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礦物簡介
石棉（Asbestos）是一種可剝分為柔韌的細長纖維的硅酸鹽礦物的總稱。按其成分和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，通常分為蛇紋石石棉和角閃石石棉二大類。此外，習(xí)慣上將纖維狀水鎂石稱為水鎂石石棉。其理論化學(xué)組成為Mg(OH)2, 含MgO69.0%，H2O31.0%。水鎂石不屬于硅酸鹽礦物，但常與蛇紋石石棉共生。
中國溫石棉礦產(chǎn)資源豐富，分布廣泛。全國18個省、市、自治區(qū)都有石棉產(chǎn)出，共有礦點600多個。探明儲量僅次于加拿大和獨聯(lián)體（原蘇聯(lián)），位于世界前列。中國溫石棉儲量主要集中分布于西北和西南地區(qū)，大約以東經(jīng)105°為界，西部地區(qū)以鎂質(zhì)超基性巖大型蛇紋石石棉為主，廣泛分布在青海、新疆、四川、云南、陜西、甘肅等省區(qū)，礦床規(guī)模大，主要礦床有四川石棉和新康、青海茫崖、甘肅阿克塞、陜西大安等石棉礦床，是中國石棉的主要產(chǎn)區(qū)。西北和西南兩區(qū)石棉儲量占全國的94％以上，其中西北地區(qū)集中全國儲量的64％以上。而東部地區(qū)基本上都是鐵質(zhì)超基性巖，一般只有鎂質(zhì)碳酸鹽巖型蛇紋石纖維礦床產(chǎn)出（只有山東日照、江西弋陽等個別地區(qū)有鎂質(zhì)超基性巖產(chǎn)出蛇紋石石棉）。鎂質(zhì)碳酸鹽巖型溫石棉大多分布在我國東北、華北地區(qū)如遼寧、河北、山西、內(nèi)蒙古等省區(qū)規(guī)模較?。ǘ酁橹行⌒偷V床），主要礦床有遼寧金州和朝陽、河北淶源、山西方山等礦床，儲量約占全國溫石棉儲量的2%。
中國溫石棉礦產(chǎn)資源開發(fā)利用的歷史悠久，已探明儲量的礦床基本已開采，還有一些資源不清的礦山也已小規(guī)模開采?，F(xiàn)有溫石棉礦山企業(yè)31家，分布于14個省、市、自治區(qū)，產(chǎn)量集中于四川、青海、甘肅、新疆、遼寧、河北等省。現(xiàn)有溫石棉礦山企業(yè)年生產(chǎn)能力45萬噸，實際產(chǎn)量達生產(chǎn)能力的80%，年產(chǎn)量超過萬噸的只有四川石棉、青海茫崖、四川新康和新疆巴州等礦山。2007年全國溫石棉年產(chǎn)量突破40萬噸，尚不能滿足市場需求，特別是長纖維石棉的產(chǎn)量不能滿足需求，2007年進口溫石棉21萬噸。
中國石棉礦產(chǎn)的開發(fā)，受自然條件的限制，雖然石棉儲量豐富，但3級以上長纖維溫石棉僅占總儲量的10.5％，4～7級石棉含量較多。因此，短纖維石棉可供出口，而長纖維石棉卻較為短缺。同時，大型礦床和儲量多集中于中國西部偏僻地區(qū)，在一定程度上影響了資源的充分開發(fā)利用。
目前，由于環(huán)境保護的要求，世界各國都在研究溫石棉的代用問題，但由于技術(shù)上的限制，國內(nèi)外均未過關(guān)。預(yù)計在短期內(nèi)，亦不會有重大突破。
性質(zhì)結(jié)構(gòu)
纖蛇紋石屬層狀結(jié)構(gòu)。理想結(jié)構(gòu)由復(fù)合層組成，屬三八面體型。每一復(fù)合層即結(jié)構(gòu)單元層。由一個硅氧四面體層或稱鱗石英層和一個水鎂石層構(gòu)成，但常出現(xiàn)偏離簡單結(jié)構(gòu)形式的情況，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)和形態(tài)上的差異。結(jié)構(gòu)單元層之間相互疊置時，也可產(chǎn)生層狀礦物中常出現(xiàn)的各種有序和無序的堆垛，形成蛇紋石的多型。
各類石棉均能劈成很細的纖維，具可紡性，并有較好的隔熱、低溫、耐酸、耐堿、絕緣、防腐等特性。其中，溫石棉的工藝性能最好，而藍石棉又具有防化學(xué)毒物及凈化放射性微粒污染空氣的特性。
在自然界中，纖蛇紋石可以塊狀集合體和纖維狀集合體形態(tài)產(chǎn)出。呈纖維狀集合體產(chǎn)出時，纖維可劈分性好，劈分后呈絲狀，是有用的工業(yè)礦物，具有保溫、耐火等性能，因而稱為溫石棉。
纖蛇紋石的折射率：Ng為1.534～1.555，Np為1.522～1.549，Ng值隨Fe2O3及FeO含量增多而增大，Np值隨FeO及H2O+含量增多而增大；多色性：Ng為各種色調(diào)的綠色，Np為各種色調(diào)的黃色；平行消光，正延性為主。
溫石棉的X射線衍射特征，有兩條強衍射線，d002為0.728～0.740nm和d004為0.369～0.366nm；另有四條中強衍射線，d020為0.437～0.459nm、d201為0.256～0.260nm、d202為0.243～0.248nm、d402為0.130～0.134nm。
在溫石棉的差熱分析圖譜上，在670～730℃區(qū)間出現(xiàn)深而大的吸熱效應(yīng)，為結(jié)構(gòu)脫去羥基引起；在815～830℃區(qū)間出現(xiàn)尖而窄的放熱效應(yīng)，為脫水產(chǎn)物形成新的物相，即鎂橄欖石和頑輝石所致。
纖蛇紋石的電子顯微像多為空心管狀，其內(nèi)徑一般為6～8nm，外徑為20～50nm。
石棉礦物的分類及典型性質(zhì)可見表1
表1 石棉礦物種類及典型性質(zhì)
| 礦物名稱 |
化學(xué)組成 |
理化性質(zhì) |
| 蛇紋石石棉 |
Mg6[Si4O10](OH)8，其中SiO244.1%，MgO43.0%，H2O12.9% |
顏色：白、灰白、淺黃、淺綠；光澤：絲絹光澤；硬度：2～2.5；密度：2.49～2.53; 軸向抗張強度>3000MPa |
| 角閃石石棉 |
藍石棉(青石棉或斜閃石石棉) |
Na2Fe5[(OH)Si4O11]2 |
顏色：淺紫色；密度：3.2～3.3; 軸向抗張強度>3000MPa；吸附性很強，且有防化學(xué)毒物及凈化原子污染性能，耐酸性強 |
| 直閃石石棉 |
(Mg, Fe)7[Si8O22](OH)2 |
耐酸性最強，吸附性中等 |
| 透閃石、陽起石石棉 |
Ca2Mg5[Si4O11]2(OH)2 |
耐酸性最強，吸附性中等 |
| 鐵石棉 |
(Mg,Fe2+)3Fe3+2Si7O2010H2O |
軸向抗張強度3000MPa |
【工藝特性】溫石棉均能劈分成很細的纖維，具可紡性，并有機械強度高、較好的隔熱、保溫、絕緣、耐腐蝕等物理化學(xué)特性。
（1）石棉纖維的劈分性：在纖維晶體結(jié)構(gòu)中，沿石棉管軸一維方向上是共價鍵加離子鍵強化學(xué)鍵鍵鏈，而在垂直于管軸的任意方向上僅為分子鍵鍵鏈，因此纖蛇紋石發(fā)育為沿纖維軸方向非常長，而又非常細的細絲狀。纖維外徑平均在16～56nm之間，大多數(shù)在20～50nm之間；內(nèi)徑為3.5～24nm，多數(shù)小于11nm。溫石棉纖維屬于天然納米絲材料，具有納米材料的尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)所產(chǎn)生的優(yōu)良性質(zhì)。因此，宏觀上溫石棉纖維幾乎是具有可以無限劈分的性質(zhì)，可劈分成柔韌性非常好的微細纖維。劈分直徑最小為1～2μm。工業(yè)上通常利用比表面積的大小作為衡量指標，一般在5～50m2/g。
（2）溫石棉的耐熱性：溫石棉具有一定的耐熱性能，并且不燃燒，熔點1500℃左右，通常是以失去結(jié)構(gòu)水的溫度為石棉纖維的耐熱度。加熱到400℃~500℃時，石棉纖維中吸附水全部折出，這時機械強度有所降低，如果冷卻下來，強度還可以恢復(fù)到原來的數(shù)值。當加熱溫度達800℃以上石棉強度大大下降，而且不能再恢復(fù)。因此溫石棉長時間耐熱溫度為550℃，短時間耐熱溫度最高為700℃。
（3）溫石棉纖維的機械強度：溫石棉纖維具有1203.3～4237.5MPa的極好抗張強度，明顯高于高強度的金屬材料，與碳纖維、硼纖維和玻璃纖維的抗張強度相當，見表2-126。溫石棉按強度大小分為：高強度纖維大于3500MPa，正常強度纖維在2500MPa ～3500MPa之間，中等強度纖維在1500MPa ～2500MPa之間，低強度纖維小于1500MPa。溫石棉纖維的機械強度與后期加工有關(guān)，從塊狀礦石中分離出的未變形的纖維抗拉強度大，纖維扭折和損壞后其強度顯著降低。
（4）溫石棉的導(dǎo)熱性能：松解或絮狀纖維的溫石棉導(dǎo)熱性很低，導(dǎo)熱系數(shù)一般為0.121～0.227W/（m·K），導(dǎo)熱能力僅為鋼材的1%。松解程度越好，導(dǎo)熱能力越小。此外，石棉的導(dǎo)熱系數(shù)與溫度也有關(guān)系，它隨溫度增高而增大。
（5）溫石棉的導(dǎo)電性能：溫石棉是良好的電絕緣物質(zhì)，電阻率ρ一般為0.6×108～4×108Ω·cm。溫石棉導(dǎo)電性能和氧化鐵的含量有和賦存狀態(tài)有關(guān)，鐵的存在會大大降低石棉的電絕緣性能。
（6）溫石棉的吸附性：石棉具有良好的吸附其它物質(zhì)的性能，其吸附能力的大小取決于物質(zhì)單位表面積大小，石棉纖維單位表面積值一般超過其它物質(zhì)的數(shù)十倍，因此它有較強的吸附力。
（7）溫石棉的耐酸、堿性：溫石棉耐堿腐蝕性強，堿蝕量為0.46%～0.74%，耐酸性較差。不同產(chǎn)地溫石棉的化學(xué)性質(zhì)有一定的差別。石棉的耐酸、堿性能，一般用石棉在酸、堿中的損失量來表示。
除此之外，溫石棉纖維還具有過濾性（透過系數(shù)為15%～60%，阻力為0.4×9．8～13.9×9.8Pa）、成膜打漿性等諸多的優(yōu)良特性，可以滿足許多特殊行業(yè)的需要。
用途作用
溫石棉主要用于生產(chǎn)石棉紡織制品、石棉制動制品、石棉橡膠制品、石棉水泥制品、石棉保溫制品、石棉瀝青制品及石棉增強塑料制品等，在機械、交通、化工、冶金、建筑、電力等工業(yè)中廣泛用作傳動、制動、密封、襯墊、耐熱、防火、保溫、防熱、絕緣、防腐及建筑材料、路面和填料等。在國防和航天工業(yè)中亦有許多用途。
（1）在建筑工業(yè)中，石棉水泥板、瓦作屋面和墻體維護材料；石棉水泥管廣泛用于輸水管線；石棉瀝青是良好的路面材料。
（2）在機械工業(yè)中，石棉繩、石棉盤根、石棉墊片是各種泵、發(fā)動機的密封襯墊材料。以石棉為基材，制成的剎車片、離合器片是各種車輛及工程機械的制動、傳動材料。
（3）在紡織工業(yè)中，用石棉紡織成石棉布、電解布、隔膜布、石棉繩、防火服等，這些紡織制品，用于冶金工業(yè)和化學(xué)工業(yè)中的熱力管道和設(shè)備的保溫絕熱材料，防腐、耐酸、堿的襯墊材料等。
（4）在其它工業(yè)中，絕緣石棉紙是重要的電工材料，石棉與陶瓷纖維、碳纖維、尼龍纖維的復(fù)合材料是火箭、導(dǎo)彈的重要絕熱密封材料。
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