بیتومین انواع بیتومن تعریف کامل و نحوه شکل گیری آن

 بیتومن چیست؟

بیتومن یا بیتومین با اصطلاحات دیگری مانند قیر و آسفالت نیز شناخته شده است .
بیتومین، قیر، مایع گرانروی (ویسکوزیته) و  سیاه رنگ، و خمیر مانند ،که از مخلوط هیدورکربن های مختلف تشکیل شده است که به شکل  طبیعی وجود دارد  یا از تقطیر و پالایش  نفت خام تولید می گردد.

 بیتومین به علت  خواص ضد آب و چسبندگی بالای آن شناخته می شود و در بیشتر مواقع در صنایع ساختمان سازی به ویژه برای ساخت جاده ها و بزرگراه ها از آن  استفاده می شود. همچنین بیشترین تولید بیتومین  از طریق تقطیر نفت خام انجام می‌شود، که مواد  سبک‌تر نفت خام مانند بنزین و گازوئیل را حذف می‌کند و قیر سنگین‌تری به این شکل از آن تولید می شود.

رسوبات نفت  همچنین می تواند به طور طبیعی در کف دریاچه های بسیار قدیمی، مکانی  که موجودات ماقبل تاریخ در اثر فعل و انفعالات شیمیایی پوسیده شده اند و تخت تاثیر گرما و فشار قرار گرفته اند، وجود داشته باشد.

ویژگی بیتومن

    بیتومین از طریق تقطیر نفت خام تولید می شود و به طور طبیعی نیز وجود دارد.
    به دلیل خاصیت ضد آب و چسبندگی آن شناخته شده است.
    قیر متشکل از هیدروکربن های پیچیده، حاوی عناصری مانند کلسیم، آهن، گوگرد و هیدروژن است.
    قیمت قیر با توجه به وضعیت اقتصاد جهانی و عرضه و تقاضا برای نفت خام تعیین می شود.
    اولین قراردادهای آتی قیر جهان در اکتبر 2013 در بورس آتی شانگهای عرضه شد.

شناخت  بیتومن

بیتومین حاوی عناصری مانند کلسیم، آهن، گوگرد و اکسیژن می باشد. ارزش کمی و کیفی آن  بستگی به منبع و نوع نفت خامی دارد که از آن استخراج می شود. البته در طول تاریخ  اولین بار به دلیل ویژگی های چسب طبیعی و ضد آب بودن از این ماده استفاده شد که به چسباندن مصالح ساختمانی به یکدیگر و نیز به خط کشی و عایق بندی سطوح و  کف کشتی  و همچنین به  عنوان دارو نیز استفاده شده است.

 بیتومن به طور کلی برای مصارف صنعتی در نظر گرفته شده است و معمولاً در سنگفرش جاده ها از آن استفاده  می شود. اکثر جاده ها و پیاده روها از قیر یا ترکیبی از قیر و سنگدانه ها مانند بتن ساخته شده اند.

 اضافه بر  ضد آب بودن آن  و عمل کردن  به عنوان چسب، از این ماده برای پروژه‌های جاده‌ای دیگر استفاده می کنند.

قیر می تواند برای همیشه تحت فشار سنگین تغییر شکل دهد. فشار همیشگی بر روی مواد ودر معرض گرمای خورشید قرار گرفتن می تواند منجر به ترک خوردن و اکسیده شدن شود که می تواند آسفالت را شکننده کند. روش تأثیرگذاری شکل فیزیکی آن به چند چیز از جمله ترکیب مخلوط آسفالت و دمای محیط بستگی دارد.

خواص فیزیکی

بیتومین یا قیر، ماده جامد یا نیمه – جامد در دمای محیط است، هنگامی که دما افزایش پیدا می کند نرم و با کاهش دما سخت تر می شود. همچنین در دمای بالا، بیتومن مانند مایعات  رفتار نیوتونی دارد و با افزایش دما، گرانروی کمتر می شود. به همین علت در زمان استفاده باید حتما گرم شود.
لازم به ذکر است، بیتومن  ماده ای  ویسکوالاستیک می باشد. بیتومین یا قیر مانند جامدات الاستیک در هنگام  زمان های بارگیری کوتاه رفتار می کند و در هنگام زمان های بارگیری بیشتر مانند مایع ویسکوز یا چسبناک رفتار می کند. بنابراین مولکول های قطبی موجود در قیر  منجر به تمایل بیتومن به سنگدانه ها می شود و ماده ای چسبناک و همچنین ضد آب است.بیتومین محصولی مهندسی بوده و مشخصات آن، بر پایه مشخصات فیزیکی متمرکز است نه برپایه  مشخصات شیمیایی.

بیشنرین شکل  فیزیکی قیر وابسته به دما بوده و در هر دمایی شکل خاص و ویژه ای دارد. اصلی ترین ویژگی بیتومن، خواص واترپروف (ضد آب) و چسبندگی بالای آن می باشد.
مشخص ترین پروسه  تولید قیر از طریق تقطیر نفت خام باعث تفکیک اجزای سبک نفت خام مانند بنزین و گازوئیل می شود و بیتومین “سنگین ترین” جزء نفت خام بوده و در دمای 340°c جداسازی می گردد.

ترکیبات شیمیایی

ترکیبات شیمیایی بیتومن انواع قیر  در حالت کلی مشابه هم هستند، ولی  با توجه به این که  منابع نفت خام اصلی و فرآیند های انجام گردیده در هنگام تصفیه و مخلوط کردن، اندکی تغییر می کنند. باید گفت قیرها را به طور کلی می توان مخلوط پیچیده ای از هیدروکربن ها توصیف کرد که حاوی تعداد زیادی ترکیبات شیمیایی مختلف با وزن مولکولی نسبتاً بالا هستند.

ریزترین اندازه ترکیب های  مولکولی قیر یا بیتومین، در فرآیند ساخت قیر توسط تقطیر “نقطه برش” حدود ۳۰۰ دالتون تعیین میشود. البته تحقیقات گذشته نشان می دهد که وزن های مولکولی تا ۱۰۰۰۰ دالتون وجود دارد، در حال که برخی تحقیقات نشان می دهند در صورت وجود مولکول های بزرگتر از ۱۵۰۰، به صورت احتمال تعداد بسیار کم وجود دارند.

از لحاظ شیمیایی مولکول های موجود در قیر ترکیبی از آلکان ها، سیلکلوآلکان ها، مواد معطر و مولکول های هترو حاوی گوگرد، اکسیژن، نیتروژن و فلزات و شامل روغن، رزین و آسفالتین بوده و آسفالتین موجود در قیر علت سختی آن می باشد.

در قیر قطبی ترین ترکیب ها، ترکیبات ساختاری را ایجاد می کنند که خاصیت سختی یا مدول را به بیتومن می دهد. در صورتی که ترکیبات با قطبیت پایین، خواص انعطاف پذیری و دمای پایین را به آسفالت میدهند،این  ترکیب ها با قطبیت میانه در بیتومن یا قیر با کمترین و بیشترین ترکیب های  قطبی سازگارند. در حالی که قیر یا بیتومن ازمولکولهای به هم پیوسته تشکیل گردیده است، آنالیز هر کدام از این ترکیبها بصورت جداگانه غیر عملی خواهد بود. . به همین سبب، ترکیب های بیتومن در چند طبقه عمده و قطبی طبقه بندی میگردد:

    ترکیب های اشباع،  و هیدروکربنهای اشباع که درصد اشباع با نقطه نرم شدن متربال ارتباط دارد.
    آروماتیک های نفتنیک، متشکل از ترکیب های  آروماتیک پلی سیکلیک نصفه  هیدورژنه.
   ترکیب  آروماتیک های قطبی، تشکیل شده  از فنل های با وزن مولکولی بالا و اسیدهای کربوکسیلیک
   و  آسفالتین ها ، متشکل از فنل های با وزن مولکولی بالا و ترکیبات هتروسیکلیک

باید بدانید آسفالتینها از طریق روش “فرآیند استخراج حلالی “جداسازی می شوند اما چند بخش دیگر، با استفاده از روش کروماتوگرافی تفکیک می شوند.
معمولا، ترکیب های آروماتیک های نفتنی و آروماتیک های قطبی بیشترین ترکیبات تشکیل دهنده قیر یا بیتومن هستند. و در ادامه  اکثر قیرهای طبیعی حاوی ترکیبات ارگانیسولفور می باشند که در نتیجه مقدار کل گوگرد آنها تا ۴٪ است. و ماده نیکل و وانادیوم در سطح <۱۰ ppm نیز  یافت می شود ،این محصول در دی سولفید کربن محلول است.  به طور معمول به  شکل  کلوئید، آسفالتین ها به عنوان فاز پراکنده و مالتن ها به عنوان فاز پیوسته، مدلسازی می شوند. و بسیار “تقریباً غیرممکن است که تمام مولکولهای مختلف آسفالت (بیتومن یا قیر) را از هم جدا کرد چون تعداد مولکولها با ساختار شیمیایی متفاوت، بسیار زیاد است.

روش عملکرد قیر  به شکلی  تعامل مولکول های قیر با یکدیگر و یا با مواد دیگر مانند تجمع آب و سطوح مرتبط می کند.  وجود  داشتن گوگرد، نیتروژن، اکسیژن و فلزات در برخی از مولکول ها آنها را کمی قطبی می کند. مهم بودن  مولکول های حاوی هترواتم در شیمی قیر توانایی ایجاد کردن  برهمکنش های مولکولی می باشد که به شدت بر خصوصیات فیزیکی و عملکرد قیرها تأثیرگذار هستند. ترکیب های  شامل  مولکول های هترواتم می توانند از نظر مقدار و خصوصیات در قیرهای استخراج شده از منبع های  مختلف نفت خام متفاوت باشند.
آنالیز  بیتومن
عنصر     مقدار
کربن (w%)     ۸۰/۲ – ۸۴/۳
هیدروژن (w%)     ۹/۸ – ۱۰/۸
نیتروژن (w%)     ۰/۲ – ۱/۲
سولفور (w%)     ۰/۹ – ۶/۶
اکسیژن (w%)     ۰/۴ – ۱/۰
نیکل (ppm)     ۱۰ – ۱۳۹
وانادیوم (ppm)     ۷ – ۱۵۹۰
آهن (ppm)     ۵ – ۱۴۷
منگنز (ppm)     ۰/۱ – ۳/۷
کلسیم (ppm)     ۱ – ۳۳۵
منیزیم (ppm)     ۱ – ۱۳۴
سدیم (ppm)     ۶ – ۱۵۹

 در بیشتر آزمایش ها درصد جرمی عنصر گوگرد در بیتومن یا قیر ممکن است بین ۱ – ۷  %  وجود داشته باشد و شامل ترکیبات مختلف گوگردی مانند تیوفنها و سولفیدها است. تحقیق  در این مورد  مشخص می کند که هترواتمها، گوگرد و نیتروژن، تا حدود زیادی در پیکربندی حلقه های پایدار وجود دارند. اما  ترکیب های  نیتروژندار خیلی مرسوم نیستند ولی گروه های پیرول، ایندول و کاربازول در برخی از قیرها یافت میشوند.با این تفسیر  اکسیژن عمدتاً در ساختار گروههای عاملی اسیدهای کربوکسیلیک و استری وجود دارد. فلزها  نیز بیشتر در ساختارهای پورفیرین مانند مشاهده می شوند

قیمت بیتومین

به دلیل اینکه قیر  ماده ای باقیمانده در طی انجام  پالایش نفت خام به گاز مایع و بنزین است. به این دلیل، قیمت قیر به شدت به مجموعه ای از عوامل که بر قیمت نفت خام تأثیر می گذارد، وابستهمی باشد. این نیز  شامل عرضه و تقاضا و ثبات ژئوپلیتیکی در مناطق تولیدکننده نفت خام جهان است.

از دیگر عواملی  که بر قیمت قیر تأثیر می گذارد، تفاوت قیمت بین نفت خام سنگین و سبک است. از سویی به عنوان یک محصول جانبی در طی فرآیند تقطیر برای نفت خام سنگین تولید می شود. به این علت ، تصمیمات پالایشگاه ها برای پالایش نفت خام سنگین و سبک برای قیمت قیر بسیار مهم است.

از دیگر عوامل تایین کننده قیمت شرایط اقتصادی جهانی  بر قیمت قیر تأثیر منفی دارد. به عنوان مثال، افزایش تقاضا برای آسفالت جاده ها در دوران رونق اقتصادی می تواند منجر به افزایش قیمت ها شود. کشور چین نقش مهمی در تعیین تقاضا و خرید  و تعیین قیمت قیر در زمان‌های اخیر به دلیل سرمایه‌گذاری سنگین خود در توسعه زیرساخت‌های جاده‌ای خود ایفا می‌کند .

تاریخچه:

در زمان های بسیار دور در تمدن های باستانی  این مواد را مبادله می کردند و هرودوت، مورخ یونانی قرن پنجم قبل از میلاد، ادعا کرد که دیوارهای بابل باستان حاوی قیر است.

مصریان باستان نیز از بیتومین در صنایع مختلف استفاده می کردند همچون آب بندی، عایق کاری ، انه حتی در مومیایی اجساد از این ماده شگفت انگیز استفاده می کردند.

نمونه ای از قیر

یکی از انواع قیر طبیعی را می توان در ذخایر ماسه های نفتی جهان یافت. کشور کانادا بزرگترین ذخایر جهان به ویژه در استان آلبرتا را دارد.  و ذخایر دیگر ماسه های قیری را می توان در ونزوئلا، روسیه و ایالات متحده یافت.

قیر چگونه ساخته می شود؟

روش ساخت  از طریق یک فرآیند پالایش که در آن نفت خام کاهش می یابد، تولید می شود. اجزای سبک تر نفت خام را حذف و قیر سنگین تری را پشت سر می گذارد. این ماده  کاربردهای صنعتی بسیاری  دارد. در ساخت وساز  جاده ها که بیشتر به  آسفالت معروف است و نیز  در سقف سازی استفاده می شود. همانطور گفته شد قیر به طور طبیعی نیز وجود دارد و در ماسه های نفتی کانادا یافت می شود.

کاربرد اصلی قیر چیست؟

بیتومن یا قیر بیشتر  برای مصارف صنعتی استفاده می گردد. می شود  آن را در صنعت ساخت و ساز دید  که در آن برای ساخت جاده استفاده می شود، به همین علت است که معمولاً در این کاربرد آسفالت نامیده می شود. چون  دارای خاصیت عایق رطوبتی و چسبندگی است  آن را به محصولی مناسب برای پوشش سقف تبدیل می کند.
چگونه در بیتومن طبیعی سرمایه گذاری کنم؟

معاملات  خرید وفروش بیتومین طبیعی با معدن گیلسونایت ماد در دسترس است. این محصول طبیعی  برای اپراتورهای پالایشگاه نفت خام، جهت اخطلاط با قیر و ایزوبام و فروشندگان قیر و مصرف کنندگان نهایی در نظر گرفته شده است. 

مراحل تولید:

1- در اولین مرحله ابتدا مواد سبکتر  مثل  پروپان و بنزین از نفت خام جدا می گردد. این مرحله در فشاری در حد فشار اتمسفر انجام می گیرد.

2- مرحله دوم

در دومین مرحله مواد سنگین تر از نفت خام مثل نفت سفید و گازوئیل خارج می شوند.

فاز  دوم در فشاری نزدیک به خلاء انجام می گردد.

و در پایان مخلوطی از مواد جامد بسیار ریزی باقی می ماند.که در ماده ای به نام مالتن که شبیه به گریس است غوطه ور است .

غلظت و چسبندگی قیر به علت ترکیب شیمیایی آن می باشد، بیشتر  مولکولهای بزرگ هیدروکربن معروف به آسفالتین و رزین ، که در روغنهای سبکتر وجود دارد اما در قیر بسیار متمرکز هستند. اضافه بر این  ، قیر حاوی مقادیر زیادی فلزات از قبیل نیکل و وانادیوم و عناصر معدنی غیر فلزی مانند نیتروژن ، اکسیژن و گوگرد است.