石棉

背景

石棉是适用于几种纤维状硅酸盐矿物的总称。从历史上看，石棉以其耐火性和编织成布的能力而闻名。由于这些特性，它被用来制作剧院的防火舞台窗帘，以及金属工人和消防员的耐热服装。石棉的更多现代应用利用其耐化学性和纤维的增强特性来生产石棉增强水泥产品，包括用于建筑施工的管道、板材和带状疱疹。石棉还用作航天飞机上火箭发动机的绝缘材料，以及用作在水下核潜艇上制造氧气的电解池的组成部分。用于漂白剂、清洁剂和消毒剂的大部分氯是使用石棉产品生产的。

已知最早使用石棉是在公元前 2500 年<小>。 在现在的芬兰，石棉纤维与粘土混合形成更坚固的陶瓷器皿和罐子。大约在公元前 300 年，关于石棉的第一个书面参考来自希腊。 当亚里士多德的一个学生 Theophrastus 写了一本名为 On Stones 的书时。 在他的书中，他提到了一种无名的矿物质，它看起来像腐烂的木头，但浸油点燃后并没有被消耗掉。希腊人用它来制作灯芯和其他防火物品。当罗马博物学家和政治家老普林尼写下了他全面的自然历史 在大约 60 A.D. ，他描述了这种耐火矿物，并给它取名为 asbestinon，意思是不灭的，我们由此得到了英文单词 asbestos。

尽管石棉的防火特性数百年来一直让科学界着迷，但直到 1800 年代石棉才发现了许多商业用途。 1828 年，美国第一项石棉产品专利颁发给蒸汽机中使用的衬里材料。 1868 年，美国的 Henry Ward Johns 获得了一种防火屋顶材料的专利，该材料由粗麻布和纸与焦油和石棉纤维的混合物层压在一起制成。它立即取得了成功。加拿大魁北克附近的石棉矿床的大规模开采始于 1878 年，并刺激了其他商业用途的发展。到 1900 年，石棉被用于制造垫圈、防火保险箱、轴承、电线绝缘材料、建筑材料，甚至用于过滤果汁的过滤器。

1900 年代初期的技术发展导致石棉的用途更多。许多早期的塑料材料依靠石棉纤维来增强和耐热。乙烯基石棉瓷砖成为最常用的地板覆盖物之一，并一直使用到 1960 年代。汽车制动衬片和离合器面层也使用了大量的石棉，大量的建筑材料也是如此。二战后，石棉在产品中的使用不断扩大。心脏外科医生用石棉线缝合切口，圣诞树用石棉人造雪装饰，还有一个牙膏品牌使用石棉纤维作为磨料。

然而，石棉的广泛使用并非没有阴暗面。自 1900 年代初以来，与暴露于空气中的石棉颗粒相关的健康问题已被注意到，并导致 1931 年英国通过了石棉工业法规。到 1960 年代中期，第二次世界大战期间处理石棉绝缘材料的造船厂工人开始出现健康问题。在美国，这个问题在 1970 年代达到了危机阶段，迫使环境保护署 (EPA) 对石棉的使用施加了严格的限制。尽管美国环保署于 1991 年取消了对某些种类石棉的禁令，但公众的信心已严重动摇，大多数制造商已自愿从其产品中去除石棉。结果，美国的石棉用量从 1973 年的约 880,000 吨/年（800,000 公吨/年）下降到 1997 年的不到 44,000 吨/年（40,000 公吨/年）。

在其他国家，石棉制品仍被广泛使用，特别是在建筑行业。 1997 年全球石棉用量估计约为 200 万吨/年（180 万吨/年）。大多数石棉用于制造石棉增强混凝土产品，石棉纤维被锁定在混凝土中。

石棉开采作业遍布 21 个国家。石棉的主要生产国是俄罗斯（前苏联）、加拿大、巴西、津巴布韦、中国和南非。在美国和其他几个国家发现了较小的矿床。

原材料

石棉有六种类型：阳起石、铁石棉、直闪石、青石棉、透闪石和绿橄榄石。前五种类型被称为角闪石。它们的特点是具有非常坚固和坚硬的纤维，这使它们对健康构成严重危害。两性石棉纤维可以穿透身体组织，特别是在肺部，最终导致肿瘤的发展。第 6 种石棉，温石棉，被称为蛇纹石。它的纤维比两性石棉更柔软、更有弹性，对身体组织的伤害也更小。所有六种类型的石棉都由硅和氧原子的长链组成，与各种金属（例如镁和铁）锁定在一起，形成具有这种矿物特征的晶须状结晶纤维。

温石棉是最常用的石棉类型，1988 年约占全球石棉产量的 98%。它通常是白色的，有时也被称为白石棉，但也可以是琥珀色、灰色或绿色。大多数温石棉纤维长约 0.25-0.50 英寸（6.4-12.7 毫米），通常添加到混凝土混合物中以提供增强作用。只有大约 8% 的温石棉纤维足够长，可以纺成织物或绳索。

铁石棉，有时也称为棕色石棉，在 1988 年约占全球产量的 1%。它通常呈浅棕色，但也有深色和白色。铁石棉具有长约 0.12-6.0 英寸（3.0-152.0 毫米）的粗纤维。这种纤维难以纺成织物或绳索，主要用作绝缘材料，尽管在许多国家/地区禁止使用。

青石棉，有时也称为蓝石棉，占全球产量的其余 1%。它呈蓝色，其纤维长约 0.12-3.0 英寸（3.0-76.0 毫米）。青石棉具有非常高的拉伸强度和出色的耐化学品性。它的用途之一是作为塑料的增强剂。

其他三种石棉——直闪石、阳起石和透闪石——没有显着的商业应用，也很少被开采。

制造
过程

石棉矿床位于地下，矿石被带到地表进行处理，使用传统的采矿方法。温石棉通常位于地表附近，可以通过露天矿开采。在不同深度发现了其他石棉沉积物，可能需要深达 900 英尺（300 米）的隧道才能进入。

石棉纤维是由矿物晶体在软岩层中发现的裂缝或矿脉中逐渐生长而形成的。晶体在矿脉上生长，矿脉的宽度决定了由此产生的石棉纤维长度。由于矿物来自围岩，纤维的化学成分类似于 摇滚。因此，必须使用物理方法将石棉从岩石矿石中分离出来，而不是有时用于处理其他矿石的化学方法。

以下是处理加拿大常见的温石棉矿石的步骤：

挖矿

• 1 通常使用称为磁力计的磁传感器定位温石棉石棉沉积物。这种方法依赖于磁性矿物磁铁矿经常在石棉地层附近发现的事实。岩心钻孔用于确定沉积物的位置并确定石棉的大小和纯度。

  大多数温石棉开采作业在露天矿中进行。一系列螺旋形的平坦梯田或长凳被切入坑的倾斜内侧。它们既可用作工作平台，也可用作将矿石运出矿坑的道路。通过仔细钻孔和用炸药爆破，石棉矿床从周围的岩石中松脱。由此产生的岩石碎片被装入大型橡胶轮胎拖运卡车并带出矿井。一些作业使用称为块体崩落的挖掘技术，在该技术中，矿床的一部分被底切，直到它在自重的作用下破碎并从滑槽滑入等待的运输卡车。

分离

矿石中仅含有约 10% 的石棉，必须小心地将其与岩石分离，以免使非常细的纤维破裂。最常见的分离方法称为干磨。在这种方法中，初级分离是在一系列破碎和真空抽吸操作中完成的，在这些操作中，石棉纤维实际上是从矿石中吸出的。随后进行一系列二次分离操作，以去除岩尘和其他小碎片。

• 2 矿石被送入颚式破碎机，后者挤压矿石，将其破碎成直径为 0.75 英寸（20.0 毫米）或更小的碎片。然后将粉碎的矿石干燥以去除可能存在的任何水分。
• 3 矿石落在 30 目振动筛的表面上，筛孔的直径为 0.002 英寸（0.06 毫米）。随着筛网的振动，松散的石棉纤维上升到破碎矿石的顶部并被抽真空。由于粉碎的矿石比纤维密度大得多，因此只有非常小的岩石颗粒才能与石棉一起被吸走。
• 4 通过振动筛落下的非常细的淤泥和岩石颗粒称为通过或尾矿并被丢弃。留在筛网上的破碎矿石被称为筛分，并被转移到下一个加工阶段。

  来自第一个筛子的破碎矿石通过第二个破碎机进料，将矿石块减小到直径约 0.25 英寸（6.0 毫米）或更小。然后矿石落在另一个振动的 30 目筛上，重复步骤 3 和 4 中描述的过程。

• 5 石棉纤维的粉碎和真空抽吸过程再重复两次。每次矿石块都变小，直到最后的石棉纤维被捕获，而剩余的矿石很小，以至于它会从筛网中掉下来并被丢弃。这个四步过程还按长度分离石棉纤维。最长的纤维在第一个破碎机中从周围的岩石中分离出来，并从第一个筛网中抽真空。较短的纤维在每组连续的破碎机和筛网上被打断并捕获，直到最短的纤维在最后一个筛网上被捕获。
• 6 从每个筛网中捕获的石棉纤维和其他材料悬浮在空气流中，并通过四个独立的旋风分离器。较重的碎片和岩尘颗粒落到旋转气流的中心并从分离器的底部掉出。
• 7 然后空气通过四组独立的过滤器，这些过滤器捕获不同长度的石棉纤维以进行包装。

质量控制

石棉纤维根据几个因素进行分级。最重要的因素之一是它们的长度，因为这决定了它们的应用范围，因此也决定了它们的商业价值。

温石棉纤维最常见的分级系统称为魁北克标准干分级法。该标准定义了从最长的 1 级到最短的 9 级的 9 个等级的纤维。在该等级的上端，1 到 3 级被称为长纤维，长度范围从 0.74 英寸（19.0 毫米）到更长的 0.25 英寸（6.0 毫米）。 4 至 6 级称为中纤维，而 7 至 9 级称为短纤维。 8 级和 9 级纤维的长度小于 0.12 英寸（3.0 毫米），按松散密度而非长度分类。

确定石棉纤维质量的其他因素包括确定纤维分离或开放程度、混凝土中纤维的增强能力以及灰尘和颗粒含量的测试。特定应用可能需要其他质量控制标准和测试。

健康和
环境影响

现在人们普遍认为，吸入石棉纤维可能与三种严重且通常是致命的疾病有关。其中两种，肺癌和石棉沉滞症，会影响肺部，而第三种，间皮瘤，是一种罕见的癌症，会影响胸腔和腹腔的内壁。

现在也普遍接受的是，不同类型的石棉，尤其是角闪石，比温石棉对健康构成更大的危害。

最后，人们认识到其他因素，例如纤维的长度以及接触的持续时间和程度，可以确定石棉造成的健康危害。事实上，一些研究表明，一些石棉诱发的肺癌只有在暴露于一定浓度以上时才会发生。低于该阈值，与普通人群相比，肺癌的发生率没有统计学上的增加。

尽管并非每个人都同意这些发现，但对吸入石棉纤维对健康的潜在不利影响的总体担忧导致对工作场所允许的空气中石棉数量的更严格规定。这些法规因国家/地区而异，但它们都要求比以前发现的水平要低得多。在美国，职业健康与安全管理局 (OSHA) 将在 8 小时工作日或 40 小时工作周期间暴露于长度超过 0.005 毫米的纤维的最大允许量为 0.2 纤维/立方厘米。

工作场所以外的一般环境中的空气中石棉含量要低很多倍，不被视为危害。

未来

石棉仍然是许多产品和过程中的重要组成部分，尽管其在美国的使用量预计将保持在较低水平。现已实施的更严格的接触法规和改进的制造和处理程序有望消除与石棉相关的健康问题。