरणाऱ्या) प्रक्षालन थाळ्यांमार्फत करीत. या थाळ्यांतील द्रवरूप चिखलाची घनता दर घ.सेंमी.ला सु. १.२५ ग्रॅ. ठेवीत असत. हलके द्रव्य पृष्ठभागी तरंगते, तर हिरेयुक्त जड खनिजेद्रव्य थाळीच्या तळाशी एकत्रितपणे साचते. नंतर अधूनमधून ही जड द्रव्ये काढून घेत असत. आधुनिक जड-माध्यम अलगीकरण सामग्रीही याच तत्त्वानुसार कार्य करते मात्र तिच्यातील अलगीकरण माध्यमाचे नियंत्रण अधिक कार्यक्षम रीतीने होते. त्यानंतर संहत द्रव्य पाण्यासह कंपनकारी टेबलावरून किंवा वाहक पट्ट्यावरून वाहत जाते. त्यावर ग्रिझाचे आच्छादन असते. हिऱ्यांना ग्रिझाविषयी आसक्ती असल्याने ते त्याला चिकटतात. इतर द्रव्ये पाण्याबरोबर ग्रिझावरून वाहत जातात व टाकून दिली जातात. ग्रीझ टेबले काही खाणींत वापरतात किंवा दुय्यम पुनःप्राप्ती पद्धत म्हणून वापरतात.
बहुतेक आधुनिक संयंत्रांत संहत द्रव्यातील टाकाऊ द्रव्यांपासून हिरे अलग करण्यासाठी क्ष-किरणांवर आधारलेली पद्धत वापरतात. जेव्हा हिरे क्ष-किरणांनी उद्दीप्त होतात तेव्हा ते प्रकाशमान (दीप्तिमान) होतात मात्र संहत द्रव्यातील इतर बहुतेक खनिजे प्रकाशमान होत नाहीत. संहत द्रव्याचा बारीक प्रवाह क्ष-किरणांच्या शलाकेतून जातो. प्रकाशसंवेदी स्वयंघटकाला (मॉड्युलला) हिऱ्याच्या दीप्तीची जाणीव होते व तो बहुधा हवेच्या झोताकडे आवेग पाठवितो. त्यामुळे प्रवाहातील हिरा उडवला जाऊन सीलबंद धारकपात्रात जातो. ही पद्धत ९७% विश्वासार्ह असून तिला ‘सॉर्टेक्स पद्धत’ म्हणतात. जड-माध्यम अलगीकरण व सॉर्टेक्स पुन:प्राप्ती या दोन्हींना घूर्णी थाळ्या, जड-माध्यम चक्रवाती विलगक, ग्रीझ टेबले, विद्युत् स्थितिक विलगक व त्वक्-प्लवन यांची मदत होऊ शकते. त्वक्-प्लवन पद्धती बहुधा १ मिमी.पेक्षा कमी व्यासाचे हिरे परत मिळविण्यासाठी वापरतात. हिरे मिळविल्यावर ओबडधोबड हिरे अम्लात स्वच्छ करतात आणि आकार, आकारमान, गुणवत्ता व रंग यांनुसार त्यांचे प्रकारीकरण करतात.
कापणे व पॉलिश करणे : ओबडधोबड (असंस्कारित) हिरे विविध आकारांचे आढळतात. उदा., अष्टफलकीय, द्वादशफलकीय, जुळे अष्टफलक आणि तुटलेले किंवा पाटनामुळे बनलेले तुकडे. या ओबडधोबड हिऱ्यांचे कापण्यायोग्य (रत्न वा जवळजवळ रत्न प्रकारचा) व औद्योगिक असे प्रकार पाडण्यात आले. कुलिनन हा आढळलेला सर्वांत मोठा हिरा पाटनामुळे झालेला तुकडा होता. एखादा विशिष्ट हिरा कशा आकारात व पॉलिश केलेल्या रत्नाच्या रूपात बनविता येईल या विषयी निर्णय घेण्यासाठी प्रकारीकरण करतात. कापणे व पॉलिश करणे या प्रक्रियांमुळे मूळ हिऱ्यात ६० टक्क्यांएवढी घट होऊ शकते. हिरा कापून पॉलिश केल्यानंतर त्याच्या विशिष्ट भागांना चमक येते