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曾横扫建筑界的石棉为何跌落神坛,它的‘双面人生’是啥样?

没错,它就是

石棉

曾经,农村盖房子的时候,石棉瓦那可是绝对的“刚需里的热门货”,差不多每家每户的屋顶、棚院基本都少不了它。然而,在过去几十年当中,往昔到处都能看到的石棉瓦慢慢地远离了人们的视线,各式各样的石棉制品也愈发不常见了。这个曾经依靠防火、隔热、耐腐蚀等优点在建筑领域大获成功的“明星材料”,为啥会从高高在上的位置掉下来,变成如今大家都唯恐避之不迭的样子呢?如今,我们就要去揭开石棉那有着两面特性的“人生” 。

什么是石棉

石棉并非棉花,乃是石头,它是自然界里天然存在的纤维状硅酸盐类矿物质的统称,其化学组成以硅、氧为核心,还涵盖氢、钠、镁等多种元素,这些元素凭借特定的晶体结构构建成石棉独具一格的物质形态;作为一种复合材料增强纤维,石棉具备良好的机械强度、隔热性以及耐化学腐蚀性、电绝缘性等特性,被广泛运用于建筑材料、水泥制品、纺织制品、保温隔热绝缘材料等之处。

平时常见的石棉,一般是分成两大类的那种:蛇纹石类一类,角闪石类另一类。尽管同样堪称是石棉,然而这二者处于物理、化学性质这块儿,方面与程度上却是存在着极大程度不一样的那种。

蛇纹石不是单个且唯一的矿物种类,而是涵盖多个别的亚型,重点被划分成纤蛇纹石、利蛇纹石跟叶蛇纹石这三类。当中,纤蛇纹石石棉乃蛇纹石特定形式中的某种,又被称做温石棉,属于镁硅酸盐矿物范畴,它的产量在世界石棉总产量占比超90%,在还没被解离以前,则呈现绿黄色、金黄色、白色,并且具备丝状光泽。

(蛇纹石)

要是用力去撕扯,那么就会得到如同棉絮那般的丝状物,在这个时候呈现出白、灰这两种颜色。不同纤维的长度存在较大差异,一般是在1 毫米到20 毫米之间,最长能够达到128厘米,这种细长的纤维形态致使其具备良好的纺织性能以及填充性能,方便加工成各类石棉制品。

温石棉主要成分是Mg₃Si₂O₅(OH)₄,它是典型的层状硅酸盐矿物,其晶体结构有着独特的层状堆叠特点。每一基本结构单元,由一层硅氧四面体构成的硅氧层,和一层氢氧化镁八面体构成的氢氧化镁层紧密连结形成。在硅氧层里,硅原子借助氧原子形成伪六方网状的四面体结构,在氢氧化镁层中,镁原子与羟基紧密结合,两层通过顶端的氧原子达成化学键合。硅氧层与氢氧化镁层,存在显著尺寸差异,这种结构失配,引发了层间应力不平衡,最终,促使这些层状结构,发生自发的!同心状,或螺旋状卷曲!

(温石棉的卷曲结构)

这般卷曲结构决定了温石棉的诸多物理特性与化学特性,从物理属性来讲,纤维壁是由12至20层薄片借由机械互锁构建而成的,层间隙不存在强化学键链接,仅仅依靠微弱的分子间作用力维持,这致使纤维在遭受外力或者化学侵蚀的时候容易产生层间剥离,具备良好的可纺性以及延展性,可以被加工成各种柔性材料。在沿着纤维管轴的那个一维的方向当中,有着共价键加上离子键的那种强化学键键链,因此在顺着纤维轴的这一方向上,温石棉展示出很高的抗拉强度,能够承受1203.3至4237.5MPa的拉力。

(石棉纤维的电镜)

基于化学性质而言,卷曲结构致使氢氧化镁层展露于纤维表面,然而硅氧层却被包裹在内部,暴露出来的氢氧化镁层易于跟酸性物质产生反应,进而致使纤维结构瓦解,此特性使得它在巨噬细胞的酸性环境那个(pH 4 - 4.5)里能够迅速被侵蚀。当镁离子被溶解出来以后,硅氧层丧失稳定性并且分解成为短纤维或者颗粒,易于被机体清除。此外,卷层构造所形成的中空结构,致使温石棉纤维具备一定的多孔性,其纤维壁的厚度,一般处在8至15 nm之间,这样的微观结构,也对其在生物体内的溶解速率以及生物持久性产生了影响。

相比之下,角闪石石棉纤维呈现出实心棒状,它的晶体结构是双链状硅氧四面体构型,由两条硅氧四面体带背靠背连接起来,从而形成坚实的双链骨架,在骨架之间填充着钙、镁、铁等阳离子,以此来平衡电荷。这种结构致使角闪石石棉纤维质地十分坚硬,脆性非常强,没有柔韧性,难以进行弯曲或者拉伸,其物理稳定性远远高于温石棉。

(角闪石)

在化学层面上,角闪石石棉有着这样的情况,硅氧四面体骨架在纤维表面是暴露着的,而氢氧化基团被包裹于内部,进而形成了致密的化学结构,这种结构致使其在任何生理pH条件下几乎都不会溶解,哪怕是在巨噬细胞的酸性环境里面,或者身处胃液的强酸性条件(pH 1.2)之下,也依然能够确保结构完整。

(角闪石石棉的结构)

这种结构差异所带来的生物效应是截然不同的,温石棉的卷层结构致使其生物持久性比较弱,长纤维(大于20μm)进入肺部之后会迅速地被分解清除,不会转移至胸膜腔,还难以引发纤维化反应;而角闪石石棉的实心棒状结构让其拥有极强的生物耐久性,长纤维能够在肺部长期留下,并且在7天内就可以转移至胸膜腔,持续引发间质纤维化以及胸膜炎症,其致癌风险远远高于温石棉。

于工业方面的应用当中,温石棉具备的柔性,以及可加工的性质,让它当初在纺织、密封等诸多领域被广泛进行使用,角闪石石棉拥有高強度、耐高温的特性,曾被应用于隔热,还有防火材料方面,然而鉴于其无比突出的毒性,当下多数国家已对角闪石石棉的使用予以限制或者干脆禁止了,温石棉凭借其生物积累的特性,以及易于在体内清除的特质,仍旧被保留了,乃是当前唯独自一种有着商业用途的石棉类别。

石棉的兴衰史

石棉有着应用历史,其源远流长,最早能追溯到6000多年前的古埃及文明,那时古埃及人发现石棉被赋予了“永恒”的象征意义,那种布料早有着特殊环境里能够保持完好,不易腐烂,耐高温的布料,是专门被当作法老裹尸布而纺织成岩棉布的特性 。

在古代中国,石棉有应用还存在明确记载,《列子・汤问》里提到“火浣之布,浣之必投于火”,这里面的“火浣之布”是由石棉纤维纺织成的神奇布料,传说这种投放进火里的布料,不但不会被烧毁,还能去除污渍且变得更洁净,它具有独特防火性能,在古代令人感到称奇,成为那时珍贵的贡品 。

虽然石棉在古代就已显身手,然而真正大量展开开采以及付诸应用却是源于工业革命 ,工业的文明随之崛起往后 ,在欧洲、亚洲、非洲之类的地方开始按体系去开采石棉矿石 ,只是在欧洲大陆之中就依次冒出来20来多个的大型石棉矿产;这种石棉原料所能给到的数量出现了极大增进 ,直至19世纪中期的时候 ,欧洲纺织工业取得的快速发展给石棉提供了宽广可用的舞台 ,石棉纤维被普遍用来制作防火的织物、工业的密封材料等 ,全球每一年所用的石棉数量快速攀升到30万分吨的样子 ,石棉产业初步形成规模 。

20世纪初期的时候,奥地利那儿有个叫作路德维希的人,率先进行了石棉和水泥复合应用方法的探索,他,把石棉纤维跟水泥一起先进行了充分且均匀的混合,之后,再借助简洁的塑形工艺,就这样成功制作成了一种有着防火以及保温还有抗压等多重性能的全新材料。说起来,这种复合而成的材料呵,不但完完整整承袭了石棉所拥有的核心优势,而且还拥有成本花费更低、加工的过程比较轻松便捷以及使用期限相当长久等显著特点,所以快速地變成在差不多一个世纪当中建筑以及工业领域里最为常用的防火保温的材料。

然而,当时石棉产业正处于蓬勃发展的态势,全力为全球民生发展以及工业进步提供支撑,与此同时,科学技术持续进步,也渐渐将它那具有“致命”性质的另一面给揭示了出来。人们是逐步察觉到的,这种看上去堪称完美的功能性材料,在投入使用的过程当中,会给人体健康带来无法逆转的极为严重的危害。早在20世纪初期的时候,一些医生以及保险公司就留意到了,石棉矿工还有纺织工人的肺部似乎超乎寻常地脆弱,好多人在年纪尚轻的时候就因一种神秘的“肺纤维化”而离世了。1924年,英国有一位名为内莉・克肖(Nellie Kershaw)的女性,其职业为石棉纺织女工,她逝去了,之后进行尸检,这一报告首次确切地把她患有的肺部疾病命名为石棉沉滞症(Asbestosis),而这个词说明了石棉那种会危及生命的不可告人的秘密。

极其细小的石棉纤维,在石棉制品被切割、磨损或者老化后,那些微小纤维会飘散至空气中,要是被人体吸入,就会长期沉积在肺部等呼吸系统内,因石棉纤维化学性质稳定、难以被人体代谢分解,长期累积会引发石棉肺、胸膜间皮瘤等多种严重疾病,这些疾病潜伏期长、治愈率极低,给患者和家庭带来沉重痛苦与负担 。

虽早就有早期警示,却被巨大商业利益无情给掩盖了,石棉行业好多好多年间刻意隐瞒、淡化其危害,一直到20世纪60年代,随着流行病学研究深入,堆积如山的证据才终于彻底揭开了真相,公众愤怒、媒体曝光以及源源不断诉讼,掀起了全球性监管风暴,从20世纪70年代起,各国陆续出台严苛法规,限制甚至全面禁止石棉使用。

现今,世界卫生组织把石棉列为一级致癌物,其评估认定,所有形态的石棉,含温石棉,都会引发几种癌症以及慢性呼吸道疾病。依据对2016年的估量,全球每年有超20万人因工作中接触石棉而死亡,占与工作相关的癌症死亡人数的70%以上。为降低石棉对人体的危害,世界上有60多个国家对石棉实施禁令。我国早在2011年就全面禁止使用角闪石石棉制品,可温石棉至今尚未被完全禁用。

如何避免石棉的伤害

只因石棉性价比相当高,具备防火、耐高温、抗腐蚀、绝缘性良好等优点,所以前些年石棉在我国被广泛运用。诸多老旧小区的墙壁里,暖气管的保温层中,老式屋顶的瓦片上,甚至一些二手家电的隔热层内都兴许藏有石棉。更具隐蔽性的是,石棉的纤维极为纤细,肉眼压根看不见,吸进去也毫无感觉。它们仿若扎入肺泡里的细针,无法排出,便不痛不痒地潜藏在肺部,几十年不发作,一旦发作,患者的平均生存期不足一年 。

假如想要降低石棉所造成的伤害,那就必须得从日常的防护工作开始着手。首先,务必要清楚地认识到石棉的来源究竟在哪里,要从源头里去规避与石棉的接触。其次,一旦察觉到石棉制品出现了损坏的情况,或者是已经老化了,又或者是发生了脱落的现象,那就应当马上请专业的团队来进行修复以及更换,以此来防止石棉纤维持续不断地释放出来。要是在工作期间没办法不接触石棉,那就绝对得做好防护措施,佩戴好防尘口罩以及防护服,防止石棉纤维残留在衣服上面,进而对他人的健康造成危害。另外,在日常生活当中还需要留意去避免购买以及使用那些疑似含有石棉的产品,像是二手市场上年代久远的工业设备,还有那些来源不明的“防火布”、“保温棉”之类的 。

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