Азбест та його властивості
Асбестом називають мінерали групи серпентинів або амфіболів волокнистої будови, здатні при механічному впливі поділятися на найтонші волокна.
За хімічним складом азбестові мінерали є водними силікатами магнію, заліза, кальцію та натрію. Вміст води в азбесті групи серпентину становить 13. 14%, а групи амфібол-1,5. 3% залежно від виду. Волокниста будова найбільш яскраво виражена в азбесту серпентинової групи, куди відноситься лише один вид азбесту - хризотил-азбест. Світові запаси: хризотил-азбесту набагато перевищують запаси амфіболових азбестів. На їхню частку припадає 96% світового видобутку азбесту. У СРСР є ряд великих родовищ азбесту, що розробляються: Баженівське (Середній Урал), Ак-Довуракське (Тувінська обл.), Джетигаринське (Кустанайська обл.), Кіємбаєвське (Оренбурзька обл.). За кордоном найбільші родовища хризотил-азбесту є в Канаді та Південній Африці.
З амфіболових азбестів найбільшу промислову цінність є крокидоліт і амозит, найбільші родовища яких розташовані в Африці. У СРСР також є родовище амфіболових азбестів на Уралі.
Амфіболові азбести відрізняються вищими кислото- та теплостійкістю.
За хімічним складом хризотил-азбест є водним силікатом магнію - 3Mg0-2Si02-2H20. У складі хризотил-азбесту можуть бути забруднюючі мінеральні домішки, деякі з них знижують властивості азбесту. Наприклад, наявність карбонату кальцію, який цементує елементарні кристали азбесту, спричиняє зниження еластичності волокон та їх розпушування. Вода в азбесті міститься у вигляді конституційної та адсорбційної. Вміст води та міцність її зв'язку з матеріалом значною мірою визначають властивості азбесту таумови його застосування.
Азбест має кристалічну структуру волокнистої будови. Волокна азбесту характеризуються гексагональною щільною упаковкою елементарних волокон (фібрил). Кожна фібрила є трубкою з внутрішнім діаметром 30 . 60 А та зовнішнім - 300 . 400 А. Розщеплюваність азбесту надзвичайно висока. Волокно хризотил-азбесту, як би тонко воно не було, складається з великої кількості паралельно розташованих найтонших елементарних волокон. Щільність хризотил-азбесту залежно від вмісту хімічно зв'язаної води та заліза знаходиться в межах 2,4 . 2,6 г/см3.
Хризотил-азбест має високу міцність на розрив по осі волокнистості. Найбільшою міцністю характеризуються волокна азбесту, обережно відокремлені від шматкового матеріалу. Після деформації вигину або скручування механічна міцність волокон суттєво знижується. Міцність прн розтягуванню недеформованих волокон коливається в межах 22. 36,5 МПа, що значно перевищує міцність багатьох натуральних та штучних волокон органічного та неорганічного походження, у тому числі і сталевих.
Азбест не горить, проте при високих температурах у ньому відбуваються процеси, які різко змінюють його фізичні властивості.
В результаті нагрівання до 370 С хризотил-азбест втрачає адсорбційну воду, при цьому зменшується його міцність. При охолодженні азбест знову приєднує себе воду і міцність його відновлюється. За температури вище 370СС починається видалення хімічно зв'язаної (конституційної) води. При цьому вже порушується структура молекулярної решітки, що призводить до втрати міцності та руйнування волокон. Втрата конституційної води – процес необоротний. Інтенсивна дегідратація хризотил-азбесту відбувається при температурі 600. 700°С,тому температура застосування цього виду азбесту обмежується 600°С.
Гірську породу, що містить азбест, видобувають відкритим способом і піддають механічному збагаченню.
Товарний хризотил-азбест складається із суміші волокон різної довжини та їх агрегатів. Агрегати волокон азбесту з недеформованими волокнами розміром у поперечнику більше 2 мм називають шматковим азбестом, а менше 2 мм - голками. Розпушеним називають азбест, у якому тонкі волокна деформовані та переплутані. Частинки супутньої породи та азбестове волокно, що пройшли через сито з розмірами сторін у світлі 0,25 мм, називають «пилом».
Залежно від довжини волокон хризотил-азбест поділяється на вісім сортів:
Сорт азбесту. I II III IV V VI VII VIII
Довжина волокна (середня), мм. 16 12 9 5,5 2,5 I 0,7 Не унормовано
Перші три сорти азбесту вважаються довговолокнистими і відносяться до текстильних сортів, а останні сорти — коротковолокнистими, їх називають будівельними. Залежно від текстури (ступеня безпеки агрегатів волокон) азбест поділяють на жорсткий (Ж), в якому переважають голки; напівжорсткий (П) - з рівною кількістю голок і розпушеного волокна; м'який (М) - з переважною кількістю розпушеного волокна. Довжину волокна оцінюють як величину залишку на ситі (% за масою). Умовне позначення марок азбесту включає три ці ознаки. Наприклад, азбест м'якої текстури VI сорту, що дає 30% залишку пасіті, має марку М-6-30. Азбест найбільш коротковолокнистих сортів негарантованої текстури характеризується маркою, що вказує його сорт та середню густину. Наприклад, марка азбесту VIII сорту із середньою щільністю 750 кг/м3 позначається так: 8-750.
У виробництві теплоізоляційних матеріалів переважнозастосовують коротковолокнисті сорти азбесту: VI, VII та VIII, значно рідше V.
Введення азбестового волокна у формувальні суміші при виготовленні теплоізоляційних матеріалів переслідує зниження середньої щільності та підвищення міцності матеріалу, а також запобігання тріщиноутворенню як у процесі сушіння виробів, так і в період їх експлуатації. Зниження середньої щільності виробів відбувається внаслідок високої водоутримуючої здатності волокон азбесту. При цьому чим тонше розпушений азбест, тим більше кількість води він може утримувати, не розшаровуючись. Подальше видалення води сушінням призводить до утворення дрібнопористої структури. Найбільшою водоутримуючою здатністю володіють добре розпушені коротковолокнисті сорти азбесту. Підвищення міцності виробів та запобігання тріщиноутворенню досягається за рахунок армуючої дії волокон азбесту та зниження усадочних деформацій за наявності достатньої кількості волокон азбесту у формувальній масі. Для досягнення цих цілей переважно застосовувати більш довгі волокна (VI та V сортів).