پنبه ی نسوز یا آزبست (1)

پنبه ی نسوز یا آزبست، یک واژه ی یونانی به معنای "خاموش نشدنی" می باشد. ویژگی محوری این مواد، ساختار فیبری شکل و مقاومت در برابر آتش می باشد. با توجه به تعریف انجمن استاندارد آمریکا در زمینه ی بررسی مواد (ASTM) آزبست واژه ای است که به 6 مینرال طبیعی اتلاق می شود که به دلیل خواص فیزیکی مناسب، استخراج می شود. این مواد معدنی، دارای نسبت طول به عرضی هستند که از مقدار 20 به 1، کمتر نیست. شش مینرال بیان شده، به دو گروه زیر تعلق دارند:

گروه سرپانتین

کریزوتایل (سیلیکات منیزیم آبدار، 3MgO.2SiO_2.2H_2 O) که به آن آزبست سفید یا پنبه سنگ می گویند.

گروه آمفی بول

آموزیت (سیلیکات منیزیم آبدار حاوی آهن)
کروزیدولیت (سیلیکات منیزیم آبدار حاوی آهن و سدیم)
آنتوفیلیت (7(Mg,Fe)O.8SiO_2.H_2 O)
ترمولیت (2CaO.5MgO.8SiO_2.H_2 O)
آکتینولیت (2CaO.5(Mg,Fe)O.8SiO_2.H_2 O)
برخی از نویسندگان آموزیت را به عنوان یک نوع خاص از آنتوفیلیت طبقه بندی کرده اند. نام کریزوتایل از واژه ی یونانی کریسو به معنای طلا و تیلین (tillein) به معنای کندن می باشد و نام آموزیت نیز از نام معدن آموزا در آفریقای جنوبی، مشتق شده است.
بزرگترین و شناخته شده ترین ذخیره های آزبست در کبک کانادا و اورال روسیه، وجود دارد. اما از اوایل دهه ی 1980، به دلیل مسائل محیط زیستی و یک سری از دعاوی حقوقی که بوسیله ی معدن کاران ارائه شد، مرگ واقعی صنعت معدنکاری انواع مختلف آزبست در کشورهای مختلف، ایجاد شد.
تا اوایل دهه ی 1980، آزبست در بسیاری از محصولات مورد استفاده قرار گرفت. این ماده در بیش از 3000 محصول کاربرد پیدا کرده بود. برخی از این کاربردها، عبارتند از کاشی سقف، قاب پنجره ی وسایل بازی بچه ها، لقمه ترمز و لوله های فاضلاب و ... می باشد. اتحاد جماهیر شوروی سابق و کانادا جزء پیشگامان تولید این محصول بودند. سایر کشورهای تولیدکننده ی مهم عبارتند از برزیل، ایتالیا، چین، آفریقای جنوبی، زیمباوه، سوئیس، قبرس، هند و استرالیا. در مورد آزبست های آموزیتی و کروزیدولیت آفریقای جنوبی، تولیدکننده ی پیشگام می باشد. در هند، کریزوتیل، تریمولیت و آکتینولیت، جزء آزبست های متداول می باشند.
ذخایر کریزودیل به گونه ای هستند که در آنها، رگه هایی با سطح مقطع نامنظم، وجود دارد. این مینرال، به عنوان یک مینرال ثانویه تشکیل می شود. در واقع این مینرال فیبری به همراه سایر سیلیکات های غیر آلومینایی حاوی منیزیم، در معدن وجود دارد. در برخی منابع، مناطق مارپیچ در داخل توده ی آهکی، قرار دارد. آموزیت و کروزیدولیت به صورت رگه های غیر منظم در شیست، کوارتزیت و سنگ معدن، ایجاد می شود.

تاریخچه

آزبست ماده ای شناخته شده بود و الیاف آن بوسیله ی رومیان در 2000 سال پیش، مورد استفاده قرار گرفته است، اگر چه هیچ مورد ثبت شده ای در مورد این مسئله وجود ندارد که آنها چگونه این ماده را شناخته اند، تنها از آن برای فتیله مشعل در معابد استفاده می کردند. اولین معدن آزبست کریزوتیلی در سال 1789، در کبک کانادا تأسیس شد و سال بعد، اولین تأسیسات مربوط به فرآوری ایجاد گردید. تولید سالانه ی جهانی این ماده در سال 1911، برابر با 91000 تن بود و این میزان در سال 1923 به 181000 تن رسید. تولید این ماده در دهه ی 1930، به 500000 تن رسید. این مسئله قبل از جنگ جهانی دوم بود. بعد از جنگ جهانی، تقاضا به سرعت افزایش یافت. در سال 1949، تولید این محصول، به 975000 تن رسید و این میزان در سال 1953، به 1375000 تن رسید. اوج تولید این ماده در سال 1976 بود. در این سال تولید سالانه ی این ماده، 5.18 میلیون تن بود. بعد از آن، تولید روند تولید، کاهش یافت و بسیاری از معادن، بسته شد و ممنوعیت در زمینه ی باز شدن معادن جدید در بسیاری از کشورها، ایجاد شد. در سال 1986، این میزان تولید به 3.63 میلیون تن کاهش یافت و با شروع قرن 21، تولید به 2 میلیون تن کاهش یافت. تا اوایل دهه ی 1980، کریزوتیل 90 % از تولید آزبست جهانی را تشکیل می داد و کریزودولیت و آموزیت هر کدام 2-3 % از تولید کلی را تشکیل می داده اند. هم اکنون، کریزوتیل، حدود 99 % از آبست تولیدی را تشکیل می دهد.
در هند، دخایر اندکی از تریمولیت در بخش هایی از سنجاب شرقی و Mayurbhanj و بخش های دیگر، مشاهده می شود. اولین داده های مربوط به عملیات معدن کاری در بخش مرکزی هند، به سال 1904 باز می گردد. یک معدن نیز اولین بار در سال 1921 در Saraikela افتتاح شد. این کارها با معدن کاری های پراکنده در منظقه ی Mayurbhanj ادامه یافت. بنابراین تا آنجا که کریزوتیل به عنوان یک ذخیره ی قابل توجه تبدیل شد، ذخایر اقتصادی تنها در ناحیه ی Pulivendla شناخته شد و معدن کاری ها در سال 1924 شروع شد. اما مقادیر تولید این معادن، بسیار اندک بود و تولید کل مربوط به انواع مختلف آزبست از سال 1904 تا 1950، در حدود 9500 تن بوده است. در واقع تولید سالانه ی این محصول در حدود 80 تا 610 تن بوده است. از سال 1950 به بعد، این تولید 7 برابر شد و دو پیک این تولید در سال های 1955 و 1974 بوده است. در سال 1955، این تولید رشد قابل توجهی پیدا کرد و به میزان 1418 تن در سال رسید. این تولید در سال 1974 به 23685 تن رسید. بعد از رسیدن به پیک تولید 38000 تن در سال 1989، تولید این محصول در هند مطابق با رویه ی جهانی، به میزان 11148 تن کاهش یافت. در هند، آمفی بول، محصول عمده ی آزبست تولیدی را تشکیل می داد.

فرآوری

فرآوری کریزوتیل
آزبست های کریزوتیل ارزشمندترین آزبست از بین انواع مختلف آزبست می باشد. ارزش آن به طول فیبر انعطاف پذیر آن است. اما به دلیل اینکه این الیاف به صورت متناوب، بافته می شوند، آنها باید ابتدا جدا شوند و فرایند جداسازی باید آسیب اندکی به آنها برساند. الیاف طویل و متمایز اولین بار بوسیله ی جداسازی دستی، جداسازی شد و سپس بخش های باقیمانده از سنگ ها، بوسیله ی آسیاب خشک، خردایش می شوند.
آسیاب کاری خشک شامل خردایش قطعات و ایجاد قطعات 2.5 میلی متری از سنگ معدن می باشد. سپس این قطعات وارد آسیاب چکشی می شوند و سپس با عبور از سرندهای با مش مختلف، مواد خردایش یافته، طبقه بندی می شوند. به دلیل برخورد چکش ها در آسیاب چکشی، جدایش در حالی انجام می شود که الیاف از هم جدا شده اند. سپس الیاف حاصله با استفاده از سرندهای مختلف، طبقه بندی می شوند.
در سال 1983، یک فرایند تر نیز در استرالیا توسعه یافت و سنگ های گرید پایین مورد فرآوری قرار گرفت. این فرایند شامل دو مرحله می باشد. در مرحله ی اول، سنگ های خردایش می شوند و یک دوغاب آبی ایجاد می شود. این خردایش موجب می شود تا توده های فیبری از هم جداسازی شوند و سپس پودر سنگ های حاوی فیبر، در بخش های مارپیچی، جداسازی می شود. در مرحله ی دوم، مواد حاصله از مرحله ی اول، با استفاده از سیکلون های فشار پایین و فشار بالا، تغلیظ می شوند و سپس به دو بخش تقسیم می شوند. یکی الیاف باز و دیگری الیاف به هم چسبیده. الیاف باز شده، در فیلترهای فشار بالا خشک شده و آنهایی که به هم چسبیده اند، به بخش آسیاب چکشی ارسال می شوند.

فرآوری آمفی بول

فیبر این نوع از آزبست ها، سخت و ترد هستند و از این رو، به روش بیان شده در بخش قبل، قابلیت فرآوری ندارد. فرآوری این ماده تنها شامل خردایش و آسیاب کاری پودر اولیه و ایجاد پودر بسیار ریز می باشد.

گریدهای مختلف آزبست

سیستم های مختلف از طبقه بندی کریزوتیل، با استفاده از گروه های مختلف از روش ها و استفاده های صنعتی، انجام می شود. اما تمام این سیستم ها، در اصل بر اساس طول و انعطاف پذیری یا تردی این فیبرها، انجام می شود. در واقع هر دوی این فاکتورها، در بافتن این پارچه های آزبستی دخیل می باشند.
معیار های بین المللی، استاندارد کبک است که با توجه به آن، کریزوتیل خام به دو گروه طبقه بندی می شود:
کریزوتیل حاوی الیاف با طول مینیمم ¾ اینچ
کریزوتیل حاوی الیاف با طول 3/8 اینچ و کمتر از ¾ اینچ
طبقه بندی استاندارد کبک برای کریزوتیل آسیاب شده، بر اساس آزمون بافت انجام می شود و بدین صورت، گریدهای مختلفی به صورت زیر بدست می آید:
الیاف بافتنی
الیاف سقفی
الیاف کوتاه زائد و باطله
در هند، 4 گرید مختلف رواج دارند. دو تا از این گریدها، مربوط به کریزوتیل خام می باشد. یکی کریزوتیل طبقه بندی شده با دست می باشد و دیگری، کریزوتیل آسیاب شده می باشد. هیچ نام خاصی برای این گروه، اختصاص نیافته است. همچنین گریدهای بیان شده به صورت زیر می باشند:

خام

گرید A و یا AS با الیاف 25.4 میلی متر و یا بلند تر
و گرید های A1، A2، B، B1، B2 و C
گریدهای ویژه A
با اندازه ی بزرگتر از 31.5 میلی متر
گریدهای B، C و D
طبقه بندی شده با دست
گرید AS
گریدهای A و B
آسیاب شده
بالاتر از مش 16
مش 24، 40 و 60

معیار استفاده

کریزوتیل خالص، معمولاً سفید است اما اگر ناخالصی آهن و سایر ناخالصی ها در این ماده وجود داشته باشند، رنگ آن ممکن است زرد یا قهوه ای و حتی سیاه شود. رنگ مربوط به کروزیدولیت و آموزیت به ترتیب آبی و قهوه ای است. اما رنگ معیار مناسبی برای استفاده ی صنعتی آنها نیست. برای بیشتر استفاده های کریزوتیل، ساختار فیبری ممتاز آنها، نکته ای کلیدی است در حالی که برای سایر آزبست ها، خواص دیگری در نظر گرفته می شود. الیاف کریزوتیل توخالی و لوله ای شکل هستند (مانند موی سر) و از این رو، ساختار کریستالی صفحه ای شکلی دارند. این مواد از ترکیبی از دگرگونی ها و برش های ایجاد شده، تشکیل شده اند. خواص کلیدی که موجب تعیین کاربردی خاص می شود، به صورت زیر می باشند:
طبیعت الیاف: رویه ی استفاده، به میزان قابل توجهی به این مسئله بستگی دارد که آیا این الیاف می توانند به صورت پارچه بافته شوند یا نه؟ همانگونه که در تعریف آزبست بیان شده است، الیاف منفرد باید نسبت طول به عرض کمتر از 20 به 1 نباشد. در مورد کریزوتیل، این نسبت ممکن است تا 10000 به 1 نیز برسد. این مسئله بدین معنا نیست که این الیاف طول بسیار زیادی دارد، بلکه بدین معناست که بسیار نازک هستند. این نازک بودن موجب می شود تا الیاف کریزوتیل، بسیار نرم و انعطاف پذیر باش و قابلیت ریسندگی و تولید پارچه را داشته باشند. به عبارت دیگر، الیاف آمفوبل اگر چه مشابه با کروزیلیت نازک هستند، تردی موجب می شود تا نتوان آنها را بافت.
خواص شیمیایی: تمام انواع آزبست ها، به دلیل مقاومت بالا در برابر عوامل اسیدی، بازی، در برابر خوردگی محیطی و اتمسفری، مقاوم می باشند. اما ترکیب شیمیایی این ماده نقشی بر روی استفاده ی از آنها در برخی از کاربردها، ندارد.
وزن مخصوص: آزبست ها، موادی سبک هستند. البته در بین آزبست ها، کریزوتیل، سبک تر می باشد. بسته به گونه ی آزبست، وزن مخصوص از 2.55 تا 3.5 متغیر می باشد.
خواص گرمایی: آزبست ها آتش نمی گیرند و دارای رسانایی گرمایی ضعیفی هستند. این مشکل است که آنها را ذوب کنیم. دمای ذوب آنها در بین گونه های مختلف، متفاون است. دمای ذوب کریزوتیل 1500، کروزیدولیت 1200، آموزیت 1400، آنتوفیلیت 1450، ترمولیت 1315 و آکتینولیت 1400 درجه ی سانتیگراد می باشد. دمای تجزیه ی آنها نیز برای کریزوتیل 450 تا 700، کروزیدولیت 400 تا 600، آموزیت 600-800، آنتوفیلیت 600-850، تریمولیت 950-1040 و آکتینولیت 620-960 درجه ی سانتیگراد می باشد.
خواص الکتریکی و اکوستیک: آزبست ها دارای مقاومت بالایی در برابر الکتریسیته، استحکام دی الکتریک بالا و ثابت دی الکتریک پایینی دارد. این مسئله نشاندهنده ی رسانایی الکتریکی پایین می باشد و از این رو، انتخاب خوبی برای استفاده در ساخت مواد عایق صدا می باشد.
ویژگی های پیوند: آزبست ها به صورت مناسبی با سیمان پیوند می دهد. ذرات کلوئیدی سیمان در آب وارد الیاف توخالی آزبست می شود و پیوند مستحکمی ایجاد می کند.
ویژگی های سطحی: سطح گونه ی آمفوبیل آزبست، سخت است و می تواند در برابر سایش و پارگی، مقاومت داشته باشند.

استفاده ها و ویژگی ها

قابلیت ریسندگی و مقاومت در برابر آتش، از جمله معیار اصلی برای استفاده از این ماده می باشد. کاربردهای مهم انواع مختلف آزبست به صورت زیر می باشد:
محصولات بافتنی ازبستی
محصولات سیمانی آزبستی
کاغذ و مقوای آزبستی
فیلترهای آزبستی
صفحات اتصال دهنده از جنس آزبست
عایق های گرمایی
عایق های صدا
عایق های الکتریکی
فیلرهای مورد استفاده در پلاستیک ها
مواد مقاوم در برابر سایش
مواد آب بندی
در ادامه در مورد این کاربردها، صحبت می کنیم.

محصولات بافتنی آزبستی

الیاف آزبستی به صورت نخ تابیده می شوند و از این نخ ها، برای تولید پارچه با وزن ها، ضخامت و اشکال مختلف، استفاده می شود. این پارچه ها در محل هایی استفاده می شود که نیاز به مقاومت در برابر آتش باشد. محصولات متداول پارچه ای، عبارتند از: طناب، روبان، نمد، پرده ایمنی در تئاتر، لباس های ضد آتش و دستکش های ایمنی، تسمه نقاله و ... می باشد. در این کاربردها، الیاف نرم تر و طولانی تر، مناسب تر می باشد. عموماً کروزیتیل گونه ی با ارجحیت می باشد. طول مینیمم الیاف مورد استفاده بوسیله ی صنعت، در حدود ¾ اینچ می باشد. برخی اوقات، 20 % پنبه با این مواد مخلوط می شود تا بدین صورت ریسندگی تسهیل شود.

محصولات سیمانی آزبستی

این محصولات شامل کاشی های مسطح و با شکل سینوسی است که برای کاربردهای سقف، دیواره های بویلرها، لوله ها و ... استفاده می شوند. در تولید محصولات سیمانی آزبستی، پود سیلیس، R_2 O_3 و CaO به الیاف آزبستی اضافه می شود تا بدین صورت پیوند میان ذرات در خمیر سیمانی، بالا رود. از این رو، قابلیت آزبست ها برای جذب و ایجاد پیوند با سیمان و همچنین خاصیت عایق کاری و وزن سبک این مواد، موجب می شود تا این مواد برای استفاده در این کاربردها، مناسب باشد. به دلیل اینکه الیاف به صورت مستقیم با سیمان مخلوط می شوند و پرس می شوند، نیاز به ریسندگی الیاف وجود ندارد و از این رو، الیاف آزبستی با طول کوتاه، می تواند مورد استفاده قرار گیرند. معمولاً کریزوتیل با طول فیبر کوچک تر از ¾ اینچ، الزامات مربوطه در این کاربردها را برطرف می کند. البته در هند، حتی تریمولیت و آکتینولیت با کیفیت پایین نیز در تولید لوله ها و اتصالات آزبستی، نیز مورد استفاده قرار می گیرد.
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.