Свойства асбеста

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·2SiO2·2H2O) 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 SiO2·2H2O) 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).

Описание минерала

Греч. “асбестос”—нетленный, неразрушимый

Среди разностей асбеста  выделяют серпентин-асбесты хризотил-асбест и антигорит-асбест (баститовый асбест) и амфибол-асбесты (тремолит-асбест, актинолит-асбест, крокидолит-асбест, амозит-асбест).

Химический состав. Весьма изменчивый; например, амфибол-асбест: окись магния (MgO) 6 — 7%, окись и закись железа (FeO, Fe2O3) 34 — 44%, окись алюминия (А12O3) 5 — 10%, двуокись .кремния (SiO2) 49 — 53%; хризотил-аобест: окись магния (MgO) 38—41%, окись алюминия (Al2O3) 1 — 1,5%, окись и закись железа (FeO, Fe2О3) 0,3 — 4%, двуокись кремния (SiO2) 41 — 43%, вода (Н2О) 13 — 14%.

Цвет. Белый, серый, темный, серо-синий (хризотил-асбест желтый, бронзовый).

Блеск. Шелковистый.

Прозрачность. Просвечивающий, непрозрачный.

Черта. Белая, светло-серая.

Твердость. 2.

Плотность. 2,5 — 3,3.

Излом. Хрупкий, расщепляющийся.

Сингония. В основном моноклинная.

Форма кристаллических выделений. Волокнистая.

Спайность. Весьма совершенная  параллельно оси с (направление  волокнистости).

Агрегаты. Волокнистые.

П. тр. Плавится с трудом.

Поведение в кислотах. Трудно растворим или нерастворим.

Сопутствующие минералы. Серпентин, оливин, тремолит, магнетит, лёллингит, сфалерит, арсенопирит.

Практическое значение. Важное сырье для изготовления огнестойкой, жарозащитной и кислотозащитной  одежды, огнеупорных строительных материалов, теплоизоляционного материала и  т. д. Качества и физические свойства, например эластичность или хрупкость, определяют сферу применения минерала.

Происхождение. Гидротермальное, в условиях тектонических подвижек.

Месторождения. Урал, Сибирь (СССР); Канада; Трансвааль (Южная Африка) и др. (см. таблицу на стр. 96). Проявления повсеместны в областях развития серпентинитов, например Цеблиц в Рудных горах, Кушнаппель, Хоэнштейн-Эрнстталь, Вальдгейм и др. (ГДР).

Хризотил-асбест

Химический состав (хризотил-асбест):

окись магния (MgO) - 38-41%

окись алюминия (Al2O3) - 1-1,5%

окись и закись железа (FeO, Fe2O3) - 0,3-4%

двуокись кремния (SiO2) - 41-43%

вода (H2O) - 13-14%.

Цвет: белый, серый, темный, серо-синий (хризотил-асбест желтый, бронзовый).

Практическое значение: важное сырье для изготовления огнестойкой, жарозащитной и кислотозащитной  одежды, огнеупорных строительных материалов, теплоизоляционного материала и  т.д.

 

Асбестом называют минералы группы серпентинов или амфиболов  волокнистого строения, способные при  механическом воздействии разделяться  на тончайшие волоконца. 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.

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.

Физические свойства

Асбест — высокотермостойкий материал, обладающий жаро- и огнестойкостью. Его основные термические характеристики следующие:

- удаление свободно-сорбированной  (гигроскопической) влаги 100–120 ^oС;

- удаление структурно-связанной  (кристаллизационной воды) при

350–450оС;

- разрушение структуры  кристалла — 600–750оС;

- температура плавления  хризотил-асбеста — 1500–1550оС, крокидолита  — 1150–1200оС.

Прочность на разрыв - более 3000 МПа

Плотность - 2,4-2,6 г/см3

Температура плавления - 1450-1500 °C

Коэффициент трения - 0,8

Щелочестойкость - 9,1-10,3 pH

Удельная поверхность - 20 м2/г

прочность на разрыв более 3000 Мпа;

плотность от 2.4 до 2.6 г/см3;

температура плавления от 1450 до 1500° С;

коэффициент трения 0.8 единиц;

щелочестойкость от 9.1 до 10.3 рН;

удельная поверхность 20 м2г.

Асбест является жаростойким  материалом и может эксплуатироваться  при температуре 500–550оС, кратковременно — до 700оС. Сорта асбеста с минимальным  количеством примесей неэлектропроводны  и обладают хорошими электроизолирующими  свойствами.

Высокая поверхностная энергия  и развитая поверхность придают  асбесту хорошие сорбционные  свойства к полярным веществам.

Все виды асбеста имеют  высокую щелочестойкость, однако в  растворах кислот хризотил-асбест теряет свои свойства из-за растворения магниевых  окислов. Крокидолит имеет лучшую кислотостойкость.

Совокупность уникальных свойств хризотил-асбеста таких  как: способность расщепляться на тончайшие  эластичные волокна, обладающие высокой  механической прочностью, несгораемость  и теплостойкость, высокий коэффициент  трения. Низкая проводимость тепла, электрического тока и звука, атмосферостойкость, щелочеустойчивость и стойкость по отношению к  морской воде, высокая адсорбирующая  активность и способность к образованию  устойчивых композиций с различными вяжущими материалами позволяет  использовать хризотил-асбест практически  во всех областях промышленности. В  основном же его используют для производства асбестоцементных материалов для строительства, производства асботехнических изделий  для автомобильной, авиационной, тракторной, химической, электрохимической отраслей промышленности, а также для судостроения, машиностроения, в оборонной промышленности и ракетостроении. Количество видов  изделий, вырабатываемых из асбеста  в чистом виде или в композиции с другими материалами, составляет более трех тысяч наименований. Уникальность асбеста заключается не только в  многообразии его применения, но и  в полном отсутствии природных аналогов и искусственных заменителей, обладающих такими же качествами. Промышленное использование  хризотил-асбеста экономически выгодно  ввиду его доступности, дешевизны  и долговечности.