قیر طبیعی یا قیر معدنی و کامل ترین تعریف آن :

قیر طبیعی، (قیر معدنی) این نوع قیر به صورت جامد یا مایع در نزدیکی منابع نفتی وجود دارد.

دلیل تشکیل  قیرهای معدنی در سطح زمین یا در لایه های زیرین زمین، تغییر شکل نفت در طول قرنهای طولانی است. همچنین، درسالهای گذشته برخی از مخازن نفت خام در سطح زمین و یا نزدیکی سطح زمین موجود بوده و در سالهای متمادی در اثر تابش آفتاب، روغنهای سبک آن متصاعد شده و قیر که سنگین‌ترین عنصر نفت خام می‌باشد در معدن باقی مانده و اکنون مورد استفاده قرار می گیرد.

قیر طبیعی، از تبخیر روغن های نفت خام در زمانی طولانی بوجود می آید. قدیمی ترین معدنهای قیر طبیعی،که از آنها بهره برداری شده است، در دره رود اردن و پیرامون دریای مرده (بحرالمیت ) و موصل بوده است، بیشتر قیر معدنی  که در آمریکا و اروپای غربی مصرف می شود ، از معدن های دریاچه ترینیداد و برمودا به دست می آید.

 معادن قیرهای معدنی در ایران:

معدنهای بیتومین بهبهان – معدنهای استان کرمانشاه (معدن گیلسونایت ماد) و همچنین پیش کوه و پشت کوه استان لرستان و غیره،ازجمله معادن قیر معدنی ایران می باشند. به دلیل اینکه در ایران قیر نفتی فراوان است و ارزان تر تولید می شود و همچنین خصوصیات آن قابل کنترل است، کمتر به قیرهای معدنی توجه می شود.

همچنین قیر طبیعی، شبیه به قیری است که از نفت خام تولید می‌شود و به مواد هیدروکربنی طبیعی، غیرکریستالی و ویسکوز سیاه رنگ یا قهوه‌ای تیره اطلاق می‌گردد. اغلب قیر طبیعی، آسفالتیت (قیر خالص) نامیده می‌شود.

پیدایش قیر طبیعی :

 محل پیدایش قیر طبیعی در سالهای گذشته  از نفت خام می باشد،  که نفت خام به لایه‌های سطح زمین خرکت می کند، و از تبخیر آرام نفت ، تحت تاثیر عاملهای زمان، فشار، گرما و همچنین ایجاد فرآیندهایی مانند اکسیداسیون، سولفوریزاسیون، پلیمریزاسیون و کندانسیون، قیر طبیعی بوجود می‌آید.

 مشخصات عمومی:

قیر طبیعی با توجه به محل معدن آن، دارای ناخالصیهای مخصوص به خود می‌باشد، از جمله اجسام معدنی گوگرد و غیره.

برای مثال  قير معدنی  دزیاچه قیر ترینیداد حدود  4درصد گوگرد دارد و قير معدنی بعضی  معادن دارای حدود ۱ درصد خاکستر هستند،در صورتی که، قیرهای پالایشی خاکستر و مواد خارجی ندارند.به این دلیل قیرهای معدنی ختما باید فراوری شوند.

در بعضی معادن قیر طبیعی، علاوه بر اجسام معدنی قیرها دارای مخلوط‌های دیگری از قبیل مواد آلی مخصوصا ریشه گیاهان می‌باشند،مانند قیر ترینیداد که دارای ۴۰ درصد مواد معدنی و ۵ درصد مواد آلی می‌باشد یا قیر برمودا که حدود ۵ درصد وزنش دارای مواد معدنی است.

تفاوت قیر طبیعی و قیر نفتی:

در مورد تفاوت قیر طبیعی با قیر نفتی، باید گفت قیر نفتی یا قیر پالایشگاهی در حقیقت ته مانده نفت است که حالت روان دارد.

 البته یک بخش خیلی سفت هم پیدا می‌شود که به آن کک نفتی یا زغال نفتی می‌گویند. از آن بخشی که به صورت مایع بسیار غلیظ، موسوم به وکیوم باتوم است دو محصول تولید می‌شود.

 هنگامی که نفت دارای پارافین باشد، به علت داشتن پارافین بیش از حد و  دارای چسبندگی کم از آن قیر درست نمی‌کنند و آنرا مستقیما به مازوت (نفت کوره) تبدیل می کنند.

 اگر نفت دارای پارافین کمی باشد به عنوان مثال زیر 4 درصد یا این نفت  را با فرآورده‌های سبک‌تر مثل نفت سفید یا گازوئیل یا نوعی ازپسماندهای  رقیق پالایشگاهی، که استاندارد گازوئیل را ندارند مخلوط می‌کنند و از آن نفت کوره تولید می کنند و به فروش می رسانند. در روش دیگر به  وکیوم باتوم مقداری دمش می دهند، و بهمراه ترکیب های کمی از آن قیر تولید می کنند که قیر پالایشگاهی  یا قیر نفتی نام دارد، و این قیر نیز به گریدهای مختلفی تبدیل می‌شود. و بیشتر برای آسفالت ۷۰-۶۰ یا ۱۰۰-۸۵ یا ۱۰۰-۸۰ که استفاده می‌شود.

 اما قیر طبیعی، در  معدن های مختلف بیشتر یک خصوصیت دارند، و میزان خاکستر آن خلوص و قیمت ان را مشخص می کند. برای نمونه برخی از معادن گیلسونایت زیر 5 درصد خاکستر دارند. که جزو مرغوب‌ترین قیرهای طبیعی است و به ترتیب به زیر ده، پانزده، بیست، سی و حتی زیر پنجاه درصد می‌رسد که هرچه خاکستر مخلوط با آن بیشتر باشد، کیفیت قیر پایین‌تر است.

 مهم‌تر از آن جداسازی است که مرحله سختی است و معمولا کیفیت و قیمت قیر را پایین می‌آورد.  

 تفاوت اساسی ،قیر طبیعی با قیر نفتی ، در زیر نوشته شده است :

الف ـ قیر نفتی کمتر از ۱% گوگرد دارد ، قیر معدنی گوگردش بیشتر است . قیر معدنی ترینیداد ۸/۳% ، قیر معدنی کالیفرنیا ۹/۳% و قیر معدنی مکزیک ۲/۳% گوگرد دارند .

ب ـ قیر نفتی خالص است، قیر معدنی دارای جسم‌های معدنی می‌باشد و تا ۱% هم خاکستر دارد .

ج ـ روغن قیر پالایش شده، زیادتر از گیلسونایت است ، روغن قیر پالایشگاهی حتی تا 70 درصد ورن آن را تشکیل می دهد.

دـ عدد صابونی و اسیدی قیر پالایشگاهی از قیر معدنی کمتر است

قیر طبیعی چگونه تشکیل می شود؟

از پارامترهای تشکیل قیر طبیعی گذر طولانی مدت زمان می باشد که در روند تغییر شکل نفت خام به قیر طبیعی تاثیر دارد.

بیتومین طبیعی ماده‌ای معدنی به شکل  سیاه یا قهوه‌ای می باشد که شامل درجه چگالی متغیر از مایع غلیظ تا جامد  و شیشه‌ای است. در آنالیز قیر طبیعی که انجام شده است مشخص شد  که این ماده از ته مانده تقطیر نفت یا رسوب طبیعی نفت به دست می‌آید.

قیر طبیعی از ترکیبات هیدروژن و کربن با نسبت جزئی نیتروژن، گوگرد و اکسیژن شکل‌ می‌گیرد. این ماده در طی مراحل اولیه تجزیه ذخایر آلی دریایی به نفت تشکیل شده و حاوی مواد معدنی است.

 این فرایند دگرگونی نفت خام باعث بوجود آمدن قیر معدنی می شود.

مهمترین تفاوتی که بین قیر نفتی و قیر معدنی وجود دارد این است که بیشتر قیر معدنی به شکل اصلاح‌کننده برای قیرهای پالایشگاهی مورد استفاده در انواع آسفالتها و ایزوگام کاربرد دارد.

 به همین دلیل به خاطر نبود فراوری مدرن قیر معدنی بیشتر در جاده سازی آسفالت و مسکن مورد استفاده قرار می گیرد.

تاریخچه:

بیشتر مردم تصور می کنند که قیر از نفت پالایشگاهی تولید می شود، اما در برخی کشورهای جهان معادن قیر طبیعی بوجود آمده است که  360میلیون سال قبل تشکیل شده اند.  در دوره کربنیفر که روی زمین بیشتر از باتلاق و برکه پوشیده شده بود، جاندارن زنده بسیاری درون  باتلاق‌ها زندگی می کردند که بعد از مرگ در مدت سالهای بسیار طولانی با انباشته شدن رسوب روی بقایای این موجودات، شرایط تشکیل سوخت‌های فسیلی به وجود آمد.

 وضعیتی  همانند فشار زیاد، نبودن اکسیژن و دمای بالا که با گذر زمان باعث تخمیر و تغییر شیمیایی مولکول‌های آلی می‌شود. در این شرایط بخصوص دمای بالاتر از ۵۰ درجه سانتی گراد، مواد آلی در بین رسوبات تبدیل به کروژن، قیر و نفت می‌شوند.

پراکندگی در کشورهای مختلف:

امروزه بیشترین معادن قیرهای طبیعی جهان در ایران، ونزوئلا، عمان و کانادا وجود دارند. که این نوع قیر معدنی مانند نفت خام باید استخراج و فراوری شود. در بعضی معادن دنیا قیر طبیعی در عمق کم تشکیل شده است، مانند معادن بیتومین کانادا که با تجهیزات معدنی استخراج می شوند.

 در آخر لازم است که بگویم که استخراج قیر طبیعی هزینه زیادی در مقایسه با قیر پالایشگاهی دارد. همچنین قیرهای طبیعی در بعضی از آنها تا ۵% گوگرد، فلزهای سنگین و ناخالصی‌ وجود دارد که این ناخالصی ها هزینه فرآوری را بیشتر می کند.

انواع قیر طبیعی:

قیر طبیعی معمولا در لایه‌های کم‌عمق زمین یافت می‌شود و در برخی موارد از پوسته زمین بیرون می‌زند. نفت‌های خام سطحی با مرور زمان تبخیر شده و سپس به دلیل هوازدگی شکل قیر به خود می‌گیرند.

 قیر معدنی بر اساس خواص شمیایی و فیزیکی به چند بخش تقسیم می‌شود:

    قیر غیر قابل ذوب ونامحلول در دیسولفید کربن  asphaltic pyrobitumen
    قیر غیر قابل ذوب حرارتی غیر آسفالتی بیتومن Non-Asphaltic Pyrobitumen
   قیر جامد محلول بیتومین طبیعی یا آسفالتیت Asphaltite

کاربردها :

در دنیای پیشرفته و صنعتی قیر طبیعی استفاده زیادی دارد. به طور معمول برای استفاده از قیر باید کیفیت آن مشخص شود. این آنالیز , در آزمایشگاه بر اساس نوع کاربرد و استفاده از آن انحام می شود.

یکی از بهترین کاربردهای قیر طبیعی ویژگی چسبندگی و غیر قابل نفوذ بودن آن ذر برابر رطوبت است.که  در صنایع مختلف به کار گرفته می شود.همچنین به دلیل قیمت ارزان قیرطبیعی در ایزوبام خانه ها از آن استفاده می شود.

اما قیر طبیعی بیشترین استفاده را در تولید آسفالت و مخلوطهای آسفالتی دارد.

موارد عمده کاربرد قیر طبیعی  :

1 – کارهای عمرانی :راه‌ها، فرودگاه‌ها ، زمین‌های ورزشی ، بنیادهای ساختمان ، عایق کاری ساختمان و …

2 –  زمینه‌های هیدرولیکی : کانالها ، پلها ، مخازن آب ، سد و…

3 – مصارف صنعتی: پوشش محافظ  فلزات  ،  رنگ آمیزی  ، درزبندی ، باطری سازی ، تایر سازی ، کفاشی  ،  پوشش  لوله گاز زیر زمینی و …  فروش قیر

4 –   کشاورزی: حفظ رطوبت ، زودرسی گیاه ، جلوگیری از سله و ایجاد جنگل‌های مصنوعی ، فرسایش خاک و شنهای روان و ….

5 –    الکتریکی : نوارهای آسفالتی ،پرکردن اتصالات الکتریکی ، پوشش سیمها ، عایق کاری و…

خواص:

محتوای نیتروژنی قیر طبیعی، مقاومت آن را در مقابل دما و اکسیداسیون به طرز چشم‌گیری افزایش می‌دهد و به همین خاطر، این ماده برای استفاده در روکش آسفالت بسیار مناسب است.

در آزمایش  قیر طبیعی مشخص شد که کاربرد آن در ساخت ایزوگام کیفیت آن را به بالا ترین سطح می رساند. همچنین در برابر رطوبت غیر قابل نفوذ بوده و از هدر رفتن گرمای داخل ساختمانها جلوگیری می کند.

به دلیل  کیفیت و چسبندگی بالا،در آسفالت و  راهسازی از قیر طبیعی استفاده می شود زیرا دوام و عمر آسفالت را افزایش می دهد.

حمل و نقل و نگه داری:

 حمل ونقل قیر معدنی باید با دقت زیاد انجام شود، کیفیتهای مختلف قیر باید جداگانه تفکیک و انبار شوند.

 در محل انبار قیرهای مختلف باید آنالیز، منطبق با محصول درخواستی وجود داشته باشد.

همچنین هنگام بارگیری در کامیونها با چادر ضد آب پوشیده شود تا از ورود آب  باران یا برف به داخل محصول جلوگیری شود.

نکته مهم در نگهداری قیر در انبار این است که حتما باید هواکش و تهویه وجود داشته باشد تا از جمع شدن گازهای قابل آتش گرفتن جلوگیری کرد.

انبارهای قیر لازم است دور از مواد قابل اشتعال باشند و همچنین لوازم ایمنی ضد آتش سوزی را از قبل باید فراهم  نمود.