Асбест
| Асбест | |
|---|---|
 Выделенный из минерала (руды) и очищенный асбест | |
| Формула | см. Классификация, Химический состав |
| Физические свойства | |
| Твёрдость | 2,5 — 4 |
| Излом | занозистый |
| Плотность | 2,5-2,6 г/см³ |
Асбе́ст (греч. ἄσβεστος — негасимый, от др.-греч. σβέννυμι — гасить) или горный лён[1][2][3] — собирательное название ряда тонковолокнистых минералов из класса силикатов, образующих агрегаты, состоящие из гибких прочных волокон. Различают две основные группы асбестов: серпентиновые (хризотил-асбест) и амфиболовые (крокидолит, амозит, антофиллит, тремолит, актинолит). Асбест является причиной развития таких заболеваний, как асбестоз, плеврит (включая мезотелиому), а также рака бронхов, яичников, почек и гортани.
История
Считалось, что это мифическое существо способно находиться в пламени и оставаться невредимым даже в жарком костре. В традиционной тибетской медицине бытовало мнение, что асбест обладает целебными свойствами для сухожилий и увеличивает выносливость человека[1].
Одно из первых письменных упоминаний об асбесте встречается в трудах древнегреческого историка и географа Страбона, который описывал «камни, поддающиеся расчёсыванию и прядению для получения ткани». Более подробные сведения об этом материале оставил римский учёный Плиний Старший. Он писал, что асбест добывают в безводных пустынях Индии, изобилующих змеями, где никогда не выпадают осадки, поэтому минерал привык к высоким температурам. Из него изготавливали саваны, в которые заворачивали тела вождей перед погребальным сожжением, а также салфетки для пиров, способные выдерживать раскаливание на огне[2].
Существует давняя легенда о том, как промышленник Акинфий Демидов преподнёс российскому императору Петру I роскошную белоснежную скатерть, произведённую на одном из его уральских заводов. Во время трапезы Демидов нарочито вылил на неё тарелку горячего супа и бокал красного вина, затем скомкал испачканную скатерть и бросил в пылающий камин. Через некоторое время достал её из огня и продемонстрировал царю — на ткани не осталось ни единого пятнышка. Эта скатерть была соткана из хризотил-асбеста с Урала. Крепостные ремесленники Демидовых достигли невероятного мастерства в производстве асбестовых тканей, из которых шили ажурные дамские шляпки, перчатки, кошельки, сумочки и кружева. Эти изделия не нуждались в стирке — их просто помещали в огонь на несколько минут, после остывания они снова были готовы к использованию. Асбестовое полотно отличалось особой эластичностью и прочностью на разрыв, превосходящей даже стальную проволоку.
В XIX столетии канцерогенность асбеста ещё не была доказана, поэтому изобретатель Джордж Фелпс выдвинул идею применять этот материал в конструкции телефонных трубок[4][5]. Если бы асбест действительно стали использовать таким образом, это могло бы привести к катастрофическим последствиям для здоровья абонентов.
Систематизация асбестов
Минерал асбест подразделяется на две основные категории: хризотиловый и амфиболовый.
Хризотиловый асбест
Хризотиловый асбест, также именуемый белым асбестом, принадлежит к группе серпентина. Его химическая формула — 3MgO∙2SiO2∙2H2O, что соответствует гидросиликату магния[4]. В структурном отношении он относится к слоистым силикатам. Особенности строения обуславливают закручивание слоёв в микроскопические трубочки диаметром около 20 нм. Хризотил устойчив к щелочам, но разрушается кислотами. Элементарные кристаллы представляют собой фибриллы диаметром в сотые доли микрона. На практике хризотил образует волокна 10-100 мкм в диаметре с прочностью на разрыв 600-800 МПа. Этот вид асбеста широко распространён в России.
Амфиболовый асбест
Амфиболовый асбест — комплексный гидросиликат. Физико-механические характеристики сходны с хризотилом, однако кристаллическая структура существенно отличается. Строение волокон тремолита обусловлено ленточной структурой из сдвоенных цепочек кремнекислородных тетраэдров, связанных катионами магния и кальция. Амфиболовые волокна отличаются высокой стойкостью в нейтральной и кислой средах[4]. Эксплуатационные характеристики амфиболовых асбестов уступают хризотиловым, что ограничивает их применение. Прямые иглообразные волокна амфиболов при вдыхании являются канцерогенным фактором, что привело к запрету их использования в странах Евросоюза.
Разновидности амфиболового асбеста:
- крокидолит (голубой асбест) — (Na2Fe32+Fe23+)Si8O22(OH)2;
- амозит — (Fe2+, Mg)7Si8O22(OH)2;
- тремолит — Ca2Mg5Si8O22(OH)2;
- антофиллит — (Mg, Fe2+)7Si8O22(OH)2;
- актинолит — Ca2(Mg, Fe2+)5Si8O22(OH)2.
Классификация асбеста также учитывает ориентацию волокон в минералах: параллельно-волокнистые и спутанно-волокнистые. Окраска асбеста варьируется в зависимости от примесей соединений железа, кальция, марганца. Роговообманковые и авгитовые асбесты имеют белый, серый, бурый, красновато-бурый, почти чёрный цвет; хризотиловые — золотисто-жёлтый, серебристо-белый, зеленоватый, синеватый и синевато-чёрный. Уральский асбест характеризуется чисто-зеленоватым оттенком, алтайский — золотисто- и зеленовато-жёлтым[6]. Длина волокон змеевиковых асбестов Алтая и Урала достигает 0,2 м, асбеста Ричмонда (США) — до 1 м.
Производство
В 2017 году в мире было добыто 1,3 миллиона тонн асбеста. Россия была крупнейшим производителем с 53% от мирового объёма, за ней следовали Казахстан (16%), Китай (15%) и Бразилия (11,5%). Азия потребляет около 70% асбеста, производимого в мире, при этом Китай, Индия и Индонезия являются крупнейшими потребителями[7].
В 2009 году около 9% мирового производства асбеста было добыто в Канаде. В конце 2011 года две оставшиеся в Канаде асбестовые шахты, обе расположенные в Квебеке, остановили работу. В сентябре 2012 года правительство Квебека остановило добычу асбеста[8].
Химический состав
По своему химическому составу хризотил является гидратированным силикатом магния, теоретическая формула которого — 3MgO∙2SiO2∙2H2O. В процентном соотношении это соответствует содержанию MgO — 42,4%, SiO2 — 44,50% и H2O — 13,04%[4].
Обычно в минерале присутствуют примеси FeO и Fe2O3, количество которых редко превышает 2%. При этом часть FeO изоморфно замещает MgO в структуре хризотила, а остальное железо связано с механическими включениями магнетита или, реже, хромита. Содержание прочих примесей, таких как Al2O3, Cr2O3, CaO, NiO, MnO, CuO и щёлочи, измеряется долями процента. Наличие примесей обычно снижает количество MgO и SiO2 в хризотиле до 40 % и менее. Содержание структурно связанной воды также варьирует, иногда повышаясь до 14,5-15,0%, а иногда опускаясь до 11,5-12,0%.
Представление о химическом составе хризотила даёт следующая таблица:
| Компоненты | Баженовское месторождение (Россия) | Тзетфорд (Канада) |
| SiO2 | 42,6 | 39,62 |
| Al2O3 | 0,65 | 0,81 |
| Fe2O3 | 1,04 | 4,52 |
| FeO | 0,45 | 1,90 |
| MgO | 40,77 | 39,73 |
| СаО | 0,03 | — |
| Cr2O3 | — | — |
| NiO | — | — |
| MnO | — | — |
| H2O + 105° | 13,46 | 13,32 |
| H2O — 105° | 0,95 | 0,43 |
| K2O + Na2O | Следы | Нет |
Свойства
Хризотил в необработанном состоянии характеризуется низкой электропроводимостью, что позволяет использовать его в качестве высококачественного электроизоляционного материала. Среди важнейших свойств хризотила следует отметить его термические характеристики, обеспечивающие высокую теплостойкость. Хризотил не растворяется в воде, отличается химической инертностью, устойчив к воздействию ультрафиолета, озона, кислорода, не выделяет вредных газов, паров и излучений. Хризотиловые волокна легко распушаются как в воздушной, так и в водной среде. Распушённый хризотил демонстрирует высокую адсорбционную способность и активную адгезию к большинству связующих и дисперсных компонентов за счёт большой внутренней поверхности пор между волокнами и формирования прочных топохимических связей[1].
Основные физико-химические характеристики хризотилового волокна[2]:
| № п/п | Показатели | Диапазон числовых значений |
|---|---|---|
| 1 | Прочность на разрыв, кг•с/мм² | |
| 2 | Плотность минерала, кг/м³ | |
| 3 | Насыпная плотность распушенного хризотила, кг/м³ | |
| 4 | Температура плавления, °C | |
| 5 | Коэффициент трения (по железу) | |
| 6 | Щелочестойкость, рН | |
| 7 | Растворимость, % при кипячении в течение 4 часов: в HCl плотностью 1,19 кг/дм³ в КОН, 25%-ном |
53,4 — 57,5 0,14 — 1,6 |
| 8 | Теплопроводность, Вт/(м•К) | |
| 9 | Коэффициент отражения в диапазоне 400—700 нм, % | |
| 10 | Частота ИК-спектра поглощения (четко разрешенные), см−1 | |
| 11 | Модуль упругости недеформированных волокон при площади поперечного сечения порядка 0,01 мм², ГПа | |
| 12 | рН водной суспензии | |
| 13 | Сорбционная способность: по дибутилфталату, см³/100 г по йоду, мг/г по водяному пару (при 20 °C) |
40 — 85 1,6 — 1,9 1,6 — 2,5 |
Применение
В СССР асбест начали активно применять с 1930-х годов. Объёмы его добычи стремительно росли: с 50 тыс. тонн в 1930 году до 2,5 млн тонн в 1985 году. В послевоенный период СССР стал одним из крупнейших производителей и потребителей асбеста в мире.
Динамика ежегодной добычи асбеста в СССР:
- 1930 год — 50 тыс. тонн;
- 1985 год — 2,5 млн тонн;
- конец 1980-х годов — падение до 1 млн тонн;
- 1990-е годы — новый рост добычи.
С 1980 года в мире начались первые протесты рабочих против использования асбеста из-за его вредного воздействия на здоровье. Это привело к сокращению его добычи и потребления во многих странах. Несмотря на протесты, в ряде государств, включая Россию, Китай, Индию, Бразилию, Казахстан, асбест продолжает широко использоваться и в настоящее время.
Сегодня асбест и асбестосодержащие материалы применяются:
- В строительстве — для производства кровельных и стеновых изделий, труб, фасадных плит, теплоизоляции, герметиков, кирпича.
- В машиностроении — для изготовления фрикционных изделий, тормозных лент, резинотехнических материалов.
- В химической промышленности — для приготовления мастик, герметиков, футеровочных составов, органосиликатных покрытий.
- В нефтегазовой отрасли — для получения буровых и тампонажных растворов.
- В дорожном строительстве — для производства асфальтобетонных смесей.
- В развлекательной индустрии — асбестовая ткань и шнур используются в огненных шоу.
- В военной технике — асбестовая нить применяется в пулемёте Максима[9].
Опасность для здоровья
Хроническое взаимодействие с асбестом чаще всего вызывает два основных заболевания: асбестоз (фиброз лёгочной ткани из-за вдыхания асбестовых частиц) и мезотелиому (злокачественное новообразование, ассоциированное с асбестом). Мезотелиома характеризуется агрессивным течением, и после постановки диагноза пациенты, как правило, живут менее года[10].
Все разновидности асбестовых волокон признаны крайне вредными для здоровья людей и животных. Амфиболовые асбесты — амозит и крокидолит — считаются наиболее опасными. Однако хризотиловый асбест также провоцирует образование опухолей у животных и является доказанной причиной асбестоза и злокачественной мезотелиомы у людей. Случаи мезотелиомы зафиксированы среди работников асбестовой промышленности, членов их семей и жителей районов, прилегающих к асбестовым фабрикам и шахтам.
В 80-90-х годах XX века представители асбестовой индустрии выдвигали гипотезы о том, что производство асбестоцемента может «обезвредить» асбест посредством химических реакций или изменения физических параметров волокон при связывании с цементом. Однако последующие исследования опровергли эти предположения, показав, что при разрушении асбестоцемента, даже пролежавшего десятилетия, высвобождаются асбестовые волокна, идентичные природным, без каких-либо существенных изменений.
Контакт с асбестовыми волокнами в любой форме рассматривается как потенциально опасный. Особенно рискованными считаются работы с рыхлыми асбестосодержащими материалами или действия, которые могут привести к высвобождению асбестовых волокон. Как правило, заболевания, вызванные вдыханием асбеста, развиваются у лиц, регулярно контактировавших с ним в процессе профессиональной деятельности.
МОТ приняла Конвенцию №162 и Рекомендации №172 по охране труда при использовании асбеста. Необходим контроль запылённости и соблюдение санитарных норм. МАИР отнесло асбест к первой категории канцерогенов. С 2005 года асбест запрещён в ЕС[11]. Развивается технология утилизации методом плазменного плавления. В развивающихся странах хризотил-асбест всё ещё применяется. В России разрешено 3000 видов продукции с хризотилом, но использование в жилых помещениях ограничено.
ПДК асбестовой пыли в России[12]:
- В рабочих зонах: макс. 2 мг/м3, среднесменная 0,5 мг/м3.
- В воздухе населённых мест: 0,06 волокон/мл.
С 2024 года в США запрещено производство и использование асбеста[13].
Примечания
- ↑ 1,0 1,1 1,2 Горный лён // Большая советская энциклопедия:[в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978., Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия 1969—1978..
- ↑ 2,0 2,1 2,2 Горный лен // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907..
- ↑ Горный лён, Словарь синонимов ASIS, Тришин В. Н., 2010..
- ↑ 4,0 4,1 4,2 4,3 Иванов Александр. Джордж Фелпс (George M. Phelps) // telhistory.ru. — Музей Истории Телефона, 2021..
- ↑ US Patent № 220,729. G. M. Phelps. Telephone-Case. Patented Oct. 2, 1879..
- ↑ Уралит (примечание 1 к статье с дополнением в статью «Асбест») Архивная копия от 7 марта 2021, Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона. Санкт-Петербург, 1890—1907 гг. Том XXXIVa (1902): Углерод — Усилие, с. 860—862..
- ↑ Фланаган, Дэниел М. (31 января 2018 г.). «Mineral Commodity Summarys 2018» (PDF) . Рестон, Вирджиния: Геологическая служба США. стр. 27..
- ↑ Догерти, Кевин (20 ноября 2012 г.) Бюджет Квебека: министр финансов Николя Марсо сокращает расходы, вводит новые налоги. Ottawa Citizen.
- ↑ 7,62-мм станковый пулемет системы Максима обр. 1910 г. Руководство службы. — М.: Воениздат, 1949. — 184 с..
- ↑ СанПиН 1.2.2353-08 «Канцерогенные факторы и основные требования к профилактике канцерогенной опасности»..
- ↑ France Calls For Worldwide Asbestos Ban (англ.)..
- ↑ Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест.
- ↑ В США вводится запрет на использование и производство асбеста. www.gismeteo.ru (20 марта 2024)..