Асбест — определение, свойства и применение

 Асбест - Термин `асбест` объединяет различные по своему составу и свойствам минералы: хризотил, крокидолит, амозит, антофиллит, иногда тремолит, актинолит, режикит (близок магнезиорибекиту и магнезиоарфведсониту), родусит  (разновидность магнезиорибекита) и др., обладающие способностью разделяться на тонкие волокна. Последние отличаются весьма высокой прочностью, эластичностью и прядильными свойствами, термостойкостью, низкой электропроводностью, кислото- и щелочестойкостью. По своей атомной структуре хризотил принадлежит к минеральной группе серпентина, а все остальные — к группе амфиболов.

Асбест выполняет маломощные жилы и прожилки, причем ориентировка его волокон может быть различной: если волокна располагаются перпендикулярно стенкам жилок (наиболее распространенный случай), то это — поперечно-волокнистый асбест (cross fiber), если вдоль стенок, то это — продольно-волокнистый асбест или так называемые волокна скольжения (slip fiber). Для некоторых видов асбеста характерно разноориентированное, иногда радиальное расположение волокон (mass fiber).

Индивидуальные волокна под электронным микроскопом выглядят как тончайшие трубочки с наружными и внутренними диаметрами в сотые-тысячные доли микронов (мкм). Амфибол-асбесты обладают более грубым волокном: диаметр их волокон измеряется десятыми-сотыми долями мкм. Длина волокон от десятых долей до 160 мм и более, наиболее часто она составляет 2–6 мм.

В настоящее время разделение большей части асбестового волокна и отделение его от измельченной горной массы осуществляется механически на ситах в воздушной струе. Поскольку качество волокна при таком обогащении из-за перетирания снижается, в некоторых случаях куски длинноволокнистого асбеста отделяются из породы вручную.

Хризотил («белый асбест») — волокнистая разновидность водного силиката магния — серпентина, состав которого отвечает формуле Mg6[Si2O5](OH)8 или 3MgO.2SiO2.2H2O. В природном хризотил-асбесте содержатся примеси Fe2O3, FeO, Al2O3, Cr2O3, NiO, МnО, CaO, Na2O и H2O. Он слагает жилки в темно-зеленых серпентинитах, обнаруживая обычно поперечно-волокнистую структуру. В плотном куске хризотил-асбест обладает зеленой или желтовато-зеленой окраской и перламутровым блеском, но после расщепления (фибризации) на отдельные волокна превращается в белую пухоподобную массу. Асбест хризотиловый имеет весьма высокую температуру плавления (15210 ºС), приблизительно при 700?С теряет кристаллизационную воду и становится хрупким. По сравнению с амфибол-асбестами менее устойчив к воздействию кислот (разлагается в соляной кислоте); однако он щелочеустойчив, отличается высокими сорбционными, тепло-, звуко- и электроизоляционными свойствами.

Крокидолит («голубой асбест») представляет волокнистую разновидность рибекита. Его химический состав выражается формулой: Na2Fe5[Si4O11]2 (OH)2 или Na2O.3FeO.Fe2O3.8SiO2.Н2О. Он встречается в поперечно-волокнистых жилках и имеет серо-голубой цвет, сохраняющийся после расщепления. Обладая несколько меньшей температурой плавления (1193?С), крокидолит превосходит хризотил своей устойчивостью к кислотам и щелочам, а также прочностными свойствами.

Амозит («коричневый асбест»), являющийся волокнистой разновидностью грюнерита, имеет состав MgFe6[Si4O11]2 (ОН)2 или МgО.6FeO.8SiO2.Н2О. Встречается в жилках поперечно-волокнистого строения. Пепельно-серый до коричневого, после извлечения из породы становится белым. Амозит устойчив к действию кислот и щелочей. Имеет сравнительно невысокие температуру плавления (1000–1200?С) и прочностные свойства.

Антофиллит-асбест имеет состав (Mg,Fe)7[Si4O11]2 (ОН)2, характеризуясь переменным содержанием железа. Цвет светло-серый до белого и коричневато-серого. Чаще всего встречается в виде продольно-волокнистых выделений, звездчатых или радиально-лучистых агрегатов. Обладая высокой температурой плавления (1468 ?С) и устойчивостью к кислотам и щелочам, он имеет короткое твердое волокно относительно невысокой прочности.

Помимо огнестойкости, устойчивости к воздействию кислот и щелочей и других свойств, промышленная ценность асбеста определяется длиной волокна и его прочностью. Так, по длине волокна хризотил-асбест подразделяется в нашей стране на 8 сортов (от 0 до 7). Для нулевого сорта длина волокна превышает 13 мм, а для седьмого — менее 1 мм. Близкая группировка хризотил-асбестового волокна принята в Канаде: 1 группа (крюд No 1) 18 мм и более; 2- (крюд No 2) 10–17 мм; 3 — (текстильное) 6–9 мм; 4 — (кровельное) 4–6 мм; 5 — (бумажное) 2–4 мм; 6 — (штукатурное) 1–2 мм; 7 — до 1 мм.

По прочностным свойствам асбест разделяется на нормальной или высокой прочности (прочность на растяжение около 300 кг/мм2), полуломкий или пониженной прочности и ломкий или слабой прочности (прочность на растяжение 110–220 кг/мм2). Хризотил-асбест пониженной прочности фиксируется в зоне выветривания; для него характерна белесая окраска, низкая распушиваемость, меньшая эластичность и некоторое снижение количества MgO. Ломкий асбест рассматривается в качестве продукта высокотемпературного преобразования нормального хризотил-асбеста; его отличают упругость, меньшая прочность на растяжение, небольшое снижение количества MgO и кристаллизационной воды, увеличение количества FeO.

Асбест — свойства и определение

Асбест — совокупное определение природных волокнистых силикатных минералов, существующих в виде пучков волокон. Длина пучков волокон может доходить до нескольких сантиметров, а диаметр может быть различным, но в основном не превышающим миллиметровые величины. Они обладают упругостью, физической и химической стабильностью, высокой прочностью при растяжении. При обработке пучки волокон могут разрываться на более мелкие части, некоторые из которых имеют размеры меньше микрона.

Принято считать, что устойчивость асбеста в окружающей среде и его биологическое поведение регулируется такими его свойствами, как длина волокон и диаметр, площадь поверхности, химическая природа, свойства поверхности и устойчивость минерала в рамках биологического окружения.

Асбест представлен в виде двух основных групп минералов: серпентиновые и амбифоловые, различающиеся по типу кристаллической структуры.

Серпентиновые минералы обладают пластиночной или слоистой структурой, амфиболы — цепной.

Основными типами асбеста являются: серпентиновый — хризотил; амфиболовый — крокидолит, амозит, антофиллит, тремолит и актинолит.

Хризотил имеет преимущественно волнообразные, скрученные, узелковые волокна. Он может также существовать в виде прямых волокон и пучков, особенно коротких по длине. Концы волокон обычно скошены, пучки длинных тонких волокон могут загибаться под углом больше 90 ?С, без преломления вне зависимости от того, был ли материал раздроблен или получен непосредственно из серпентина. Короткие волокна могут быть относительно хрупкими по сравнению с длинными. Пучки волокон хризотила обычно распадаются на отдельные тонкие волокна.

Асбесты отличаются друг от друга окраской. Согласно этому критерию им присваиваются разные наименования: хризотил — белый асбест, крокидолит — голубой, амозит — коричневый. У отдельных видов цвет может меняться, за исключением крокидолита, который всегда имеет голубую окраску (в связи с ионами железа в поверхностном слое волокон).

При использовании асбеста наибольшую значимость представляют сведения о термостойкости волокон — температурах, при которых волокна распадаются, и температуре плавления остаточных материалов.

Температура распада колеблется от 40?С до 104 ?С, температура плавления остаточных материалов составляет выше 120?С. При нагревании выше 60?С хризотил утрачивает молекулы воды с кристаллической решетки и теряет гибкость. При температуре около 80?С структура волокон нарушается; происходит рекристаллизация хризотила на неволокнистый фостерит и кремень. Амфибол утрачивает молекулы воды и первоначальную структуру волокон при температуре выше 100?С.

У всех видов асбеста хорошая или очень хорошая сопротивляемость кислотам и основаниям, за исключением хризотила, который сравнительно быстро разлагается кислотами.

Из истории использования асбеста

Первые сведения о применении асбестового сырья появляются в 70 гг. XIX столетия в Шотландии и Италии. Итальянские изделия были выставлены в 1878 г. на Всемирной выставке в Париже. В конце XIX столетия были открыты большие запасы асбестового сырья в Канаде, Родезии, Австралии и в России (месторождение Баженовское, там же в 1922 г. было заложено первое предприятие).

Начало использования асбеста в Бельгии также приходится на конец XIX столетия. Первая асбестовая мельница «Feutres et Amiantes d Auvelais» была открыта в Бельгии в 1905 г. С этого момента началось производство асбестового текстиля. В это же время была основана торговая марка «Eternit», производящая асбестоцемент.

Во Франции использовать асбест начали в 30-е гг. XX столетия, когда английское совместное предприятие «Turner a Newal» перевело асбестовый текстильный завод в Нормандию. Завод специализировался на производстве тормозных колодок и соединений для автомобилей (он до сих пор существует под названием «Valeo», но уже не производит изделия из асбеста). Добыча асбеста была остановлена во Франции в Керира в 1952 г., на Корсике — в 1962 г., когда был наложен запрет на добычу асбеста во Франции.

Асбестовые материалы стали широко применяться в всем мире в 30-е гг. XX столетия. По приблизительным подсчетам, асбест применяется в 3000 случаях во многих областях человеческой деятельности. В строительстве в первую очередь развилось производство кровельных материалов по шаблонам компании «Eternit». Использование асбеста ввиду его характерных свойств стремительно увеличилось после Второй мировой войны В 30-х гг. добыча асбеста в мировом масштабе составила 300 тыс. т в год, в 1945 г. — 750 тыс. т. В 50-х гг. ежегодная добыча асбеста достигла показателя 1,3 млн т.

Пиком мировой добычи асбеста стали 60-80-е гг., когда уровень добычи с 2,2 млн т в 1960 г. возрос до 4,7 млн т в 1980 г. В этот период асбест применялся при производстве 3000 продуктов, в первую очередь при изготовлении асбестоцементных изделий, изоляционных материалов и различных прокладок. Наибольшую популярность асбестовые материалы завоевали в сфере строительства.

В 1980 г. в результате получения сведений о негативном влиянии асбеста на здоровье людей различные неправительственные и государственные организации выступили за запрещение асбеста. Показатели добычи асбеста упали более чем на 400 тыс. т за период между 1980 и 1985 гг. и на 2 млн тонн ежегодно с 1985 по 1995 гг. (табл. 1). Согласно статистике, в 2000 г. добыча асбеста снизилась почти на 50%; на данный момент этот показатель составляет около 2 млн тонн ежегодно. В таких странах, как США, Австралия, Греция, Италия, Кипр, ЮАР, добыча асбеста запрещена. В других странах, например, в Канаде, добыча асбеста упала с 1,5 млн т в 1970 г. до 320 тыс. т в 2000 г.

В бывшем Советском Союзе добыча асбеста возросла с 50 тыс. т ежегодно в 1930 г. до 2,5 млн т в 1985 г., после чего последовало снижение показателей добычи до 1 млн т в год, на данный момент показатели опять повысились. В Российской Федерации после 1985 г. добывается около 700 тыс. т асбеста в год. Большой объем добычи асбеста зафиксирован и в Казахстане; в статистических данных он указан в рамках добычи в СССР до 1990 г. На данный момент в Казахстане добывается около 350 тыс. т ежегодно, что составляет половину объема добычи в РФ.

Асбест в строительстве

В 70-х гг. XX столетия резко возросло использование асбестовых волокон в примесях в строительстве для повышения прочности и огнеупорности полученных материалов. Наиболее часто используются следующие материалы:

Асбестовое напыление. Применяется в первую очередь благодаря огнеупорным свойствам асбеста. В противопожарных целях наносится на кабели, стальные и бетонные конструкции.

Разновидности напыления:

а) лимпет — огнеупорное напыление, изобретенное и запатентованное в Англии. Толщина слоя доходит до 1 дюйма (2,5 см) и содержит до 90% асбестовых волокон. В большинстве случаев использовался амфиболовый асбест из ЮАР. Со временем связующее вещество распалось, и в настоящее время в сохранившихся конструкциях асбестовые волокна амфиболового типа высвободились. Этот тип напыления применялся в Чешской Республике при строительстве высотных зданий. В других странах он наносился на железнодорожные, в первую очередь спальные, вагоны и локомотивы;

б) асбестовая штукатурка — носила название пиротерм. Основные составляющие — цемент, смешанный с асбестовым волокном. Подобно лимпету, использовалась для повышения огнеупорности стальных и бетонных конструкций, а также в качестве напыления на кабели.

Асбестосодержащие плиты для повышения пожарной безопасности. Использовались плиты с содержанием асбестового волокна 50% или выше. Ими обкладывались стальные балки в 2–3 слоя. Углы необходимо было закреплять угольникам, чего часто не делалось. В настоящее время эти конструкции являются источником выброса асбестовых волокон в атмосферу. Поскольку на плитах зачастую проступают кабели, на них монтируются различные конструкции для улучшения внешнего вида.

Плиты для кабельных мостов, т.е в разводах электрических кабелей, где они уложены на отдельных изолированных огнеупорными плитами мостах. В плитах этого типа содержится до 30% асбестового волокна. Целостность плит, как и в предыдущем случае, нарушена проступающими кабелями, что усиливает их деструкцию и способствует выбросу асбестовых волокон в атмосферу.

Асбестовые плиты как строительный материал. В 70-80-х гг. прошлого столетия в целях модернизации строительства были широко распространены готовые строительные конструкции из железобетона, стали или дерева. Они монтировались по принципу сэндвича — внутренняя часть состояла из асбестовых досок. Часто монтировались элементы, в том числе фасадные, содержащие асбестовое волокно.

Кровельные материалы. Асбестоцементные плиты торговой марки «Eternit» были одним из первых асбестосодержащих продуктов, используемых в качестве кровельных материалов. Содержание асбеста в них доходило до 8–12%. В XX в. они стали самым популярным асбестоцементным материалом. Отдельно стоит сказать о битумных кровельных материалах с добавлением асбеста в целях пожарной безопасности.

Деревянное строительство. В целях пожарной безопасности объектов из дерева, таких как школы, детские сады, больничные павильоны, жилые дома и т. п., одно время в перекрытиях и потолках зданий широко использовались асбестоцементные доски.

Трубопроводы. В канализационных, вентиляционных и трубопроводных устройствах в жилых домах и других зданиях широко применялись асбестоцементные трубы. Они изготавливались из асбестоцемента, содержащего 10–12% асбестового волокна. Трубы очень прочны, и асбестовые волокна высвобождаются только в случае демонтажа, в основном непрофессионального, перечисленных выше конструкций. При этом существует вероятность попадания асбестового волокна в жилые помещения.

Воздухотехнические разводы и разводы в климатизационных устройствах. Асбестовый материал часто используется при прокладке фланцев жестяных труб (технические шнуры) и на противопожарных клапанах. Попадание асбестовых волокон в воздух происходит в результате утечки воздуха и вибрации в клапанах и при непрофессиональном демонтаже труб. Асбестовый прокладочный шнур с внутренней стороны труб всегда покрыт нечистотами и жирами, которые являются естественным барьером при утечке воздуха.

Асбестовая вата в качестве тепловой изоляции: в качестве материала для тепловой изоляции по настоящий момент используется базальтовая вата. В ряде стран (США, СССР) на промышленных объектах для изоляции, например, труб, котлов в машинном отделении электростанций использовалось асбестовое волокно в виде пряжи. При ремонте любого уровня волокна проникают в воздух и возможно сильное заражение больших площадей.

Текстиль из асбестового волокна. Асбест хризотиловый применяется при изготовлении тканей для комбинезонов пожарных и защитных рукавиц. В строительстве асбестовый текстиль используют для изоляции трубопроводов и котлов. Зафиксированы случаи изготовления из этого текстиля театральных занавесов. В качестве основы асбестовой ткани берется хлопковое волокно; поперечная нить состоит из хризотиловых волокон.

Напольное покрытие. В некоторых странах в состав напольных досок добавлялось асбестовое волокно, что не получило широкого распространения в Российской Федерации.

Прокладка. Очень часто поверхность фланцев трубопроводов с высоким давлением или высокой температурой прокладывают материалами с высоким содержанием асбестового волокна. Этот наполнитель представляет угрозу в случае его вырезания на фланец на месте. Еще более небезопасным с точки зрения попадания асбестовых волокон в воздух является демонтаж наполнителя с истекшим сроком годности при ремонте трубопровода.

Электрические нагревательные приборы. Асбестовые доски очень часто применяются в электрических каминах. В данном случае асбестовые плиты с высоким содержанием асбеста (70–80%) применялись в целях охраны и изоляции жестяного покрытия. Плиты были очень хрупкими по структуре; часто при ремонте и других действиях с камином плиты разбивались, и асбестовое волокно при включении вентиляции камина загрязняло целое помещение.