Свойства и применение асбеста

Асбестом называют минералы группы серпентина и амфиболы, обладающие рядом общих свойств, а именно: способностью расщепляться на тонкие и гибкие волокна, скручиваться в нить и т.д.

Минералы, относящиеся к асбесту, встречаются в виде правильно волокнистых и путано-волокнистых образований и делятся на две группы: серпентина и амфибола.

По химическому составу асбестовые минералы являются гидросиликатами магния, железа и отчасти кальция и натрия.

Наибольшее промышленное значение по объему потребления имеет хризотил-асбест, на долю которого приходится почти 95 % мировой добычи асбеста.

Свойствами асбестовых минералов, определяющими их промышленную ценность, являются длина волокна, эластичность, способность при механическом воздействии распадаться на тончайшие волокна, химическая стойкость при воздействии на них кислот и щелочей, способность выдерживать без существенных изменений своих физических свойств высокие температуры. Для некоторых производств важное значение имеет адсорбционная активность распушенных асбестов, способность в распушенном состоянии образовывать гомогенные водные суспензии. При применении асбеста в электроизоляционных материалах важное значение приобретают его диэлектрические свойства.

Хризотил-асбест является единственным представителем группы серпентина; группа амфибола включает большое число разновидностей асбеста, к которым относятся крокидолит, амозит, тремолит, антофиллит и актинолит.

Хризотил-асбест является магнезиальным гидросиликатом, химический состав которого теоретически выражается формулой 3MgO.2SiO2.2H2O, что определяет содержание окислов в следующих соотношениях: MgO – 43–45 %; SiO2 – 43,5 %; H2O – 13,05 %.

Фактический состав хризотил-асбеста отличается от теоретического содержанием железа и некоторых других элементов. Двухвалентное железо (FeO) частично изоморфно замещает в кристаллической решетке окись магния. Трехвалентное железо (Fe2O3) и прочие элементы являются загрязняющими минеральными примесями и не входят в кристаллическую решетку хризотил-асбеста.

Электронно-микроскопическими исследованиями Бадола, Ягодзинского и Багхи установлено, что волокна хризотила являются полыми и обнаруживают большое сходство с трубочками. Внутренний диаметр трубочек равен 130 оА, а их средний внешний диаметр 260 оА. Трубочки расположены с высокой степенью параллельности. Показатель преломления хризотил-асбеста Nпр = 1,53–1,57. Удельный вес составляет 2,49–2,53 г/см3. Твердость вдоль волокон равна 2, поперек – 2,5. Температура плавления равна 1550 °С. Кислотоупорность асбеста слабая, коэффициент теплопроводности мал, что обусловливает его высокие термоизоляционные свойства.

По механическим свойствам хризотил-асбест разделяют на три разновидности (табл. 7.3).

Таблица 7.3

Механические свойства хризотил-асбеста

Разновидность Сопротивление на разрыв, кг/мм2
волокно не деформировано волокно, подверженное одному излому волокно, скрученное на 5 оборотов
Нормальной прочности
Пониженной прочности
Ломкий Не выдерживает

Пучок волокон ломкого асбеста (толщиной 0,5–1 мм) после второго-третьего изгиба под прямым углом ломается. Волокно пониженной прочности той же толщины, согнутое до 180°, не ломается и при освобождении выпрямляется, т.е. обладает упругостью.

Ломкий асбест отличается от нормального химическим составом: у него меньше содержание H2O и MgO и больше содержание закисного железа и кремнезема.

Хризотил-асбест при интенсивном нагревании теряет конституционную воду, при этом волокна теряют механическую прочность и легко разрушаются в порошок. Изменение его механических свойств при нагревании начинается еще до выделения конституционной воды (не с 400 °С, а с 70 °С). При 700 °С происходит полное разрушение хризотил–асбеста и образование форстерита.

Волокно хризотил-асбеста обладает низкой электропроводностью, которая зависит от содержания в нем примеси магнетита и FeO, изоморфно замещающей MgO.

Резко выраженная адсорбционная способность, явление гистерезиса в отношении кристалло-адсорбционной воды может поставить асбест в ряд с органическим волокном.

Хризотил-асбест обладает способностью набухания, т.е. свойством поглощения воды. Более длинное волокно имеет меньшую степень набухания. Коэффициент набухания равен 1,08–1,63.

Щелочи, даже крепкие, хризотил-асбест не разрушают, но он не кислотостоек и даже слабые органические кислоты (уксусная) извлекают из него окись магния, от чего прочность и гибкость волокон резко падают.

А м ф и б о л – а с б е с т содержит такие минералы, как крокидолит, амозит, антофиллит, тремолит и актинолит. Наибольшее промышленное значение имеют крокидолит, амозит, антофиллит.

Основным достоинством этой группы является их высокая кислостойкость.

К р о к и д о л и т – а с б е с т хорошо расщепляется на тонкие, гибкие и прочные волокна. Толщина их достигает 0,9–1,8 мкм. По механической прочности он не уступает хризотил-асбесту и является наиболее прочным среди амфибол-асбестов. При нагревании прочность его понижается. Температура плавления равна 930–1 150 °С, удельный вес составляет 3,2–3,3 г/см3. Длина волокон равна 20 мм, иногда достигает 50 мм и более.

А м о з и т – а с б е с т имеет очень длинные волокна (100–250 мм). Толщина волокна равна 0,7–0,2 мкм. Расщепляется он хуже хризотил-асбеста.

Прочность на разрыв недеформированных волокон составляет 300 кг/мм2, температура плавления – 1 100–1 200 °С.

А н т о ф и л л и т – а с б е с т имеет удельный вес 3,02 г/см3. Расщепление и механическая прочность у него хуже, чем у хризотил-асбеста. Из всей группы амфибол-асбеста он наиболее кислостоек. Температура плавления равна 1 300 °С. Длинные цельные волокна у антофиллит-асбеста встречаются редко. Отличается он наибольшей по сравнению с другими разновидностями асбеста теплостойкостью, кислотоупорностью, щелочестойкостью.

В подавляющем большинстве асбестовых изделий используется хризотил-асбест, удельный вес амфиболовых асбестов в асбестообрабатывающей промышленности не превышает 4–5 %. Последние применяются в изделиях, к которым предъявляются требования повышенной кислотостойкости.

Применение асбеста основано на использовании его свойств:

  • · волокнистости структуры и слабой агрегатной связности волокон;
  • · способности выдерживать (без изменения свойств) довольно высокие температуры (теплостойкость);
  • · высокой механической прочности и эластичности волокон;
  • · большой длины волокон;
  • · атмосферостойкости.

Асбестотекстильная промышленность.Основную массу асбестовых текстильных материалов составляют огнезащитные ткани и костюмы, тормозные ленты, уплотняющие прокладки и набивки, электроизоляционные ленты и шнуры, тканые диски сцепления.

Основная масса асбестовых текстильных изделий вырабатывается из хризотил-асбеста высших сортов.

Крокидолит и амозит применяют для выработки изделий, к которым предъявляют требования кислотостойкости, или как добавку к хризотил-асбесту.

Асбестоцементная промышленность.Эта промышленность, в основном, использует механические свойства волокон асбеста и исключительно хризотил-асбест от 3-го до 6-го сорта.

Изготавливаются асбоцементные кровельные и стеновые плитки, листы, плиты и фасонные детали, облицовочные и отделочные листы и плиты, зонты для вестибюлей метро, вентиляционные каналы, мусоропроводы, трубы для водопроводов, канализации и газопроводов, электроизоляционные доски и детали.

Асбестокартонная и асбестобумажная промышленность. Она производит асбестовый картон, бумагу, диски сцепления, фильтры, кислотостойкие фильтры и прокладки. Применяется хризотил-асбест 4, 5, 6-го сортов и антофиллит-асбест 3, 4, 5-го сортов.

Асбесторезиновая промышленность. Изготавливает асбесторезиновые листы, уплотняющие прокладки. Применяют хризотил-асбест 3, 4, 5-го сортов жесткой и полужесткой текстуры.

Асбестовые термоизоляционные материалы и изделия. Этот вид материалов разделяется на две группы: чисто асбестовые и асбестовые композиции.

Чисто асбестовые материалы – это асбестовый пух-шнур, гофрированный асбестовый картон и сегменты (применяют 3-й, 4-й сорта асбеста). К композиционным асбестовым материалам относятся асбесто-магнезиальные и асбесто-доломитовые материалы (применяют 5, 6, 7-й сорта асбеста) и полуломкий хризотил-асбест мягкой текстуры.

Асбесто-битумные материалы.Представляют собой рубероид, дорожные покрытия, асбоасфальтные плитки. Введение тонко распушенного асбеста в битум повышает температуру его размягчения, увеличивает вязкость и снижает хрупкость при низких температурах. Используют 5-й, 6-й сорта асбеста.

Асбесто-бакелитовые изделия и материалы. Пластмассовые изделия из асбеста и бакелита вырабатываются двух сортов: кислотостойкие и теплостойкие (кислотостойкие прокладки, материал для кислотостойкой аппаратуры и прессованные тормозные колодки).

Применяют антофиллит-асбест 4, 5, 6-го сортов, хризотил-асбест 4-го, 5-го сортов.