Historia azbestu – od euforii do zakazu

Termin „azbest”, wywodzący się od słowa opisującego jego wyjątkowe właściwości – „asbestion”, czyli „nieugaszony”, nie opisuje jednej konkretnej substancji. Określa on grupę naturalnie występujących, włóknistych minerałów krzemianowych, zawierających tlenki magnezu, wapnia, sodu i żelaza. Wyróżniamy dwie podstawowe, a jednocześnie w dużym stopniu odmienne grupy azbestu: serpentynity oraz amfibole¹. Mogą występować nieazbestowe odmiany tych minerałów, o tym samym składzie chemicznym, ale nieposiadające włóknistej budowy. Poszczególne rodzaje azbestu wraz z ich niewłóknistymi odpowiednikami przedstawiono w tabeli 1.

Tab. 1. Rodzaje, nazwy i wzory chemiczne najpowszechniejszych minerałów azbestowych i niewłóknistych analogów oraz ich numery w rejestrze Chemical Abstracts Service (CAS)

Chryzotyl, jedyny włóknisty przedstawiciel serpentynitów, określany jest też mianem „biały azbest” (fot. 1), co ma związek z kolorem jego włókien. Jest to uwodniony krzemian magnezowy, który często zawiera jednak zanieczyszczenia w postaci m.in. talku, magnetytu lub dolomitu. Złoża tego materiału występują w postaci żył, biegnących zazwyczaj poprzecznie w szczelinach materiału skalnego.

Elementarne włókna chryzotylu mają strukturę niebywale cienkich, pustych w środku rurek (fibryli). Pojedyncze fibryle mają przeciętnie średnicę 25-30 nm, a niewypełniony rdzeń ok. 5 nm. Są to najcieńsze naturalnie występujące włókna, jakie dotychczas poznano w przyrodzie. Fibryle zazwyczaj łączą się w wiązki o średnicy od 0,1 do 100 μm i osiągają długość od milimetra do kilku centymetrów, przy czym najczęściej spotykane i wykorzystywane przemysłowo są wiązki krótsze niż 1 cm¹.

Włókno chryzotylowe składa się z dwóch warstw: wewnętrznej – krzemionki oraz zewnętrznej – brucytu (wodorotlenek magnezu). Obie warstwy współdzielą atom tlenu, w związku z czym powstają strukturalne niedopasowania obu płaszczyzn (o odmiennych właściwościach chemicznych i fizycznych), przez co włókna mają tendencję do zwijania się i tworzą strukturę rurkowatych fibryli, co stanowi ich cechę rozpoznawczą wśród innych rodzajów azbestów.

Chryzotyl posiada wysoką wytrzymałość termiczną, jego temperatura topnienia wynosi 1500°C. W 10-stopniowej skali twardości minerałów Mohsa chryzotyl wykazuje wartości rzędu 2,5-4, co oznacza, że nie jest zbyt odporny na zarysowania. Minerał ten posiada też dużą wytrzymałość na rozciąganie, w zakresie 1100-4400 MPa. Zewnętrzna warstwa włókna – brucyt – zawiera na swojej powierzchni jony hydroksylowe, które są odpowiedzialne za właściwości hydrofilowe chryzotylu. Dodatkowo ta charakterystyczna dwuwarstwowa budowa powoduje względną reaktywność minerału, dzięki czemu można go skutecznie łączyć z innymi materiałami, np. cementem¹.

Fot. 1. Włókna azbestu chryzotylowego: zdjęcie przy użyciu skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM) – powiększenie 100-krotne

Włókna azbestów amfibolowych stanowią krzemiany wapnia, magnezu, żelaza, sodu oraz glinu i są zazwyczaj proste, swoim wyglądem przypominają igły. Amfibole, w odróżnieniu od chryzotylu, powszechniej występują w postaci indywidualnych struktur niż jako połączone, elastyczne wiązki (fibryle)¹. Różnica w sposobie występowania włókien jest wynikiem odmiennej budowy krystalograficznej i wynikających z tego właściwości ich powierzchni. Wśród tej grupy, zawierającej pięciu włóknistych przedstawicieli (tab. 1), największe znaczenie przemysłowe prezentują krokidolit, zwany „niebieskim azbestem” (fot. 2), oraz amozyt, określany mianem „brązowego azbestu”.

Struktura krystaliczna włókien amfiboli składa się z podwójnych łańcuchów zbudowanych z tetraedrów krzemionkowych, pomiędzy którymi znajdują się związane kationy metali (Mg, Fe, Ca, Na), neutralizujące anionową powierzchnię zdublowanej wstążki krzemowo-tlenowej. Tetraedry krzemowo-tlenowe tworzą długie łańcuchy, przypominające polimery – jest to następstwem uwspólnienia atomów tlenu pomiędzy piramidami tetragonalnymi, których podstawy znajdują się w jednej płaszczyźnie. Tworzenie się różnych odmian amfiboli wynika z ich złożonej budowy krystalicznej i ma związek z mnogością sposobów wzajemnego ułożenia się łańcuchów względem siebie oraz z obecnością poszczególnych kationów metali. W tabeli 1 wymieniono pięć głównych odmian azbestów amfibolowych, istnieje jednak szereg innych, pośrednich, włóknistych form tych minerałów.

Krokidolit, zwany „niebieskim azbestem” (fot. 2), posiada miękkie, niekiedy szorstkie, giętkie i elastyczne, proste, igiełkowate włókna, o charakterystycznym metalicznym połysku. W porównaniu do innych odmian ma stosunkowo niską temperaturę topnienia – ok. 1200°C. Minerał ten wykazuje dużą odporność na działanie zarówno kwasów, jak i zasad. W skali twardości Mohsa wykazuje wartość 4. Charakteryzuje się najwyższą wśród wszystkich azbestów wytrzymałością na rozciąganie, rzędu 1400-4600 MPa, co sprawia, że ta odmiana minerału ma najbardziej pożądane i użyteczne właściwości z punktu widzenia inżynierii oraz przemysłu¹.

Fot. 2. Włókna krokidolitu: zdjęcie przy użyciu skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM) – powiększenie 100-krotne

Masowa produkcja

Azbest swoją popularność zawdzięcza posiadaniu szeregu właściwości, które są szczególnie pożądane i użyteczne do zastosowania w przemyśle. Do najważniejszych cech tego materiału, dzięki którym znalazł szerokie spektrum aplikacyjne, zaliczamy: niepalność, odporność na czynniki chemiczne i biologiczne, wysoką wytrzymałość termiczną i mechaniczną, cieplne i elektryczne właściwości izolacyjne, łatwość łączenia z innymi materiałami, dobre właściwości sorpcyjne i dźwiękochłonne oraz możliwość przędzenia włókien¹.

Wykorzystanie azbestu na skalę masową osiągnęło swój szczyt w drugiej połowie XX w. Szacuje się, że do 2007 r. wykorzystano prawie 200 mln ton tego surowca, przy czym ponad 95% tej ilości stanowił chryzotyl. Średnie globalne zużycie surowca utrzymywało się na poziomie ok. 4-5 mln ton rocznie. Struktura i poziom wykorzystania azbestu w poszczególnych częściach świata i państwach są bardzo zróżnicowane. W Europie największe zużycie azbestu miało miejsce w Wielkiej Brytanii, gdzie wprowadzono na rynek ok. 60 mln ton czystego surowca, w tym również azbesty amfibolowe. W Polsce na potrzeby rynku krajowego zużyto, według szacunków, ok. 2 mln ton nieprzetworzonego minerału, przeważnie chryzotylu, importowanego głównie z terenów dawnego Związku Radzieckiego².

Dla porównania skali warto wspomnieć, że obecna światowa produkcja azbestu, ograniczona w zasadzie jedynie do chryzotylu, kształtuje się na poziomie nieznacznie powyżej 2 mln ton zużycia rocznie. Listę pięciu największych producentów azbestu na świecie w 2013 r. otwiera, podobnie jak w poprzednich latach, Rosja (1,05 mln ton), następne w kolejności są: Chiny (420 tys. ton), Brazylia (307 tys. ton), Kazachstan (242 tys. ton) oraz Indie (240 tys. ton). Czołowe miejsce wśród odbiorców azbestu w 2013 r., wzorem lat ubiegłych, zajmują Chiny (ok. 570 tys. ton), później w klasyfikacji są Rosja (ok. 432 tys. ton), Indie (ok. 303 tys. ton), Brazylia (ok. 181 tys. ton), a zestawienie to zamyka Indonezja (ok. 156 tys. ton)³.