پالایش قير طبيعي (معدني)

قيرهاي طبيعي (Native Asphalts or Natural Bitumens)

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.

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)