它曾是建筑界的白月光，如今已跌落神壇.....

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沒錯，它就是

石棉

過去農村建房，石棉瓦是妥妥的“剛需頂流”，家家戶戶的屋頂、棚院幾乎都離不開它。可近幾十年里，曾經隨處可見的石棉瓦漸漸淡出視野，各類石棉制品也越來越少見。這個曾憑防火、隔熱、耐腐優勢橫掃建筑界的“明星材料”，為何會從神壇跌落，淪為如今人人避之不及的存在？今天，我們就來揭開石棉的“雙面人生”

什么是石棉

石棉可不是棉花，而是石頭。石棉是自然界中天然存在的纖維狀硅酸鹽類礦物質的總稱，其化學組成以硅、氧為核心，同時包含氫、鈉、鎂等多種元素，這些元素通過特定的晶體結構構建出石棉獨特的物質形態。作為一種復合材料增強纖維，石棉具有良好的機械強度、隔熱性和耐化學腐蝕性、電絕緣性等特性，被廣泛應用于建筑材料、水泥制品、紡織制品、保溫隔熱絕緣材料等地方。

常見的石棉一般分為兩大類：蛇紋石類和角閃石類。雖然都是石棉，但二者在物理化學性質上有很大的不同。

蛇紋石并非單一礦物品種，而是包含了多個亞型，主要分為纖蛇紋石、利蛇紋石和葉蛇紋石三類。其中，纖蛇紋石石棉是蛇紋石的一種特殊形式，又被稱為溫石棉，屬于鎂硅酸鹽礦物，其產量占世界石棉產量的90%以上，在未被解離前，呈現綠黃色、金黃色、白色，并且有絲狀光澤。

（蛇紋石）

如果用力撕扯，就會得到類似棉絮的絲狀物，此時呈現白、灰兩種顏色。不同纖維的長度差異較大，一般在1-20mm，最長可達128cm，這種細長的纖維形態使其具有良好的紡織性能和填充性能，便于加工成各類石棉制品。

溫石棉的主要成分為Mg?Si?O?(OH)?，作為典型的層狀硅酸鹽礦物，其晶體結構呈現出獨特的層狀堆疊特征。每一基本結構單元由一層硅氧四面體構成的硅氧層，與一層氫氧化鎂八面體構成的氫氧化鎂層緊密連結而成。在硅氧層中，硅原子通過氧原子形成偽六方網狀的四面體結構，而氫氧化鎂層中，鎂原子與羥基緊密結合，兩層通過頂端的氧原子實現化學鍵合。由于硅氧層與氫氧化鎂層存在顯著的尺寸差異，這種結構失配引發了層間的應力不平衡，最終促使這些層狀結構發生自發的同心狀或螺旋狀卷曲。

（溫石棉的卷曲結構）

這種卷曲結構決定了溫石棉的諸多物理與化學特性。從物理性質來看，纖維壁由12-20層薄片通過機械互鎖構成，層間無強化學鍵連接，僅依靠微弱的分子間作用力維系，這使得纖維在受到外力或化學侵蝕時易發生層間剝離，具有良好的可紡性和延展性，可被加工成各類柔性材料。而在沿著纖維管軸的一維方向上，存在共價鍵+離子鍵的強化學鍵鍵鏈，因此在沿著纖維軸的方向上溫石棉表現出很高的抗拉強度，可承受1203.3-4237.5MPa的拉力。

（石棉纖維的電鏡）

從化學性質來看，卷曲結構讓氫氧化鎂層暴露于纖維表面，而硅氧層則包裹在內部，暴露的氫氧化鎂層易與酸性物質發生反應，導致纖維結構解體——這一特性使其在巨噬細胞的酸性環境（pH 4-4.5）中能快速被侵蝕。當鎂離子被溶出后，硅氧層失去穩定性并分解為短纖維或顆粒，容易被機體清除。此外，卷層構造形成的中空結構使得溫石棉纖維具有一定的多孔性，其纖維壁厚度通常在8-15 nm之間，這種微觀結構也影響了其在生物體內的溶解速率和生物持久性。

相比之下，角閃石石棉纖維呈現實心棒狀，其晶體結構為雙鏈狀硅氧四面體構型，由兩條硅氧四面體帶背靠背連接形成堅實的雙鏈骨架，骨架間填充有鈣、鎂、鐵等陽離子以平衡電荷。這種結構使得角閃石石棉纖維質地堅硬、脆性強，無柔韌性，難以彎曲或拉伸，物理穩定性遠高于溫石棉。

（角閃石）

化學層面，角閃石石棉的硅氧四面體骨架暴露于纖維表面，氫氧化基團被包裹在內部，形成了致密的化學結構，使其在任何生理pH條件下都幾乎不溶解，即使在巨噬細胞的酸性環境或胃液的強酸性條件（pH 1.2）中，也能保持結構完整。

（角閃石石棉的結構）

這種結構差異帶來的生物效應截然不同：溫石棉的卷層結構使其生物持久性較弱，長纖維（>20μm）進入肺部后會快速被分解清除，不會轉移至胸膜腔，也難以引發纖維化反應；而角閃石石棉的實心棒狀結構使其具有極強的生物耐久性，長纖維可在肺部長期滯留，并在 7 天內即可轉移至胸膜腔，持續引發間質纖維化和胸膜炎癥，其致癌風險遠高于溫石棉。

在工業應用中，溫石棉的柔性和可加工性使其曾廣泛用于紡織、密封等領域，而角閃石石棉的高強度和耐高溫性曾被用于隔熱、防火材料，但由于其顯著的毒性，目前多數國家已限制或禁止角閃石石棉的使用。溫石棉因其生物積累性和易于體內清除的特性仍被保留，是目前唯一一種作為商業用途的石棉種類。

石棉的興衰史

石棉的應用歷史源遠流長，最早可追溯至6000多年前的古埃及文明。當時的古埃及人早已發現了石棉纖維耐高溫、不易腐爛的特性，將其紡織成石棉布，專門用作法老的裹尸布。這種布料能在歲月侵蝕和特殊環境中保持完好，被賦予了“永恒”的象征意義。

而在古代中國，石棉的應用也有著明確記載：《列子?湯問》中提到“火浣之布，浣之必投于火。”其中的 “火浣之布”便是由石棉纖維紡織而成的神奇布料。傳說這種布料投入火中，不僅不會被燒毀，反而能去除污漬、變得更加潔凈，其獨特的防火性能在古代令人稱奇，成為當時珍貴的貢品。

盡管石棉在古代已嶄露頭角，但真正的大規模開采與應用始于工業革命。隨著工業文明的興起，歐洲、亞洲、非洲等地開始系統性地開采石棉礦石，僅在歐洲大陸就先后出現20多個大型石棉礦，石棉原料的供應量大幅提升。到了19世紀中期，歐洲紡織工業的快速發展為石棉提供了廣闊的應用舞臺，石棉纖維被廣泛用于制作防火織物、工業密封材料等，全球每年的石棉使用量迅速攀升至30萬噸左右，石棉產業初具規模。

20 世紀初，奧地利人路德維希率先探索出石棉與水泥的復合應用，他將石棉纖維與水泥混合均勻后，通過簡單的塑形工藝，便制成了兼具防火、保溫、抗壓多重性能的新型材料。這種復合材料不僅完美繼承了石棉的核心優勢，還具備成本低廉、加工簡便、使用壽命長等特點，迅速成為近一個世紀里建筑、工業領域最常用的防火保溫材料。

然而，就在石棉產業如火如荼、全力支撐全球民生發展與工業進步的同時，科學技術的不斷進步也逐漸揭開了它“致命”的另一面。人們慢慢發現，這種看似完美的功能性材料，在使用過程中會對人體健康造成不可逆的嚴重危害。早在20世紀初，一些醫生和保險公司就注意到，石棉礦工和紡織工人的肺部似乎格外脆弱，許多人英年早逝于一種神秘的“肺纖維化”。1924年，英國一位名叫內莉?克肖（Nellie Kershaw）的石棉紡織女工去世，尸檢報告首次明確將她的肺部疾病命名為石棉沉滯癥（Asbestosis）。這個詞揭示了石棉致命的秘密。

石棉纖維極其細小，當石棉制品被切割、磨損或老化后，這些微小的纖維會飄散到空氣中，一旦被人體吸入，便會長期沉積在肺部等呼吸系統內。由于石棉纖維化學性質穩定、難以被人體代謝分解，長期累積會引發石棉肺、胸膜間皮瘤等多種嚴重疾病，這些疾病潛伏期長、治愈率極低，給患者和家庭帶來沉重的痛苦與負擔。

雖然早期已有警示，但被巨大的商業利益無情掩蓋。石棉行業在數十年間刻意隱瞞、淡化其危害，直到20世紀60年代，隨著流行病學研究的深入，堆積如山的證據終于徹底揭開了真相。公眾的憤怒、媒體的曝光以及源源不斷的訴訟，掀起了全球性的監管風暴。從20世紀70年代起，各國陸續出臺嚴苛法規，限制乃至全面禁止石棉使用。

如今，世界衛生組織已經將石棉列為一級致癌物，其評估認為，所有形式的石棉，包括溫石棉，都會導致幾種癌癥以及慢性呼吸道疾病。基于對2016年的估計，全球每年有超過20萬人因工作中接觸石棉而死亡，占與工作相關的癌癥死亡人數70%以上。為了減少石棉對人體的危害，世界上已有60多個國家對石棉實施禁令。我國早在2011年就全面禁止使用角閃石石棉制品，但溫石棉至今還未被完全禁用。

如何避免石棉的傷害

由于石棉性價比非常高，具有防火、耐高溫、抗腐蝕、絕緣性好等優點，因此早些年石棉在我國被廣泛使用。很多老舊小區的墻壁、暖氣管的保溫層、老式屋頂的瓦片，甚至是一些二手家電的隔熱層都可能藏有石棉。更隱蔽的是，石棉的纖維很細，肉眼根本看不到，吸進去也沒感覺。它們就像扎進肺泡里的細針，無法排除，就不痛不癢地潛伏在肺部，幾十年不發作，一旦發作，患者的平均生存期不足一年。

想要減少石棉傷害，需從日常防護做起。首先要認清石棉的來源，從根源上避免接觸石棉。其次，如果發現石棉制品損壞、老化或脫落，應立即請專業團隊進行修復和更換，防止石棉纖維的繼續釋放。如果工作中不得不接觸石棉，一定要做好防護，佩戴防塵口罩和防護服，避免石棉纖維殘留在衣服上，危害他人健康。另外，日常還需注意避免購買和使用疑似含石棉的產品：二手市場上的老舊工業設備、不明來源的“防火布”、“保溫棉”等。

參考文獻

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編輯：Sid

文章轉載自“中科院物理所”微信公眾號

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