CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Giới thiệu chung về amiang 1. Khái niệm amiang Amiang (hay còn gọi là asbestos) là tên gọi chung của các loại sợi khoáng silicat, được bắt nguồn từ tiếng Hi Lạp cổ có nghĩa là "không thể bị phá huỷ". Amiang có sáu loại được chia thành hai nhóm chính: nhóm serpentin và nhóm amphibol, trong đó amiang trắng (chrysotil) thuộc nhóm serpentin và năm loại còn lại thuộc nhóm amphibol (Hình 01).
Amiang Nhóm Nhóm serpentin amphibol Chrysotil Amosit Tremolit Crocidolit Actinolit Anthophili t Hình 01. Phân loại amiang * Nhóm serpentine: Có dạng xoắn, còn được gọi là chrysotil (amiang trắng). Sợi chrysotil với mã số đăng ký CAS 12001–29–5 có nguồn gốc từ đá serpentin, được phân bố nằm rải rác khắp nơi thế giới là loại sợi amiang được sử dụng nhiều nhất trong các ngành công nghiệp với cấu tạo hoá học: Mg3Si2O5(OH)4. Chrysotil có dạng silicat tấm, với lớp vỏ bruxite magiê bao phủ bên ngoài.
Khi tiếp xúc với axit, lớp vỏ magiê dễ dàng bị phân hủy, chỉ còn lại lớp silic điôxit làm cho liên kết giữa các phân tử yếu đi khiến kết cấu sợi biến dạng. Do đó, khi đi vào trong phổi, lớp vỏ chrysotil nhanh chóng bị phân hủy bởi các đại thực bào và lớp silic điôxit còn lại bị đào thải ra khỏi cơ thể trong vòng từ 0,3 – 11 ngày. Đây là sợi amiang duy nhất được coi là an toàn, cho phép xuất nhập khẩu bởi nhiều quốc gia. Với những tính năng ưu việt vượt trội - không thể thay thế được bởi bất cứ loại sợi tự nhiên hay sợi nhân tạo nào, như độ bền cơ học và tính đàn hồi cao, chịu ma sát tốt, chống cháy, chịu được môi trường kiềm, cách điện, khó phân hủy, ngăn 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com cản vi khuẩn và sự tán xạ… amiang trắng được coi là loại nguyên liệu xây dựng đầu vào hữu ích.
Loại sợi kỳ diệu này được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp sản xuất sản phẩm fibro xi măng (đặc biệt là tấm lợp sóng amiang xi măng tại các nước đang phát triển), các vật liệu cách điện, cách nhiệt, ngành ôtô, ngành hàng không, dược, dầu mỏ và hạt nhân, sản xuất vật liệu chống cháy, sản phẩm dệt may và một số ngành khác. * Nhóm amphibol: Thành phần hóa học của các sợi thuộc nhóm amphibol phức tạp hơn. Hệ cấu trúc silicat trong sợi có khả năng kết hợp với nhiều loại ion khác nhau tạo nên sự linh động về thành phần cấu tạo. Khi đi vào trong phổi, cơ chế đại thực bào chỉ có thể phân hủy mối liên kết yếu giữa các sợi amiang nhóm amphibol chứ rất khó để phân hủy các sợi này.
Do đó, amiang nhóm amphibol khi vào phổi sẽ lưu lại trong một thời gian rất dài (chu kỳ bán rã khoảng 466 ngày). Các loại amiang thuộc nhóm amphibol bao gồm: - Amosit (amiang nâu) có số đăng ký 12172735 thuộc nhóm khoáng chất cummingtonit – grunerit, có phổ biến tại Châu Phi. Từ amosite là chữ cái đầu của các mỏ amiang tại Nam Phi. Cấu tạo hóa học của amosit là Fe7Si8O22(OH)2.
- Crocidolit (amiang xanh) có số đăng ký 12001284, được tìm thấy phần lớn tại Nam Châu Phi và Úc. Có công thức hoá học là Na2Fe2+3Fe3+2Si8O22(OH)2. - Tremolit mang mã số đăng ký là 77536686, công thức hoá học là Ca2Mg5Si8O22(OH)2. - Anthophyllit có số đăng ký 77536675, công thức hoá học là (Mg, Fe)7Si8O22(OH)2.
Cấu trúc khoáng vật của amiang Hai nguyên tố hóa học Si (silic) và O (oxy) tạo nên 95% theo thể tích (75% tính theo trọng lượng) của vỏ trái đất, trong đó khoáng vật silicat là lớp khoáng vật 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com lớn nhất và quan trọng nhất trong các lớp khoáng vật tạo đá, chiếm khoảng 90% của vỏ trái đất. Đặc trưng của lớp khoáng vật này là cấu trúc của gốc silicat. Trong silicat có nhiều loại đa diện phối trí, thường gặp là tứ diện SiO4 được tạo thành từ 4 nguyên tử oxy ở các góc và bao quanh một nguyên tử silic (Hình 02). Hình 02: Cấu trúc của tứ diện SiO4 Như vậy, tứ diện SiO4 có 4 hoá trị âm phải trung hoà có thể bằng cách ghép các tứ diện hoặc bằng cách kết hợp với một cation.
Số tứ diện trong cấu trúc tinh thể, cách chúng được sắp xếp và sự thay thế các cation khác nhau sẽ tạo ra các loại khoáng vật silicat khác nhau. Có những loại khoáng vật có thành phần hóa học khác nhau nhưng có cấu trúc tinh thể gần như nhau hoặc có những loại có sự giống nhau về thành phần nhưng cấu trúc lại thay đổi. Các khoáng vật có thành phần tương tự và cấu trúc gần như nhau được quy tụ thành một nhóm riêng, ví dụ như: phyllosilicat, tectosilicat, cyclosilicat và inosilicat (dạng chuỗi). Cấu trúc tinh thể của amphibol dựa trên cơ sở chuỗi kép, công thức cơ sở viết thành [Si4O11]6-.
Một gốc OH- nằm vào tâm hình lục giác do các tứ diện tạo thành, làm tăng hoá trị đơn vị cơ sở, ta có [Si4O11]6-OH- hay là [Si4O11(OH)]7- ứng với công thức này là amphibol – khoáng vật của đá kết tinh (Hình 03a). Hình 03 a: Cấu trúc của amphibol 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chuỗi kép này chạy dọc hướng lặp lại theo chiều dài của nó sau mỗi đoạn 5,3Å. Tại chỗ các chuỗi đơn nối nhau, hình thành vòng sáu tứ diện Si-O; nó chứa một nhóm (OH-) chính giữa 6 anion oxy đã trung hòa điện tích âm. Nhóm chức chuỗi kép này có hai mặt khác nhau về điện tích: mặt đáy tứ diện với phần lớn oxy đã trung hòa điện tích âm và mặt đỉnh tứ diện với O- (các ion này cùng với OH- xếp chặt thành một lớp cầu anion).
Các chuỗi kép này ghép lộn đầu đuôi với nhau, chúng xếp sóng đôi với nhau, hướng đỉnh tứ diện với O- vào trong. Trong amphibol, các cation như nhôm, canxi, sắt, magiê, kali và natri được gắn vào tứ diện, amphibol được phân biệt với nhau bởi thành phần hóa học của chúng (Hình 03 b). Sơ đồ cấu trúc tinh thể mạng amphibol Thành phần hóa học của amphibol viết dưới dạng W0-1X2Y5Z7(OH,F)2 Trong đó: W: Na+, K+ ở vị trí A; X: Ca2+, Na+, Mn2+, Fe2+, Mg2+ tại vị trí M4; Y: Mn2+, Fe2+, Mg2+, Fe3+, Al3+ và Ti4+ ở vị trí M1, M2, M3; Z: Si4+ và Al3+ ở vị trí của tứ diện. Kích thước của các cation trong M1, M2, M3 và M4 xác định cách phối trí của chúng với các oxy của chuỗi kép silic – oxy và chính điều này lại xác định vị trí của chuỗi kép ghép đôi với nhau.
Trong hầu hết các trường hợp, các chuỗi kép đều xếp theo cách của một mạng nghiêng, như tremolit Ca2Mg5Si8O22(OH)2với M1 = M2 = M3 của Mg và M4 của Ca. Trong Amphibol với M4 chứa (Mg, Fe) là chính, không phải cation cỡ lớn (Ca, Na) cách ghép đôi của chuỗi kép có thể cho hai kết quả. Đó 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com là một ô nghiêng như trong Cummingtinot (Fe2+,Mg)7Si8O22(OH)2 hoặc ô trực thoi như trong Anthophylit (Mg,Fe2+)7Si8O22(OH)2. Trong tremolit vị trí A thường bỏ trống nhưng trong một số amphibol, vị trí này cũng chiếm một phần hay hoàn toàn.
Trong amphibol, sự có mặt của hàng loạt các vị trí cùng loại (mà không như nhau), ví dụ bát diện M1, M2, M3 và tứ diện T1, T2 (Hình 03 b). Điều này chứng tỏ cation phân bố tại các vị trí không phải tuân theo cách bất kỳ; mỗi cation có sự tương thích riêng đối với từng vị trí. Trong các tứ diện, Al tương thích với T1; trong bát diện Al cùng với Fe3+ thay đổi tùy loại amphibol. Khoáng vật amphibol gặp phổ biến trong các đá mắc ma và biến chất.
Chúng có mặt trong tất cả các nhóm chính cuả đá mắc ma, từ siêu mafic đến axit và đá kiềm nhất là trong thành phần trung gian của các dãy đồng hình canxi – kiềm. Chúng là nhóm khoáng vật đặc hữu trong đá sâu và thường ít gặp trong đá phun trào. Amphibol tìm thấy trong các loại đá khác nhau của biến chất khu vực, hình thành trong những điều kiện của các tướng từ phiến lục đến granulit nhiệt độ thấp. Chúng không có nhiều trong môi trường biến chất tiếp xúc, nhưng không phải là ít phổ biến trong đới tiếp xúc với đá vôi, dolomit và trầm tích giàu canxi.
Đối với amiang chrysotil là silicat dạng tấm, bề mặt bên ngoài của sợi amiang chrysotil được bao phủ bởi một lớp bruxit magiê chính vì thế thay vì cấu tạo dạng sợi như nhóm amphibol, do sự ghép đôi không xứng về khoảng cách giữa các phân tử magiê và các phân tử oxit silic làm cho chrysotil có cấu tạo cuộn mỏng. Hình 04: Cấu trúc của amiang chrysotil 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Cơ chế phân hủy amiang Amiang chrysotil là silicat dạng tấm. Trong quá trình nghiền, tán hoặc hoà lẫn với nước, cấu trúc sợi amiang chrysotil bị phá huỷ thành các sợi riêng biệt nhỏ hơn.
Bề mặt bên ngoài của sợi amiang chrysotil được bao phủ bởi một lớp bruxit magiê. Năm 1946, Hargreaves và Taylor nhận thấy nếu ngâm sợi amiang chrysotil trong axit loãng thì lớp vỏ magie sẽ tách ra. Lớp silic đyôxit trong lõi dưới dạng sợi sẽ mất đi tính năng đàn hồi vốn có của amiang chrysotil và trở thành dạng vô định, giống như thủy tinh. Wypych và nnk (2005) đã nghiên cứu xem điều gì đã xảy ra với sợi amiang chrysotil tự nhiên khi bị ngâm trong axit với mức độ kiểm soát.
Bằng các kỹ thuật mô tả hiện đại, các nhà khoa học một lần nữa đã khẳng định: sản phẩm khi bị ngâm trong axit, lớp vỏ magiê sẽ bị tách rời ra, để lại lớp silic đyôxit với một cấu trúc lộn xộn, vô định hình. Việc lớp vỏ magiê bị phân huỷ bởi axit đã làm yếu kết cấu của sợi miăng chrysotil và thậm chí còn làm biến dạng kích thước ban đầu của nó. Trong phổi, nơi mà các đại thực bào có thể tạo ra môi trường với nồng độ pH xấp xỉ 4.5 thì khả năng sợi amiang chrysotil bị phân huỷ bởi axit là rất quan trọng. Các sợi amiang chrysotil bị đào thải ra khỏi phổi, nếu hấp thụ qua đường tiêu hóa sẽ dễ dàng bị axit clohyđric phân huỷ trong dạ dày nơi có nồng độ pH luôn dưới mức 2.
Hình 05: Quá trình phân hủy amiang chrysolite Thành phần hóa học của các sợi amiang thuộc nhóm amphibol phức tạp hơn so với sợi amiang thuộc nhóm serpentin. Do cấu trúc của các sợi thuộc nhóm này có sự linh động về thành phần cấu tạo bởi hệ kết cấu silicat có khả năng kết hợp nhiều loại ion khác nhau trong khoảng không nên các sợi silicat đóng vai trò tạo hình cho sợi amiang (Speil và Leineweber, 1969). Bề mặt bên ngoài của cấu trúc tinh thể 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.