让人爱恨交加的环境材料
---浅谈石棉及其替代材料
姓名 张颐
学号 2220091343
摘要：石棉制品具有很多优良性能，但由于对人体有强烈的自己作用和致癌作用，尤其易破碎成细小的粉末漂浮在大气中，长期吸入易使人致癌。因此寻找和发展石棉替代材料具有很大的环境意义。本文通过对石棉的优点、主要用途、致癌机理和危害等方面进行了说明，同时，对一些现在国内外对石棉替代产品做了简单研究。最终得到了如下结论：在现今社会，虽然由于经济方面、可行性方面等各种原因，在目前并没有找到完全相当于石棉的环境材料，但在科学技术不断发展的今天，如陶瓷纤维这样号称石棉的最佳替代的材料的发明，也使石棉替代品的未来更加光明。
关键词：石棉 ；危害；替代材料
前言
虽然石棉的用途广泛、价格低廉，但因其危害严重，存在着致癌问题，部分发达国家对石棉的使用进行了严格限制，为了降低石棉对人体健康的伤害，国际上大力提倡使用石棉替代品。我国也早在20世纪80年代初就限制使用、生产和销售石棉制品并已开始石棉替代品的生产使用、危害及防护措施研究。
石棉替代品生产和应用发展很快，目前已知有150多种，但最常用的有：玻璃棉、岩棉、渣棉及海泡石等，但由于其仍具有生物活性和致病力，已受到重视。
    实验室里的一张小小石棉网，微小到常常让我们忽略它的存在。可是，你有没有想过作为环境材料的它有什么重要功能呢？有没有想过它也会用很大的危害性呢？
石棉，又称“石绵”，为商业性术语，指在自然界中以纤维形式存在的具有高抗张强度、耐化学和热侵蚀、电绝缘和具有可纺性的具有商业价值的硅酸盐类矿物产品。作为非金属材料，由于它具有耐热、保温、耐磨、电绝缘以及耐化学腐蚀等优良的性能各个领域广泛应用。
石棉的纤维具有很多优点：首先石棉的单元纤维具有很高抗拉强度、弹性模量和可松懈性；
其次石棉纤维具有较大的内外比表面积，因而具有好的吸附性、好的耐碱性以及耐高温性、耐磨、电绝缘以及耐化学腐蚀等优良的性能。最后一点，石棉具有高度耐火性、电绝缘性和绝热性，是重要的防火、绝缘和保温材料。
在过去，石棉经加工后的各种制品曾被广泛采用，主要有以下几个方面：
1. 纺织制品，用于隔热保温材料、密封填料、其产品基本用于电水解、食盐电解的隔膜材料；
2. 石棉橡胶制品，有高压板、中压板、绝缘板、耐油板和耐酸板等；
3. 石棉摩擦材料，有刹车片、离合器片、火车闸片、石油钻机刹车块等；
4. 石棉保温制品，如石棉粉、石棉板、石棉纸、石棉砖、石棉管等作为保温绝热绝缘衬垫等材料。
但是，虽然石棉有上述优良性能，本身也并无毒害，但对人体却有着强烈的刺激作用和致癌作用。它的最大危害来自于它的纤维，这是一种非常细小，肉眼几乎看不见的纤维，当
这些细小的纤维被吸入人体内，就会附着并沉积在肺部，造成肺部疾病，如石棉肺、胸膜和腹膜的皮间瘤。这些肺部疾病往往会有很长的潜伏期，严重时会引起肺癌。石棉已被国际癌症研究中心肯定为致癌物。
据统计，世界上所用的石棉95%左右为温石棉，其纤维可以分裂成极细的元纤维，工业上每消耗1吨石棉约有10克石棉纤维释放到环境中。1千克石棉约含100万根元纤维。元纤维的直径一般为0.5微米，长度在5微米以下，在大气和水中能悬浮数周、数月之久，持续地造成污染。研究表明，与石棉相关的疾病在多种工业职业中是普遍存在的。
以石棉肺为例，这种患者的起因是肺泡及支气管的纤维化，严重者能产生呼吸障碍，导致心脏衰竭。而最令人恐惧的是，到目前为止，石棉引起的疾病尚没有找到可治的药物，唯一的方法就是预防，尽可能不要接触石棉制品。
所谓石棉公害，首先是在西方国家产生了因致癌而禁用石棉制品的呼声，继而波及到国内。由此可见，发展和成产石棉的替代品就显得尤为重要，尤其是环境保护问题日益被重视的今天，生产石棉替代制品更是行业发展的努力方向。当今世界目前研究和开发的石棉替代品如下。
(一) 人造矿物纤维
石棉替代品的生产和应用发展很快，出现了人造矿物纤维这一替代材料，其中数量最大的是矿物类纤维是岩棉和玻璃棉。
岩棉(ROCK WOOL)是以精选玄武岩或辉绿岩为主要原料，加一定比例的矿渣，经高温熔融制成的人造无机纤维，深加工制成岩棉板、岩棉管、岩棉毡等系列产品。具有绝缘、消音、耐火、导热系数小、隔冷热，自重轻，价格较低，且具有优越的防火性能等特点，广泛应用于石油化工、电力、建筑、冶金等行业，是管道、贮罐、烟道、车船等工业设备理想的保温建筑材料。由于用途广泛，发展迅速，是目前作为石棉替代品之一。
我国早在60年代已开始生产岩棉。但当时质量、产量均较低，属初级产品，主要用于工业设备的保温节能。1979年，北京新型建材厂引进瑞典技术，建成我国第一条年产16300t岩棉制品生产线。在消化吸收国外技术的基础上，80年代中期起，我国先后自行设计建造了南京、兰州、长沙等多条大型岩棉制品生产线。在诸多纤维保温材料中岩(矿)棉生产量最大，目前全国年生产能力已达6O万T以上，产品已发展成(半)硬板、保温棉毡、保温带、保温管套、装饰吸音板、粒状棉喷涂材料等等，并逐渐大量应用于工业与民用建筑，噪声
控制和船用防火材料。
玻璃棉是将石灰石、叶腊石、石英砂、硼镁石、萤石等岩石粉碎成粉末，搅拌均匀并配以硫酸钠、芒硝等物质后，在1000—1500℃下熔融，通过不同技术(如拉丝、吹丝、离心等)制成的人造无机纤维。
由于玻璃棉作为一种新型的无机非金属材料，具有绝热、隔音、耐高温、抗腐蚀、强度高、密度小、柔软回弹性强、保温性能好、吸声强、防潮性好等性能，深受市场欢迎。其应用范围逐步推广到航空、造船、石油化工、建筑、冶金、电气、医疗等领域。
到目前为止，我国离心玻璃棉的设计年生产能力为12.4万t，比1995年前增加了6万t，实际年总产量为11.2万t。据玻璃棉专业委员会统计，1996年我国离心玻璃棉实际消耗量为35200t。2000年我国离心玻璃棉的设计总产量为150000 t。离心玻璃棉的销售价格由高峰时的2.5——3万元／t，下跌到现在的0.9——1.0万元／t。这就是我国离心玻璃棉生产和经营的现状。
目前市场对玻璃棉制品的需求主要是离心玻璃棉板，它不仅适用于建筑围护结构的隔热保
温与吸声，还可喷、贴饰物作吊顶材料，档次较高，用途广泛。而湿法板、超细玻璃棉的市场需求并不旺盛。由此也可以看出，90年代以来，各类建筑对中高档建筑材料的需求殷切。
从离心玻璃棉的使用来看，主要用于公用设备和管道保温，建筑墙体保温。应用增长的应用领域主要是建筑业。北京地区对采用玻璃棉作围护墙体的保温进行了有益的探索，而目前对玻璃棉的应用仅限于室内吊顶装饰。
由于石棉替代品的生物学作用与石棉相似，但其危害严重度远低于石棉，且在人体内的行为、转移、清除与石棉相似，其致癌机理也相仿。致纤维化和致癌效应的产生，都必须以在组织中积累足够数量的纤维为前提。因此，减少接触是防治石棉替代品职业危害的根本对策。
(二) 保温隔热材料
目前市场上出现多种石棉的替代品。对隔热垫多其他保温绝热材料，现在大多用硅酸铝、硅酸锌陶瓷纤维材料。这些材料来源广泛，加工成本低廉。对高温防护服，国内外已有用
纤维替代石棉纤维制成的高温防护纺织品。这种新材料具有优良的阻燃、耐热性能，其分解温度可达385℃。在火焰中不延燃，可用于冶金服、消防服以及特种部队战斗服等。
随着科学技术的发展，新的环境友好型的保温隔热材料不断涌现。特别是许多地方发挥当地资源优势，开发了许多就地取材的保温材料，基本替代了石棉制品。比如河北灵寿县小文山白云是用当地的母矿物为主要材料，采用云母+粘土+碳酸盐三元矿物符合材料制成隔热绝缘材料。与石棉相比较，电性能类似石棉，力学性能和使用温度区间高于石棉，热导率也低于石棉。在高温高压条件烧制人造金刚石制品试验中，工作重心与周边部温度差别较小，隔热绝缘较好，不产生形变，不产生粉尘，可重复使用50次，烧制出的金刚石密度较均匀。实验证明，这种三元矿物符合材料可以替代烧制人造金刚石制品中使用的石棉。
(三) 其他替代材料
1. 膨胀石墨
膨胀石墨是由天然鳞片石墨经插层、水洗、干燥、高温膨化得到的一种疏松多孔的蠕虫状物质，它既保留了天然石墨的耐热性、耐腐蚀性、耐辐射性、无毒害等性质，又具有天然
石墨所没有的吸附性、环境协调性、生物相容性等特性，不造成二次污染，在石油化工、原子能、电力、农药、建材、机械等工业中广发应用。
膨胀石墨的孔容积占98%左右，孔径分布范围1~103nm。由于它是以大孔、中孔为主，所以与活性炭、分子筛等微孔材料在吸附特性上也有所不同，它适用于液相吸附，而不适于气相吸附。在液相吸附中它亲油疏水，1g膨胀石墨可吸附70g以上重油。
2. 柔性石墨
用膨胀石墨压制成箔或板制造的密封填料，称为柔性石墨，由于柔性石墨的气固两相结构使其具有良好地密封性能。但是，我国目前柔性石墨的产量约为1000多吨，进展全球产量的5%左右，而且品种单一，基本上是含碳98%~99%，残留质量分数1.3*10-3左右的普通工业级别。这与我国作为石墨产量第一大国很不相称。改善性能、降低成本，更多使用柔性石墨材料，不仅有利于合理利用资源，而且更重要的是根除了石棉等材料在制造、使用、废弃过程中给环境和人类带来的危害。
结论
由于石棉长期暴露在空气中会对人体产生致癌作用，且这一危害已日益被人们重视。于是近几十年来，各国特别是西方国家对石棉的宣传以及制定的一些石棉禁令和限止使用法规，使得石棉消费量幅度削减。与此同时，为了减少石棉用量，许多国家纷纷开着石棉替代品的开发工作。然而由于种种因素（诸如利用性能、多用途径、经济合理性等），至今尚无完全可与石棉相媲美的代用材料。但是，随着科学技术的不断发展，像是陶瓷纤维这样环境材料的诞生，也为石棉替代用品的明天带来一些光明。所以说，石棉真是我们爱恨交加的环境材料。
参考文献
1， 生态环境材料.王天民.天津大学出版社
2， 环境材料.孙胜龙.化学工业出版社
3， 环境功能材料.孙玉杰,孙晓君,刘俊峰.化学工业出版社
4， 环境工程材料.陈慧芳,陈淑祥等.化学工业出版社
5， 几种多功能岩棉住宅用材介绍. 钱本德.住宅科技
6， 岩棉粉尘职业危害研究现状. 邢春生,叶风廷,王家庚,刘占元.工业卫生与职业病
7， 我国离心玻璃棉生产线现状和发展趋势.欧阳清良..新型建筑材料
8， 石棉的危害及其环境管理. 潘明琨.甘肃环境研究与监测
9， Possible Role of DNA Polymerase beta in Protecting Human Bronchial Epithelial Cells Against Cytotoxicity of Hydroquinone .生物医学与环境科学：英文版. 

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