روش‌های تولید قیر طبیعی و پاکسازی انواع قیر

قیر، همان ماده سیاه و چسبناک، یکی از قدیمی‌ترین و پرکاربردترین مواد هیدروکربنی‌ای است که همه ما آن را می‌شناسیم. این ماده و مشتقات آن با نام های آسفالت، بیتومن و غیره، در صنایع راه‌سازی، ساختمان‌سازی و عایق‌کاری کاربرد فراوان دارد. درحالی‌که بسیاری از مردم قیر را تنها به‌عنوان محصولی می‌شناسند که از پالایش نفت بدست می‌آید، اما بهتر است بدانید که قیر طبیعی نیز در برخی نقاط جهان به‌صورت خودجوش از دل زمین استخراج می‌شود. این ماده ارزشمند به دلیل ویژگی‌های چسبندگی، ضدآب بودن و مقاومت در برابر شرایط محیطی، جایگاه مهمی در صنایع مختلف بدست آورده است. اما قیر طبیعی چگونه تولید می‌شود؟ چه تفاوتی بین انواع قیر وجود دارد؟ از چه روش‌هایی برای پاک‌سازی انواع قیر استفاده می‌شود؟ در این مقاله به این موضوعات به‌صورت دقیق و کاربردی خواهیم پرداخت.

همچنین بخوانید:

♣ میعانات گازی (کاندنسیت) چیست؟ | مزایا و کاربردها

♣ مشتقات نفتی | انواع و کاربردها

روش‌های تولید قیر طبیعی

قیر طبیعی، که در برخی منابع با نام آسفالت معدنی نیز شناخته می‌شود، یکی از اشکال ارزشمند هیدروکربنی است که طی میلیون‌ها سال بر اثر فرآیندهای طبیعی مانند تبخیر ترکیبات سبک‌تر، اکسیداسیون تدریجی و واکنش با کانی‌های موجود در بستر زمین شکل گرفته است. این ماده معمولاً در معادن سطحی یا ذخایر زیرزمینی یافت می‌شود و میزان خلوص و ترکیبات آن بسته به شرایط زمین‌شناسی منطقه متفاوت است. استخراج قیر طبیعی بسته به عمق و نوع ذخیره، روش‌های مختلفی دارد که از حفر معادن سنتی گرفته تا فرآیندهای پیشرفته‌تر جداسازی را شامل می‌شود. انتخاب روش مناسب برای استخراج و فرآوری، به عواملی مانند دسترسی به منابع، هزینه‌های عملیاتی و میزان ناخالصی‌های همراه قیر بستگی دارد.

روش های استخراج سطحی قیر طبیعی

در برخی مناطق، ذخایر قیر طبیعی به شکل رسوبات سطحی و مخلوطی از سنگ، خاک و مواد معدنی یافت می‌شوند. این نوع قیر که معمولاً در نتیجه فرآیندهای طبیعی مانند تبخیر و اکسیداسیون شکل گرفته، برای استخراج نیاز به فرآوری اولیه دارد. بسته به میزان ناخالصی‌های همراه، روش‌های مختلفی برای جداسازی و پالایش آن به‌کار می‌روند.

الف) شستشو یا آب داغ

یکی از متداول‌ترین روش‌ها، شست‌وشو با آب داغ است که در آن، آب با دمای بالا و فشار مناسب روی مخلوط قیری پاشیده می‌شود تا قیر از ذرات معدنی جدا شده و به‌صورت یک امولسیون قیری جمع‌آوری شود. این روش به‌ویژه در مناطقی کاربرد دارد که ذخایر قیر در سطح زمین پخش شده‌اند و نیاز به استخراج مکانیزه پیچیده‌ای ندارند.

ب) استفاده از حلال های آلی

علاوه بر شست‌وشو، استفاده از حلال‌های آلی یکی دیگر از روش‌های موثر برای استخراج انواع قیر از مواد معدنی است. ترکیباتی مانند هگزان، تولوئن و سایر حلال‌های نفتی می‌توانند قیر را حل کرده و از سنگ و خاک جدا کنند. این فرآیند بیشتر در شرایطی به‌کار می‌رود که قیر به‌شدت در ساختار معدنی درگیر شده و جداسازی مکانیکی آن دشوار باشد. در این روش، حلال با سطح مواد قیری تماس پیدا کرده، آن را حل می‌کند و در نهایت، با تبخیر حلال، قیر بازیابی می‌شود. البته هزینه بالای برخی از این ترکیبات و ملاحظات زیست‌محیطی در استفاده از حلال‌های آلی، جزو چالش‌های این روش محسوب می‌شوند.

ج) روش مکانیکی

روش‌های مکانیکی نیز برای جداسازی انواع قیر از خاک و سنگ به‌کار می‌روند. در این روش‌ها، ابتدا مواد حاوی قیر از بستر زمین استخراج شده و با استفاده از تجهیزات خردایش مانند آسیاب‌ها و سرندها، ذرات قیر از سایر مواد جدا می‌شوند. این روش به‌ویژه در مواردی کاربرد دارد که قیر به‌صورت تکه‌های جامد در میان سنگ‌های معدنی یافت شده و نیاز به خرد شدن برای جداسازی دارد. انتخاب هر یک از این روش‌ها به عواملی مانند نوع ذخایر قیر، میزان ناخالصی‌ها و هزینه‌های عملیاتی بستگی دارد.

استخراج زیرزمینی قیر طبیعی

برخلاف ذخایر سطحی، برخی از منابع قیر در اعماق زمین مدفون شده‌اند و برای استخراج آن‌ها، نیاز به روش‌های زیرزمینی و فناوری‌های خاصی وجود دارد.

الف) حفاری و تزریق بخار

یکی از رایج‌ترین روش‌ها، حفاری و تزریق بخار است. در این روش، آب با دمای بالا به درون لایه‌های قیر تزریق می‌شود که باعث کاهش گران‌روی قیر و تسهیل حرکت آن به سمت سطح زمین می‌گردد. بخار آب نه‌تنها قیر را نرم‌تر و روان‌تر می‌کند، بلکه با افزایش فشار، آن را به سمت چاه‌های تولید هدایت کرده و فرآیند استخراج را تسهیل می‌کند. این تکنیک در معادن قیر ماسه‌ای، مانند آنچه در کانادا و ونزوئلا وجود دارد، به‌طور گسترده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد.

ب) گرمایش مستقیم

یکی دیگر از روش‌های استخراج زیرزمینی، گرمایش مستقیم یا همان استخراج حرارتی است. در این روش، به‌جای استفاده از بخار، از سیم‌های الکتریکی یا سیستم‌های گرمایشی درون‌چاهی برای افزایش دمای مخزن قیری استفاده می‌شود. این افزایش دما باعث کاهش گران‌روی قیر و حرکت آن به سمت چاه‌های تولید می‌شود. استخراج حرارتی معمولاً برای ذخایری به‌کار می‌رود که در عمق زیاد قرار دارند و دسترسی به آن‌ها از طریق حفاری معمولی دشوار است. هرچند این روش نسبت به تزریق بخار انرژی بیشتری مصرف می‌کند، اما در برخی از ذخایر، تنها راهکار ممکن برای استخراج به‌شمار می‌رود.

ج) تزریق حلال های شیمیایی

در کنار روش‌های حرارتی، تکنیک تزریق حلال‌های شیمیایی نیز برای استخراج انواع قیر از ذخایر زیرزمینی استفاده می‌شود. در این روش، حلال‌های مخصوصی مانند دی‌اکسیدکربن فوق‌بحرانی یا ترکیبات آلی خاص به درون مخزن تزریق شده و باعث حل شدن قیر در خود می‌شوند. سپس این مخلوط به سطح پمپاژ شده و قیر از حلال جدا می‌گردد. این روش در مقایسه با دیگر روش‌های استخراج، نیاز به تجهیزات پیچیده‌تری دارد، اما در مواردی که قیر به‌شدت سنگین و چسبنده باشد، می‌تواند کارایی بالایی داشته باشد. انتخاب روش مناسب استخراج زیرزمینی، علاوه بر میزان دسترسی به ذخایر، به عواملی مانند هزینه، مصرف انرژی و مسائل زیست‌محیطی وابسته است.

انواع قیر و ویژگی‌های آن‌ها

هر نوع قیر ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی منحصربه‌فردی دارد که آن را برای کاربردهای خاصی مناسب می‌کند. برخی از انواع قیر مستقیماً از طبیعت به‌دست می‌آیند، درحالی‌که برخی دیگر حاصل فرآیندهای پالایشی یا اصلاح‌شده با افزودنی‌های خاص هستند. انتخاب نوع قیر مناسب بر اساس عواملی مانند شرایط آب‌وهوایی، نوع کاربرد و الزامات فنی پروژه انجام می‌شود.

الف) قیر طبیعی

قیر طبیعی مستقیماً از ذخایر قیری استخراج و معمولاً همراه با مواد معدنی مانند رس، سیلت و کربنات‌ها یافت می‌شود. این قیر بر اثر گذر زمان و فرآیندهای زمین‌شناسی مانند تبخیر ترکیبات سبک‌تر و اکسیداسیون در بسترهای طبیعی تشکیل می شود. یکی از ویژگی‌های بارز این نوع قیر، پایداری حرارتی و مقاومت بالا در برابر تغییرات دمایی است که باعث می‌شود در برخی کاربردهای صنعتی مانند تولید آسفالت‌های بادوام و عایق‌کاری‌های ویژه مورد استفاده قرار گیرد.

برخلاف انواع قیرهای پالایشگاهی، قیر طبیعی معمولاً سخت‌تر و شکننده‌تر بوده و برای استفاده مستقیم نیاز به فرآوری دارد. از آنجایی که ناخالصی‌های معدنی در ساختار آن وجود دارد، باید طی مراحلی مانند خردایش، جداسازی مکانیکی یا استفاده از حلال‌های شیمیایی تصفیه شود. در برخی مناطق، این نوع قیر به‌طور طبیعی از سطح زمین استخراج می‌شود و در برخی دیگر نیاز به روش‌های استخراج زیرزمینی دارد. یکی از نمونه‌های معروف قیر طبیعی، قیر دریاچه‌ای است که در مناطقی مانند ترینیداد و ونزوئلا یافت می‌شود.

ب) قیر نفتی (پالایشگاهی)

قیر نفتی یکی از پرکاربردترین انواع قیر است که مستقیماً از فرآیند پالایش نفت خام تولید می‌شود. این قیر طی فرآیند تقطیر، پس از حذف ترکیبات سبک‌تر مانند بنزین و گازوئیل، به‌عنوان یک محصول سنگین باقی می‌ماند. بسته به شرایط پالایش، انواع مختلفی از این قیر تولید می‌شود که هرکدام ویژگی‌های فیزیکی و مکانیکی متفاوتی دارند. دو دسته اصلی قیر نفتی شامل قیر نرم و قیر سخت است که بر اساس میزان نفوذپذیری و درجه سختی طبقه‌بندی می‌شوند.

قیر نرم که دارای درجه نفوذ بالاتر است، در مناطق سردسیر مورد استفاده قرار می‌گیرد، زیرا انعطاف‌پذیری بیشتری داشته و در دماهای پایین ترک نمی‌خورد. در مقابل، قیر سخت که نفوذپذیری کمتری دارد، بیشتر در مناطق گرمسیری کاربرد دارد، زیرا در برابر دماهای بالا تغییر شکل کمتری داشته و پایداری بیشتری در برابر روان شدن از خود نشان می‌دهد. این نوع قیر در صنایع راه‌سازی، ساختمان‌سازی و تولید آسفالت بیشترین استفاده را دارد.

ج) قیر امولسیونی

قیر امولسیونی نوعی از قیر است که با مخلوط کردن قیر نفتی با آب و مواد امولسیون‌کننده تولید می‌شود. از آنجایی که قیر ذاتاً در آب حل نمی‌شود، این فرآیند به کمک امولسیفایرها انجام می‌شود که باعث می‌شوند ذرات قیر درون آب معلق بمانند. این ویژگی باعث می‌شود که قیر امولسیونی بدون نیاز به حرارت زیاد، مستقیماً بر روی سطوح مختلف اعمال شود. یکی از مزایای این نوع قیر، سازگاری بیشتر با محیط‌زیست است، زیرا در فرآیند اجرا نیاز به استفاده از حلال‌های نفتی و حرارت بالا کاهش می‌یابد.

قیر امولسیونی در عملیات نگهداری و ترمیم جاده‌ها، پوشش‌دهی سطوح و برخی از فرآیندهای عایق‌کاری استفاده می‌شود. پس از اعمال این قیر روی سطح موردنظر، آب موجود در آن تبخیر شده و قیر به‌صورت یک لایه چسبناک باقی می‌ماند. بسته به سرعت شکسته شدن امولسیون، این نوع قیر به سه دسته کندشکن، تندشکن و نیمه‌تندشکن تقسیم می‌شود که هرکدام برای شرایط خاصی مناسب هستند.

د) قیر پلیمری

قیر پلیمری با ترکیب قیر نفتی و پلیمرهای خاص تولید می‌شود تا ویژگی‌های مکانیکی و شیمیایی آن بهبود یابد. این نوع قیر در مقایسه با قیرهای معمولی، مقاومت بیشتری در برابر ترک‌خوردگی، تغییرات دمایی و تنش‌های مکانیکی دارد. پلیمرهای اضافه‌شده به قیر معمولاً شامل الاستومرها و پلاستومرها هستند که باعث افزایش انعطاف‌پذیری و دوام قیر می‌شوند. این ویژگی‌ها قیر پلیمری را قادر می سازد که در پروژه‌های عمرانی مهم مانند ساخت پل‌ها، باندهای فرودگاهی و بزرگراه‌های پرتردد، بطور گسترده‌ای بکار رود.

استفاده از قیر پلیمری نه‌تنها باعث افزایش طول عمر روسازی‌ها می‌شود، بلکه هزینه‌های نگهداری را نیز کاهش می‌دهد. این نوع قیر در برابر تغییرات دمایی شدید عملکرد بهتری داشته و در شرایطی که قیرهای معمولی ممکن است دچار ترک‌خوردگی یا تغییر شکل شوند، مقاومت بیشتری از خود نشان می‌دهد. با توجه به مزایای قابل‌توجه قیر پلیمری، بسیاری از پروژه‌های زیرساختی مدرن از این نوع قیر برای افزایش دوام و کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری بهره می‌برند.

کاربردهای انواع قیر

قیر به دلیل خواص چسبندگی، ضدآب بودن و مقاومت بالا در برابر شرایط جوی، در صنایع مختلفی استفاده می‌شود. مهم‌ترین کاربردهای قیر عبارت‌اند از:

روش‌های پاک‌سازی انواع قیر

قیر به دلیل ماهیت چسبناک و مقاومت بالایی که در برابر حلال‌های معمولی دارد، به‌سادگی از سطوح مختلف جدا نمی‌شود. این ویژگی که در کاربردهای صنعتی یک مزیت محسوب می‌شود، در مواقعی که قیر به‌صورت ناخواسته روی تجهیزات، لباس‌ها یا دست افراد باقی می‌ماند، به یک چالش تبدیل می‌شود. روش‌های متعددی برای پاک‌سازی قیر وجود دارد که هرکدام بر اساس نوع سطح، میزان آلودگی و امکانات موجود انتخاب می‌شوند. برخی از این روش‌ها از حلال‌های شیمیایی استفاده می‌کنند، درحالی‌که برخی دیگر به کمک حرارت یا روش‌های مکانیکی قیر را از سطح جدا می‌کنند.

1. استفاده از حلال‌های صنعتی

حلال‌های شیمیایی و حلال های هیدروکربنی، یکی از مؤثرترین روش‌ها برای پاک کردن قیر از سطوح فلزی، بتنی و حتی پارچه‌ای هستند. ترکیباتی مانند تولوئن، زایلن و نفتا قادرند ساختار قیر را بشکنند و آن را به حالت مایع درآورند تا بتوان آن را به‌راحتی از سطح جدا کرد. این حلال‌ها در صنایع مختلف برای تمیز کردن تجهیزات و مخازن قیری کاربرد دارند و معمولاً با استفاده از دستمال صنعتی یا اسپری مستقیم روی سطح اعمال می‌شوند. بااین‌حال، استفاده از این مواد نیاز به رعایت اصول ایمنی دارد، زیرا بسیاری از آن‌ها اشتعال‌پذیر بوده و می‌توانند برای پوست و سیستم تنفسی مضر باشند.

در برخی شرایط، ترکیب حلال‌های شیمیایی با روغن‌های معدنی یا صنعتی باعث افزایش کارایی پاک‌سازی می‌شود. این روش به‌خصوص برای سطوحی که دارای خلل و فرج هستند، مفید است؛ زیرا روغن باعث نفوذ حلال به لایه‌های عمیق‌تر قیر می‌شود. اما از آنجایی که این ترکیبات بوی شدیدی دارند و ممکن است باعث آلودگی زیست‌محیطی شوند، استفاده از آن‌ها باید در محیط‌های دارای تهویه مناسب انجام شود.

2. بخارشویی با دمای بالا

یکی دیگر از روش‌های مؤثر برای پاک کردن قیر، استفاده از بخار آب با دمای بالا است. در این روش، بخار تحت فشار را روی سطح آلوده می پاشند و باعث نرم شدن قیر و جدا شدن آن از سطح می‌شود. بخارشویی به‌ویژه برای پاک‌سازی تجهیزات صنعتی که به‌طور مداوم با قیر در تماس هستند، مانند مخازن ذخیره‌سازی و ماشین‌آلات آسفالت‌کاری، بسیار کاربردی است. این روش علاوه بر حذف قیر، مزیت ضدعفونی‌کنندگی نیز دارد که در برخی کاربردهای خاص اهمیت پیدا می‌کند.

ازآنجایی‌که بخار قادر است به منافذ ریز نفوذ کند، برای سطوح متخلخل مانند بتن نیز عملکرد قابل‌توجهی دارد. در برخی موارد، ترکیب بخارشویی با مواد شوینده مخصوص باعث افزایش کارایی این روش می‌شود. بااین‌حال، اجرای این فرآیند نیازمند تجهیزات خاصی مانند ژنراتورهای بخار صنعتی است که هزینه‌های عملیاتی آن را افزایش می‌دهد. علاوه بر این، برای جلوگیری از ایجاد ترک‌های حرارتی در برخی سطوح، باید کنترل دقیقی روی میزان فشار و دمای بخار اعمال شود.

3. استفاده از مواد شوینده و دترجنت‌ها

برای پاک‌سازی قیر از روی پوست، لباس و برخی سطوح حساس، استفاده از انواع مواد شوینده و دترجنت‌های قوی روشی ایمن‌تر محسوب می‌شود. برخی از شوینده‌های مخصوص که دارای ترکیبات سورفکتانت و حلال‌های ملایم هستند، قادرند قیر را به‌تدریج تجزیه کرده و آن را از سطح جدا کنند. این روش به‌ویژه برای مواردی که امکان استفاده از حلال‌های شیمیایی قوی وجود ندارد، مانند تمیز کردن دست‌ها یا پارچه‌های آلوده به قیر، کاربرد دارد.

در برخی موارد، ترکیب مواد شوینده با روغن‌های گیاهی مانند روغن نارگیل یا زیتون باعث افزایش اثربخشی فرآیند می‌شود. این ترکیب علاوه بر نرم کردن قیر، باعث کاهش تحریکات پوستی ناشی از مواد شیمیایی نیز می‌شود. برای پاک‌سازی قیر از روی لباس، خیساندن آن در محلول آب گرم و مایع ظرف‌شویی قبل از شست‌وشو با ماشین لباس‌شویی می‌تواند کمک‌کننده باشد. البته در مواردی که لکه قیر قدیمی و خشک‌شده باشد، ممکن است نیاز به ترکیب این روش با سایر روش‌های مکانیکی باشد.

4. روش‌های مکانیکی

زمانی که قیر روی سطوح سخت مانند بتن یا فلز به‌صورت لایه‌ای ضخیم و سخت‌شده باقی بماند، روش‌های مکانیکی بهترین راه‌حل برای حذف آن محسوب می‌شوند. استفاده از کاردک، فرچه‌های سیمی و دستگاه‌های فشار بالا (واترجت) از جمله روش‌هایی است که به کمک آن‌ها می‌توان قیر را به‌صورت فیزیکی از سطح جدا کرد. در برخی صنایع، از روش‌های سایشی مانند سندبلاست نیز برای حذف لایه‌های ضخیم قیر از روی ماشین‌آلات و سطوح صنعتی استفاده می‌شود.

بااین‌حال، روش‌های مکانیکی درصورتی‌که بدون دقت انجام شوند، ممکن است به سطح زیرین آسیب وارد کنند. به همین دلیل، معمولاً از این روش در ترکیب با سایر روش‌ها مانند بخارشویی یا استفاده از حلال‌های صنعتی استفاده می‌شود تا فرآیند جداسازی آسان‌تر شود. همچنین در مواردی که سطح موردنظر حساس باشد، ابزارهای نرم‌تر مانند اسفنج‌های صنعتی بکار می روند تا بدون آسیب رساندن به سطح، قیر را به‌طور مؤثر جدا کند.

کلام آخر:

 قیر طبیعی و سایر انواع قیر، از مهم‌ترین مواد هیدروکربنی هستند که کاربردهای گسترده ای دارند. یکی از روش های پاکسازی انواع قیر از سطوح مختلف، استفاده از حلال‌های صنعتی است. صنایع آرال شیمی، با ارائه حلال های هیدروکربنی متنوع، قادر است باقی مانده های قیر را از روی سطوح و تجهیزات حذف کند. حلال 040 و حلال 050، دو حلال غیرقطبی هستند که بسادگی می توانند انواع قیر سفت و آسفالتین را از روی سطوخ بزدایند. همچنین تانکرجنت و تانکرجنت 101، دو حلال صنعتی قوی هستند که برای از بین بردن قیرهای نرم به کار می روند.