Асбест и асбестовые материалы

Асбест

В переводе с греческого «асбест» означает «неиссякающий», «неугасимый», «неослабевающий» -- довольно романтичное название этого уникального природного минерала. Другое, не менее романтичное, название минерала -- «горный лен», потому что асбест способен расщепляться на тончайшие длинные волокна толщиной до 0,5 мкм. Уникальные свойства минерала были основой для многих легенд об асбесте. В одной из наиболее известных легенд асбест называют шерстью саламандры -- загадочной ящерицы, живущей в огне. На Урале с давних времен асбест называли каменной куделей, из которой ткали салфетки и скатерти, не горящие в огне

Все эти виды асбеста несколько отличаются между собой по своим свойствам (в т.ч. толщиной и длиной волокон), но в целом характеризуются высоким пределом прочности на разрыв, низкой теплопроводностью и относительно высокой химической стойкостью.

В России асбест известен с начала 18-го века и начало его использования по преданию связано с именем знаменитого промышленника Никиты Демидова, хотя широкое применение в промышленности асбест нашел уже значительно позже - в конце 19-го века. Уже многие годы асбест используется в строительстве (асбестоцементные плиты, трубы и т.п.), при изготовлении фрикционных материалов (например, для тормозных колодок и накладок диска сцепления в автомобилях), огнеупорных и теплоизоляционных материалов (специальные панели, ткани и т.д.), при производстве специальной технической бумаги и пр. Причем, 95% мирового производства асбеста приходится на хризотил-асбест, добываемый и в России.

Асбест известен с очень давних времен. Еще за 1300 лет до нашей эры в древнем Китае, в Индии жрецы имели несгораемые одежды из асбеста, в которых входили в огонь, выходили из него живыми, к изумлению народа, вызывая тем самым преклонение перед собой.

За 300-400 лет до нашей эры минерал был известен в Греции, где и получил название «асбестос» - негорючий.

В средние века считали, что асбест является шерстью животного, похожего на змею, живущего в огне и называемого саламандрой. Его шерсть не горит и из нее можно ткать несгораемые ткани.

Производство асбеста под г. Невьянском в связи с отсутствием большой выгоды просуществовало недолго - до 1742 года. Однако интерес к нему в мире не иссяк. В 1876 году в Канаде нашли месторождение асбеста, и эта страна длительное время занимала первое место по его добыче. В 1885 году на Урале было открыто Баженовское месторождение асбеста, а с 1889 года началась его промышленная разработка.

В 70-е годы Советский Союз вышел на первое место в мире по добыче асбеста, и сегодня Россия является самым крупным производителем и потребителем этого минерала. Широкое распространение он нашел благодаря своим уникальным свойствам: высокой адсорбционной способности, упругости, прочности, химической стойкости, высокому коэффициенту трения, огнестойкости, эластичности и многим другим. Несмотря на громадные усилия, так и не найден заменитель, имеющий те же полезные свойства, которыми обладает асбест.

Асбест является природной разновидностью гидросиликатов, волокнистых минералов (серпентин, амфиболы), легко расщепляющихся на тонкие прочные волокна, которые представляют собой кристаллы рулонной или трубчатой структуры. Он обладает высокой термостойкостью: плавится при температуре 1550 градусов Цельсия. Его прочность при растяжении вдоль волокон - до 30000 кгс/см2, что выше прочности стали. Стоек против щелочей, кислот и других агрессивных жидкостей. Обладает также выдающимися прядильными свойствами, эластичностью, щелочестойкостью, высокими сорбционными, тепло-, звуко- и электроизоляционными свойствами.

По химическому составу асбестовые минералы являются водными силикатами магния, железа, кальция и натрия. Содержание воды в асбесте группы серпентина составляет 13-14.5 %, а в группе амфиболов (в зависимости от вида) 1.5 - 3%.

Волокнистое строение наиболее ярко выражено у асбеста серпентиновой группы, куда относится только один вид асбеста - хризотил-асбест, поэтому он больше всего применяется в промышленности. Мировые запасы хризотил-асбеста значительно превышают запасы амфиболовых асбестов, причём таких мощных скоплений амфибол-асбеста, как в крупных месторождениях хризотил-асбеста, не встречается. На долю хризотил-асбеста приходится 96% мировой добычи асбеста. Наиболее крупные из разрабатываемых мировых месторождений хризотил-асбеста: в России - Баженовское (Средний Урал), Ак-Довуракское (Тувинская область), Джетыгаринское (Кустанайская область), Киембаевское (Оренбургская область), а за рубежом - Канадское (Канада) и в Зимбабве (Южная Африка). Россия - крупнейший производитель асбеста в мире.

Хризотил-асбест - это тонковолокнистый белый или зеленовато-желтый минерал (3MgO·2SiO2·2pO) c шелковистым блеском, образующий прожилки, которые имеют поперечно-волокнистое строение с длиной волокон от долей миллиметра до 5-6 см (изредка до 16 см) толщиной менее 0,0001 мм. Замечательным свойством этого минерала является способность сминаться и распушаться в тонковолокнистую массу, подобную льняной или хлопковой, пригодной для изготовления несгораемых тканей.Рабочая температура до +500°С.

Хризотил-асбест обладает высокой прочностью на разрыв по оси волокнистости. Наибольшую прочность имеют волокна асбеста, осторожно отделённые от кускового асбеста. В зависимости от эластичности волокна различают три разновидности хризотил-асбеста: нормальную, полуломкую и ломкую. Такое деление условно, так как в действительности не наблюдается резких переходов от одной разновидности к другой.

Важная характеристика асбеста - модуль упругости. Средние значения модуля упругости хризотил-асбеста колеблются от 16104 до 21104 Мпа.

Горную породу, содержащую асбест, добывают открытым способом и подвергают обогащению на асбестовых фабриках для выделения хризотил-асбеста. Товарный хризотил-асбест состоит из смеси волокон различной длины и их агрегатов. Агрегаты асбеста с недеформированными волокнами размером в поперечнике более 2 мм называют "кусковым асбестом", а менее 2 мм - "иголками". "Распушенным" называют асбест, в котором волокна тонки, деформированы и перепутаны. Частицы сопутствующей породы и асбестовое волокно, прошедшее через сито с размерами стороны ячейки в свету 0.25 мм, называют "пылью". Асбест хризотиловый в зависимости от длины волокон подразделяется на восемь сортов

Первые три сорта асбеста считаются длинноволокнистыми и относятся к текстильным сортам, а последние сорта - коротковолокнистыми, их называют строительными. В зависимости от текстуры (степени сохранности агрегатов волокон) асбест подразделяется на жёсткий (Ж), в котором преобладают иголки; полужёсткий (П) - с равным количеством иголок и распушенного волокна; мягкий (М) - с преобладающим количеством распушенного волокна.

Пеноасбест получается путём первоначальной тонкой механической распушки первых сортов асбеста мягкой текстуры с последующей дополнительной диспергацией волокна химическими реагентами. В результате получают один из самых лёгких теплоизоляционных материалов со средней плотностью 25-60 кг/куб.м и теплопроводностью 0.028-0.45 Вт/мК. Предельная температура применения 400С. Выпуск освоен Слюдяной фабрикой, г. Колпино.

На 16.09.2002 мировые выявленные ресурсы асбеста оцениваются в 200 млн. т, и еще 45 млн. т классифицируются как гипотетические. США обладают крупными ресурсами этого минерала, которые, однако, представлены в основном коротковолоконным сортом.

Количественные данные о запасах и базе асбеста не сообщаются, известно лишь, что они являются крупномасштабными. Наиболее значительные запасы сосредоточены в Канаде, Китае, Казахстане и России. В США осуществляет добычу асбеста только одна компания.

Наибольшая часть всего потребляемого в стране асбеста (62%) приходится на производство кровельных материалов. В 2001 году продажи асбеста, произведенного в стране, не изменились по сравнению с 2000 годом. Потребление асбеста в США в 2001 году, по оценке, снизилось на 13%. Из имеющихся сортов асбеста в стране потребляется почти исключительно хризотил.

Хризотил-асбест

Хризотил-асбест - это тонковолокнистый белый или зеленовато-желтый минерал (3 MgO·2 SiO2·2pO) c шелковистым блеском, образующий прожилки в ультраосновных породах, преимущественно в перидотитах. Прожилки имеют поперечно-волокнистое строение с длиной волокон от долей миллиметра до 5-6 см (изредка до 16 см) толщиной менее 0,0001 мм. Замечательным свойством этого минерала является способность сминаться и распушаться в тонковолокнистую массу, подобную льняной или хлопковой, пригодной для изготовления несгораемых тканей. Это свойство давать пряжу и обусловило второе название хризотил-асбеста - «куделька», применявшееся ранее на Урале.

Первое литературное упоминание о находках хризотил-асбеста на Урале относится к 1720 г., когда В.В.Геннин сообщил Петру I, что близ Екатеринбурга найдена «каменная кудель». Промышленное месторождение хризотил-асбеста - Баженовское -было открыто на Урале в 1885 г. в 60 км к северо-востоку от Екатеринбурга, а в 1887 г. началась его эксплуатация.

Месторождения хризотил-асбеста на Урале залегают среди массивов ультраосновных пород, распространенных в основном в Тагило-Магнитогорской и Восточно-Уральской зонах. Они приурочены к разрывным нарушениям, в которых ультраосновные породы раздроблены и сильно трещиноваты. В этих трещинах и образовались многочисленные прожилки хризотил-асбеста, местами достигающие промышленных концентраций. Крупные скопления хризотил-асбеста образовались там, где в ультраосновные породы внедрились граниты. Предполагается, что внедрение гранитов прогревало ультраосновные породы и способствовало растворению содержащихся в них химических элементов, в частности магния и кремния. Эти элементы находились в горячих водных растворах, заполняющих трещины. По мере охлаждения ультраосновной породы в трещинах отлагался хризотил-асбест. Поперечно-волокнистое его строение объясняется тем, что по мере расширения трещин зародыши кристаллов, укрепленные на их стенках, вытягивались перпендикулярно трещинам.

На Урале выявлен ряд месторождений хризотил-асбеста: Баженовское, Алапаевское, Лесное, Красноуральское, Луковое, Режевское и др. - в Свердловской области; Таловское, Куликовское, Ново-Татищевское, Брединское - в Челябинской области; Уразовское и Абзаковское - в Башкортостане; Киембаевское, Псянчинское, Ишкильдинское - в Оренбургской области; Джетыгаринское - в Кустанайской области Казахстана. В настоящее время добыча хризотил-асбеста осуществляется лишь на трех месторождениях: Баженовском, Киембаевском и Джетыгаринском.

Товарный хризотил-асбест состоит из смеси волокон различной длины и их агрегатов. Агрегаты асбеста с недеформированными волокнами размером в поперечнике более 2 мм называют "кусковым асбестом", а менее 2 мм - "иголками". "Распушенным" называют асбест, в котором волокна тонки, деформированы и перепутаны. Частицы сопутствующей породы и асбестовое волокно, прошедшее через сито с размерами стороны ячейки в свету 0.25 мм, называют "пылью". Асбест хризотиловый в зависимости от длины волокон подразделяется на восемь сортов(от 0 до 7).

Примеры асбестотехнических изделий

Асбест и изделия на его основе применяются практически без ограничений в России и Канаде. В промышленной теплоизоляции применяют асбопухшнур, асбесто-известковые изделия, вулканит, ньювель, совелит, а так же сухие смеси на основе распушенного асбеста, затворяемые водой на месте производства работ и наносимые на изолируемые поверхности в виде мастик.

Пеноасбест. Получается путём первоначальной тонкой механической распушки первых сортов асбеста мягкой текстуры с последующей дополнительной диспергацией волокна химическими реагентами. В результате получают один из самых лёгких теплоизоляционных материалов со средней плотностью 25-60 кг/куб.м и теплопроводностью 0.028-0.45 Вт/мК. Предельная температура применения 400°С.

Асбокартон (ГОСТ 2850-95). Содержание асбеста 98-99%. Размер листа 1000x800 мм. Толщина от 2 до 6 мм. Выдерживает температуру до 500°С. Гарантийный срок хранения - 10 лет со дня изготовления.

Асбестовая ткань(ГОСТ 6102-94). Используется для пошива жароизоляционной одежды, теплоизоляции печей и нагревательных приборов. Температура рабочей среды до 500°С. Ткань марки АТ-4 (ГОСТ 6102-78Е) соответствует требованиям "Правил пожарной безопасности в РФ ПБ-01-93" и относится к первичным средствам пожаротушения небольших очагов при воспламенении веществ, горение которых не может присходить без доступа воздуха.

Асбестовый шнур (ГОСТ 1779-83). Используется в тепловых агрегатах и теплопроводящих системах при температуре до 400°С. Рабочая среда: газ, пар, вода. Поступает в бухтах. Масса 1 бухты 17-22 кг. Гарантийный срок хранения - 5 лет со дня изготовления.

Асбест сухой (ГОСТ 12871-93). Применяется для теплоизоляции печей и нагревательных приборов, обмуровки паровых котлов, газовых турбин. Поставляется в мешках. Масса 1 мешка около 50 кг.

Область применения асбеста

В промышленности используется волокно длиной более 0,5 мм высокой и пониженной прочности. Оно широко применяется в различных областях промышленности как в чистом виде, так и в соединении с другими материалами (цементом, тканями, картоном и др.). Номенклатура асбестовых изделий насчитывает свыше 3000 наименований.

Основное количество асбеста идет на производство всевозможных асбоцементных (трубы, кровельная плитка, шифер), асбестобитумных и асбестосмоляных изделий, как заполнителя при производстве асфальта и бетона, изготовление различных фрикционных прокладок, дисков сцепления, трансмиссионных и приводных ремней, всевозможных картонно-бумажных изделий.

Хризотил-асбест, не содержащий железа, является электроизолятором и используется в промышленности. Лучшие длинноволокнистые сорта хризотил-асбеста применяются в текстильной промышленности. Наиболее качественное волокно идет на изготовление фильтров. Низкосортный коротковолокнистый асбест используется в черной металлургии как связующий материал при производстве железорудных окатышей.

Крокидолит и амозит широко используются в химической промышленности для производства различных кислото- и щелочестойких изделий. Их длинноволокнистые сорта являются текстильным сырьем. Крокидолит - хороший фильтрующий материал для очистки воздуха от радиоактивной пыли. Он также весьма эффективен в производстве асбоцементных труб, выдерживающих высокое давление.

Амозит находит широкое применение в производстве изоляционных материалов. Основные области потребления антофиллит-асбеста - изготовление кислотостойких фильтров, прокладок и пластмасс.

Асбест широко применяется в технике и строительстве; из него (или из композиций асбеста с другими материалами) получают несколько тысяч изделий.

Асбест групп 0-2 нередко называют текстильным. При его использовании в волокно часто добавляют 20-25 % хлопка. Изделия этого типа (огнезащитные костюмы и фартуки, шлемы, перчатки) необходимы при работе в горячих цехах. Кроме того, из асбеста производят тормозные ленты, уплотняющие прокладки и набивки для тепловых двигателей, диски сцепления, электроизоляционные тепловые ленты, ткань для турбогенераторов, трансмиссионные и приводные ремни (термо - и химически стойкие).

Асбест групп 3-5 применяют при изготовлении асбесторезиновых листов, асбестобитумных и асбестосмоляных изделий, асбестовых пластмассовых материалов, в том числе химически стойких. Из асбеста групп 4-6 получают асбестовую бумагу и картон, термоизоляционные изделия (с диатомитом и другими минеральными добавками). Асбест используется также как носитель катализаторов при получении асбестосиликатных красок и лаков, фильтров, асбестопластиков, асбестоцементных труб (водопроводных, канализационных, мусоропроводных и др.). Асбест и цемент входят в состав конструктивных строительных панелей для жилых и промышленных зданий, электроизоляционных досок и щитов для электростанций. Асбест - необходимый компонент шифера, широко используемого кровельного материала. Фильтры из картона с добавкой некоторых асбестов (например, боливийского родусит-асбеста) используют, по данным В. Синклера, для очистки воздуха от радиактивной пыли.