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纖蛇紋石石棉的應用與開發

  纖蛇紋石石棉具有許多優良的機械及熱電性能,在國民經濟中具有廣泛的用途。據統計,各種制品已超過3000種。如用作建筑材料、摩阻材料、保溫絕熱材料、密封材料等。目前,盡管人們已認識到纖蛇紋石石棉對環境和人體具有一定的危害性,包括它的粉塵污染和致病危險,但許多國家,包括我國,石棉制品在許多工業領域仍發揮著重要作用。這就要求積極開展其污染和致病機理的深入研究,有針對性的對石棉進行改性,降低或消除其細胞毒性,發揮其優良性能,達到物盡其用。
1 纖蛇紋石石棉的應用
  纖蛇紋石石棉已被廣泛地應用于國防、化工、航空、火箭、冶金、建筑、輕工、重工、石油、交通、電力、機械、農藥,以及許多高科技領域中,是一種價廉物美不可缺少的重要非金屬礦物原料,尤其在用它制造增強塑料、高速雷達掃描器、宇宙通訊高靈敏度天線圓頂等方面取得了輝煌成績。
  纖蛇紋石石棉與陶瓷纖維或石墨制成的復合絕緣材料是制造火箭燃燒室或導彈噴管喉部及封閉導彈發動機體等最理想的材料。
  目前,生產的石棉制品一般可分為七大類,三千余個品種,被二十多個工業部門廣泛應用。現簡介于下:
(1) 石棉紡織制品
  石棉紗、線、繩、帶、布、盤根、布管、金屬紡織品、絕緣包裹、包襯、隔膜濾布、運送帶、氈子、防火安全衣、帽、防火帳幕、手套、鞋等。
(2) 石棉水泥制品
  石棉水泥瓦、管、板、磚、池、石棉水泥路面、屋面、飛機場跑道等。
(3) 石棉保溫絕熱制品
  泡沫石棉氈、石棉海棉氈、石棉泥、繩、盤根、涂料、鎂保溫材料等。
(4) 石棉電工材料制品
  石棉水泥防弧罩、帶、石棉纖維與酚醛塑料混合制成的系列電工材料等。
(5) 石棉傳動與制動制品
  石棉橡膠制動帶、化膠制動帶、反白制動帶、橡膠離合器片、化膠離合器片、反白離合器片等。
(6) 石棉瀝青制品
  石棉瀝青氈、磚、漆、板、紙、軟性嵌縫油灰等。
(7) 石棉增強塑料制品
  石棉酚醛樹脂層壓板、石棉尼龍復合材料、石棉陶瓷纖維復合材料、石棉石墨復合材料、石棉金屬復合材料、石棉橡膠密封材料等。
2 蛇紋石及纖蛇紋石石棉用作新材料及開發研究
一、蛇紋石及其尾礦的開發利用
  我國一些研究部門用蛇紋巖作原料不僅生產出純度高的輕質氧化鎂還獲得了多孔二氧化硅、鐵銹紅、硫化鎳、硫酸銨等副產品。咸陽非金屬礦研究所進行了中試生產。試驗的回收效果為:MgO回收率平均60.01%;SiO2 平均回收率89%;Fe2O3平均回收率88.61%;Ni回收率達50%。基本實現了無廢棄物生產既符合環保要求又能獲得明顯利潤。
  在超微粉體領域。蛇紋巖生產的白炭黑有廣泛用途。我們集多年的研究成果開發研制了用蛇紋石生產納米白炭黑、高純氧化鎂及碳酸鎂與硫酸鎂晶須等系列產品的生產工藝與技術。
  蛇紋石富含氧化鎂和二氧化硅。蛇紋石經酸浸提鎂后的殘渣的主要成分為無定形二氧化硅,利用該渣可直接合成了六配位有機硅化物如CaSi(OCH2CH2O)3和BaSi(OCH2CH2O)3。這不僅有效地解決了傳統的有機硅合
  成方法的不足而且可顯著地降低原料成本,并為蛇紋石中二氧化硅的有效利用提供了新的途徑。
  蛇紋巖經過蒸壓條件處理后具有良好的膠凝性。西南科技大材料學院蛇紋巖綜合利用研究與開發小組用蛇紋巖和纖蛇紋石石棉尾礦生產的蒸壓建筑材料,其抗壓強度為27.8~33.2MPa,吸水率15.2%~22.8%,容重1.62~1.90g/cm3,抗凍性合格。
  蛇紋巖尤其是超鎂鐵巖型蛇紋巖的墨綠色是高雅莊重和寧靜廳室的首選飾面石材國外已廣泛用作室內高檔板材。蛇紋巖常有的裂紋不僅已被現代薄板石材加工工藝技術攻克而且可利用磨光和選材技藝使其天然紋飾產生特別的裝飾藝術效果。我國西部有很多大型超鎂鐵巖型蛇紋巖巖體都是很好的綠色石材資源。
  西南科技大材料學院蛇紋巖綜合利用研究與開發小組還用蛇紋巖生產了荷重軟化點為1177℃的低溫合成鎂質耐火材料。另外還制成了蛇紋巖免燒耐火磚,氣孔率 18.3%,體積密度 2.26g/cm3,常溫耐壓強度63MPa,荷重軟化溫度 1637℃,1500℃下煅燒 2h 后的耐壓強度為 49 MPa,熱穩定性 12次。
  利用蛇紋巖中的Mg、Si及微量元素作綜合長效礦質肥料。蛇紋巖中的 Cr、Co、Ni、Ti、V等都是農作物所需要的微量元素。俄羅斯等國家已進行過成功的農業肥效試驗取得顯著的增產和品質改良效果。西南科技大學礦物材料及應用研究所在四川彭州市和綿陽市先后用蛇紋石礦質肥料對水稻小麥土豆玉米紅薯油菜等作物進行了田間小區試驗和同田對照試驗在產量作物品質土壤改良等方面都取得了良好效果和較好經濟效益。江蘇東海蛇紋石礦等企業已合資建成礦物復合肥基地。山東日照蛇紋石礦向上海寶鋼供應蛇紋石助熔劑獲得良好經濟效益。
  從蛇紋石礦中提取出金屬鎂。目前日本已利用碳還原法從蛇紋石礦粉中提取出金屬鎂;古巴、加拿大、捷克等國也利用硫化物沉淀法氨浸法從蛇紋石尾礦中提取鎳、鈷、鉻等。澳大利亞利用蛇紋石尾礦已生產出符合國際標準純度達99.93%金屬鎂,成本低、利潤高。加拿大已利用其蛇紋巖資源優勢建立起了世界最大的電解法鎂廠,年產6.3萬t,最大日產量為170t金屬鎂。
  將天然蛇紋石先在650-700℃下灼燒用蒸餾水洗去其它可溶性雜質然后經進一步活化處理制成的吸附劑對工業廢水中的銅具有較高的吸附容量和選擇性。
二、纖蛇紋石石棉的開發利用
  纖蛇紋石其天然的一維納米管結構具有許多獨特的優良性能,極好的抗張強度、柔韌性、密封性等,用在摩阻材料、密封材料上可與合成的碳納米管相媲美;良好的熱穩定性及低導熱率又使之成為納米碳管所不具備的優質隔熱材料;高電阻率使其在絕緣材料上有良好的應用;巨大的比表面積和表面化學活性還是潛在的處理污染的環保材料,同時也為增強纖維緊固效應和表面改性提供了可能。此外,天然產出的纖蛇紋石石棉其低成本也是投資成本高、價格昂貴的人工合成材料無法比擬的。然而,目前有關纖蛇紋石納米管的結構特征及性能的研究還很少。研究及合理應用其納米管的性能并進行無害化改性,以發揮這種儲量豐富、性能優異成本低廉的天然原料的長處,對于納米材料的發展具有十分現實的意義。
  目前除在傳統領域開發纖蛇紋石石棉的新用途和新產品外,作為納米材料和納米技術正在開發研究的主要分為兩方面,一是將纖蛇紋石石棉纖維作為天然納米管,組裝量子線和納米電纜;二是作為生產納米SiO2的原料。對于這兩個方面我們都做了大量的研究工作,獲得了國家自然科學基金和省科技基金的支持。
文章選自《中國纖蛇紋石石棉及其相似礦物纖維的應用礦物學特性》
作者:彭同江,馬國華,段濤,陳吉明


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