석면

석면(石綿, Asbestos)

석면(石綿, Asbestos)는 자연계에서 존재하는 섬유상 규산광물의 총칭으로써, 화학구조가 수정같은 구조를 가지는 섬유성 무기물질을 말하며, 사문석이나 각섬석이 섬유질 형태로 변화된 천연섬유이다. 또는 석융(石絨)이라고 한다.

섬유를 위상차 현미경으로 관찰할 때 길이 5 µm 이상이고 Aspect Ratio (길이 대 폭의 비) 3:1 이상인 입자상 물질로 정의하였다. 석면 섬유 한 가닥의 굵기는 대략 머리카락의 5000분의 1 정도이다. 내구성, 내열성, 내약품성, 전기 절연성 등이 뛰어나고 값이 싸서 건설 자재, 전기제품, 가정용품 등 여러 용도로 널리 사용되었다.

그러나 석면은 세계보건기구(WHO) 산하 국제암연구소(IARC) 지정 1군 발암물질로 호흡을 통해 그 가루를 마시면 20년에서 40년의 잠복기를 거쳐 폐암이나 석면폐, 늑막이나 흉막에 암이 생기는 악성 중피종을 일으킬 위험이 있다. 특히 국제암연구소(IARC)는 석면이 함유된 탈크(활석)도 1급 발암물질로 지정하고 있어 문제의 심각성이 크다.

대한민국에서 화장품, 베이비파우더등에서 석면활석이 검출되어 논란이 된 바가 있고, 그 위험성 때문에 2009년 1월 1일부터 <산업안전보건법>에 의해 석면이 0.1% 이상 함유된 건축자재 등의 제품은 제조, 수입, 사용이 전면 금지되었다.

개요

자연에서 발견되는 여섯 종류의 규산염 광물 종을 통틀어 부르는 석면은 섬유 형태의 결정으로 구성되어 있다. 맨눈으로 확인 가능한 각 섬유는 다시 수백만 개의 작은 섬유로 구성되며, 이들은 분쇄나 마모 과정을 통해 매우 미세한 크기로 분리될 수도 있으며, 보통 색상에 따라 청석면, 갈석면, 백석면, 녹석면 등으로 불린다.

석면의 채굴은 4000년 전부터 이루어졌지만, 대규모로 이뤄진 것은 제조업 및 건축업 부문에서 본격적으로 활용하기 시작한 19세기 말부터였다. 석면은 강한 내구성, 경제성, 흡음성, 내열성, 내화성, 절연성을 지니기에 절연재나 단열재 등의 용도로 사용되어 왔으나, 20세기에 이르러 그 미세섬유가 건강에 위험하다는 것이 밝혀지면서 규제를 받기 시작했다. 특히 석면을 장기간 흡입할 경우, 폐암, 석면폐증과 같은 호흡기에 치명적인 질병이 유발될 수 있다.

어원

석면의 어원은 그리스어에서 유래되어 영어에서 말하는 '불멸의 물건' 즉, A=not, sbestos=quenchable(멸하다)가 합쳐져서 Asbestos가 되었다.

특성

석면의 특성

석면의 섬유가닥은 매우 가느다랗지만 잘 끊어지지 않아 옷감처럼 베로 짤 수 있으며 부드럽다. 석면은 화학적으로 안정적인 구조를 갖고 있기 때문에 열과 화학약품에 강하다. 불에 잘 타지도 않는다. 전기가 잘 통하지 않고 잘 닳지도 않는다. 또한 증발하지 않고 물에도 녹지 않는다. 썩지도 않고 변질되지도 않는다. 게다가 자연에서 쉽게 얻을 수 있어 값도 매우 싸다. 이와 같은 특성 때문에 석면은 산업적·상업적 가치를 높게 인정받았다. 실과 천으로 만들 수 있는 섬유성, 뜨거운 열에 잘 견디는 내열성 중 한 가지 특성만 지니고 있어도 대단한 광물로 인정받았을 것이다. 그런데 석면은 그런 특성을 한꺼번에 갖고 있으니 매우 값진 것으로 여겨졌다. 그래서 한때 석면은'기적의 물질', '마법의 물질'로 찬사를 받기도 하였다.

사용 역사

• 고대 그리스 - 아테네의 신전 안에서 금램프(등불)의 심지로 사용 되었고 로마 웨스터 신전의 '영원의 불'의 심지를 만들었다. 더욱이 냅킨, 여성의 머리 장식, 상류계급의 의복, 황족(皇族)의 시의(屍衣)등에도 사용되었다. 기원 77년에 로마에서 완성된 서양 최초의 백과사전인 박물지(博物誌) 프리니우스편에는 타기 어려운 린네르가 발명되어 살아 있는 린네르로 불리고 있다.
• 석기시대 - 수단과 케냐에서 사용한 흔적이 있다. 기원전 2500년에 핀란드에서는 석면의 존재를 인식하고 있었다.
• 산업혁명 이후 ~ 2차 세계 대전 이전 - 석면의 방적법이 개량되어 석면포, 석면지가 대량생산되었다. 1862년 런던 만국박람회에는 캐나다산 석면원석이 전시되었고, 1877년 캐나다의 퀘벡 지방과 남아프리카에서 대광맥이 발견되었다. 특히 전쟁에서 필요한 군함, 전차, 군용기 등이 두꺼운 단열재를 필요로 하고, 방독마스크가 필터용 청석면을 필요로 하였기 때문에 석면산업의 호황을 가져다 주었다.
• 2차 세계 대전 - 한국에서 석면이 공업용으로서 대량으로 사용되었던 제 1시기가 바로 일본에 의한 것이며, 그들이 일으킨 전쟁에 의한 결과라는 것을 알 수 있다. 공업용 원료로서 석면이 가진 특성이 밝혀 진 것이 20세기 초로, 석면은 이때부터 건설에서 자동차의 제조에 이르기까지 3,000여 종류에 달하는 공업제품에 사용되어 왔다. 제2차 세계대전중에 일본은 이러한 공장에 강제로 끌고 온 조선인 징용자와 특히 소년 소녀들까지도 희생의 제물로 삼았다.
• 현대 - 1966년 세계 석면 생산량은 2백 8십만 톤에 이르렀고 1975년에는 5백 2십만 톤으로 증가했다. 석면의 산출은 러시아와 캐나다가 가장 많은 것으로 알려져 있다.

종류

광물학적 조성에 근거하여 사문석계 석면과 각섬석계 석면으로 구분된다. 기본적인 화학식은 Mg₆Si₄O₁₀(OH)₈이다. 사문석 계열에 해당하는 석면으로는 백석면(chrysotile)이 있으며, 각섬석계 석면으로는 청석면(crocidolite), 갈석면(amosite), 안소필라이트 석면(anthophyllite asbestos), 액티노라이트 석면(actinolite asbestos), 트레모라이트 석면(tremolite asbestos)등이 있다.

• 사문석계

• 백석면(Chrysotile): 3MgO∙2SiO₂∙ H₂O

• 각섬석계

• 갈석면(Amosite): (Fe,Mg)SiO₃,1-5pctH₂O
• 청석면(Crocidolite): Na∙Fe(SiO₃)₂∙ FeSiO₃∙ H₂O
• 양기석석면(Actinolite): Ca(Mg, Fe)∙ H₂O(SiO₂)₄∙ H₂O
• 직섬석석면(Anthophylite): (Mg, Fe)₇Si₈O₂₂(OH)₂
• 투각섬석면(Tremolite): Ca₂Mg₃Si₈O₂₂(OH)₂

분석과 농도측정

석면은 천연의 광물이므로 결정구조를 조사한다.

• 함유여부 또는 그 종류의 분석은 X선회절이나 편광현미경으로 분석한다. 일반적으로는 400배로 확대하여 길이 5 µm 이상의 섬유의 숫자를 센다.
• 공기중의 석면분진농도의 측정은 펌프로 공기를 흡인하여 투과지에 부착한 분진을 조사한다.
• 일본의 경우 환경청의 법규정으로 위상차현미경을 사용하여 섬유농도를 세어본다.

역할과 용도

• 건축재료(90%) - 이 중 50%는 석면슬레이트(slate)를 제조. 나머지는 건재, 지붕, 외벽, 칸막이, 내장재로 사용.
• 차량 부품의 재료(6.5%) - 자동차의 브레이크 라이닝(brake lining), 클러치펜싱 등
• 기계(2%) - 산업기계, 토목건설기계, 크레인, 공작기계 등
• 화학설비(0.6%) - 내열, 내산, 내알카리 부문
• 수도(0.4%) - 상수도, 간이수도, 농업용수, 공업용수
• 선박 공업(0.1%) - 선박, 전기절연, 내열재료 부문
• 산업기계관계(0.1%) - 보일러, 굴뚝, 방화벽
• 기타 (0.3%)

건축용 자재

1982년 영국의 Joseph Aspdin에 의해 오늘날 시멘트 제조공법이 개발된 이래로 시멘트를 응용한 많은 건축자재들이 개발되었으며 석면 시멘트의 건축자재는 강도보완 및 우수한 물 흡수력과 윤활성으로 압출 시 제품 표면을 매끄럽게 하며 생산성을 높여 주는 역할을 한다. 또한 불연성, 단열성, 내구성, 절연성이 뛰어나 소비량의 약 80%를 건축분야에서 활용하고 있다.

주요 건축자재 용도로는

• 마감재: 장식, 음향조절, 방화용으로 벽과 천장에 분사 또는 미장바름으로 사용하고 철골부재에 내화피복으로 사용
• 단열 및 보온재: 급수관, 증기관, 덕트, 보일러 및 온수탱크에 보온재로 사용
• 기타수장재: 비닐석면 바닥타일, 천장타일, 시멘트판, 벽판, 지붕용 골슬레이트 등으로 사용
• 기타: 배관공사의 플랜지이음에서의 가스켓, 석면시멘트관[5],고온물질 취급용장갑 및 방석등

• 목조 건물: 지붕에 사용하는 기와에 사용하는데, 석면과 시멘트를 섞어서 굳힌 다음에 표면을 착색하여 만듦
• 비목조 건물: 철골이 열에 의하여 휘어지거나 녹는 것을 예방하기 위하여 내화 피복재로 사용함

차량용 부품

브레이크라이닝에는 석면이 포함되어 있으며 현재 비석면 브레이크라이닝이 생산되고 있으나 가격이 높아서 아직 석면이 사용되고 있다.

생산지

2009년까지는 캐나다에서 전세계 석면의 9% 정도를 생산하였지만, 2011년과 2012년에 캐나다와 퀘벡은 각각 남아있던 석면 광산에서의 석면 채굴을 모두 중단시켰다. 2015년에는 전 세계에서 2백만 톤의 석면이 채굴되었으며, 이중 러시아가 55%, 중국이 20%, 브라질이 15.6%, 카자흐스탄이 10.8%를 각각 생산하였다.

2000년대의 주요 소비국가

현재 유럽, 일본, 대한민국 등은 석면 사용이 금지되어 있다. 그러나 미국, 중국, 인도, 러시아, 브라질, 짐바브웨, 카자흐스탄, 타이, 우크라이나, 이란, 인도네시아, 중화민국 등은 여전히 석면을 사용하고 있다.

건강 문제

발병원인과 병명

미국 산업안전 보건청(OSHA)이 제시한 인체에 암을 일으키는 것이 확실한 1급 발암물질 27종 중 하나이다.

종류에 따라 유해성의 차이가 있는 것으로 발견되었는데 백석면보다는 황석면이 강하고 황석면보다는 청석면이 더 강하며, 청석면과 황석면은 백석면보다 날카롭고 유해하다.

석면 먼지를 마시게 되면 일단 암에 걸릴 가능성을 안게 된다. 석면의 튼튼한 물성상 절대 빠지지도 녹지도 않은 채 평생 몸 안에 머무르면서 조직과 염색체를 손상시켜 암을 일으킨다. 따라서 몸속에 석면먼지가 들어오면 10~30년의 잠복기를 거쳐 대부분 암으로 이어진다. 석면을 20년 이상 취급한 사람의 폐암 발생률은 취급하지 않은 사람보다 10배나 높으며, 담배를 피우는 사람이 석면 먼지에 오염된 환경 속에서 지내면 비흡연자보다 폐암에 걸릴 확률이 40배가 되는 것으로 알려져 있다.

특히 몸에 들어온 석면 먼지가 조직을 뚫고 늑막이나 복막까지 들어가 일으키는 암인 중피종은 대부분 진단을 받고 1년 안에 사망하는 무서운 병이다. 다른 석면에 의한 질환은 석면폐(asbestosis), 폐종양(lung cancer), 양성 늑막질환(benign pleural disease), 늑막판(pleural plaque), 늑막액(pleural effusion), 악성중피종(malignant mesothelioma)등이 있으며 최근에는 장관계의 암과 인두후암, 유방암, 난소암, 신장암, 췌장암, 부고환암, 임파선암을 유발한다는 보고가 있어 대부분의 종류에 있어 사용 규제 대상이 되고 있다.

석면폐

대량의 석면을 장기간 마시게 되면 폐가 섬유화되어 석면폐(아스베스토폐)라는 병이 발병한다. 이것은 분진에 의한 병으로 진폐의 일종으로 일에 관계없이 석면을 마시고 있지 않아도 잠복기간이 지나면 호흡곤란을 일으켜 죽음으로 간다. 아직 치료법이 알려져 있지 않다.

석면의 잠복기간

석면을 마셔도 금방 발병이 되는 것이 아니며 긴 잠복기간을 거쳐서 발병한다. 마신 양에 따라 다르지만 석면폐는 8년에서 25년 정도이며 폐암이나 악성중피종은 18년에서 40년 정도의 잠복기간이 있다. 마신 석면이 천천히 작용하여 어느 날 갑자기 자각증상이 나타나는 것이다.

석면의 대체 품목 및 문제점

석면의 사용이 금지되거나 사용량이 급감한 미국과 유럽을 중심으로 석면 대체품의 개발이 활발하게 진전되어 현재에는 아주 특수한 경우를 제외하고는 거의 모든 대체품이 개발됨으로써 더 이상 석면을 사용할 필요가 없게 되었다.

• 유리섬유 : 유리의 원료인 모래를 1500°C의 고온에서 용융한 다음 고속 원심원리 공법으로 섬유화시킨 후에 바인더를 사용하여 매트 보드 형태로 성형한 인조광물섬유로서 미세한 섬유가 연속기공을 형성하고 있으므로 보온, 단열 및 흡음재로 사용되는 재료이다.
• 암면 : 암석으로부터 인공적으로 제조된 내열성이 높은 광물섬유로서 불연성, 경량성, 단열성, 흡음성, 내구성의 특징을 갖추어 건축설비, 플랜트 설비의 단열재 및 방·내화 재료로 널리 사용되고 있는 석면의 대체품이다.
• 폴리올레핀 섬유(Polyolefin Wool): 폴리올레핀 섬유는 긴 사슬 모양의 중합체로서 단량체로는 에티렌, 프로피렌, 오피렌으로 구성되어 있다. 대부분은 0.1-2 µm 직경을 가지고 있는 것을 제외하고는 흡입노출이 안되는 크기의 직경을 가지고 있다. 폴리올레핀 섬유는 소수성으로서 실온에서 다양한 무기산, 염기 그리고 유기용매와 반응하지 않으며, 낮은 융점(116-179°C)과 산화성 물질에 약한 특성을 지니고 있다.

문제점

유리섬유, 세라믹 섬유는 생물학적으로 유해성이 증명되고 있어 적절한 선택이 필요하다. 유리섬유, 암면 등의 인조광물섬유가 인체에 미치는 영향에 대한 의학적 연구는 석면이 문제화되면서 석면의 용도를 대체하던 인조광물섬유의 발암성에 대한 우려가 있었기 때문에 세계보건기구(WHO), 국제암연구기관(IARC), 국제노동기구(ILO), 미국섬유제조협회(NAIMA), 등 세계 각국의 기관에서 실시되고 그 연구 결과를 밝히게 되었다. 1993년에 세계보건기구의 연구진은 호흡성, 생체 영속성 섬유는 반드시 독성과 발암성에 대한 테스트를 해야 한다는 기준을 정하게 되었다. IPCS는 어떠한 호흡성, 내구성 섬유에의 노출도 석면보다 낮은 수준의 통제가 있어도 충분하다는 결과가 나오기전까지는 석면과 같은 수준의 통제가 있어야 한다고 조언한다.

참고자료

• 석면, 알면 대비할 수 있어요 - http://www.me.go.kr/home/file/readDownloadFile.do?fileId=128068&fileSeq=1&openYn=Y
• 〈석면〉, 《위키백과》
• 〈석면〉, 《나무위키》
• 〈석면〉, 《화학백과》
• 〈석면〉, 《지질학백과》

같이 보기

• 광물성섬유

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