Комплексный обзор асбеста: от древних применений к современным рискам для здоровья

Комплексный обзор асбеста: от древних применений к современным рискам для здоровья

Основы

Асбест, группа волокнистых силикатных минералов, давно ценился за огнестойкость и механическую прочность. Ранние применения включали огнеупорные театральные занавески, теплостойкую рабочую одежду для металлургов и пожарных, а недавно — асбестоцемент для труб, листов и шингла. Минерал также нашел нишевые роли в авиакосмической технике (изоляция ракетных двигателей) и морской технологии (электролитические ячейки на подводных лодках). Хлор для бытовой отбеливающей и другие химикаты часто производят с использованием асбестосодержащих материалов.

Ранние свидетельства использования асбеста датируются около 2500 г. до н.э. на территории современной Финляндии, где волокна смешивали с глиной для усиления керамики. Греческий философ Теофраст (ок. 300 г. до н.э.) описал теплостойкий материал в трактате О камнях. Плиний Старший позже ввел термин «асбестинон» в своем труде 60 г. н.э. Natural History, имя, эволюционировавшее в современное «асбест».

Коммерческая эксплуатация всплеснула в XIX веке. Первый американский патент на асбестовую подкладку выдан в 1828 году, за ним последовал патент 1868 года на огнеупорную кровельную материю из мешковины, бумаги, смолы и асбестовых волокон. Крупномасштабная добыча началась в Кебеке, Канада, в 1878 году, что расширило применение в прокладках, сейфах, подшипниках, электрической изоляции и даже фильтрах для фруктовых соков к 1900 году.

Ранний XX век увидел асбест во многих новые технологиях: винил-асбестовые плитки, автомобильные тормозные накладки, сцепления и множество строительных продуктов. После Второй мировой войны асбест появился в хирургических швах, искусственном снеге для елок и абразивах для зубных паст. Несмотря на полезность, нарастающие доказательства вреда для здоровья — документированные еще в 1900-х — привели к Регуляциям асбестовой индустрии 1931 года в Англии. К 1960-м верфь рабочие в США продемонстрировали значительные асбесто-зависимые заболевания, приведшие к кризису 1970-х и жестким ограничениям EPA. Хотя отдельные применения разрешили снова в 1991 году, общественное доверие подорвалось, и потребление в США упало с ~880 000 т/год в 1973 до менее 44 000 т/год к 1997 году. Глобально, производство 1997 года оценивалось в 2,0 млн т/год, в основном в армоцементных изделиях, замыкающих волокна в матрице.

Текущие основные производители включают Россию, Канаду, Бразилию, Зимбабве, Китай и ЮАР, с меньшими месторождениями в США и других странах.

Сырье

Существует шесть разновидностей асбеста: актинонит, амозит, антофиллит, крокидолит, тремолит и хризотил. Первые пять — амфиболы — жесткие, высокопрочные волокна, несущие серьезные риски для здоровья из-за способности проникать в легкую ткань. Хризотил, змеинистое разновидность, имеет более мягкие, гибкие волокна, наносящие сравнительно меньше ущерба, хотя все типы опасны.

В 1988 году хризотил составлял ~98 % мирового производства. Обычно белый (хотя может быть янтарным, серым или зеленоватым), его волокна измеряют 0,25–0,50 дюйма (6,4–12,7 мм) длиной и в основном добавляют в бетон для армирования. Только ~8 % достаточно длинны для текстиля или канатов.

Амозит («коричневый асбест») представлял ~1 % производства. С грубыми волокнами 0,12–6,0 дюйма (3,0–152 мм) он 주로 используется для изоляции, практика запрещена во многих странах.

Крокидолит («синий асбест»), также ~1 % производства, обладает синеватыми волокнами 0,12–3,0 дюйма (3,0–76 мм), ценными за высокую разрывную прочность и химическую стойкость, часто в армировании пластмасс.

Оставшиеся амфиболы — антофиллит, актинонит и тремолит — редко добывают из-за ограниченной коммерческой ценности.

Производственный процесс

Добыча

Месторождения хризотила обычно близки к поверхности, доступны открытым способом. Глубокие пласты могут требовать тоннелей до 900 футов (300 м). Разведка часто использует магнитные сенсоры (магнетометры) для детектирования магнетита, частых спутников минерала. Кернированное бурение подтверждает расположение, размер и чистоту месторождения.

Руду ослабляют контролируемым взрывом, затем перевозят самосвалами. В блок-кавинг операциях секции месторождения подрезают и позволяют обрушиться в жолобы, облегчая извлечение.

Разделение

Поскольку асбест составляет только ~10 % руды, тщательное разделение необходимо для сохранения целостности волокон. Преобладающий метод — сухое помол, включающий последовательное дробление, сушку и вакуумную аспирацию.

1. Челюстная дробилка уменьшает руду до ≤0,75 дюйма (20 мм). Материал затем сушат.
2. Измельченная руда проходит через вибрирующее сито 30 mesh (0,002 дюйма); легкие волокна поднимаются на поверхность и вакуумно отсасываются, в то время как более тяжелая горная пыль удерживается.
3. Мелкий ил и хвосты, прошедшие через сито, утилизируют; оставшаяся руда передробивают до ≤0,25 дюйма (6 мм) и снова просеивают, повторяя цикл.
4. Четыре последовательных стадии дробления-просеивания дополнительно изолируют волокна по длине, захватывая самые длинные волокна первыми.
5. Воздушные волокна с каждой стадии проходят через циклонные сепараторы, отделяющие более тяжелые обломки от волокон.
6. Финальные стадии фильтрации собирают волокна разной длины для упаковки.

Контроль качества

Классификация волокон опирается на длину, критический детерминант коммерческой ценности и пригодности для конкретных применений. Квебекский стандарт сухой классификации широко принят для хризотила, деля волокна на девять грейдов (1–9). Грейды 1–3 — «длинные» волокна (≥0,74 дюйма), 4–6 — «средние», 7–9 — «короткие» (≤0,12 дюйма). Дополнительные тесты оценивают разделение волокон, армирующую способность в бетоне, пыльность и гранулометрию.

Влияние на здоровье и окружающую среду

Вдыхание асбестовых волокон связано с тремя серьезными заболеваниями: раком легких, асбестозом (легочной фиброзом) и мезотелиомой (раком плевры или брюшины). Амфибольные волокна, благодаря своей жесткости и длине, несут больший риск, чем хризотил. Риск воздействия также зависит от длины волокна, концентрации и продолжительности контакта. Эпидемиологические исследования указывают на дозо-зависимую связь, с повышением онкозаболеваемости выше определенных порогов концентрации.

Регуляторы по всему миру установили строгие пределы профессионального воздействия. В США OSHA устанавливает допустимый предел экспозиции 0,2 волокна см⁻³ для волокон >0,005 мм за восьмичасовой рабочий день, с недельным потолком 40 часов. Фоновые уровни в окружающей среде вне рабочих мест обычно далеко ниже этих порогов и считаются неопасными.

Будущее

Хотя асбест остается неотъемлемым для определенных нишевых применений — особенно в армировании бетона — его использование в США прогнозируется оставаться низким. Прогресс в производстве, протоколах обращения и строгих регуляциях экспозиции направлен на полную ликвидацию асбесто-зависимых рисков для здоровья.