قیر معدنی گیلسونایت و مهمترین خصوصیات فیزیکی و شیمیایی آن

قیر معدنی یک ماده طبیعی است که هزاران سال است که توسط انسان استفاده می شود. در پوسته زمین، اغلب در نزدیکی ذخایر نفتی یافت می شود و معمولاً به عنوان آسفالت یا قیر شناخته می شود. این ماده تیره و چسبنده در درجه اول از هیدروکربن ها تشکیل شده است که ترکیبات آلی از اتم های هیدروژن و کربن هستند. در این مقاله به بررسی خواص، کاربردها و شکل گیری قیر معدنی می پردازیم.

تعریف و کاربرد قیر معدنی

اول از همه، قیر معدنی بسیار  چسبناک است. این بدان معنی است که ضخیم است و به راحتی قابل جریان نیست، که آن را برای چندین کاربرد مفید می کند. به عنوان مثال، معمولاً در راهسازی برای ایجاد سطوح صاف و بادوام استفاده می شود. قیر را با سنگدانه هایی مانند شن یا ماسه مخلوط می کنند تا آسفالت ساخته شود و سپس به عنوان یک ماده روسازی ریخته می شود. ماهیت چسبنده قیر به چسباندن سنگدانه ها به یکدیگر کمک می کند و سطح جاده ای پایدار و بادوام ایجاد می کند.

ثانیاً قیر در کاربردهای ضد آب نیز استفاده می شود. به دلیل خاصیت ضد آب بودن آن در تولید مصالح سقفی مانند نمد و زونا استفاده می شود. این مواد یک لایه محافظ ایجاد می کنند که از نفوذ آب به داخل ساختمان جلوگیری می کند و در نتیجه از نشت و آسیب جلوگیری می کند. علاوه بر این، قیر در تولید غشاهای عایق صدا استفاده می شود که در ساخت و ساز ساختمان برای کاهش انتقال صدا استفاده می شود.

فرآیند تشکیل قیر معدنی

تشکیل قیر معدنی فرآیند جالبی است که طی میلیون ها سال اتفاق می افتد. با تجمع مواد آلی مانند گیاهان و میکروارگانیسم ها در دریاها یا دریاچه های باستانی شروع می شود. هنگامی که این مواد دفن می شوند و تحت فشار و دمای بالا قرار می گیرند، به نفت تبدیل می شوند که مخلوطی از مایعات و گازهای هیدروکربنی است. با گذشت زمان، اگر نفت در معرض هوا یا آب قرار گیرد، هیدروکربن‌های سبک‌تر تبخیر می‌شوند و قیر سنگین‌تر و جامدتری را پشت سر می‌گذارند.

استخراج

استخراج قیر از ذخایر طبیعی شامل دو روش اصلی استخراج معادن روباز و استخراج در محل است. در معادن روباز، ذخایر غنی از قیر حفر شده و به یک مرکز فرآوری منتقل می‌شوند. از سوی دیگر، استخراج در محل شامل تزریق بخار به داخل زمین برای گرم کردن قیر است که باعث آسان‌تر آوردن آن به سطح می‌شود. این روش های استخراج پیچیده هستند و نیاز به فرآیندهای تکنولوژیکی پیشرفته دارند.

 میدان نفتی مسجدسلیمان یکی از این میادین است. امروزه این عامل اکتشافی برای نفت، از ابتدایی ترین روشهای پی جویی  محسوب می شود، چرا که روشها و تجهیزات بسیار قابل اعتمادتری جایگزین آن شده است. اما از سوی دیگر، کاربردهای جدیدی (مصارف صنعتی ) برای قیرطبیعی به وجود آمده است که تا چند دهه، اخیر  ناشناخته بوده و لذا دوباره، کشف این ماده از اهمیت نسبی برخوردار می باشد.

چالش های استخراج
یکی از چالش های مهم مرتبط با استخراج قیر، اثرات زیست محیطی آن است. استخراج و فرآوری قیر می تواند منجر به تخریب زیستگاه های طبیعی و انتشار گازهای گلخانه ای شود. علاوه بر این، حمل و نقل قیر، به ویژه از طریق خطوط لوله، می تواند خطر نشت و نشت را ایجاد کند که می تواند به اکوسیستم ها و حیات وحش آسیب برساند. تلاش‌هایی برای به حداقل رساندن این اثرات از طریق بهبود تکنیک‌های استخراج و مقررات سخت‌گیرانه‌تر انجام می‌شود.

پراکندگی قیر معدنی  در ایران:

 معادن قیرهای معدنی گیلسونایت در اکثر نقاط نفت خیز ایران وجود دارند. و توسط سازمان زمین شناسی در برخی از نقاط ناحیه کوهدشت در استان لرستان، گیلان غرب و قصرشیرین در استان کرمانشاه و استان ایلام ،پیجویی ها و اکتشافاتي صورت گرفته است.

مطالعاتی بر روی اندیسهای قیر معدنی در ناحیه، گیلان غرب ،کوهدشت و معمولان  انجام شده و در ناحیه امامزاده داود الیگودرز، ارزیابی ژئوشیمیایی بیتومین های این منطقه صورت پذيرفته است.توجه : قیرهای آنالیز شده منطقه گیلان غرب نمی باشد و در منطقه لرستان تهیه شده است.

 پارامترهای فیزیکی و خصوصیات ژئوشیمیایی قیر معدنی  و نحوه شکل گیری آنها:

1 -روش کار و تحقیق
برای ارزیابی زمین شناسی و ژئوشیمیایی قیر معدنی، در ابتدا مطالعات صحرایی جهت مطالعه لیتولوژی و شناسایی برونزدهای قیرهای معدنی در ناحیه مورد مطالعه صورت گرفت.

 و سپس، ٦ نمونه از این قیرهای طبیعی جهت آنالیز خصوصیات فیزیکی و شیمیایی مانند تعیین درصد خاکستر، درصد رطوبت، درصد مواد فرار، درصد کربن، اکسیژن، نیتروژن و گوگرد و آزمایشهاي ژئوشیمیایی XRF به آزمايشگاه ارسال گردید، که نتایج این آنالیزها (قیرهای کلک بیشه) در جداول داخل این صفحه توسط معدن گیلسونایت ماد، ارائه شده است.

توجه: این آنالیز گیلسونایت معادن منطقه گیلان غرب نمی باشد .

خصوصیات فیزیکی و شیمیایی قیر معدنی  منطقه:

با توجه به آنالیزهای فیزیکی و شیمیایی بر روی نمونه های قیر معدنی (قیر طبیعی) پارامترهای زیر مورد بررسی قرار گرفته اند:

1 – کربن : تمامی نمونه های مورد آزمایش، درصد قابل توجهی کربن دارند . حداکثر مقدار کربن مربوط به نمونه 4 در جدول به میزان ٨٥/۷٥ درصد بوده و کمترین آنها، مربوط به نمونه -٣ به میزان ٣۴/٧٤ درصد است. لذا، قیرهای طبیعی مورد مطالعه، دارای کیفیت بسیار خوب می باشند.

2 – اکسیژن : قیرهای معدنی  دارای اکسیژن زیاد غیرقابل پخت هستند، زغال های قیردار با اکسیژن کم به شدت قابل پخت بوده و در هوای خشک، رطوبتی در حدود 1 تا 2 درصد را جذب می کنند.

 حداکثر مقدار اکسیژن مربوط به نمونه 4 به میزان ۲/۵ درصد بوده و کمترین آنها مربوط به نمونه ۱ به میزان ۲/٤ درصد است.
3 – درصد حلالیت  در مواد مختلف : درصد حلالیت  نمونه های CS2 ،بنزن، متانول و اتانول اندازه گیری شد.درصد مواد فرار نمونه های قیرمعدنی از مجموع درصد حلالیت در این چهار ماده محاسبه می گردد. آزمایشهای CS2 ،بنزن، متانول و اتانول به مدت ۲۴ ساعت تعیین درصد حلالیت، و به نسبت ۱۰ گرم در ۱۰۰ سانتي متر مکعب انجام پذیرفته است.

این قیرهای معدنی  به ِ دلیل درصد بسیار کم اکسیژن و انحلال بسیار کم در CS2 ،جزو پیروبیتومین هاي آسفالتي و در يك طبقه بندي دقيق تر، با نام پيروبيتومین هاي آسفالتي از نوع آلبرتيت يا آالتريت نام گذاري مي شوند.

4 – درصد رطوبت : هرچه درصد رطوبت نمونه های قیرطبیعی کمتر باشد، کیفیت قیر، مطلوب تر، می گردد. میزان رطوبت نمونه های قیر طبیعی در منطقه مورد مطالعه از ٩/٠ درصد ت ا ٩٧/0 درصد متغیر می باشد.

5 – وزن مخصوص : وجود ناخالصی ها در نمونه های قیرطبیعی باعث افزایش وزن مخصوص و کاهش کیفیت آنها می گردد. مقدار وزن مخصوص نمونه های مورد مطالعه را در جدول ببینید.

6-مقدار خاکستر قیر معدنی  :

میزان خاکستر معدن  نمونه های قیرطبیعی اخذ شده از منطقه مطالعاتی در مدت زمان ۳ ساعت و در درجه حرارت ۸۰۰ درجه سانتيگراد اندازه گیری شده است. هرچه میزان خاکستر قیرمعدنی کمتر باشد، کیفیت قیر افزایش می یابد. حداقل میزان خاکستر، مربوط به نمونه های-١ و ٢ به میزان ٧٣/٤ درصد و حداکثر آن، مربوط به نمونه-٦ به میزان ٣/٥ درصد است.

نتایج حاصل از آنالیز فلوئورسانس :

اشعه ایکسXRF (آنالیز فلوئورسانس اشعه ایکسXRF ) انجام شده بر روی نمونه های بیتومین،قیر معدنی کلکبیشه نشان می دهد، که درصد اغلب عناصر فلزی نمونه ها بسیار کم است.

اما برای به دست آوردن یک ماده معدنی مناسب و خالص برای صادرات، باید همین درصد ناخالصی های ناچیز را نیز پایین تر آورد. در نمونه های مورد مطالعه، میزان Si و Ca بالا است. میانگین میزان Si در حدود 6/۰ درصد و Ca در حدود 7/2 درصد است.

نتیجه گیری:

در نتیجه، قیر معدنی یک ماده طبیعی است که کاربردهای متعددی در زندگی روزمره ما دارد. ویسکوزیته و ویژگی های مقاوم در برابر آب آن را برای ساخت و ساز جاده، عایق رطوبتی و فرآیندهای مختلف تولید ارزشمند می کند. 

درک شکل‌گیری، روش‌های استخراج و اثرات بالقوه زیست‌محیطی قیر برای یافتن راه‌های پایدار برای استفاده از این منبع ارزشمند ضروری است. با ایجاد تعادل بین کاربردهای آن و ملاحظات زیست محیطی، می‌توانیم همچنان از تطبیق پذیری قیر معدنی بهره ببریم و در عین حال اثرات منفی آن را به حداقل برسانیم.