قیر، ماده ای سیاه رنگ با ترکیبات  پیچیده ای از انواع هیدروکربن ها با ساختار ها و جرم های متفاوت  است که نمی توان به صورت دقیق فرمول معینی را برای آن تعریف کرد و عموما به رنگ سیاه و یا قهوه ای متمایل به سیاه است.

این ماده دمای جوش بالایی دارد، ضد آب است و چسبندگی خوبی ایجاد میکند. 

برای بدست آوردن این ماده باید نفت خام در فرآیند پالایش در پالایشگاه تقطیر شود و تولید سالانه‌ی آن در جهان حدود 90 میلیون تن است.

فرمول شیمیایی و ترکیبات
برای تعیین ترکیبات نفت از آنالیز SARA استفاده می شود . این آنالیز ترکیبات موجود در نمونه را به چهار دسته اشباع ها ، آسفالتن ها، آروماتیک ها ، رزین ها تقسیم کرده و مقدار هر کدام را در نمونه بیان می کند . به عنوان مثال در جدول زیر نتایج آنالیز SARA برای دو نوع قیر Athabasca و Cold Lake آورده شده اند .

مشخصات قیر

خواص فیزیکی
ماده ی فوق در دماهای متوسط تا بالا سیالی ویسکوز است و در دماهای پایین به شکل جامدی شکننده در می آید. رابطه بین دما و پایداری یا قوام از اهمیت بالایی برخوردار است . این رابطه از آنجایی اهمیت پیدا می کند که برای مخلوط کردن قیر با توده های معدنی نیاز به یک سیال روان داریم ، در حالیکه برای تراکم توسط غلطک باید مقداری سفتتر باشد تا بتواند لایه ای پایدار و محکم را بر روی سطح ایجاد کند.

این مخلوط هیدروکربنی یک ماده ویسکوالاستیک است که خواص آن نه تنها توسط دما بلکه توسط سرعت بارگذاری نیز تحت تاثیر قرار می گیرد. در شکل زیر می توان مشاهده کرد که با افزایش دما شاهد سه فاز الاستیک ، ویسکوالاستیک و ویسکوز خواهیم بود.

رابطه ویسکوزیته قیر با دما
تولید
برای تولید ماده ی فوق روش های زیر ارئه شده اند:

الف – تقطیر:
تقطیر نفت های خامی که از نظر بازده برشهای سنگین مناسب می باشند و استفاده از باقیمانده تقطیر خلا جهت تهیه قیر.

ساده ترین روش برای تولید استفاده از ته مانده برج تقطیر نفت خام است ، این ته مانده دارای هیدروکربن هایی با نقطه جوش بالا ، جرم مولکولی زیاد و فراریت کم است . نفت خام ابتدا در برج اتمسفری تقطیر شده و ترکیبات سبکی مانند گازوئیل از آن جدا می شوند و ترکیبات سنگین تر از انتهای آن به عنوان باقی مانده خارج می شوند . باقی ماده ی برج تقطیر اتمسفری برای جداسازی بیشتر به برج تقطیر درخلا فرستاده می شود و در آنجا ترکیبات سبک باقی مانده نیز جدا می شوند . خروجی انتهای برج خلا به عنوان “قیر – مستقیم” شناخته می شود که هم به صورت مستقیم و هم در ترکیب با محصولات دیگری مانند باقی مانده فرآیند دی آسفالته کردن استفاده می شود . در این روش برای تغییر خواص فیزیکی محصول و بهبود آنها از دمیدن هوا در دمای بالا به درون ماده ی فوق استفاده می شود .

ب – آسفالت گیری:
با استفاده از حلال های خاص می توان روان کننده ها و قیر را از جریان خام جدا کرد. بسته به نوع حلال (پروپان یا بوتان) استفاده شده انواع مختلفی ازاین ماده می تواند حاصل شود. همراه با پارامترهای قابل کنترل در برج تقطیر ، فرآیند امکان تولید قیرهایی با درجه نفوذهای مختلف را به ما می دهد. این خاصیت (نفوذ) و نقطه نرم شدن دو پارامتر اصلی برای انتخاب بیتومن در کاربری های مهندسی است. خاصیت های فیزیکی مهم دیگر عبارتند از حساسیت دمایی ، چسپندگی و الاستیسیته که همگی با آزمایش های دقیق محاسبه می شوند.

ج – اکسیداسیون:
که عبارت است از جریان دادن هوا در جهت مخالف قیر به منظور اکسیده نمودن آن. این عملیات موجب تشکیل مولکولهایی با جرم مولکولی بالا و ساختاری متفاوت با ماده اولیه می شود. بدین ترتیب می توان از ماده اولیه نرم، نوع سخت بدست آورد.

د- ترکیب
در این روش ترکیباتی از این ماده با خواص فیزیکی متفاوت با یکدیگر مخلوط می شوند تا محصول نهایی خواص مورد نظر را پیدا کند.

استخراج این ماده به صورت طبیعی
همانگونه که پیشتر نیز گفته شد در برخی مناطق ماسه های نفتی حاوی قیر هستند. این ماسه ها رسوباتی هستند که در آنها ماسه ، ترکیبات رسی ، آب و ماده ی فوق در کنار هم قرار دارند. در وهله اول از استخراج سطحی برای بازیابی ماسه های نفتی استفاده می شود و پس از آن استخراج از این ماسه ها صورت می گیرد. در مورد منابعی که عمق بیشتری دارند از استخراج درجا (in-situ mining) استفاده می شود. در این روش قیر حرارت داده شده و از داخل زمین به بیرون پمپ می شود . این روش از دیرباز بازده کمی داشته است، هر چند که روش ها و تکنولوژی های جدیدتر توانسته اند تا حدودی این بازده را بهبود ببخشند.

استخراج درجا
در این روش جریانی از بخار داغ به عمق زمین اعمال می شود . این جریان بخار، قیر را در خود حل کرده و آن را به سطح می آورد. این جریان در مرحله بعد به واحد جداسازی فرستاده می شود که در آنجا بیتومن و آب از یکدیگر جدا می شوند. اگرچه از سال 1980 این روش برای استخراج مورد استفاده قرار گرفته است ، اما از سال 1995 به بعد استخراج با استفاده از روش درجا هر ساله شاهد رشدی چشمگیر بوده است.

انواع گوناگون این ماده:
این ماده انواع مختلفی دارد که عبارتند از معمولی یا مستقیم ، امولسیون ، مایع و … که در ادامه به معرفی آنها خواهیم پرداخت .

1- مستقیم (straight-run )
این نوع، بر طبق استاندارد NFT 65-001 بر اساس درجه سختی به پنج گروه یا گرید تقسیم شده اند . همانگونه که پیشتر نیز شرح داده شد این نوع به صورت مستقیم و بدون عملیات اضافه ای از خروجی برج تقطیر گرفته می شود (در برخی موارد هوا به درون آن دمیده می شود) . دسته بندی و نامگذاری این مواد بر اساس درجه نفوذ آنها انجام میگیرد .

به عنوان مثال درجه نفوذ قیر 60/70 که یکی از رایج ترین ها در جاده سازی است بین 60 تا 70 است . بر این اساس هرچه عدد نفوذ بالاتر باشد محصول نرمتر است و هرچه درجه بالاتر باشد سفت تر است . درجه نفوذ را با استفاده از یک سوزن استاندارد در شرایطی خاص اندازه گیری می کنند و نشان دهنده میزان نفوذ سوزن در دما ، مدت زمان و شرایط خاص دیگر است .

2- قیر کات بک (مایع)
این ماده به صورت مایع که کات بک (Cut back Bitumen) نیز نامیده می شود از حل شدن آن در یک حلال بدست می آید . حلال های مورد استفاده عموما حلال های نفتی بوده و دارای فراریت های متفاوتی هستند . بر این اساس و با توجه به سرعت نسبی تبخیر محصول نهایی ، سه نوع کات بک حاصل می شوند که عبارتند از : (RC (Rapid curing) ، MC (Medium curing و (SC (Slow curing .

افزودن حلال و به شکل مایع در آوردن قیر باعث می شود تا بتوان از آن در دماهای پایین تر و راحتتر استفاده کرد . در فرآیند استفاده از کات بک ها ابتدا حلال تبخیر شده و سپس لایه Bitumen بر روی سطح مورد نظر باقی می ماند . عموما حلال هایی که استفاده می شوند عبارتند از نفتا ، بنزین ، کروزن ، وایت اسپریت ها ( حلال 402 ، حلال 406 ، حلال 410 و …) . نوع حلال ، مدت زمان پخت ( سفت شدن ) را تعیین می کند و مقدار آن ویسکوزیته کات بک را تعیین می کند .

انواع کات بک
این مواد مخلوط قیر با یک حلال مناسب می باشند . چون گرانروی این گونه قیرها در نتیجه انحلال کاهش می یابد، امکان کاربرد در دماهای پایین تر نظیر جاده سازی (بدون گرم کردن) را میسر می سازند.

با توجه به نوع حلال مصرفی، این مواد به صورت مایع به سه دسته تقسیم می شوند:

زودگیر (Rapid-curing) : که حلالشان از نوع سبک است و هنگام کاربرد به سرعت تبخیر شده و لایه ای از قیر باقی می ماند.
نیمگیر (Medium-curong): در این مورد از حلالهایی نظیر نفت سفید استفاده می شود که تبخیرشان چندان سریع نیست و به همین دلیل دیرتر لخته می شود.
دیرگیر (Slow-curing): در این نوع از حلال های دیرتبخیر شونده نظیر نفت گاز استفاده می شود . بر طبق استاندارد NFT 65-002 قیرهای مایع بر اساس شبه گرانروی به پنج گرید تقسیم شده اند.

برای اطلاعات بیشتر به آدرس زیر مراجعه نمایید: 

https://gilsonite98.blogspot.com/