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纤蛇纹石石棉的应用与开发

  纤蛇纹石石棉具有许多优良的机械及热电性能,在国民经济中具有广泛的用途。据统计,各种制品已超过3000种。如用作建筑材料、摩阻材料、保温绝热材料、密封材料等。目前,尽管人们已认识到纤蛇纹石石棉对环境和人体具有一定的危害性,包括它的粉尘污染和致病危险,但许多国家,包括我国,石棉制品在许多工业领域仍发挥着重要作用。这就要求积极开展其污染和致病机理的深入研究,有针对性的对石棉进行改性,降低或消除其细胞毒性,发挥其优良性能,达到物尽其用。
1 纤蛇纹石石棉的应用
  纤蛇纹石石棉已被广泛地应用于国防、化工、航空、火箭、冶金、建筑、轻工、重工、石油、交通、电力、机械、农药,以及许多高科技领域中,是一种价廉物美不可缺少的重要非金属矿物原料,尤其在用它制造增强塑料、高速雷达扫描器、宇宙通讯高灵敏度天线圆顶等方面取得了辉煌成绩。
  纤蛇纹石石棉与陶瓷纤维或石墨制成的复合绝缘材料是制造火箭燃烧室或导弹喷管喉部及封闭导弹发动机体等最理想的材料。
  目前,生产的石棉制品一般可分为七大类,三千余个品种,被二十多个工业部门广泛应用。现简介于下:
(1) 石棉纺织制品
  石棉纱、线、绳、带、布、盘根、布管、金属纺织品、绝缘包裹、包衬、隔膜滤布、运送带、毡子、防火安全衣、帽、防火帐幕、手套、鞋等。
(2) 石棉水泥制品
  石棉水泥瓦、管、板、砖、池、石棉水泥路面、屋面、飞机场跑道等。
(3) 石棉保温绝热制品
  泡沫石棉毡、石棉海棉毡、石棉泥、绳、盘根、涂料、镁保温材料等。
(4) 石棉电工材料制品
  石棉水泥防弧罩、带、石棉纤维与酚醛塑料混合制成的系列电工材料等。
(5) 石棉传动与制动制品
  石棉橡胶制动带、化胶制动带、反白制动带、橡胶离合器片、化胶离合器片、反白离合器片等。
(6) 石棉沥青制品
  石棉沥青毡、砖、漆、板、纸、软性嵌缝油灰等。
(7) 石棉增强塑料制品
  石棉酚醛树脂层压板、石棉尼龙复合材料、石棉陶瓷纤维复合材料、石棉石墨复合材料、石棉金属复合材料、石棉橡胶密封材料等。
2 蛇纹石及纤蛇纹石石棉用作新材料及开发研究
一、蛇纹石及其尾矿的开发利用
  我国一些研究部门用蛇纹岩作原料不仅生产出纯度高的轻质氧化镁还获得了多孔二氧化硅、铁锈红、硫化镍、硫酸铵等副产品。咸阳非金属矿研究所进行了中试生产。试验的回收效果为:MgO回收率平均60.01%;SiO2 平均回收率89%;Fe2O3平均回收率88.61%;Ni回收率达50%。基本实现了无废弃物生产既符合环保要求又能获得明显利润。
  在超微粉体领域。蛇纹岩生产的白炭黑有广泛用途。我们集多年的研究成果开发研制了用蛇纹石生产纳米白炭黑、高纯氧化镁及碳酸镁与硫酸镁晶须等系列产品的生产工艺与技术。
  蛇纹石富含氧化镁和二氧化硅。蛇纹石经酸浸提镁后的残渣的主要成分为无定形二氧化硅,利用该渣可直接合成了六配位有机硅化物如CaSi(OCH2CH2O)3和BaSi(OCH2CH2O)3。这不仅有效地解决了传统的有机硅合
  成方法的不足而且可显著地降低原料成本,并为蛇纹石中二氧化硅的有效利用提供了新的途径。
  蛇纹岩经过蒸压条件处理后具有良好的胶凝性。西南科技大材料学院蛇纹岩综合利用研究与开发小组用蛇纹岩和纤蛇纹石石棉尾矿生产的蒸压建筑材料,其抗压强度为27.8~33.2MPa,吸水率15.2%~22.8%,容重1.62~1.90g/cm3,抗冻性合格。
  蛇纹岩尤其是超镁铁岩型蛇纹岩的墨绿色是高雅庄重和宁静厅室的首选饰面石材国外已广泛用作室内高档板材。蛇纹岩常有的裂纹不仅已被现代薄板石材加工工艺技术攻克而且可利用磨光和选材技艺使其天然纹饰产生特别的装饰艺术效果。我国西部有很多大型超镁铁岩型蛇纹岩岩体都是很好的绿色石材资源。
  西南科技大材料学院蛇纹岩综合利用研究与开发小组还用蛇纹岩生产了荷重软化点为1177℃的低温合成镁质耐火材料。另外还制成了蛇纹岩免烧耐火砖,气孔率 18.3%,体积密度 2.26g/cm3,常温耐压强度63MPa,荷重软化温度 1637℃,1500℃下煅烧 2h 后的耐压强度为 49 MPa,热稳定性 12次。
  利用蛇纹岩中的Mg、Si及微量元素作综合长效矿质肥料。蛇纹岩中的 Cr、Co、Ni、Ti、V等都是农作物所需要的微量元素。俄罗斯等国家已进行过成功的农业肥效试验取得显著的增产和品质改良效果。西南科技大学矿物材料及应用研究所在四川彭州市和绵阳市先后用蛇纹石矿质肥料对水稻小麦土豆玉米红薯油菜等作物进行了田间小区试验和同田对照试验在产量作物品质土壤改良等方面都取得了良好效果和较好经济效益。江苏东海蛇纹石矿等企业已合资建成矿物复合肥基地。山东日照蛇纹石矿向上海宝钢供应蛇纹石助熔剂获得良好经济效益。
  从蛇纹石矿中提取出金属镁。目前日本已利用碳还原法从蛇纹石矿粉中提取出金属镁;古巴、加拿大、捷克等国也利用硫化物沉淀法氨浸法从蛇纹石尾矿中提取镍、钴、铬等。澳大利亚利用蛇纹石尾矿已生产出符合国际标准纯度达99.93%金属镁,成本低、利润高。加拿大已利用其蛇纹岩资源优势建立起了世界最大的电解法镁厂,年产6.3万t,最大日产量为170t金属镁。
  将天然蛇纹石先在650-700℃下灼烧用蒸馏水洗去其它可溶性杂质然后经进一步活化处理制成的吸附剂对工业废水中的铜具有较高的吸附容量和选择性。
二、纤蛇纹石石棉的开发利用
  纤蛇纹石其天然的一维纳米管结构具有许多独特的优良性能,极好的抗张强度、柔韧性、密封性等,用在摩阻材料、密封材料上可与合成的碳纳米管相媲美;良好的热稳定性及低导热率又使之成为纳米碳管所不具备的优质隔热材料;高电阻率使其在绝缘材料上有良好的应用;巨大的比表面积和表面化学活性还是潜在的处理污染的环保材料,同时也为增强纤维紧固效应和表面改性提供了可能。此外,天然产出的纤蛇纹石石棉其低成本也是投资成本高、价格昂贵的人工合成材料无法比拟的。然而,目前有关纤蛇纹石纳米管的结构特征及性能的研究还很少。研究及合理应用其纳米管的性能并进行无害化改性,以发挥这种储量丰富、性能优异成本低廉的天然原料的长处,对于纳米材料的发展具有十分现实的意义。
  目前除在传统领域开发纤蛇纹石石棉的新用途和新产品外,作为纳米材料和纳米技术正在开发研究的主要分为两方面,一是将纤蛇纹石石棉纤维作为天然纳米管,组装量子线和纳米电缆;二是作为生产纳米SiO2的原料。对于这两个方面我们都做了大量的研究工作,获得了国家自然科学基金和省科技基金的支持。
文章选自《中国纤蛇纹石石棉及其相似矿物纤维的应用矿物学特性》
作者:彭同江,马国华,段涛,陈吉明


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