石棉由纖維束組成,而纖維束又由很長很細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”,為商業性術語,指具有高抗張強度、高撓性、耐化學和熱侵蝕、電絕緣和具有可紡性的硅酸鹽類礦物產品。它是天然的纖維狀的硅酸鹽類類礦物質的總稱。下轄2類共計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石棉、透閃石石棉、陽起石石棉等,產量比蛇紋石石棉少。
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、鎂和鐵成分數量不同而相區分。須注意,蛇紋石和角閃石礦物本身可有纖維結構或非纖維結構兩種,有纖維結構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、不導電、耐火、耐堿,纖維堅韌柔軟,具有絲的光澤和好的可紡性。目前世界所產石棉主要是蛇紋石石棉,約占世界石棉產量的95%。
二.性質
不同種類的石棉,物理機械性質和化學性質也都不同。石棉纖維長度一般為 3~50毫米,也有較長的。中國發現最長的石棉纖維達2.18米,是目前世界上最長的。
1.物理性質
石棉纖維的軸向拉伸強度較高,有時可達374×10^4㎏/㎡,但不耐折皺,經數次折皺后拉伸強度顯著下降。石棉纖維的結構水含量為10~15%,以含14%的較多。加熱至600~700℃(溫升10℃/分)時,石棉纖維的結構水折出,纖維結構破壞、變脆,揉搓后易變為粉末,顏色改變。
石棉纖維的導熱系數為0.104~0.260千卡/米·度·時,導電性能也很低,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小時重量損失較少,若在 1700℃以上的溫度下加熱2小時,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,屬單斜晶系層狀構造。原始結構呈深綠、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.化學性質
石棉是彼此平行排列的微細管狀纖維集合體,可分裂成非常細的石棉纖維,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。藍石棉具有獨特的防化學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出,平行裂隙方向延長的石棉纖維稱縱纖維,其長度可達1米以上,藍石棉多為縱纖維。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、耐堿性和化學穩定性,耐腐性也較好。尤其是藍石棉的過濾性能較好,具有防化學毒物和凈化被放射性物質污染的空氣等重要特性。蛇紋石石棉和閃石石棉的區分是:把石棉放在研缽中研磨,蛇紋石石棉成混亂的氈團,纖維不易分開,閃石石棉研磨后易分成許多細小的纖維。不含鐵的石棉呈白色,含鐵的石棉呈不同色調的藍色。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,很弱的有機酸就能將石棉中的氧化鎂析出,使石棉纖維的強度下降。
三.應用
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的元纖維,具有優良的紡絲性能。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“工業滑石”。
石棉纖維可以織成紗、線、繩、布、盤根等,作為傳動、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、磚以及液態的石棉漆、嵌填水泥路面及膨脹裂縫用的油灰等,作為高級建筑物的防水、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、飛機機翼、油箱、火箭尾部噴咀管以及魚雷高速發射器,船舶、汽車以及飛機、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動機連接件的密封材料。石棉與酚醛樹脂層壓板,可做導彈頭部的防熱材料。蘭石棉還可作防化學、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.產地與儲量
據美國USGS統計,世界石棉已探明儲量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和加拿大的魁北克地區,合計約占世界總儲量的50%。其加拿大石棉產量儲量居世界第一。
石棉礦床產在超基性巖中或變質白云巖中。石棉產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,占石棉總產量的95%。它主要形成于侵入體與白云巖或白云質灰巖的接觸帶和超基性巖經變質作用形成的蛇紋巖的網狀裂隙中。閃石石棉多在動力變質條件下,由熱液提供鈉、鎂質交代含鐵硅質巖而成。最大的纖蛇紋石礦藏位于俄羅斯聯邦的島拉爾山脈。