ПРОБЛЕМА АСБЕСТА С ПОЗИЦИИ ПРИКЛАДНОЙ МИНЕРАЛОГИИ
Аннотация и ключевые слова
Аннотация (русский):
Проблема геоэкологии асбеста остается актуальной, его считают потенциально опасным, так как при разрушении асбестсодержащих материалов высвобождаются тонкие удлиненные волокна, которые повреждают органы и ткани млекопитающих животных и человека. С другой стороны, уникальные огнестойкие термические свойства асбеста делают необходимым его применение в производстве целого ряда продукции. Методами оптической микроскопии и рентгенографического анализа проведено минералогическое изучение асбестовой руды Киембаевского месторождения, депонирующих сред (пыли) и продуктов производства, применяемых в судостроительстве. Установлено, что методы оптической микроскопии и рентгенографического анализа, а при необходимости их комплексирование позволяют получить достоверную информацию о присутствии хризотил-асбеста и его содержании в различных объектах, необходимую для решения задач не только геологической отрасли, но и других областей народного хозяйства. Дана количественная оценка содержания хризотил-асбеста, амфибол-асбестов и асбестоподобных респирабельных волокон (природных и искусственных) в горных породах, техногенных образованиях (преимущественно депонирующих средах), продуктах производства антропогенного происхождения.

Ключевые слова:
геоэкология, минералогические особенности, количественная оценка асбеста, амфибол-асбест, хризотил-асбест, асбестсодержащие материалы
Текст
Текст произведения (PDF): Читать Скачать

Введение

Сегодня уделяется большое внимание экологическим аспектам переработки минерального сырья и утилизации отходов [2, 9—11]. Вот уже много столетий человечество применяет асбест в различных областях. Из него изготовляли светильники для храмов, «нежные горные ткани», тончайшие кружева. В настоящее время насчитывается более трех тысяч наименований изделий из асбеста. В том числе особые сорта бумаги, фитили. В переводе с греческого слово «асбест» означает «неисчезающий» или «негорючий». Второе название асбеста — горный лен.

На опасные свойства асбеста обратили внимание только в 1970-х годах, когда в Америке поднялась кампания против использования асбеста. Термин «асбест» представляет собой не название минерального вида, а промышленное название для волокнистых минералов, используемых в различных изделиях. Все асбесты являются разновидностями либо серпентина (хризотил-асбест), либо минералов группы амфиболов (антофиллит, тремолит, актинолит, рибекит, крокидолит), которые характеризуются разной кристаллохимической структурой, что определяет разные характер разрушения и степень потенциальной опасности асбеста и продукции из него [7].

Асбест отличается тонковолокнистой структурой агрегатов, обладающих способностью разделяться на тонкие волокна. Они характеризуются определенными различиями, в том числе по-разному воздействуют на организм человека.

Хризотил-асбест (белый асбест) — разновидность минерала серпентина, гидросиликата магния слоистой структуры. У хризотила имеются политипы, которые не рассматриваются как самостоятельные минеральные виды: наиболее часто встречается клинохризотил, реже — ортохризотил и парахризотил. Индивидуальные волокна под электронным микроскопом выглядят как тончайшие трубочки, рулончики с наружными и внутренними диаметрами в сотые — тысячные доли микрометра.

Амфиболовые асбесты — сложные гидросиликаты, схожие по физико-механическим свойствам с хризотил-асбестом, но имеющие существенные различия в кристаллической структуре. Волокна амфибол-асбеста более грубые, не пустотелые. В отличие от хризотил-асбестов, амфибол-асбесты труднорастворимы или нерастворимы в кислотах.

Наибольшую опасность для здоровья представляют амфиболы. Обладая кислотостойкостью, амфиболовый асбест практически не выводится из организма. В настоящее время его добыча и использование запрещены во всем мире.

Хризотиловый асбест представляет наименьшую опасность, так как он легко разлагается под действием кислот (даже слабых кислот тканевых жидкостей) и поэтому быстрее выводится из организма. Согласно последним исследованиям, хризотил является самым безопасным волокном из всех разновидностей асбестов, даже по сравнению с искусственными заменителями и натуральными волокнами (целлюлоза), так как быстрее других волокон выводится из легких. Период полураспада волокон хризотила (количество суток, необходимых для удаления 50 % волокон, остающихся в легких после окончания периода воздействия) составляет порядка 12 дней, волокон амфибола — 536 дней, стекловолокна — до 79 дней, целлюлозы — 1046 дней. Тремолит-асбест не выводится из легких никогда [6]. Именно поэтому при ссылках на вредность асбеста необходимо различать амфибол-асбест и хризотил-асбест.

Вопрос о запрете использования хризотил-асбеста остается дискуссионным, но публикуется все больше данных о том, что хризотиловый асбест является малоагрессивным и при контролируемом применении менее опасен для человека, чем его синтетические заменители. В 2004 году была принята Роттердамская конвенция, ее подписали 72 государства, 161 страна ратифицировала. В рамках этого соглашения участники регулируют оборот химических веществ, заботясь о сохранении экологии и здоровья людей. Вопрос о запрете хризотила поднимался много раз, но всякий раз решение откладывалось.

Согласно решению Роттердамской конвенции 2021 г. хризотил-асбест не входит в список запрещенных и строго ограниченных химических веществ (Список PIC). Он является единственным видом асбеста, допущенным к использованию в Российской Федерации [1].

Официальная позиция правительства Российской Федерации: контролируемое применение хризотилового асбеста безопасно для здоровья людей и окружающей среды. Использование асбеста жестко регламентировано. Установлены ПДК для воздуха населенных мест, воздуха рабочей зоны [5]. Утилизация асбеста и асбестсодержащих материалов проводится специальным образом — как материалов III, IV и V классов опасности [12].

Не менее важными работами в области диагностики и определения количества прежде всего хризотил-асбеста являются работы, связанные с утилизацией судов. В 2010 году был принят Международный стандарт ISO 30007:2010 «Суда и морские технологии. Меры по предотвращению эмиссии асбеста при утилизации судна» [14], устанавливающий эффективные методы минимизации опасностей, связанных с присутствием асбеста, в процессе утилизации судна, которые сокращают как выделение асбеста в окружающую среду, так и воздействие на работников. Этот стандарт помогает предприятиям по утилизации судов выполнять требования Гонконгской международной конвенции по безопасной и экологически рациональной утилизации судов 2009 года. В соответствии с данной конвенцией суда могут быть демонтированы только на предприятиях по утилизации судов, которые имеют разрешение и полностью уполномочены осуществлять все виды деятельности по утилизации судов, указанные в плане утилизации судна. Направляемое на утилизацию судно должно иметь список асбестсодержащих материалов, применяемых на борту.

Цель работы — выявление, диагностика и количественная оценка содержания хризотил-асбеста, амфибол-асбестов и асбестоподобных респирабельных волокон (природных и искусственных) методами оптической микроскопии и рентгенографии в горных породах, техногенных образованиях (преимущественно депонирующих средах), продуктах производства антропогенного происхождения.

Объекты и методы исследования

До последнего времени изучение хризотил-асбеста и амфибол-асбеста проводилось преимущественно в природных горных породах на разных стадиях геолого-разведочных работ. Практический интерес представляли объекты хризотил-асбеста, так как именно этот минерал имеет основное промышленное значение и его производство достигает 98  % от общемирового производства асбестов. Основным промышленным типом месторождений на территории России являются месторождения нормального хризотил-асбеста баженовского типа, локализованные в массивах ультраосновных пород, в которых отмечается относительно равномерное распределение волокон асбеста [8]. К этому типу относится одно из крупнейших отечественных месторождений — Киембаевское, хорошо изученное, в основном уральскими специалистами, и давно разрабатываемое карьерным способом. Минералогическое изучение хризотил-асбеста с целью его диагностики и количественной оценки в депонирующих средах, преимущественно техногенного происхождения, проводится уже несколько десятилетий [3, 11, 15]. В настоящее время выявлением и определением содержания асбеста (хризотил-асбеста) в воздухе  помещений занимается АО «ВНИИпроектасбест» (Екатеринбург), имея в своем арсенале необходимое оборудование, в том числе и для забора воздуха, и методики анализа. Идентификацией и количественной оценкой хризотил-асбеста и амфибол-асбестов в твердофазных системах, в том числе и продуктах производства, занимается ФГБУ «ВИМС». Изначально работы в этом направлении были связаны с определением влияния асбеста и асбестсодержащей продукции на здоровье населения и  окружающую среду. Работы такого плана проводились и ранее, но, к сожалению, научного обоснования методики анализа не существовало. Поэтому результаты анализов в основном не сопоставимы и не позволяют получить достоверную информацию. Объектами исследований послужили асбестовая руда Киембаевского месторождения (Южный Урал) (более 20 образцов), специальные материалы, применяемые в судостроительстве (палубные покрытия, тормозные ленты и др.), а также техногенные образования — мусор и пыль уличных площадок крупных мегаполисов Ирана (Тегеран, Шираз).

С помощью рентгенографического количественного фазового анализа исследуются, как правило, горные породы, содержащие хризотил-асбест в значительном количестве. Такие пробы требуют специальной подготовки из-за текстурирования материала.

Особо следует отметить, что при изучении крупноволокнистого асбеста рентгенографическим методом требуется специальная подготовка материала. Из-за невозможности поместить волокна в стандартную кювету их нарезают ножницами на короткие фрагменты и размещают тонким слоем на специальный кремниевый плоский держатель. Образец фиксируется в нем с помощью спирта или вазелина. Оптимальным в данном случае является комплексирование рентгенографического количественного фазового и оптико-минералогического анализов.

Оптико-минералогические методы исследования позволяют успешно проводить качественную и количественную диагностику хризотил-асбеста и амфибол-асбеста (рис. 1, a, b), а также искусственных и натуральных волокон. Минералогическим отделом ФГБУ «ВИМС» разработана методика диагностики и количественного определения искусственных и природных волокон в твердофазных материалах, основанная на различиях в оптических свойствах хризотил-асбеста, амфибол-асбеста и различных искусственных и природных волокон. Материалы специальным образом измельчают, из них приготавливают оптический препарат с использованием различных иммерсионных жидкостей, позволяющих определить показатели преломления и оптические свойства исследуемого материала.

Минералогические работы выполнены в ФГБУ «ВИМС» в соответствии с ОСТ-41-08-266-04 «Стандарт отрасли. Управление качеством минералогических работ. Методики количественного фазового анализа горных пород, руд, техногенных образований», а также с методическими рекомендациями научного совета по методам минералогических исследований, включенными в отраслевой реестр методик анализа, допущенных к применению при минералогическом обеспечении ГРР на твердые полезные ископаемые.

Минеральный состав проб природной асбестовой руды был изучен оптико-минералогическим и оптико-петрографическим методами с помощью стереомикроскопа высшего класса Leica MZ 125 (Германия) и поляризационного оптического микроскопа Olympus BX 51 (Япония) и рентгенографическим количественным фазовым анализом с использованием рентгеновского дифрактометра X’Pert PRO MPD (PANalytical, Нидерланды). Параметры исследования: монохроматизированное CuKa-излучение (графитовый монохроматор на дифрагированном излучении), режим работы рентгеновской трубки:  V = 50 kV, I = 40 мА, режим записи рентгенограмм непрерывный, шаг 0.02 град 2q, время набора импульсов 1.0 с. Минеральный состав городской пыли был определен рентгенографическим количественным фазовым анализом. Методы оптической микроскопии позволяют однозначно диагностировать амфибол-асбест или хризотил-асбест, стекловолокно, респирабельные искусственные и натуральные волокна (рис. 3, а, b), т. е. волокна длиннее 5 мкм и диаметром не более 3 мкм при отношении длины к диаметру не менее 3 : 1.  Само понятие «респирабельные», то есть вдыхаемые, частицы гораздо шире, так как в легкие попадают волокнистые и зернистые частицы и других размеров. В большинстве стран мира нормирование асбестсодержащих пылей основано на определении числа респирабельных волокон в единице объема (волокон в миллилитре — в/мл) [5]) .

Результаты и их обсуждение

Природная руда Киембаевского месторождения. Исследование руд Киембаевского месторождения проводилось комплексом методов рентгенографического и оптико-минералогического анализов для определения исключительно их качества и подтверждения возможности использования их для изготовления шифера. Асбестовая руда представлена преимущественно поперечно-волокнистым хризотил-асбестом. Главным рудным минералом является клинохризотил, содержание которого в породе колеблется от 57.4 до 86.0  %. В значительном количестве присутствуют минералы группы серпентина (лизардит и антигорит), их содержание составляет 2.8—31.7 %. Основные минералы были диагностированы по своим характерным межплоскостным расстояниям (d, Å): клинохризотил — 7.36, 3.66, 2.45; лизардит — 7.36, 3.64, 2.15; антигорит — 7.26, 3.63, 2.52, 2.42. В подчиненном количестве отмечаются магнетит и брусит. При производстве любых видов асбестовых материалов важную роль играет длина волокна асбеста, это основной признак, по которому асбест делят на сорта, в свою очередь определяющие группу обогатимости, технологические показатели обогащения и качество готовой продукции. Фракционный состав (содержание длинноволокнистой (более 1 мм) и тонкодисперсной (менее 0.14 мм) фракций) зависит от минерального состава руды. Так, наиболее высоким содержанием длинноволокнистой и минимальным содержанием тонкодисперсной фракций характеризуется волокно апоперидотитовых руд Киембаевского месторождения [4].

Техногенные образования. Были проанализированы мусор и пыль уличных площадок крупных городов. При этом учитывалось и наличие объектов, потенциально способствующих загрязнению территорий (карьеры и прилегающие к ним участки, камнедробильные производства, заводы, изготавливающие шифер, автомастерские и пр.). За последние пять лет проанализировано порядка 300 образцов. При наличии достаточного количества образца пыли использовался рентгенографический анализ. Однако, как правило, в пыли присутствует значительное количество рентгеноаморфной фазы, представленной искусственным материалом, фауной и флорой, а также тонкодисперсными минералами, размер кристаллитов которых не превышает 0.02 мкм. Поэтому достоверным такой анализ считать некорректно. Как показал наш опыт, в этом случае всегда необходимо привлекать оптическую микроскопию. В качестве примера рассмотрим комплексный анализ пыли и сметов с улиц Тегерана и Шираза. Рентгенографическим анализом установлен минеральный (фазовый) состав пыли. На долю кристаллических фаз тегеранской пыли приходится 69.0—81.5 %. В пыли Шираза количество кристаллических фаз составляет 48—65 %. Главными пылеобразующими минералами являются кварц, кальцит, глинистые минералы, калиевый полевой шпат, плагиоклаз, не повсеместно и обычно в резко подчиненном количестве встречаются гипс, доломит, хлорит. В пыли обнаружены хатрурит и акерманит, которые имеют явно искусственное происхождение. Для полного представления об изучаемой пыли был проведен оптико-минералогический анализ. Для определения счетной концентрации частиц, т. е. содержания волокон в единице объема воздуха, применялся микроскопический анализ специальных мембранных фильтров, которые использовались для отбора проб пыли (рис. 2, а—d). Фильтры проанализированы в проходящем свете оптического микроскопа [13].

Таким образом, в дорожной пыли и смётах городов Ирака хризотил-асбест и амфибол-асбест не были обнаружены. Характерным для изученных образцов является присутствие синтетических волокон, внешне похожих на волокна асбеста, но отличающихся от них по своим оптическим свойствам — показателю преломления и интерференционным окраскам. Растительные волокна, присутствующие в незначительном количестве во всех пробах, обладают высокими цветами интерференции и характерным внутренним строением волокна (рис. 3, b), позволяющим отличить их от волокон асбеста. Аналогичные результаты были получены при изучении пыли с улиц Москвы и Екатеринбурга, в которой также не были обнаружены хризотил-асбест и амфибол-асбесты.

Специальные материалы, используемые в судостроительстве. В рамках декларации соответствия (конструкция без асбестсодержащих материалов в соответствии с Правилом 3-5 Главы II-1 СОЛАС) и программы утилизации судов для Российского морского регистра судоходства необходимо выявление,  идентификация и определение содержания асбеста в специальных материалах — изоляция, палубные покрытия, паронит (рис. 4, a), тормозные ленты, уплотнительные набивки. ВИМС сегодня проводит оптико-минералогический анализ (с привлечением иммерсионного метода) материалов, используемых в судостроении. Более тысячи анализов, выполненных в 2020—2022 годах позволили установить присутствие как хризотил-асбеста (рис. 4, b) в различных количествах (от 0.1 до 98  %), так и искусственных и природных волокон.

Заключение

Проведенные минералогические исследования показали, что в зависимости от материала, содержащего асбест, и его видовой принадлежности можно использовать методы оптической микроскопии и рентгенографический фазовый анализ или комплексирование этих методов. Минералогические методы исследования также позволяют успешно проводить качественную и количественную оценку искусственных и натуральных волокон, присутствующих в исследуемом материале и нередко диагностируемых как асбест.

В результате исследований был определен минеральный состав асбестовой руды Киембаевского месторождения, городской пыли и дорожных смётов зарубежных городов, а также специальных материалов, используемых в современных судах.

В депонирующих средах (пыль, смёты), в которых нередко встречаются синтетические и природные респирабельные волокна, хризотил-асбест и амфибол-асбесты не обнаружены.

Минералогический анализ специальных материалов, используемых в судостроении, показал, что содержание хризотил-асбеста в них варьирует в весьма значительных пределах. Одновременно с хризотил-асбестом в них присутствуют синтетические и растительные волокна.

Хризотил-асбест, обнаруженный в ходе исследований, относится к наименее вредным минеральным разновидностям асбеста по сравнению с амфибол-асбестом согласно списку PIC.  Применение и утилизация материалов, содержащих хризотил-асбест, должны выполняться в соответствии с нормативными документами и при строгом соблюдении техники безопасности.

Список литературы

1. Важные решения конференции сторон Базельской, Роттердамской и Стокгольмской конвенций 2022 года. URL:http://ekois.net/vazhnye-resheniya-konferentsii-storon-bazelskoj-rotterdamskoj-i-stokgolmskoj-konventsij-2022-goda (дата обращения 07.09.2022).

2. Голева Р. В. Экологическая минералогия — новое научное направление в геоэкологии (становление, перспективы развития). М., 2007. 36 с.

3. Жукова В. Е., Ожогина Е. Г., Сычева Н. А., Шувалова Ю. Н., Якушина О. А. Методические подходы к диагностике хризотил-асбеста в антропогенных экосистемах // Современные проблемы теоретической, экспериментальной и прикладной минералогии (Юшкинские чтения — 2020). Сыктывкар, 7—10 декабря 2020 г. С. 272—273.

4. Зырянов В. А., Свергунов П. В. Фракционный состав хризотил-асбеста Киембаевского месторождения // Известия Уральского государственного горного университета. 2002. Вып. 15. С. 61—66.

5. Ковалевский Е. В., Кашанский С. В. Современные подходы к нормированию асбестсодержащих пылей // Медицина труда и промышленная экология. 2008. № 3. С. 9—15.

6. Кочелаев В. А. Ещё раз об асбесте и новейших международных медицинских исследованиях, связанных с ним. Асбест, 2010.

7. Минеральное сырье. Асбест: Справочник / Н. Н. Ведерников, В. С. Полянин, И. Ф. Романович. М.: Геоинформ-марк, 1999. 40 с.

8. Методические рекомендации по применению «Классификации запасов месторождений и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых. Асбест». М., 2007. 35 с.

9. Ожогина Е. Г., Котова О. Б., Якушина О. А. Горнопромышленные отходы: минералогические особенности // Вестник Института геологии. 2018. № 6. С. 43—49. DOI: 10.19110/2221-1381-2018-6-43-49

10. Ожогина Е. Г., Котова О. Б., Якушина О. А., Жукова В. Е. Оценка возможности вторичного использования горнопромышленных отходов // Геоэкология, инженерная геология, гидрогеология, геокриология. 2020. № 2. С. 58—63. DOI: 10.31857/S0869780920010166

11. Ожогина Е. Г., Шадрунова И. В., Чекушина Т. В. Роль минералогических исследований в решении экологических проблем горнопромышленных регионов // Горный журнал. 2017. № 11. С. 105—110. DOI: 10.17580/gzh.2017.11

12. Сбор, транспортирование, захоронение асбестсодержащих отходов: Метод. указ.: МУ 2.1.7.1185-03. М.: Фед. центр Госсанэпиднадзора Минздрава России, 2003 // Электронный фонд правовых и нормативно-технических документов. URL: https://snip.ruscable.ru/Data1/41/41464/index.htm (дата обращения 07.09.2022).

13. Янин Е. П. Асбест в окружающей среде (введение в экологическое асбестоведение). М., 1997. 176 с.

14. ISO 30007:2010 — Суда и морские технологии. Меры по предотвращению эмиссии асбеста при утилизации судна // Электронный фонд правовых и нормативно-технических документов. URL: https://docs.cntd.ru/document/431880926 (дата обращения 07.09.2022).

15. Recovery of mining waste in the complex development of mineral resources: The monograph / Edited by V.A. Chanturia and I. V. Shadrunova. М.: Publishing hause «Sputnik +» , 2019, 121 р.

Войти или Создать
* Забыли пароль?