Asbest

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Hintergrund

Asbest ist ein allgemeiner Name, der für verschiedene Arten von faserigen Silikatmineralien gilt. Historisch gesehen ist Asbest am besten für seine Flammwidrigkeit und seine Fähigkeit bekannt, sich zu Stoffen zu verweben. Aufgrund dieser Eigenschaften wurde es verwendet, um feuerfeste Bühnenvorhänge für Theater sowie hitzebeständige Kleidung für Metallarbeiter und Feuerwehrleute herzustellen. Modernere Anwendungen von Asbest nutzen seine chemische Beständigkeit und die verstärkenden Eigenschaften seiner Fasern, um asbestverstärkte Zementprodukte herzustellen, einschließlich Rohre, Platten und Schindeln, die im Hochbau verwendet werden. Asbest wird auch als Isolierung für Raketentriebwerke auf dem Space Shuttle und als Bestandteil in den Elektrolysezellen von untergetauchten Atom-U-Booten verwendet, die Sauerstoff erzeugen. Ein Großteil des Chlors für Bleichmittel, Reinigungs- und Desinfektionsmittel wird aus Asbestprodukten hergestellt.

Die früheste bekannte Verwendung von Asbest war um 2500 v. im heutigen Finnland, wo Asbestfasern mit Ton vermischt wurden, um stärkere Keramikutensilien und -töpfe zu formen. Die erste schriftliche Erwähnung von Asbest stammt aus Griechenland um 300 v. als Theophrastus, einer von Aristoteles' Schülern, ein Buch mit dem Titel On Stones schrieb. In seinem Buch erwähnte er eine namenlose mineralische Substanz, die wie morsches Holz aussah, aber beim Übergießen und Anzünden nicht verbraucht wurde. Die Griechen verwendeten es, um Lampendochte und andere feuerfeste Gegenstände herzustellen. Als der römische Naturforscher und Staatsmann Plinius der Ältere seine umfassende Naturgeschichte wrote schrieb in etwa 60 n. Chr. , beschrieb er dieses feuerfeste Mineral und gab ihm den Namen Asbestinon, was unlöschbar bedeutet, woraus das englische Wort Asbest abgeleitet wird.

Obwohl die feuerfesten Eigenschaften von Asbest die wissenschaftliche Gemeinschaft Hunderte von Jahren lang faszinierten, fand Asbest erst im 19. Jahrhundert viele kommerzielle Verwendungen. Das erste US-Patent für ein Asbestprodukt wurde 1828 für ein Auskleidungsmaterial für Dampfmaschinen erteilt. Im Jahr 1868 patentierte Henry Ward Johns aus den Vereinigten Staaten ein feuerfestes Dachmaterial aus Sackleinen und Papier, das zusammen mit einer Mischung aus Teer- und Asbestfasern laminiert wurde. Es wurde ein sofortiger Erfolg. Der groß angelegte Abbau von Asbestlagerstätten in der Nähe von Quebec, Kanada, begann 1878 und trieb die Entwicklung anderer kommerzieller Nutzungen voran. Um 1900 wurde Asbest zur Herstellung von Dichtungen, feuerfesten Tresoren, Lagern, Isolierungen von elektrischen Leitungen, Baumaterialien und sogar Filtern zum Sieben von Fruchtsäften verwendet.

Technologische Entwicklungen in den frühen 1900er Jahren führten zu noch mehr Einsatzmöglichkeiten für Asbest. Viele der frühen Kunststoffmaterialien verließen sich zur Verstärkung und Hitzebeständigkeit auf Asbestfasern. Vinyl-Asbest-Fliesen wurden zu einem der am häufigsten verwendeten Bodenbeläge und blieben bis in die 1960er Jahre im Einsatz. Auch in Automobil-Brems- und Kupplungsbelägen wurden große Mengen Asbest sowie in einer Vielzahl von Baumaterialien verwendet. Nach dem Zweiten Weltkrieg nahm die Verwendung von Asbest in Produkten weiter zu. Herzchirurgen verwendeten Asbestfäden, um Schnitte zu schließen, Weihnachtsbäume wurden mit Asbest-Kunstschnee geschmückt und eine Zahnpastamarke wurde mit Asbestfasern als Schleifmittel vermarktet.

Die weit verbreitete Verwendung von Asbest war jedoch nicht ohne Schattenseiten. Gesundheitsprobleme im Zusammenhang mit der Exposition gegenüber Asbestpartikeln in der Luft wurden seit den frühen 1900er Jahren festgestellt und führten zur Verabschiedung der Asbest Industry Regulations von 1931 in England. Mitte der 1960er Jahre traten gesundheitliche Probleme bei den Werftarbeitern auf, die während des Zweiten Weltkriegs mit Asbestisolierung umgingen. In den Vereinigten Staaten erreichte das Problem in den 1970er Jahren das Krisenstadium und zwang die Environmental Protection Agency (EPA), die Verwendung von Asbest stark einzuschränken. Obwohl die EPA 1991 das Verbot bestimmter Asbestarten aufhob, war das Vertrauen der Öffentlichkeit stark erschüttert, und die meisten Hersteller hatten Asbest freiwillig aus ihren Produkten entfernt. Infolgedessen sank der Asbestverbrauch in den Vereinigten Staaten von etwa 880.000 Tonnen/Jahr (800.000 Tonnen/Jahr) im Jahr 1973 auf weniger als 44.000 Tonnen/Jahr (40.000 Tonnen/Jahr) im Jahr 1997.

In anderen Ländern sind Asbestprodukte noch immer weit verbreitet, insbesondere in der Bauindustrie. Der weltweite Verbrauch von Asbest wurde 1997 auf etwa 2,0 Millionen Tonnen/Jahr (1,8 Millionen Tonnen/Jahr) geschätzt. Der größte Teil dieses Asbests wird zur Herstellung von asbestbewehrten Betonprodukten verwendet, bei denen die Asbestfasern im Beton eingeschlossen sind.

Asbestabbaubetriebe gibt es in 21 Ländern. Die führenden Asbestproduzenten sind Russland (ehemals UdSSR), Kanada, Brasilien, Simbabwe, China und Südafrika. Kleinere Vorkommen finden sich in den Vereinigten Staaten und mehreren anderen Ländern.

Rohstoffe

Es gibt sechs Arten von Asbest:Aktinolith, Amosit, Anthophyllit, Krokydolith, Tremolit und Chrysolith. Die ersten fünf Typen werden als Amphibole bezeichnet. Sie zeichnen sich durch sehr starke und steife Fasern aus, was sie zu einer ernsthaften Gesundheitsgefahr macht. Amphibolische Asbestfasern können Körpergewebe, insbesondere in die Lunge, durchdringen und schließlich Tumoren verursachen. Die sechste Asbestart, Chrysotil, ist als Serpentin bekannt. Seine Fasern sind viel weicher und flexibler als amphibolischer Asbest und schädigen das Körpergewebe weniger. Alle sechs Asbestarten bestehen aus langen Ketten von Silizium- und Sauerstoffatomen, die mit verschiedenen Metallen wie Magnesium und Eisen verbunden sind, um die schnurrhaarähnlichen kristallinen Fasern zu bilden, die dieses Mineral charakterisieren.

Chrysotil ist die am häufigsten verwendete Asbestart und machte 1988 etwa 98% der weltweiten Asbestproduktion aus. Es ist normalerweise weiß und wird manchmal als weißer Asbest bezeichnet, obwohl er auch bernsteinfarben, grau oder grünlich sein kann. Die meisten Chrysotilfasern sind etwa 0,25-0,50 Zoll (6,4-12,7 mm) lang und werden normalerweise Betonmischungen zugesetzt, um eine Verstärkung bereitzustellen. Nur etwa 8 % der Chrysotilfasern sind lang genug, um zu Stoffen oder Seilen gesponnen zu werden.

Amosit, manchmal auch als brauner Asbest bezeichnet, machte 1988 etwa 1% der weltweiten Produktion aus. Es hat oft einen hellbraunen Farbton, kommt aber auch in dunklen Farben sowie in Weiß vor. Amosit hat grobe Fasern, die etwa 0,12-6,0 Zoll (3,0-152,0 mm) lang sind. Die Fasern lassen sich nur schwer zu Stoffen oder Seilen verspinnen und werden meist als Isoliermaterial verwendet, obwohl diese Verwendung in vielen Ländern verboten ist.

Krokydolith, manchmal auch blauer Asbest genannt, machte die verbleibenden 1% der weltweiten Produktion aus. Es hat eine bläuliche Tönung und seine Fasern sind etwa 0,12-3,0 Zoll (3,0-76,0 mm) lang. Krokydolith hat eine sehr hohe Zugfestigkeit und eine ausgezeichnete Chemikalienbeständigkeit. Eine seiner Verwendungen ist als Verstärkung in Kunststoffen.

Die anderen drei Asbestarten – Anthophyllit, Aktinolith und Tremolit – haben keine nennenswerten kommerziellen Anwendungen und werden selten abgebaut.

Der Herstellungsprozess
Prozess

Asbestlagerstätten werden unter Tage gefunden und das Erz wird zur Verarbeitung mit herkömmlichen Abbauverfahren an die Oberfläche gebracht. Chrysotilasbest wird normalerweise nahe der Oberfläche gefunden und kann mit einer Tagebaumine erreicht werden. Andere Asbestlagerstätten werden in unterschiedlichen Tiefen gefunden und erfordern möglicherweise Tunnel bis zu einer Tiefe von 300 m, um Zugang zu erhalten.

Asbestfasern werden durch das allmähliche Wachstum von Mineralkristallen in Rissen oder Adern gebildet, die in weichen Gesteinsformationen gefunden werden. Die Kristalle wachsen über die Ader und die Breite der Ader bestimmt die resultierende Asbestfaserlänge. Da die Mineralien aus dem umgebenden Gestein stammen, ähnelt die chemische Zusammensetzung der Fasern rock. Daher muss der Asbest mit physikalischen Methoden vom Gesteinserz getrennt werden und nicht mit chemischen Methoden, die manchmal zur Verarbeitung anderer Erze verwendet werden.

Hier sind die Schritte, die verwendet werden, um das in Kanada häufig vorkommende Chrysotilasbesterz zu verarbeiten:

Bergbau

• 1 Chrysoltil-Asbestablagerungen werden normalerweise mit einem Magnetsensor, einem sogenannten Magnometer, lokalisiert. Diese Methode beruht auf der Tatsache, dass das magnetische Mineral Magnetit oft in der Nähe von Asbestformationen gefunden wird. Kernbohrungen dienen der Lokalisierung der Lagerstätten und der Bestimmung der Größe und Reinheit des Asbests.

  Die meisten Chrysotilasbest-Bergbauarbeiten werden in einem Tagebau durchgeführt. In die schrägen Innenseiten der Grube ist eine spiralförmige Reihe flacher Terrassen oder Bänke geschnitten. Diese dienen sowohl als Arbeitsbühne als auch als Fahrbahn für den Auf- und Abtransport des Erzes aus der Grube. Die Asbesterzlagerstätten werden durch vorsichtiges Bohren und Sprengen mit Sprengstoff aus dem umgebenden Gestein gelöst. Der dabei entstehende felsige Schutt wird in große gummibereifte Muldenkipper verladen und aus der Mine geholt. Einige Betriebe verwenden eine Abbautechnik namens Block Caving, bei der ein Abschnitt der Erzlagerstätte untergraben wird, bis er unter seinem eigenen Gewicht bröckelt und über eine Rutsche in die wartenden Muldenkipper rutscht.

Trennen

Das Erz enthält nur etwa 10 % Asbest, das sorgfältig vom Gestein getrennt werden muss, um ein Aufbrechen der sehr dünnen Fasern zu vermeiden. Die gebräuchlichste Trennmethode wird Trockenmahlen genannt. Bei diesem Verfahren erfolgt die Primärabscheidung in einer Reihe von Zerkleinerungs- und Vakuumsaugvorgängen, bei denen die Asbestfasern buchstäblich aus dem Erz gesaugt werden. Darauf folgt eine Reihe von sekundären Trennvorgängen, um Gesteinsstaub und andere kleine Trümmer zu entfernen.

• 2 Das Erz wird einem Backenbrecher zugeführt, der das Erz quetscht, um es in Stücke mit einem Durchmesser von 0,75 Zoll (20,0 mm) oder weniger zu zerbrechen. Das zerkleinerte Erz wird dann getrocknet, um eventuell vorhandene Feuchtigkeit zu entfernen.
• 3 Das Erz fällt auf die Oberfläche eines vibrierenden 30-Mesh-Siebs, das Öffnungen mit einem Durchmesser von 0,002 Zoll (0,06 mm) hat. Während das Sieb vibriert, steigen die gelösten Asbestfasern an die Spitze des zerkleinerten Erzes und werden abgesaugt. Da das gebrochene Erz viel dichter ist als die Fasern, werden mit dem Asbest nur die kleinsten Gesteinspartikel abgesaugt.
• 4 Die sehr feinen Schluff- und Gesteinspartikel, die durch das Schwingsieb fallen, werden als Durchgänge oder Tailings bezeichnet und verworfen. Die auf dem Sieb verbleibenden gebrochenen Erzstücke werden als Overs bezeichnet und der nächsten Verarbeitungsstufe zugeführt.

  Das zerkleinerte Erz vom ersten Sieb wird durch einen zweiten Brecher geleitet, der die Erzstücke auf einen Durchmesser von etwa 0,25 Zoll (6,0 mm) oder weniger reduziert. Das Erz fällt dann auf ein weiteres vibrierendes 30-Mesh-Sieb und wiederholt den in den Schritten 3 und 4 beschriebenen Vorgang.

• 5 Der Vorgang des Zerkleinerns und Absaugens der Asbestfasern wird noch zweimal wiederholt. Jedes Mal werden die Erzstücke kleiner, bis die letzten Asbestfasern erfasst sind und das verbleibende Erz so klein ist, dass es durch das Sieb fällt und verworfen wird. Dieser vierstufige Prozess trennt auch die Asbestfasern nach Länge. Im ersten Brecher werden die längsten Fasern aus dem umgebenden Gestein gebrochen und vom ersten Sieb abgesaugt. Fasern kürzerer Länge werden frei gebrochen und auf jedem nachfolgenden Satz von Brechern und Sieben erfasst, bis die kürzesten Fasern auf dem letzten Sieb erfasst werden.
• 6 Die Asbestfasern und anderes Material, das von jedem Sieb aufgefangen wird, werden in einem Luftstrom schwebend transportiert und durch vier separate Zyklonabscheider geleitet. Die schwereren Schutt- und Gesteinsstaubpartikel fallen in die Mitte des wirbelnden Luftstroms und fallen unten aus den Abscheidern heraus.
• 7 Die Luft strömt dann durch vier separate Filtersätze, die die unterschiedlich langen Asbestfasern für die Verpackung auffangen.

Qualitätskontrolle

Asbestfasern werden nach mehreren Faktoren klassifiziert. Einer der wichtigsten Faktoren ist ihre Länge, da sie die Anwendungsmöglichkeiten und damit ihren kommerziellen Wert bestimmt.

Das gebräuchlichste Klassifizierungssystem für Chrysotilasbestfasern wird als Quebec Standard-Trockenklassifizierungsmethode bezeichnet. Dieser Standard definiert neun Faserklassen von Klasse 1, der längsten, bis Klasse 9, der kürzesten. Am oberen Ende der Skala werden die Klassen 1 bis 3 als Langfasern bezeichnet und reichen von 0,74 Zoll (19,0 mm) und länger bis hin zu 0,25 Zoll (6,0 mm) Länge. Die Klassen 4 bis 6 werden als Mittelfasern bezeichnet, während die Klassen 7 bis 9 als Kurzfasern bezeichnet werden. Fasern der Klassen 8 und 9 sind weniger als 0,12 Zoll (3,0 mm) lang und werden eher nach ihrer losen Dichte als nach ihrer Länge klassifiziert.

Weitere Faktoren zur Feststellung der Qualität von Asbestfasern sind Tests zur Bestimmung des Grades der Fasertrennung bzw. -offenheit, des Verstärkungsvermögens der Fasern im Beton sowie des Staub- und Granulatgehalts. Bestimmte Anwendungen können andere Qualitätskontrollstandards und -tests erfordern.

Gesundheit und
Umweltauswirkungen

Es ist heute allgemein anerkannt, dass das Einatmen von Asbestfasern mit drei schweren und oft tödlichen Krankheiten in Verbindung gebracht werden kann. Zwei davon, Lungenkrebs und Asbestose, betreffen die Lunge, während das dritte, Mesotheliom, eine seltene Form von Krebs ist, die die Auskleidung der Brust- und Bauchhöhle befällt.

Es ist mittlerweile auch allgemein anerkannt, dass verschiedene Asbestarten, insbesondere Amphibole, ein größeres Gesundheitsrisiko darstellen als Chrysotilasbest.

Schließlich wird anerkannt, dass auch andere Faktoren wie die Länge der Fasern sowie die Dauer und der Grad der Exposition die Gesundheitsgefährdung durch Asbest bestimmen können. Tatsächlich haben einige Studien gezeigt, dass einige asbestinduzierte Lungenkrebsarten nur auftreten, wenn die Exposition über einer bestimmten Konzentration liegt. Unterhalb dieser Schwelle gibt es keinen statistischen Anstieg von Lungenkrebs gegenüber dem in der Allgemeinbevölkerung festgestellten.

Obwohl nicht alle mit diesen Ergebnissen einverstanden sind, haben allgemeine Bedenken hinsichtlich der möglichen gesundheitsschädlichen Auswirkungen des Einatmens von Asbestfasern zu strengeren Vorschriften hinsichtlich der am Arbeitsplatz zulässigen Menge an luftgetragenem Asbest geführt. Diese Vorschriften unterscheiden sich von Land zu Land, aber sie alle verlangen deutlich niedrigere Niveaus als zuvor gefunden. In den Vereinigten Staaten hat die Occupational Health and Safety Administration (OSHA) die maximal zulässige Exposition gegenüber Fasern mit einer Länge von mehr als 0,005 mm auf 0,2 Fasern/Kubikzentimeter während eines 8-Stunden-Arbeitstages oder einer 40-Stunden-Woche festgelegt.

Die Asbestkonzentration in der Luft in der allgemeinen Umgebung außerhalb des Arbeitsplatzes ist um ein Vielfaches niedriger und wird nicht als Gefahr angesehen.

Die Zukunft

Asbest ist nach wie vor ein wichtiger Bestandteil vieler Produkte und Prozesse, obwohl davon ausgegangen wird, dass sein Verbrauch in den Vereinigten Staaten gering bleiben wird. Die jetzt geltenden strengeren Expositionsvorschriften und verbesserten Herstellungs- und Handhabungsverfahren sollen gesundheitliche Probleme im Zusammenhang mit Asbest beseitigen.