石棉由纖維束組成,而纖維束又由很長很細(xì)的能相互分離的纖維組成。石棉具有高度耐火性、電絕緣性和絕熱性,是重要的防火、絕緣和保溫材料。石棉又稱“石綿”,為商業(yè)性術(shù)語,指具有高抗張強(qiáng)度、高撓性、耐化學(xué)和熱侵蝕、電絕緣和具有可紡性的硅酸鹽類礦物產(chǎn)品。它是天然的纖維狀的硅酸鹽類類礦物質(zhì)的總稱。下轄2類共計(jì)6種礦物(有蛇紋石石棉、角閃石石棉、陽起石石棉、直閃石石棉、鐵石棉、透閃石石棉等)。
一.石棉的分類
石綿種類很多,依其礦物成分和化學(xué)組成不同,可分為蛇紋石石棉和角閃石石棉兩類。蛇紋石石棉又稱溫石棉,它是石棉中產(chǎn)量最多的一種,具有較好的可紡性能。角閃石石棉又可分為藍(lán)石棉、透閃石石棉、陽起石石棉等,產(chǎn)量比蛇紋石石棉少。
角閃石類石棉(Amphibole)包括青石棉(crocidolite)(亦稱蘭石棉或紫石棉)、鐵石棉(amosite)、直閃石石棉(anthophyllite)、透閃石石棉(tremolite)和陽起石(actinolite)。角閃石類石棉各品種由于含有鈉、鈣、鎂和鐵成分?jǐn)?shù)量不同而相區(qū)分。須注意,蛇紋石和角閃石礦物本身可有纖維結(jié)構(gòu)或非纖維結(jié)構(gòu)兩種,有纖維結(jié)構(gòu)的蛇紋石和角閃石才稱為石棉。
蛇紋石石棉(Serpentine)也稱纖維蛇紋石石棉,或溫石棉(chrysotile),主要成分有二氧化硅、氧化鎂和結(jié)晶水,它的分子式是Mg6[(OH)4Si2O5]2。蛇紋石石棉呈白色或灰色,半透明;沒有磁性、不導(dǎo)電、耐火、耐堿,纖維堅(jiān)韌柔軟,具有絲的光澤和好的可紡性。目前世界所產(chǎn)石棉主要是蛇紋石石棉,約占世界石棉產(chǎn)量的95%。
二.性質(zhì)
不同種類的石棉,物理機(jī)械性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)也都不同。石棉纖維長度一般為 3~50毫米,也有較長的。中國發(fā)現(xiàn)最長的石棉纖維達(dá)2.18米,是目前世界上最長的。
1.物理性質(zhì)
石棉纖維的軸向拉伸強(qiáng)度較高,有時(shí)可達(dá)374×10^4㎏/㎡,但不耐折皺,經(jīng)數(shù)次折皺后拉伸強(qiáng)度顯著下降。石棉纖維的結(jié)構(gòu)水含量為10~15%,以含14%的較多。加熱至600~700℃(溫升10℃/分)時(shí),石棉纖維的結(jié)構(gòu)水折出,纖維結(jié)構(gòu)破壞、變脆,揉搓后易變?yōu)榉勰?,顏色改變?/p>
石棉纖維的導(dǎo)熱系數(shù)為0.104~0.260千卡/米·度·時(shí),導(dǎo)電性能也很低,是熱和電的良好絕緣材料。石棉纖維具有良好的耐熱性能,一般在300℃以下加熱2小時(shí)重量損失較少,若在 1700℃以上的溫度下加熱2小時(shí),溫石棉纖維的重量損失較多,其他種類石棉纖維重量損失較少。
蛇紋石石棉是鎂的含水硅酸鹽類礦物,屬單斜晶系層狀構(gòu)造。原始結(jié)構(gòu)呈深綠、淺綠、淺黃、土黃、灰白、白等色,半透明狀,外觀呈纖維狀,具有蠶絲般光澤。蛇紋石石棉纖維的劈分性、柔韌性、強(qiáng)度、耐熱性和絕緣性都比較好,比重為2.49~2.53,比熱為0.266,表面比電阻為8.2×10^7~1.2×10^10Ω,體積比電阻為1.9×10^8~4.79×10^9Ω·cm。
2.化學(xué)性質(zhì)
石棉是彼此平行排列的微細(xì)管狀纖維集合體,可分裂成非常細(xì)的石棉纖維,直徑可小到0.1微米以下。完全分裂開松后,用肉眼很難觀察,因而是良好的細(xì)菌過濾材料。
纖維長度超過8毫米的石棉與20~25%的棉紗混合可制成防火紡織材料,較短的纖維可用于制作石棉膠合布、石棉板和絕緣材料等。藍(lán)石棉具有獨(dú)特的防化學(xué)毒物和凈化放射性微粒污染空氣的性能,被用于制作各種高效能過濾器,用它制造的石棉紙過濾效率達(dá)99.9%。
垂直裂隙的石棉纖維稱為橫纖維,一般長度在30厘米以下,蛇紋石石棉多以這種形式產(chǎn)出,平行裂隙方向延長的石棉纖維稱縱纖維,其長度可達(dá)1米以上,藍(lán)石棉多為縱纖維。其他石棉這兩種纖維均有。
角閃石石棉屬于單斜晶系構(gòu)造。顏色一般較深,比重較大,具有較高的耐酸性、耐堿性和化學(xué)穩(wěn)定性,耐腐性也較好。尤其是藍(lán)石棉的過濾性能較好,具有防化學(xué)毒物和凈化被放射性物質(zhì)污染的空氣等重要特性。蛇紋石石棉和閃石石棉的區(qū)分是:把石棉放在研缽中研磨,蛇紋石石棉成混亂的氈團(tuán),纖維不易分開,閃石石棉研磨后易分成許多細(xì)小的纖維。不含鐵的石棉呈白色,含鐵的石棉呈不同色調(diào)的藍(lán)色。纖維狀集合體絲絹光澤,劈分后的纖維光澤暗淡。
蛇紋石石棉的耐堿性能較好,幾乎不受堿類的腐蝕,但耐酸性較差,很弱的有機(jī)酸就能將石棉中的氧化鎂析出,使石棉纖維的強(qiáng)度下降。
三.應(yīng)用
世界上所用的石棉95%左右為溫石棉,其纖維可以分裂成極細(xì)的元纖維,具有優(yōu)良的紡絲性能。青石棉和鐵石棉占石棉總消耗量的5%以下,主要用于造船。直閃石石棉是類似滑石的一種石棉,常用作“工業(yè)滑石”。
石棉纖維可以織成紗、線、繩、布、盤根等,作為傳動(dòng)、保溫、隔熱、絕緣等部件的材料或襯料,在建筑上主要用來制成石棉板,石棉紙防火板,保溫管和窯墊以及保溫、防熱、絕緣、隔音等材料。石棉纖維可與水泥混合制成石棉水泥瓦、板、屋頂板、石棉管等石棉水泥制品。石棉和瀝青摻合可以制成石棉瀝青制品,如石棉瀝青板、布(油氈)、紙、磚以及液態(tài)的石棉漆、嵌填水泥路面及膨脹裂縫用的油灰等,作為高級(jí)建筑物的防水、保溫、絕緣、耐酸堿的材料和交通工程的材料。國防上石棉與酚醛、聚丙烯等塑料粘合,可以制成火箭抗燒蝕材料、飛機(jī)機(jī)翼、油箱、火箭尾部噴咀管以及魚雷高速發(fā)射器,船舶、汽車以及飛機(jī)、坦克、艦舶中的隔音、隔熱材料,石棉與各種橡膠混合壓模后,還可做成液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)連接件的密封材料。石棉與酚醛樹脂層壓板,可做導(dǎo)彈頭部的防熱材料。蘭石棉還可作防化學(xué)、防原子輻射的襯板、隔板或者過濾器及耐酸盤根、橡膠板等。
四.產(chǎn)地與儲(chǔ)量
據(jù)美國USGS統(tǒng)計(jì),世界石棉已探明儲(chǔ)量2億噸,主要分布在俄羅斯、中國、加拿大、哈薩克斯坦、巴西、南非和津巴布韋,特別是俄羅斯的烏拉爾地區(qū)和加拿大的魁北克地區(qū),合計(jì)約占世界總儲(chǔ)量的50%。其加拿大石棉產(chǎn)量儲(chǔ)量居世界第一。
石棉礦床產(chǎn)在超基性巖中或變質(zhì)白云巖中。石棉產(chǎn)在寬幾毫米或幾厘米的巖石裂隙中形成棉脈,礦體則由群集的棉脈組成。蛇紋石石棉分布廣,占石棉總產(chǎn)量的95%。它主要形成于侵入體與白云巖或白云質(zhì)灰?guī)r的接觸帶和超基性巖經(jīng)變質(zhì)作用形成的蛇紋巖的網(wǎng)狀裂隙中。閃石石棉多在動(dòng)力變質(zhì)條件下,由熱液提供鈉、鎂質(zhì)交代含鐵硅質(zhì)巖而成。最大的纖蛇紋石礦藏位于俄羅斯聯(lián)邦的島拉爾山脈。