石棉（英文名：Asbestos）又稱“石綿”，是天然的纖維狀的硅酸鹽類礦物質的總稱，主要有屬于蛇紋石類的纖維狀硅酸鹽礦物（纖蛇紋石）以及屬于角閃石類的纖維狀硅酸鹽礦物（鐵石棉、藍石棉、透閃石石棉、陽起石石棉、直閃石石棉）。石棉由纖維束組成，這些纖維束又由長而細且可相互分離的纖維構成。
不同種類石棉的物理性質和化學性質也各有不同。如溫石棉化學成分主要為硅、氧、氫、鎂等元素，是一種含水的硅酸鎂，具有優越的耐熱、保溫、耐磨、絕緣、耐化學和熱侵蝕等性能，世界所產石棉主要是蛇紋石類，約占世界石棉產量的95%。角閃石石棉具有非常強的耐酸性、耐堿性、耐腐蝕性和化學穩定性，其各品種由于含有鈉、鎂、鈣和鐵含量不同而相互區別。
石棉的優良特性和價格優勢使它得到廣泛應用，存在石棉制品近3000種，主要用于水泥制品、紡織制品、橡膠制品、制動制品、電工材料等領域。角閃石類石棉通過呼吸道進入人體后，會附著并沉積在肺部，經過長時間潛伏期（20至40年）可能引發石棉肺、惡性間皮瘤、肺癌及與石棉相關的其他疾病。此外，一些研究還指出，石棉的工作環境會增加肝癌的發生風險，顯示出其與肝癌的相關性。國際癌癥研究機構（IARC）于1987年將石棉列為A類致癌物質，許多國家已經選擇全面禁止使用石棉。
發現歷史
石棉早在古代就已被廣泛使用。在古埃及，石棉被用來制作法老的裹尸布。在芬蘭，石棉纖維甚至在舊石器時代的陶器作坊中被發現。那里的石棉纖維與粘土混合，形成更堅固的陶瓷器皿和鍋。石棉作為紡織品的使用早在公元前1000-1500年的中國和希臘就已為人所知。由于其靈活性和可紡性，《自然史》的作者老普林尼將其定義為“活亞麻布”，而《希臘志》的作者Pausanias則稱其為“塞浦路斯島上的卡帕斯亞麻布”。由于它的防火和隔熱性能，且蠑螈在中世紀早期被認為是“防火”的，所以馬可·波羅在《馬可·波羅游記》中使用術語蠑螈來定義石棉，并且描述了石棉是如何被提取的。將礦石中開采的石棉纖維曬干后投入一銅臼中搗碎，隨后在水中洗去泥沙。把洗凈的纖維紡成紗，織成布，放在火中燃燒。
19世紀后期，纖蛇紋石的商業石棉開采蓬勃發展，在工業層面，溫石棉是第一種被使用的石棉種類。意大利，加拿大和俄羅斯在1866年至1890年間是第一批發展石棉產業的國家，其次是兩次世界大戰之間的南非和澳大利亞。石棉作為絕緣材料首次應用可以追溯到1882年的美國。石棉水泥的生產始于19世紀后期的奧地利。由于石棉的高度通用性，20世紀50年代，石棉被廣泛用于各種大宗商品的生產中，如燈芯、鞋子、香煙過濾器、圣誕節裝飾的人造雪和燃氣火災中使用的假原木。
石棉的使用在1970年達到高峰，之后逐步下降。從1990年開始，歐洲國家石棉的使用量急劇減少。與此同時，它在非歐盟國家，亞洲（尤其是中國和印度），以及非洲和巴西等一些拉丁美洲國家的使用有所增加。
肺纖維化是1920年至1930年報道的第一種與石棉有關的疾病，第一份科學報告創造了石棉沉著病這個名字，此后各界發表了關于石棉的職業性腫瘤效應的第一批報告。據報道，在佛羅里達州邁阿密進行尸檢的500名石棉生產工作受試者中，超過25%的肺部存在石棉殘留。這些數據在1968年在都靈進行的一項研究中得到證實，患病率甚至更高。國際癌癥研究機構（IARC）于1987年將石棉列為A類致癌物質，許多國家已經選擇全面禁止使用石棉。世界衛生組織（WHO）也在其2017年的致癌物清單中，將石棉（包括陽起石、鐵石棉、直閃石、溫石棉、青石棉、透閃石等）列為一類致癌物。
生產分布
石棉礦床主要產于超基性巖中或變質白云巖中，由于自然和工業過程，石棉纖維已廣泛分散，并存在于環境大氣、水圈，許多地區的土壤中。石棉的工業化開采始于1860年，主要是由于意大利和英格蘭紡織工業的驅動，以及在南非、北美和原俄國發現了大型石棉礦藏。自此，石棉的工業化開采逐年發展，至1975年全世界約500萬噸的石棉被開采出來，達到頂峰。據美國地質勘探局（USGS）統計，2017年，世界石棉表觀消費量從2016年的121萬噸下降至114萬噸，下降了6%。印度是石棉的主要消費國，其次是中國、俄羅斯、印度尼西亞、烏茲別克斯坦、越南、泰國、巴西、斯里蘭卡和孟加拉國，這10個國家合計占全球石棉消費量的93%。2018年世界石棉纖維產量估計為115萬噸，略低于2017年的116萬噸。俄羅斯是主要生產國，約占全球產量的60%，其次是哈薩克斯坦、中國和巴西。
化學結構
蛇紋石石棉
蛇紋石石棉又稱溫石棉，是蛇紋石的纖維狀異種。溫石棉是由硅氧（SiO?）四面體片和氫氧鎂石[Mg(OH)?]八面體片組成的結構層卷曲的管狀纖維礦物，屬1∶1型三八面體層狀硅酸鹽。每一結構單元層由一硅氧四面體片通過活性氧與一氫氧鎂石八面體片連結而成且無任何扭曲。在連結面上八面體片中有2/3的OH)根為四面體片中的活性氧所代替。這種結構單元層的對稱為3m，空間群為P31m。氫鍵加強了結構單元層之間的連結。
溫石棉的理想晶體結構圖
（a）在（001）面上的投影；（b）在（130）面上的投影
在實際晶體結構中，上述四面體片與八面體片的配置由于沿結構層的方向四面體片與八面體片的軸長不相等所致是不協調的。研究認為，在蛇紋石族礦物的形成過程中有三種途徑可以消除結構層的這種不協調性：①在硅氧四面體中以較大半徑的陽離子代替較小半徑的陽離子，在氫氧鎂石八面體中以較小半徑的陽離子代替較大半徑的陽離子；②使四面體片和八面體片變形，通過增強鍵力達到協調;③采取四面體片居內、八面體片居外的結構層彎曲達到協調，并形成卷層狀結構和管狀形態。在同一蛇紋石礦物晶體中，可同時存在上述三種方式。
角閃石石棉
晶體結構由兩條背靠背排列的硅酸鹽四面體帶組成，由這種雙面帶狀排列所形成的陰離子價位平面被金屬陽離子中和。晶體結構有4種不同類型，含有16個陽離子位點，這些位點可以容納大量的金屬陽離子，而不會嚴重破壞晶格。角閃石石棉有較多的晶體缺陷（Wadsley缺陷、孿晶和鏈寬紊亂），不同品種出現缺陷的頻率和寬度各不相同。
有研究認為角閃石的硅氧鏈是沿石棉纖維長度方向伸展的，在于纖維長度垂直的單鏈之間主要是通過鐵、鎂、鈣、鈉和氫的原子結合的，結合強度遠小于縱向的氧和硅之間的。因此纖維容易松解，在加工和沒藥樹混合時易破碎，纖維寬度0.05-0.1微米，不像溫石棉以集束存在，它是以整體單元存在的。
石棉分類
溫石棉
主要成分有二氧化硅、氧化鎂和結晶水，分子式為Mg?(Si?O?)(OH)?，溫石棉纖維外徑平均在16-56 μm之間，內徑平均由3.5-24 μm之間，多數大于11 μm。它呈白色或灰色，也叫白石棉，半透明，卷曲狀，有絲的光澤，其纖維堅韌柔軟可紡，此外還具有耐熱、保溫、耐磨、絕緣、耐化學和熱侵蝕等優良性能。世界所產石棉主要是溫石棉，約占世界石棉產量的95%。
青石棉
青石棉是深青灰色的石棉，分子式為Na?MgFe2??[(OH)Si?O??]?，纖維長度一般在2厘米左右，機械性能與纖蛇紋石差不多，耐熱性能差，耐酸性能僅次于直閃石，電絕緣性能也很高。
透閃石石棉
分子式為Ca?Mg?[(OH)Si?O??]?，MgO含量大概為0-30%，SiO?含量大概為53-62%。透閃石石棉一般是銀白色、灰色或綠灰色，含鐵較多時，呈淺綠色，纖維較短且脆弱，耐酸性能強。
陽起石石棉
分子式為Ca?(MgFe)?[(OH)Si?O??]?，與透閃石石棉的區別是，當鐵含量超過5％時為陽起石石棉，小于5％時為透閃石石棉，一般為灰、白或深綠色，纖維脆硬沒有彈性，工業價值不大。
鐵石棉
分子式為MgFe2??[(OH)Si?O??]?，MgO含量大概為15.31%，SiO?含量大概為54.33%。主要有灰色、銀灰色、黃灰色、白色、淡綠色等，纖維較長，比較粗硬，不能分成較細的纖維，充分松解時是密度最低的石棉，可作為輕質抗熱材料，耐酸性低。
直閃石石棉
分子式為(MgFe)?[(OH)Si?O??]?，MgO含量大概為28-34%，SiO?含量大概為56-58%，顏色為灰、綠灰或白色，質地脆而抗張強度弱，不適宜紡織，酸堿性能比其他類石棉好，機械強度高。
理化性質
物理性質
蛇紋石石棉屬單斜晶系，層狀構造。溫石棉能夠分解為極細微的纖維，并且具有很高的抗拉和抗撓強度，但這種機械強度隨溫度的升高而降低。在電子顯微鏡下石棉纖維呈空心細管狀，各細管平行排列。折光率為1.53-1.57。在紫外線的照射下有發光現象，標準石棉纖維在紫外線的照射下呈明亮的白色；半易碎的石棉纖維發光暗淡；易碎的石棉纖維不發光。溫石棉的pH值為9-10，比熱為0.266，其熔點約為1550 ℃。硬度順纖維方向為2，垂直纖維方向為2.5。比重為2.49-2.53。
角閃石石棉這一類石棉與蛇紋石石棉的不同在于鈉、鐵的含量較高，而鋁的含量相對較低，結晶水少，石棉的顏色一般較深，比重大，耐酸、堿性強。
（1）藍石棉。屬于單斜晶系，是鏈狀構造硅酸鹽。一般為藍色，經風化則褪色，甚至變為黃褐色，將纖維撒開后，仍能保持原有的藍色，這個特征可以作為識別青石棉的方法之一。其纖維的機械強度不亞于蛇紋石石棉，是角閃石石棉類最高的一種。比重為3.2-3.3，熔點為930-1150 ℃。
（2）透閃石石棉。屬于單斜晶系，是含水鈣鎂硅酸鹽。透閃石石棉呈短纖維塊狀集合體，石棉纖維排列極不規則，常呈放射狀。纖維有絲絹光澤或玻璃光澤。比重為2.85-3.14。纖維短而硬脆，不易劈分，強度很低。其熔點為1250 ℃。
（3）陽起石石棉。屬于單斜晶系，是含水鈣鎂硅酸鹽。其化學成分與透閃石石棉相似，比重為3.1-3.3，纖維常呈放射狀，短而硬脆，無彈性，劈分性能差，機械強度低，用途很少。
（4）鐵石棉。屬正交晶系，是含鐵量很高的含水鐵鎂硅酸鹽。比重為2.7，折光率Ng=1.630-1.702，Np=1.663-1.675，纖維一般較長，最長者達30-38厘米，但較脆。熔點為1000-1200 ℃。
（5）直閃石石棉。屬斜方晶系，是含鎂量較高的含水硅酸鹽。其纖維粗而且較脆，呈細粒狀與針狀，不易劈分。比重為3.02。直閃石石棉加熱到1000 ℃以上時，其結構水逸出，熔點為1300 ℃左右。
化學性質
蛇紋石石棉耐堿性能較好，幾乎不受堿類（甚至是強堿）的腐蝕，但其耐酸性較差，即使是很弱的有機酸（如醋酸）也可以將石棉中的氧化鎂析出，從而使石棉纖維的機械強度顯著下降。相反，角閃石石棉類的耐酸與耐堿性能以及防腐性能很強，即使在強酸、強堿中，它的損失量也很小。
角閃石石棉類的耐酸性能大大地超過了蛇紋石石棉類。而石棉中抗酸性最強的是藍石棉，其次是鐵石棉。在沸騰情況下各類石棉的耐酸性能相差更大，纖蛇紋石在酸中沸騰2小時，其損失約達57%；鐵石棉在酸中沸騰14小時，損失僅約為4%，青石棉在酸中沸騰40小時約為18%，青石棉可以滿足在強酸沸騰下制作特殊制品的要求。
開采加工
干磨操作
在廣泛使用的干磨操作中，礦石首先被壓碎至標稱尺寸，然后進行干燥。然后通過一系列破碎操作開始纖維提取，每個破碎操作之后都對在振動篩上運行的礦石進行真空抽吸。在后者上，從礦石中釋放出來的纖維傾向于移動到地表，并且由于它們的空氣動力學特性，可以很容易地將其收集到真空系統中。從連續振動篩回收的纖維被帶到旋風分離器，通過過濾以去除更細的懸浮纖維。通常，連續的壓碎-抽吸步驟釋放出越來越短的纖維。較寬的靜脈中較長的纖維更容易釋放，因此可以在研磨操作的早期階段進行回收。這樣，一個初級分類，可以實現纖維的分級。可以使用各種二次處理系統來分離纖維聚集體并去除非纖維礦物粉塵。纖維提取和分級操作通常在負壓下進行，以盡量減少工作環境中的空氣粉塵。
濕磨操作
濕磨操作，其中石棉分散在水中，直到最終分離過程完成后才干燥，在粉塵控制和礦物污染物與纖維產品的分離方面具有優勢。濕法工藝技術僅用于少數小規模銑削操作。
應用領域
石棉纖維已廣泛應用于工業領域。在工業化國家石棉消費的高峰時期，大約3000種產品類型。石棉纖維在工業上的應用得益于這些性能：隔離，絕緣，隔音；基質增強（水泥、塑料和樹脂）；吸附能力（過濾）；磨損和摩擦性能（摩擦材料）；化學惰性(酸除外)。
建筑行業
石棉水泥制品主要包括石棉水泥管、石棉水泥板和石棉水泥瓦等。這些制品具有耐火度較高，機械強度高，電導率低，等優點。石棉水泥管可以作為自來水管，農用深井管，煤氣管，下水管道等，不僅可以代替大量鋼材，還可以延長管的使用壽命。石棉水泥瓦、石棉水泥板主要用于各種建筑的屋頂板。在建筑物的隔熱、隔音方面效果較好，隨著涂料工業的發展，各種彩色石棉瓦、彩色石棉板等將為建筑行業提供更優質的材料。
紡織領域
石棉的耐熱性和纖維性，使其適合于制造耐熱紡織品，例如用于保護高溫工人的服裝和手套，以及消防設備。石棉占75%-99%的紡織品可以保護一個人免受200-480 ℃的高溫傷害。可將石棉纖維織成紗、線、繩、布、盤根等石棉制品，石棉布可做化工過濾材料及電解工業電解槽上的隔膜材料以及鍋爐、氣包、機件的保溫隔熱材料，還可做成石棉衣、石棉手套、石棉靴等勞保用品，防止高溫火花及有毒液體對人的損害，在特殊場合可用它做防火幕。
摩擦制動
在制造各種用作覆蓋材料的瓷磚和板材時，石棉水泥中12％-15%的石棉成分大大提高了水泥作為建筑材料的耐用性。石棉是塑料和瀝青的混合物，用于制造各種瓷磚和板材，用作覆蓋材料。由于其耐熱性，石棉與40%的金屬纖維和樹脂混合用于制造所謂的摩擦材料，例如汽車和飛機的制動器。石棉還可以用來制造某些工業用紙和墊片。
增強高分子領域
石棉與PF、聚丙烯、聚氨等塑料粘合制成石棉增強塑料制品，可以做火箭抗燒蝕材料，飛機的燃料箱，機翼導熱管等。石棉與各種橡膠混合模壓之后，可以制作精密填料和密封材料。
電工領域
利用石棉纖維與酚醛樹脂混合而制成的電工材料，具有不傳電、不導熱、耐侵蝕，耐高溫的性能。在電氣工業上做高壓器材的底板，高壓開關把手，電話耳機柄及其軍用器材以及配電盤、配電板、儀表板等。石棉用于制造電絕緣材料時，其中鐵雜質的含量不應超過2%。
安全事宜
消防安全
根據危險化學品應急救援指南（ERG）171（低至中度危害物質）
小火：干粉，二氧化碳，噴水或普通泡沫。
大火：噴水、霧或普通泡沫。勿用高壓水流將溢出物沖散。在安全的情況下，可將未損壞的容器移離火源周圍區域。堤防徑流來自火控，以供以后處置。
健康危害
石棉相關自身免疫病（AID）是一種吸入石棉纖維引起的疾病，包括良性胸膜疾病、石棉沉著病以及間皮瘤和肺癌等惡性腫瘤，伴結締組織病等。石棉接觸可導致異質性疾病，如類風濕性關節炎、紅斑狼瘡、系統性硬化癥。除合并AID外，石棉接觸還可引起多種自身抗體陽性，包括血清類風濕因子、抗核抗體、抗可提取性核抗原抗體、抗核糖核蛋白抗體等。角閃石較纖蛇紋石更易引起自身免疫反應。石棉可通過誘導產生自身抗體和誘導肺泡巨噬細胞異常，從而導致自身免疫；石棉還可通過誘導產生自身抗體從而促進肺纖維化。石棉接觸引發AID的發病機制尚未完全闡明，但可以肯定的是石棉接觸誘導了局部和全身性固有免疫和適應性免疫障礙，導致自身抗體的產生，造成系統性損害。
法律法規
由于長期大量接觸石棉纖維存在健康危害，以及在各種用途中使用了大量的石棉礦物(每年數百萬噸)，促使制定了限制工作場所環境中空氣纖維最大接觸量的條例。暴露限值可以定義為平均值或峰值，以重量或每單位體積的纖維數來測量。各國的暴露限度差異很大，在4或8小時之內，從平均每立方厘米0.1纖維到2纖維不等。根據不同石棉纖維類型之間的差異，許多國家的工作場所法規規定了不同的纖蛇紋石和角閃石的接觸限值。通常，角閃石石棉的暴露限值是溫石棉的一半到十分之一。
世界衛生組織（WHO）、國際勞工組織（ILO）致力于石棉危害防治，早在1986年ILO就通過了《石棉公約（ILO第162號）》。2003年以后WHO、ILO進一步明確提出在全球全面消除石棉及其制品危害的建議。為了切實推進成員國消除石棉行動，2006年ILO/WHO又聯合推出了《制定國家消除石棉有關疾病計劃框架》，指導成員國指定和實施國家消除石棉計劃。
歐盟1999/77/EC（76/769/EEC的修補指令）禁止使用6種，包括青石棉、鐵石棉、直閃石棉、陽起石石棉、透閃石棉、纖蛇紋石，要求成員國從2005年起終止石棉制品的生產和使用。此外，為了減輕來自其替代纖維的風險，法規通常規定了合成纖維的最大暴露限度。一些國家選擇了更廣泛的辦法，并通過了條例，也盡量減少一般公眾接觸環境石棉纖維，即禁止或限制石棉進口及其應用類型。已經禁止(完全禁止或有豁免禁令)或正在逐步停止使用石棉(在某些情況下是石棉產品)的國家包括阿根廷、奧地利、比利時、智利、丹麥、芬蘭、法國、德國、意大利、荷蘭、挪威、波蘭、沙特阿拉伯、瑞典、瑞士和英國。
參考資料 >