مشاوره در پالایش قيرهای طبيعي یا معدنی(Asphalts or Natural Bitumens Native)

قيرهاي طبيعي (Native Asphalts or Natural Bitumens)

تخصصی ترین مطالب، کلیپ ها و فیلم های آموزشی، راهکارها و رفع مشکلات صنعت قیر، آسفالت و عایق را در کانال تخصصی ما دریافت کنید
https://telegram.me/FGPco

ژيلسونيت (گیلسونایت) چيست؟
ژيلسونيت هيدرو کربن رزينی و طبيعی است. اين ماده بسيار شبيه به آسفالت سخت شده نفتی می باشد و معمولا به اسم آسفالت طبيعی شناخته شده است. اسامی ديگری چون آسفالتيت، يوناتيت و آسفالتوم نيز برای اين ماده مرسوم است. ژيلسونيت به مانند آسفالت طبيعی در حلالهای آسفالتيک و آروماتيک محلول است. به خاطر سازگاری بسيار بالا، ژيلسونيت معمولاً جهت سخت کردن مشتقات نفتی نرمتر به کار می رود. ژيلسونيت در حالت گوده ماده ای براق، مشکی و بسيار شبيه ابسيدين (obsidian) است. بسيار ترد است و به راحتی به پودر قهوه ای تيره تبديل می شود.
ژيلسونيت در زير سطح زمين در لايه های عمودی يافت می شود. بنظر می رسد معمولا بين دو تا شش فوت عرض داشته باشد اما با عرض 28 فوت نيز تا به حال ديده شده است. لايه ها کاملاً با هم موازی هستند و در جهت شمال غربی به جنوب شرقی کشيده شده اند لايه ها مايلها طول و عمقی برابر 1500 فوت دارند. لايه ها به صورتی هستند که هر چه از سطح به عمق پيش برويم عرض لايه ها به صورتی هستند که هر چه از سطح به عمق پيش برويم عرض لايه بيشتر می شود. به خاطر جبهه معدنکاری باريک، ژيلسونيت امروزه با استفاده ازبلدوزر و لودر و چکشها و ديگر ابزار مکانيکی جديد استخراج می گردد.

کاربردهای ژيلسونيت
بخش نفتی: ژيلسونيت در حفاری چاههای نفت به عنوان گل حفاری استفاده ميشود.

بخش آسفالت و پياده رو: ژيلسونيت به عنوان افزايش دهنده کيفيت اجرائی مخلوط آسفالت عمل می کند. آسفالت اصلاح شده با ژيلسونيت از PG بالاتری برخوردار است و به راحتی با مخلوط آسفالت بدون نياز به نيروی غلطکی بالا، بر خلاف ديگر اصلاح کننده ها، مخلوط می شود. آسفالت اصلاح شده با ژيلسونيت دارای مقاومت بالاتر، تغيير شکل کمتر، نقطه نرمی بالاتر مقاومت به آب بالاتر از ديگر آسفالتهای اصلاح شده با ديگر اصلاح کننده ها می باشد. ژيلسونيت همچنين جهت ساختن پايه محلولها و امولسيون های آسفالت و عايقهای مختلف با ظاهر بهتر و مقاومت به فرسايش بالاتر کاربرد دارد.

بخش ريخته گری: ژيلسونيت پس از ترکيب با ذغال سنگ و ديگر مواد می تواند به عنوان يک ماده افزودنی به ماسه ريخته گری جهت حصول اطمينان از کيفيت مناسب و بهبود سياليت مذاب و سطح نهائی بهتر مورد استفاده قرار گيرد.

بخش محصولات شيميايی: ژيلسونيت با بسياری از مواد شيميايی ديگر ترکيب می شود تا از خواص منحصر بفرد آن استفاده شود. کاربردهای پوششی در پروسه های متالورژيکی، محصولات چوبی، صنايع نسوز و ديگر صنايع، تائيد ديگری بر موارد استفاده اين ماده کمياب ميباشد.

بخش رنگ و جوهر: رزين ژيلسونيتی ايران به طور گسترده ای به عنوان کربن سياه جهت توليد جوهر سياه و جوهر گراور استفاده می شود.

قیرهای طبیعی (Asphalts or Natural Bitumens Native) دسته ای از مواد قیری هستند که به طور طبیعی ایجاد شده . تحت تاثیر عوامل جوی و گذشت زمان به شکل قیرهای طبیعی درآمده اند و بدون نیاز به روش های تقطیر قابل استفاده می باشند. این قیرها از لحاظ ترکیب و خواص بسیار متنوع می باشند.
قير طبيعي از نفت خام منشاء مي گيرد که در نتيجه عمل تبخير خود بخود آرام اجزاي سبک تر و متوسط و پليمر يزاسيون و اکسيد شدن آن به دست مي آيد. قير هاي طبيعي را مي توان با جوشاندن در ديگ ها يا حل کردن در حلال هاي آلي استخراج کرد. اين نوع قير به تنهايي در طبيعت يافت نمي شود بلكه همواره به صورت مخلوط با مواد معدني مختلف به نام اسفالت در طبيعت وجود دارد كه درصد ميزان قير موجود در آن متفاوت بوده و در خالص ترين نوع اسفالت طبيعي كه تحت نام عمومي  GILSONITE است حدود 9 درصد قير يافت مي شود. قيرهاي طبيعي مواد هيدروكربني سنگيني مي باشند و براساس نحوه تشكيل، خواص فيزيكي، حلاليت در CS2 تتراكلريد كربن وتركيب شيميايي به گروه هاي مختلفي مانند پيروبيتومن آسفالتيك Asphaltitic     Pyrobitumen، پيروبيتومن غير آسفالتيك (non asphaltic Pyrobitumen)، آسفالتيت (Asphaltite) و غيره تقسيم بندي شده و اين گروه ها نيز خود به شعبه هاي مختلفي تقسيم بندي مي شوند.
مثلاً آسفالتيت ها به گروه گيسلونيت (gilsonite)، گراهاميت (grahamite) و گلانس پيچ (glance pitch) تقسيم مي شوند كه گروه گيلسونيت از جمله مرغوبترين و مشهورترين گروه هاي قير طبيعي مي باشد. اين ماده بر حسب درصد خلوص و ميزان عمر و غيره به حالتهاي فيزيكي مايع، نيمه جامد و جامد و با حلاليتهاي متفاوت در حلال CS2 وجود دارد و برخي از انواع آن مستقيماً قابل استفاده بوده و برخي از انواع اين قيرها بايستي مورد فرآوري قرار گرفته و يا پس از اختلاط با قير نفتي مورد استفاده قرار گيرد.
تاكنون سه نوع اسفالت طبيعي به شرح زير شناسايي شده است:

1-اسفالت طبيعي از نوع صخره اي:
 اين نوع آسفالت از نفوذ طبيعي قير به داخل صخره هاي آهكي يا سنگهاي شني حاصل مي شود و در فرانسه و آلمان و ديگر نقاط جهان ديده شده كه به عنوان مواد پوششي جاده ها به كار مي رود.

2-اسفالت طبيعي از نوع درياچه اي:
وسيع ترين معدن اين نوع اسفالت به نام اسفالت درياچه اي تريني داد (TRINIDAD) مي باشد كه در ساخت اسفالت گرم غلطكي به كار مي رود.

3-مواد آسفالتيت ها:
    اين نوع مواد اسفالتي كه شامل 98 درصد قير و 2 درصد مواد معدني مي باشد به عنوان خالص ترين نوع قير طبيعي بوده و در آمريكا كشف و به علت داشتن نقطه
نرمي نسبتاً بالا با نام عمومي گيل سونايت (GILSONITE) در مركبسازي و عايق كاري به كار مي رود.
منشاء قيرهاي طبيعي از نفت خام بوده كه پس از تبخير تدريجي مواد سبك و تحت تأثير سه عامل زمان، گرما و فشار و انجام فرآيندهايي مانند اكسيداسيون (oxidation)، سولفوريزاسيون (Sulphurization)، پليمريزاسيون (Polymerization) و كندانسيون (Condensation)، موادي بنام قير طبيعي به وجود مي آيد. كيفيت قير طبيعي حاصل با توجه به نوع واكنشهاي انجام شده و مدت زمان انجام واكنش ها (عمر قير طبيعي) متفاوت است، بطوريكه قيرهاي طبيعي با وضعيت هاي فيزيكي مايع، نيمه جامد و سخت و كيفيات شيميايي مختلف مشاهده مي گردد. اكثر قيرهاي طبيعي ايران داراي عمر زياد بوده و به اصطلاح «پير» مي باشند ولي بطور كلي آنها را مي توان به دو دسته تقسيم بندي نمود:
-قيرهاي طبيعي داراي طبيعتي نسبتاً خالص: اين دسته كه مي توان آنها را از مهمترين انواع قير طبيعي دانست. معمولاً بصورت مايع و نيمه جامد با كمتر از 10% مواد معدني در حوضچه ها يافت مي شوند و داراي مواد فرار نسبتاً زيادي هستند. نمونه هايي از اين نوع قير طبيعي كه از ميزان ذخاير معادن آنها اطلاع دقيقي در دسترس نيست در استان خوزستان يافت مي شود.
نقطه ذوب آنها معمولاً كمتر از   مي باشد و درجه نفوذپذيري (Penetration) آنها از 10 برحسب mm1/0 تا بسيار نرم متغير است. مواد فرار آنها در   و بمدت 5 ساعت كمتر از 7% و در   و بمدت 5 ساعت تا 20% مي باشد. حلاليت آنها در CS2 عموماً بيشتر از 90% بوده و مقدار C و H و N و S بترتيب حدود 82 و 11 و 2 و 2 درصد وزني مي باشد.
-پيروپيتومن هاي آسفالتيك: اين دسته از قيرهاي طبيعي اكثراً با نقطه ذوب بالا و يا غير قابل ذوبند كه شامل گروه هاي مختلفي مثل الاتريت (elatrite)، ورتزليت (wortzlite)، آلبرتيت (albertite) و ايمپزونت (impezonite) مي باشند.
بيشتر قيرهاي طبيعي يافته شده در غرب و جنوب غربي كشور از دسته پيروبيتومن هاي آسفالتيك و شعبه آلبرتيت و ايمپزونيت مي باشند و ضمن غير قابل ذوب بودن، داراي عمر طولاني مي باشند اين قيرها در اثر حرارت مناسب و زمان كافي اختلاط، دپليمريزه (depolymerize) شده و قابليت حل شدن آنها در حلال CS2 افزايش مي يابد.

صادرات قیر طبیعی در ایران در حال حاضر رونق چندانی ندارد كه دلایل آن متعدد می‌باشد، از جمله داشتن گوگرد بالاریال پیرشدگی زیاد، بالا بودن درصد مواد معدنی همراه و عدم شناسایی دقیق نوع قیر طبیعی. در حال حاضر برداشت از ذخایر قیر طبیعی ایران به نحوی می‌باشد كه مشخصات محموله‌های برداشت شده متوالی بعضاً بسیار متفاوت می‌باشد. این مسئله ناشی از برداشت غیر علمی و عدم كنترل كیفیت قیر استخراج شده می‌باشد

بكارگیری قیر طبیعی در راهسازی
از جمله عواملی كه در عمر و دوام مخلوط‌های آسفالتی نقش مهمی دارند كیفیت و مرغوبیت قیر مصرفی می‌باشد. به عنوان مثال چنانچه قیر مصرفی، چسبندگی مناسبی به سطح سنگدانه‌های معدنی نداشته باشد، بر اثر عبور وسایل نقلیه، خصوصاً در حضور آب، سطوح سنگدانه‌ها جریان شده و سطح راه تخریب می‌گردد. جهت افزایش كیفیت و چسبندگی قیر، مواد افزودنی مختلفی پیشنهاد گردیده است كه از جمله این مواد، قیرهای طبیعی می‌باشد. نتایج كارهای تحقیقاتی در پژوهشگاه صنعت نفت نشانگر آن بوده كه افزودن قیرطبیعی به قبرهای نفتی، كیفیت قیرهای نفتی را از جنبه‌های زیر ارتقاء خواهد داد:
-  افزایش چسبندگی قیر به مصالح معدنی در حضور آب: وجود برخی مواد چسبنده در قیر طبیعی باعث می‌شود افزایش آن به قیر نفتی را به نحو چشمگیری بالا ببرد. آزمایش‌های به عمل آمده در پژوهشگاه صنعت نفت نشان داده است كه انواع قیرهای طبیعی (با توجه به كیفیت و مواد متشكله خود) چسبندگی قیرهای نفتی به مصالح معدنی (در حضور آب) را بیش از 2 برابر افزایش می‌دهند.

آزمایش‌های زیر خصوصیات قیر طبیعی را تعیین می‌کند:

1. اندازه‌گیری نقطه نرمی (Softening Point)
2. اندازه‌گیری درجه نفوذ (Penetration)
3. اندازه‌گیری میزان کشش (Ductility)
4. اندازه‌گیری نقطه شکست (Fraass Breaking Point)
5. بررسی اثر حرارت و هوا روی قیر (Thin Film Over Test)
6. اندازه‌گیری گرانروی (Viscosity)
7. اندازه‌گیری وزن مخصوص (Specific Gravity)
8. اندازه‌گیری حلالیت یا درجه خلوص قی (Solubility)
9. اندازه‌گیری نقطه اشتعال (Flash Point)
10. اندازه‌گیری استقامت مخلوطهای آسفالتی به روش مارشال (Marshall)
11. آنالیز غربالی مصالح معدنی (Sieve Analysis)
12. استخراج و آزمایش قیر در مخلوطهای آسفالتی (Extraction)

1. چگونگی انتخاب قیر طبیعی مناسب
   
   قیر طبیعی مناسب قیری است كه قابلیت امتزاج خوبی با قیر نفتی داشته و پس از اختلاط با قیر نفتی محصولی بدست آید كه مشخصات آن مطابق با استانداردهای قیرهای راهسازی باشد. تجربیات قبلی نشان داده است كه چنین قیری بایستی دارای نقطه ذوب نسبتاً پایین، حلالیت بالا در CS2 و خاكستر معدنی كم باشد.
   علاوه بر آن قیر طبیعی بایستی از معدنی تهیه گردد كه دارای ذخیره قابل توجهی بوده و در صورت موفق بودن نتیجه آزمایشگاهی، پشتوانه كافی برای انجام عملیات صنعتی و مراحل بعدی وجود داشته باشد
   ساخت قیر70/60 اصلاح شده از طریق اختلاط قیر طبیعی وV.B. و بدون نیاز به عمل هوادهی امكان پذیر می‌باشد؛ با در نظر گرفتن این مسئله و با توجه به قیمت نازل قیر طبیعی در كشور ما بررسی‌های اقتصادی اولیه نشان می‌دهد كه قیمت تمام شده قیر اصلاح شده، اختلاف چندانی با قیر معمولی نخواهد داشت. عملیات ساخت و اجرا و پخش آسفالت اصلاح شده مشابه آسفالت معمولی می‌باشد. تنها تفاوت موجود، در دماهای اختلاط و كوبیدن مخلوط آسفالتی می‌باشد كه برای آسفالت اصلاح شده اندكی از آسفالت معمولی بیشتر است، لذا چنانچه كیفیت آسفالت اصلاح شده در حد قابل توجیه پذیر می‌باشد بهبود PVN قیر اصلاح شده موجب مقاومت بیشتر آن در مقابل تغییرات دمایی می‌گردد و بهبود چسبندگی آن به مصالح معدنی، خصوصاً در مناطق شمالی كشور كه در معرض بارندگی‌های شدید فصلی می‌باشد، نقش مهمی در افزایش عمر و دوام آسفالت خواهد داشت.
2. صادرات قیر طبیعی در ایران در حال حاضر رونق چندانی ندارد كه دلایل آن متعدد می‌باشد، از جمله داشتن گوگرد بالاریال پیرشدگی زیاد، بالا بودن درصد مواد معدنی همراه و عدم شناسایی دقیق نوع قیر طبیعی. در حال حاضر برداشت از ذخایر قیر طبیعی ایران به نحوی می‌باشد كه مشخصات محموله‌های برداشت شده متوالی بعضاً بسیار متفاوت می‌باشد. این مسئله ناشی از برداشت غیر علمی و عدم كنترل كیفیت قیر استخراج شده می‌باشد
3. كاربردهای قیر طبیعی ایران
   با توجه به مطالعات به عمل آمده كاربردهای قیرهای طبیعی ایران را می‌توان به شرح زیر طبقه بندی نمود:
   ساخت پوشش لوله‌های نفت و گاز
   جهت حفاظت از لوله‌های انتقال نفت و گاز در مقابل خوردگی، پوشش آنها با مواد عایق كننده الزامی است. قیرهای قطرانی گرچه عملكرد مناسبی دارند ولی به دلیل مشكلات زیست محیطی و خطرات جانبی برای انسان‌ها از نظر كاربرد محدودیت پیدا كرده اند. در همین رابطه فرمولاسیون ساخت پرایمر و انامل و با استفاده از افزایش قیر طبیعی به قیر نفتی بدست آمده و این محصول توسط برخی از شركت‌های داخلی تولید گردیده است.
   كك سازی و سوخت
   در برخی از نقاط ایران مانند لرستان، قیرهای طبیعی استخراج شده به عنوان سوخت در كوره‌های آهنگری مصرف می‌گردند. همچنین این ماده را در صنعت كك سازی نیز می‌توان مصرف نمود.
4.  
5. ‍ قیر  های طبیعی ایران و كاربردهای آنها
   مناطق دارای قیرطبیعی در ایران، به طور عمده در استان‌های كرمانشاه، ایلام و خوزستان واقع گردیده و در برخی مناطق دیگر نیز به صورت محدود مشاهده گردیده است.
   مناطق دارای قیر طبیعی ایران: ذخایر قیر ایران در امتداد گسل اصلی زاگرس و در داخل زاگرس چین خورده واقع شده است. پهنای این زون (Zone) در حدود250-200 كیلومتر است كه در داخل آن بیش از 100 رخنمون از قیرهای طبیعی شناخته شده است.
   كاربردهای قیر طبیعی ایران
   با توجه به مطالعات به عمل آمده كاربردهای قیرهای طبیعی ایران را می‌توان به شرح زیر طبقه بندی نمود:
   -  ساخت پوشش لوله‌های نفت و گاز
   -  كك سازی و سوخت
   -  ساخت قیرهای صنعتی
   -  بكارگیری در سیمان حفاری
6. 

تفاوت قیر معدنی و قیر نفتی
هر دو قیر معدنی و نفتی از یک جنس اند اما:
الف ـ قیر نفتی کمتر از 1% گوگرد دارد ، قیر معدنی گوگردش بیشتر است . قیر معدنی ترینیداد 8/3% ، قیر معدنی کالیفرنیا 9/3% و قیر معدنی مکزیک 2/3% گوگرد دارند.
ب ـ قیر نفتی خالص است ، قیر معدنی دارای جسم‌های معدنی می‌باشد و تا 1% هم خاکستر دارد .
ج ـ روغن قیر نفتی بیشتراز قیر معدنی است ، روغن قیر‌های نفتی آبکی ، تا 70% وزنشان می‌رسد
دـ شمار اسید و صابونی شدن قیر نفتی کمتر از قیر معدنی می‌باشد.

( شما می توانید برای مشاهده هر یک از موضوعات زیر روی آن کلیک کنید )