Хризотил-асбест минерал с уникальными свойствами

Прежде всего, стоит сказать, что асбест относится к нерудным полезным ископаемым.

Нерудные (неметаллические) ископаемые — огромная группа полезных ископаемых, весьма разнообразных по своей природе и свойствам, из которых не извлекают металлов. Используются непосредственно или в переработанном виде. В отличие от металлических состоят большей частью из породообразующих элементов: Si, А1, Са, Mg, Na, К, О, С, Р, CI, F и др. В образовании неметаллического сырья главную роль играют силикаты и алюмисиликаты, оксиды, хлориды, фториды, фосфаты, сульфаты. Известно более 100 видов нерудных полезных ископаемых. В геологоразведочной практике разделяются на горно-химическое сырье (апатиты, фосфориты, минеральные соли, сера, гипс и др.), горнотехническое сырье (асбест, графит, слюда, талм каолин, огнеупоры, флюсовые известняки и др.), строительные материал: (граниты, базальты, известняки, глины, пески и др.), драгоценные, поделочные и технические камни (алмаз, изумруд, агат, нефрит и др.) и т. д. [8].

Асбест — от греч. asbestos — неугасимый, неразрушимый. Другое его название звучит как «горный лен». Смысл данного названия в том, что асбест способен расщепляться на тончайшие длинные волокна толщиной до 0.5 мкм. Греческое название характеризирует природные свойство асбеста противостоять высоким температурам.

Самым широко распространенным (более 95%) асбестом является хризотил-асбест — волокнистая разновидность хризотила — минерала группы серпентина. Его химический состав — 3MgO 2Si02 * 2Н20 — гидросиликат магния, по химическому составу близкий хорошо известному всем минералу тальку (3МgО· 4SiO2·H20), т. е. с химической точки зрения он абсолютно безвреден для организма. Кристаллы хризотил-асбеста имеют необычное строение: они представляют собой тончайшие полые трубочки-фибриллы диаметром 2,6· 10−5 мм и длиной до 2−3 см. Такие кристаллы напоминают мягкие целлюлозные волокна хлопковой ваты. В то же время, будучи материалом неорганическим, волокна хризотил-асбеста не горят и выдерживают высокие температуры. Лишь при нагреве до 700 °C они теряют химически связанную воду и делаются хрупкими. Плавится хризотил при температуре около 1500 °C. Физико — химические свойства хризотил — асбеста: содержание воды в волокне 12,5−13,01% объемная масса 2,36−2,6 г/см³. Температура плавления 1450−1500?C термостойкость 700 °C, плотность на разрыв, МПа — более 3000, плотность г /см³ — 2,4−2,6, температура плавления °С-1450−1500, коэффициент трения ед. — 0,8, щелочестойкость рН-9,1−10,3, удельная поверхность м²/г-20, кислотостойкость слабая. [11].

Разведанные запасы асбеста в мире оцениваются около 250 млн. т. Почти три четверти этих запасов сосредоточены в России (около 150 млн. т.) и Канаде (37 млн. т.). Казахстан обладает 26,702 млн. т. Разведанных запасов асбеста, стоящих на балансе, и занимает третье место после России и Канады. Значительные запасы Асбеста сосредоточены также ЮАР (15 млн. т.), США (4 млн. т), Бразилии (3,5 млн. т), Австралии (1,9 млн. т), Италии (1 млн. т). [9].

Кроме хризотил — асбеста существуют асбесты амфиболовой группы амфиболит-, амозит-, крокидолит-, актинолит-, тремолит-, режикит-, родусит-асбест и др. Каждый из этих минералов обладает разнообразными ценными природными свойствами, что делает их незаменимыми для применения в промышленности. Некоторые из них получили второе название благодаря своему цвету — синий асбест (крокидолит), голубой асбест (режикит, родусит). Наиболее широко известен хризотил-асбест. [10].

Хризотил — натуральное волокно, обладающее уникальным комплексом физико-химических свойств, таких, как термостойкость, низкая теплои электропроводность, высокий коэффициент трения, эластичность, прочность, прядильная, армирующая и адсорбционная способности, щелочестойкость, которые до сих пор не удалось повторить в материалах-заменителях. Хризотил-асбест применятся в производстве более чем 3000 изделий, таких, как кровельный материал и водопроводные трубы, спецодежда для пожарных и металлургов, тормозные колодки и фрикционные накладки, средства защиты от радиационного излучения и фильтры широкого спектра применения. В числе этих изделий ответственейшие узлы самолетов и космических спутников, атомных реакторов и подводных лодок и т. п. Замена хризолитового материала на искусственный не дает желаемых результатов.

Около 90% производимого в мире хризотила используется при производстве изделий из хризотил-цемента в виде шифера, труб и плиток. Эти изделия используются в более чем шестидесяти индустриальных и развивающихся странах. Хризотил-цемент ценят, прежде всего, за его доступность и долговечность. Для его производства требуется импортировать только небольшое количество волокна, остальные составляющие — цемент и воду используют местные. Вдобавок технология производства требует незначительных инвестиций и потребляет намного меньше энергоресурсов, чем производство конкурентных продуктовзаменителей. Сегодня хризотил используется только для производства высокоплотных и твердых материалов (шифера, труб, прокладочных и фрикционных материалов). В настоящее время во всем мире более 90% хризотила используется при производстве волокнисто-цементных строительных материалов.

Рассмотрим некоторые асбестсодержащие изделия и их преимущества по сравнению с альтернативными материалами.

Асбестоцементные трубы изготавливаются на основе хризотила. Абсолютная безопасность их использования подтверждена столетним опытом их применения в России и многочисленными международными и российскими исследованиями.

Асбестоцементные трубы диаметром от 100 до 500 мм — эффективная альтернатива стальным трубам. В мире проложено более 2,5 млн. км асбестоцементных труб, в том числе около 1,0 млн. км в России. Безнапорные трубы используются для устройства безнапорной канализации, дымоходов, мусоропроводов и телефонных кабелей, для сооружения столбчатых фундаментов для небольших строений и, а качестве опорных столбов для заборов. Напорные трубы используются для водопроводных (технических и питьевых целей), канализационных, мелиоративных и оросительных вентиляционных систем, в качестве обсадных труб для колодцев. Они обладают большой прочностью, хорошо выдерживают напор, не подвержены коррозии, стойки к длительному воздействию горячей воды и имеют длительный срок службы 30−35 лет. Эти трубы высоко надежны при температуре воды до 130 °C.

Использование асбестоцементных труб и муфт для стыков тепловодов позволяет исключить наиболее слабые участки теплопровода — сварные станки, низкий коэффициент теплопроводности позволяет до минимума сократить затраты на теплоизоляцию, продолжительность строительства снижается почти на 30%, трудоемкость — на 40%, потребность в механизмах — на 60%.

Асбестоцементная кровля широко применяется в России (доля асбестоцементных покрытий составляет 55%, а в малоэтажном и сельском строительстве-до 80%), она адаптирована для всех климатических зон, надежна, радиационного комфортна, долговечна, сравнительно дешева (в несколько раз дешевле черепицы, металлов, полимеров). Низкие затраты на ее содержание, простота ремонта (возможность ликвидировать локальные повреждения без нарушения общего покрытия), безусловно, свидетельствуют в пользу этого материала. В настоящее время асбестоцементные предприятия наладили выпуск продукции, которая соответствует современным требованиям потребителей к дизайну и качеству, — это окрашенный шифер черного, белого, зеленого, коричневого, оксидно-красного и других цветов. Кроме шиферных листов освоен выпуск комплектующих деталей, которые делаются под цвет шифера и хорошо подчеркивают формы кровли — конек, состоящий из двух частей, отличающихся линейными размерами. Фасадные материалы имеют преимущества по сравнению с другими — быстрый монтаж без предварительного ремонта старой стены.

Волнистые асбестоцементные листы (шифер) — прекрасная и экономичная кровля для дома. Шифер обладает низкой теплопроводностью, высокой морозостойкостью, устойчивостью к неблагоприятным воздействиям внешней среды, пожаробезопасен.

Плоские асбестоцементные листы применяются для изготовления и облицовки строительных конструкций широкого профиля, из них монтируются стеновые панели, панели типа «сэндвич», перегородки и ограждения балконов или лоджий, навесные вентилируемые фасады.

Асбестоцементные листы легко поддаются механической обработке и могут использоваться для благоустройства садовых участков и хозяйственных построек (различные ограждения, заборы и т. п.). [11].

Замена хризотила другими промышленными волокнами технически возможна. Однако материалы и изделия, изготовленные без хризотила, более дорогостоящие и низкого качества, чем содержащие хризотил. Волокна, обычно используемые для замены хризотила, такие, как целлюлоза, арамидные и керамические, более персистентные и поэтому потенциально более опасны для здоровья. Содержание волокон в зданиях, построенных с применением асбестсодержащих материалов, не выше природных уровней на территориях, где отсутствует хризотил-цементная кровля. Запрет на использование хризотила в рыхлом виде и, следовательно, его применение, приводящее к воздействию на рабочих значительного количества пыли, было, несомненно, обоснованным решением с точки зрения охраны труда. Но, по-видимому, это решение было принято слишком быстро, до того как продукты-заменители смогли бы доказать свою эффективность. В результате тестов, проведенных ASTM, установлено, что если изоляционные смеси отвечали стандартам безопасности в 1970 г., то можно предположить, что время ухудшило их до такой степени, что они не могут больше обеспечивать эффективную защиту от пожара при данной температуре. Проверки изоляционных материалов с хризотилом в конструкциях нижних этажей показали, что они все еще имеют свои первоначальные характеристики.

По заключению американских ученых, причиной трагедии космического челнока «Челленджер» стала замена в корабле асбестового уплотнителя на безасбестовый. Замена асбестовых тормозных прокладок на альтернативные на большегрузных автомобилях фирмы «Дженерал Моторс» (под давлением антиасбестовой кампании) привела к росту дорожных аварий. В настоящее время все грузовики этой компании имеют асбестсодержащие тормозные узлы. [12].

Пониженные эксплуатационные качества заменяющих продуктов являются, следовательно, главной причиной обвала башен Всемирного торгового центра (WTC) 11 сентября 2001 года, что, нет нужды напоминать, привело к гибели свыше 2800 человек. В конце 1960;х — начале 1970;х гг. во время строительства этих зданий было запрещено использовать хризотил-асбестовые материалы в целях придания огнеупорности стальным каркасам. В июне 2002 г. правительственной комиссии США по расследованию причин катастрофы WTC группа архитекторов и инженеров строителей также объяснила, что главной причиной быстрого обвала башен являлась недостаточная эффективность изоляционных материалов. [13] Примеров подобного рода множество.

Срок службы изделий из хризолитового волокна намного превышает в тех же условиях долговечность изделий из металла. Например, асбестоцементные трубы в напорных трубопроводах работают без какой-либо защиты более 30 лет и экологически безвредны. Уже сейчас хризотил используется в тысячах изделиях, и тем не менее не прекращается интенсивный поиск новых направлений его применения.