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它曾是建筑界的白月光,如今已跌落神坛.....

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没错,它就是

石棉

过去农村建房,石棉瓦是妥妥的“刚需顶流”,家家户户的屋顶、棚院几乎都离不开它。可近几十年里,曾经随处可见的石棉瓦渐渐淡出视野,各类石棉制品也越来越少见。这个曾凭防火、隔热、耐腐优势横扫建筑界的“明星材料”,为何会从神坛跌落,沦为如今人人避之不及的存在?今天,我们就来揭开石棉的“双面人生”


什么是石棉

石棉可不是棉花,而是石头。石棉是自然界中天然存在的纤维状硅酸盐类矿物质的总称,其化学组成以硅、氧为核心,同时包含氢、钠、镁等多种元素,这些元素通过特定的晶体结构构建出石棉独特的物质形态。作为一种复合材料增强纤维,石棉具有良好的机械强度、隔热性和耐化学腐蚀性、电绝缘性等特性,被广泛应用于建筑材料、水泥制品、纺织制品、保温隔热绝缘材料等地方。

常见的石棉一般分为两大类:蛇纹石类和角闪石类。虽然都是石棉,但二者在物理化学性质上有很大的不同。

蛇纹石并非单一矿物品种,而是包含了多个亚型,主要分为纤蛇纹石、利蛇纹石和叶蛇纹石三类。其中,纤蛇纹石石棉是蛇纹石的一种特殊形式,又被称为温石棉,属于镁硅酸盐矿物,其产量占世界石棉产量的90%以上,在未被解离前,呈现绿黄色、金黄色、白色,并且有丝状光泽。


(蛇纹石)

如果用力撕扯,就会得到类似棉絮的丝状物,此时呈现白、灰两种颜色。不同纤维的长度差异较大,一般在1-20mm,最长可达128cm,这种细长的纤维形态使其具有良好的纺织性能和填充性能,便于加工成各类石棉制品。


温石棉的主要成分为Mg₃Si₂O₅(OH)₄,作为典型的层状硅酸盐矿物,其晶体结构呈现出独特的层状堆叠特征。每一基本结构单元由一层硅氧四面体构成的硅氧层,与一层氢氧化镁八面体构成的氢氧化镁层紧密连结而成。在硅氧层中,硅原子通过氧原子形成伪六方网状的四面体结构,而氢氧化镁层中,镁原子与羟基紧密结合,两层通过顶端的氧原子实现化学键合。由于硅氧层与氢氧化镁层存在显著的尺寸差异,这种结构失配引发了层间的应力不平衡,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)

这种卷曲结构决定了温石棉的诸多物理与化学特性。从物理性质来看,纤维壁由12-20层薄片通过机械互锁构成,层间无强化学键连接,仅依靠微弱的分子间作用力维系,这使得纤维在受到外力或化学侵蚀时易发生层间剥离,具有良好的可纺性和延展性,可被加工成各类柔性材料。而在沿着纤维管轴的一维方向上,存在共价键+离子键的强化学键键链,因此在沿着纤维轴的方向上温石棉表现出很高的抗拉强度,可承受1203.3-4237.5MPa的拉力。


(石棉纤维的电镜)

从化学性质来看,卷曲结构让氢氧化镁层暴露于纤维表面,而硅氧层则包裹在内部,暴露的氢氧化镁层易与酸性物质发生反应,导致纤维结构解体——这一特性使其在巨噬细胞的酸性环境(pH 4-4.5)中能快速被侵蚀。当镁离子被溶出后,硅氧层失去稳定性并分解为短纤维或颗粒,容易被机体清除。此外,卷层构造形成的中空结构使得温石棉纤维具有一定的多孔性,其纤维壁厚度通常在8-15 nm之间,这种微观结构也影响了其在生物体内的溶解速率和生物持久性。

相比之下,角闪石石棉纤维呈现实心棒状,其晶体结构为双链状硅氧四面体构型,由两条硅氧四面体带背靠背连接形成坚实的双链骨架,骨架间填充有钙、镁、铁等阳离子以平衡电荷。这种结构使得角闪石石棉纤维质地坚硬、脆性强,无柔韧性,难以弯曲或拉伸,物理稳定性远高于温石棉。


(角闪石)

化学层面,角闪石石棉的硅氧四面体骨架暴露于纤维表面,氢氧化基团被包裹在内部,形成了致密的化学结构,使其在任何生理pH条件下都几乎不溶解,即使在巨噬细胞的酸性环境或胃液的强酸性条件(pH 1.2)中,也能保持结构完整。


(角闪石石棉的结构)

这种结构差异带来的生物效应截然不同:温石棉的卷层结构使其生物持久性较弱,长纤维(>20μm)进入肺部后会快速被分解清除,不会转移至胸膜腔,也难以引发纤维化反应;而角闪石石棉的实心棒状结构使其具有极强的生物耐久性,长纤维可在肺部长期滞留,并在 7 天内即可转移至胸膜腔,持续引发间质纤维化和胸膜炎症,其致癌风险远高于温石棉。

在工业应用中,温石棉的柔性和可加工性使其曾广泛用于纺织、密封等领域,而角闪石石棉的高强度和耐高温性曾被用于隔热、防火材料,但由于其显著的毒性,目前多数国家已限制或禁止角闪石石棉的使用。温石棉因其生物积累性和易于体内清除的特性仍被保留,是目前唯一一种作为商业用途的石棉种类。

石棉的兴衰史

石棉的应用历史源远流长,最早可追溯至6000多年前的古埃及文明。当时的古埃及人早已发现了石棉纤维耐高温、不易腐烂的特性,将其纺织成石棉布,专门用作法老的裹尸布。这种布料能在岁月侵蚀和特殊环境中保持完好,被赋予了“永恒”的象征意义。


而在古代中国,石棉的应用也有着明确记载:《列子・汤问》中提到“火浣之布,浣之必投于火。”其中的 “火浣之布”便是由石棉纤维纺织而成的神奇布料。传说这种布料投入火中,不仅不会被烧毁,反而能去除污渍、变得更加洁净,其独特的防火性能在古代令人称奇,成为当时珍贵的贡品。

尽管石棉在古代已崭露头角,但真正的大规模开采与应用始于工业革命。随着工业文明的兴起,欧洲、亚洲、非洲等地开始系统性地开采石棉矿石,仅在欧洲大陆就先后出现20多个大型石棉矿,石棉原料的供应量大幅提升。到了19世纪中期,欧洲纺织工业的快速发展为石棉提供了广阔的应用舞台,石棉纤维被广泛用于制作防火织物、工业密封材料等,全球每年的石棉使用量迅速攀升至30万吨左右,石棉产业初具规模。

20 世纪初,奥地利人路德维希率先探索出石棉与水泥的复合应用,他将石棉纤维与水泥混合均匀后,通过简单的塑形工艺,便制成了兼具防火、保温、抗压多重性能的新型材料。这种复合材料不仅完美继承了石棉的核心优势,还具备成本低廉、加工简便、使用寿命长等特点,迅速成为近一个世纪里建筑、工业领域最常用的防火保温材料。

然而,就在石棉产业如火如荼、全力支撑全球民生发展与工业进步的同时,科学技术的不断进步也逐渐揭开了它“致命”的另一面。人们慢慢发现,这种看似完美的功能性材料,在使用过程中会对人体健康造成不可逆的严重危害。早在20世纪初,一些医生和保险公司就注意到,石棉矿工和纺织工人的肺部似乎格外脆弱,许多人英年早逝于一种神秘的“肺纤维化”。1924年,英国一位名叫内莉・克肖(Nellie Kershaw)的石棉纺织女工去世,尸检报告首次明确将她的肺部疾病命名为石棉沉滞症(Asbestosis)。这个词揭示了石棉致命的秘密。


石棉纤维极其细小,当石棉制品被切割、磨损或老化后,这些微小的纤维会飘散到空气中,一旦被人体吸入,便会长期沉积在肺部等呼吸系统内。由于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的痛苦与负担。

虽然早期已有警示,但被巨大的商业利益无情掩盖。石棉行业在数十年间刻意隐瞒、淡化其危害,直到20世纪60年代,随着流行病学研究的深入,堆积如山的证据终于彻底揭开了真相。公众的愤怒、媒体的曝光以及源源不断的诉讼,掀起了全球性的监管风暴。从20世纪70年代起,各国陆续出台严苛法规,限制乃至全面禁止石棉使用。

如今,世界卫生组织已经将石棉列为一级致癌物,其评估认为,所有形式的石棉,包括温石棉,都会导致几种癌症以及慢性呼吸道疾病。基于对2016年的估计,全球每年有超过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70%以上。为了减少石棉对人体的危害,世界上已有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,但温石棉至今还未被完全禁用。

如何避免石棉的伤害

由于石棉性价比非常高,具有防火、耐高温、抗腐蚀、绝缘性好等优点,因此早些年石棉在我国被广泛使用。很多老旧小区的墙壁、暖气管的保温层、老式屋顶的瓦片,甚至是一些二手家电的隔热层都可能藏有石棉。更隐蔽的是,石棉的纤维很细,肉眼根本看不到,吸进去也没感觉。它们就像扎进肺泡里的细针,无法排除,就不痛不痒地潜伏在肺部,几十年不发作,一旦发作,患者的平均生存期不足一年。

想要减少石棉伤害,需从日常防护做起。首先要认清石棉的来源,从根源上避免接触石棉。其次,如果发现石棉制品损坏、老化或脱落,应立即请专业团队进行修复和更换,防止石棉纤维的继续释放。如果工作中不得不接触石棉,一定要做好防护,佩戴防尘口罩和防护服,避免石棉纤维残留在衣服上,危害他人健康。另外,日常还需注意避免购买和使用疑似含石棉的产品:二手市场上的老旧工业设备、不明来源的“防火布”、“保温棉”等。

参考文献

  1. 孙耀川.纤蛇纹石石棉与人造代用纤维表面特征及其机体氧化损伤研究[D].重庆大学,2024.

  2. 陈小亭, 陶乃旺, 曾登峰, 等. 石棉检测方法综述[J]. 材料开发与应用, 2014, 29(1): 79G88.

  3. 朱自尊,范良明,粱婉雪.我国几种石棉矿物研究[J].矿物岩石, 1986.DOI:10.19719/j.cnki.1001-6872.1986.04.001.

  4. Bernstein D, Dunnigan J, Hesterberg T, et al. Health risk of chrysotile revisited[J]. Critical reviews in toxicology, 2013, 43(2): 154-183.

编辑:Sid

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