آنچه درباره قیر طبیعی باید بدانیم

قیر طبیعی هیدروکربنی متراکم و مبتنی بر نفت خام است و مادهای شبیه روغن سیاه یا قهوهای که دارای درجه غلظتی متغیر از مایع چسبناک تا جامد شیشهای است، این نوع قیر از ترکیب 11 درصد هیدروژن، 87 درصدکربن  و با نسبت جزئی نیتروژن، گوگرد و اکسیژن به وجود می آید. قیر طبیعی  به نام های دیگری مانند بنتونایت، آسفالتایت، آسفالت طبیعی، آسفالتوم، آسفالت دکوراتیو و قیر معدنی نیز شناخته می شود.

بیشترین ذخایر قیر طبیعی در ایران متعلق به شهرستان گیلانغرب واقع در غرب استان کرمانشاه است که با بیش از ۴۰ معدن فعال، یکی از بزرگترین تامینکننده قیر ایران شناخته شده است.

چسبندگی بالا و مقاومت و نفوذناپذیری در برابر رطوب از جمله مهمترین ویژگیهای قیر معدنی محسوب می شود.

استفاده از این نوع قیر در صنایع مختلف از جمله صنعت حمل و نقل برای ساخت جادهها، باند فرودگاه، صنایع کشاورزی، کاربردهای صنعتی برای بندرگاهها و کارگاههای مختلف و ساختمان سازی از مهمترین کاربردهای قیر طبیعی به شمار می رود.

آنچه درباره قیر طبیعی باید بدانیم

قیر طبیعی یا گیلسونایت، هیدروکربنی متراکم و مبتنی بر نفت خام است و مادهای شبیه روغن سیاه یا قهوهای که دارای درجه غلظتی متغیر از مایع چسبناک تا جامد شیشهای است و در کانسارهایی مثل شن و ماسههای نفتی و همچنین دریاچههای سنگین پیدا میشود.

هزاران سال پیش هنگام وقوع زلزله زمین شکافته شده و نفت خام تا سطح رویه زمین نفوذ پیدا کرده و پس از بخار شدن مواد سبک آن ماده ای به شکل زغال و با بوی گوگرد باقی که همان قیر طبیعی است.

این نوع قیر از ترکیب 11 درصد هیدروژن، 87 درصدکربن  و با نسبت جزئی نیتروژن، گوگرد و اکسیژن به وجود می آید و چنانچه حرارت بیشتری ببیند گازهای سنگین تر از آن متصاعد می شود که در نهایت در 850 در جه سانتیگراد و پس از یک ساعت و ۴۵ دقیقه به خاکستر تبدیل می شود.

قیر طبیعی  به نام های دیگری مانند بنتونایت، آسفالتایت، آسفالت طبیعی، آسفالتوم، آسفالت دکوراتیو و قیر معدنی نیز شناخته می شود و معمولا از آن به عنوان یک اصلاحکننده برای قیرهای پالایشگاهی مورد استفاده در ایزوگام و آسفالت استفاده می شود.

به طور کلی قیر به دو نوع قیر معدنی یا طبیعی و قیر نفتی یا پالایشگاهی تقسیم بندی می شود که در این مقاله به تجزیه و تحلیل و تفاوت های هر دو نوع خواهیم پرداخت.

کشف و منابع قیر معدنی در ایران و جهان

شناخت ایرانیان درباره قیر به زمان باستان بر می گردد و گمان می رود که واژه قیر، بابلی یا ایلامی باشد زیرا آنها به جای ملات و برای آب بندی کردن ساختمانها از قیر معدنی استفاده می کردند. 

سال ها پیش یک شرکت آمریکایی به نام بیتومکس، این نوع از قیر را در ایران کشف کرد و با همکاری وزارت نفت ایران محصولاتی مانند قیر اصلاح شده، ماستیک، انامل و پرایمر را تولید کرد.

در ابتدای کشف این نوع محصول به دلیل نفتی بودن منبع آن، تحت مالکیت وزارت نفت بود ولی بعدها  به خاطر مسائل بروکراسی اداری برای صادر کردن آن، از زیرمجموعه شرکت ملی نفت ایران خارج شد و به وزارت صنایع و معادن ایران واگذار شد.

معادن قیر معدنی در جهان

قیر معدنی یکی از محصولات ارزشمند در ایران است که در سال های اخیر توجه متخصصان بسیاری را در صنایع مختلف به خود جلب کرده است و جزء غنیترین محصولات جهان به شمار می رود و طرفداران زیادی در کشورهای منطقه دارد.

بیشترین ذخایر قیر طبیعی در جهان در کشورهای ونزوئلا، ، کانادا و روسیه، چین و آلمان قرار دارد و پس از این کشورها، برخی از کشورهای خاورمیانه مانند امارات متحده، پاکستان، ایران و بحرین ظرفیت بالایی در تامین قیر دارند. صادرات جهانی این نوع قیر در سال ۲۰۱۶ میلادی به بالاترین حد خود رسید و در دو سال اخیر با توجه به گسترش ویروس کرونا کاهش چشمگیری داشته است.

در دریاچه ترینیداد آمریکا، قیر را از دهانه آتشفشان خاموش بیرون می کشند سپس رویه بسته قیر را می شکنند و از زیر آن قیر را برداشت می کنند که دوباره قیر، روان می شود و جای آنچه که برداشته شده را پر میکند.

بررسی معادن قیر طبیعی در ایران

از جمله استانهای ایران کرمانشاه، ایلام، سومار، خوزستان و لرستان معادن بسیار غنی از قیر معدنی را در اختیار دارند که نقش بسیار مهمی در صادرات این نوع قیر در جهان دارد و نیز از محصولات پرطرفدار در میان کشورهای منطقه است.

استخراج  قیر معدنی در ایران با سهم 3/4 درصد تولید جهانی، رتبه ششم را به خود اختصاص داده است.

از سال 1372 و بعد از جنگ ایران و عراق معادن گیلسونایت در ایران کشف و شناسایی شد و به بهره برداری رسید، استان کرمانشاه نخستین استانی بود که از نظر میزان ذخائر معدنی و تولید آن شناخته شد. 

می توان اذعان کرد که 75 درصد از معادن و ذخایر قیر طبیعی در ایران متعلق به شهرستان گیلانغرب واقع در غرب استان کرمانشاه است که با بیش از ۴۰ معدن فعال، یکی از بزرگترین تامینکننده قیر ایران شناخته شده و چون قیمت قیر طبیعی گیلانغرب تقریبا یک سوم نمونههای خارجی است، به همین دلیل شرایط بسیار مناسبی را برای سرمایهگذاری و بهرهبرداری شرکتها و کارخانههای داخلی فراهم می کند.

انواع قیر طبیعی

قیر معدنی بر اساس ویژگیهای فیزیکی و ترکیب شمیایی به سه دسته زیر تقسیم میشود که عبارتند از:

 1-  قیر حرارتی آسفالتی یک بیتومن  (Asphaltic Pyrobitumen)

 2-  قیر حرارتی غیرآسفالتی یک بیتومن  (Non-Asphaltic Pyrobitumen)

 3-  آسفالتیت  (Asphaltite)

انواع مختلف قیر معدنی بر اساس فراوریهای انجام شده

فراوری قیر طبیعی و افزودن مواد مختلف به آن، موجب افزایش کاربرد قیر معدنی در صنایع مختلف می شود  که در زیر به معرفی انواع آن می پردازیم:

1- قیر با درجه نفوذ پایین:

این قیر از محصولات پالایشگاهی است که با ویسکوزیتههای مختلف تولید میشود و درجه نفوذ آن برای استفاده در آسفالت جاده از ۱۵ تا ۴۵۰ تغییر می کند و این در حالی است که بیشترین دامنه بین ۲۵ تا ۲۰۰ قرار دارد.

2- قیر رقیقشده:

با تزریق روغن فرارشده به قیر معدنی، این نوع قیر ایجاد می شود که گرانروی کمتری دارد و به همین دلیل استفاده از آن در عایقسازی دیوارها دردسر کمتری ایجاد می کند.

3- قیر اکسیدشده:

با وارد کردن هوای فراوری شده، قیر طبیعی بیش از پیش تصفیه میشود که کاربرد این نوع قیر در مصارف صنعتی مانند سقفسازی و پوششدهی لولهها و همچنین برای سنگفرش معابر است.

4- قیر اصلاح شده با پلیمر:

با افزودن پلیمر ۲ تا ۸ درصد و تغییر مقاومت و خصوصیات رئولوژیکی، این قیر تولید می شود که پلیمر مورد استفاده در آن معمولا پلاستیکی است که این امر باعث میشود که از قیر پلیمری در عایقسازی سیم و لولههای بزرگ استفاده شود.

خصوصیات قیر طبیعی

قیر طبیعی جزء طبقه ای از بیتومین های جامد است که به عنوان آسفالتیت ها شناخته شده اند و از دیگر آسفالتیت ها به علت ویژگی های ذیل متمایز می شود:

-  یک رزین هیدروکربن طبیعی  و بهترین عایق رطوبتی در طبیعت محسوب می شود.

- این قیر در حالت کلوخه ای ماده ای براق، مشکی و بسیار ترد است و در حالت پودر میکرونیزه نیز به رنگ قهوه ای تیره است و در زیر سطح زمین در لایه های عمودی استخراج می شود.

- چسبندگی بالا و مقاومت در برابر رطوب از جمله مهمترین ویژگیهای قیر معدنی محسوب می شود. 

- قابلیت انحلال پذیری بالا در محلول های آلی

- خواص ثابت و خلوص بالا

- محتوای نیتروژن بالای آن  

- وزن مولکولی بالا 

- همچنین به عنوان یک ماده اولیه افزودنی اصلاح کننده عایق های رطوبتی است که با ارتقای تصاعدی ویژگی عایق رطوبتی وحجم دهی آن، می تواند  جایگزین خوبی برای مواد اولیه و افزودنی دیگر نیز باشد.

بررسی مشخصات قیر طبیعی

انواع قیر و از جمله قیر معدنی یا طبیعی را می توان بر اساس مشخصات و ویژگی های خاصی مورد بررسی و آزمایش قرار داد تا بتوان بیشترین بهره وری را در استفاده از این حوزه به عمل آورد، این وجه مشخصه ها عبارتند از: 

1- درجه نفوذ: برای تعیین سختی قیر، آزمایش درجه نفوذ مورد استفاده قرار میگیرد. هر چه درجه نفوذ کمتر باشد، قیر سختتر است.

2- درجه خلوص: میدانیم تتراکلرور کربن و سولفور کربن، هر دو حلال قیر هستند؛ بنابراین اگر نمونهای از قیر را در هر یک از این مواد حل کنیم، ناخالصیهای آن باقی میماند و از این طریق درجه خلوص قیر را میتوانیم اندازه گیری کنیم.

3- افت وزنی: این مشخصه نیز از خواص مهم قیر است که در اثر تبخیر قسمتی از روغنها و ترکیبات نفتی در دمای بالا اندازهگیری میشود.

4- گرانروی یا ویسکوزیته: هر اندازه کند روانی قیر بیشتر باشد، قیر نیز خواص جامد بیشتری از خود نشان میدهد، بنابراین در دماهای بالاتر کند روانی کمتر است که  با دستگاه سی بولت فیورل یا به روش کینماتیکی می توان این مشخصه را اندازهگیری کرد.

5- درجه اشتعال: دمایی که اگر قیر به آن دما برسد و گازهای متصاعد از آن با نزدیک شدن شعله، مشتعل شود را درجه اشتعال می گویند، حداکثر دمایی که میتوان قیر را در کارگاه گرم کرد به درجه اشتعال مربوط می شود.

6- انگمی یا شکلپذیری: اگر نمونهای از قیر با سطح مقطع یک سانتیمتر مربع را با سرعت ۵ سانتیمتر بر دقیقه بکشیم،  به مقدار افزایش طول نمونه قبل از پاره شدن، خاصیت انگمی قیر می گویند.

7- درجه نرمی: درجه نرمی عبارت است از دمایی که با رسیدن به آن دما، قیر از حالت جامد به حالت روان و مایع در میآید پس هرچه درجه نرمی قیر بیشتر باشد، نسبت به تغییرات دما حساسیت کمتری دارد. درجه نرمی قیرهای معمولی حدود ۶۰ تا ۷۰ است.

کاربرد قیر طبیعی

اگرچه عمده ترین کاربرد قیر معدنی برای آسفالت کردن جادهها، راه سازی و سدسازی است اما میتوان آن را برای اهداف دیگری هم به کار برد، ویژگی تطبیقپذیری که پودر قیر طبیعی دارد سبب شده است که موارد استفاده آن بسیار متنوع باشد که از آن جمله میتوان به موارد زیر اشاره کرد:

- تولید ایزوگام، آسفالت و عایق رطوبتی

- صنایع چاپ و جوهر

- صنایع ریخته گری، حفاری، رنگ و رزین

- محصولات شیمیایی و پزشکی

- در صنایع حمل و نقل برای ساخت جادهها، باند فرودگاه و بستر ریل قطار

- در کشاورزی برای کف گلخانه وکف انبار

- کاربردهای صنعتی برای بندرگاهها، کارگاههای مختلف و محل دفن زباله

- ساختمان سازی در ساخت کف خانه، دالان یا ایوان

- برای ساختن آبراهه و آب بندهای کوچک، به عنوان عایق برای جلوگیر از ورود آب به دیوار

- قابل استفاده در مناطق تفریحی برای زمین بازی، زمین دو و زمین تنیس و مسیر دوچرخهسواری

- به علت سازگاری بالایی که این محصول دارد، معمولاً برای سخت کردن مشتقات نفتی رقیق نیز کاربرد دارد.

قیمت قیر طبیعی

قیمت جهانی قیر معدنی تحت تاثیر عوامل مختلفی مانند: میزان ذخایر و معادن، میزان تولید، مصرف و حجم معاملات، خصوصیات شیمیایی و غلظت مواد استفاده شده تغییر می کند که تا حدودی بر قیمت قیر معدنی ایران هم تاثیر میگذارد، شایان ذکر است که قیمت قیر طبیعی گیلانغرب در مقایسه با فروشندگان خارجی بسیار ارزان  بوده و عمدتا به صورت بستهبندی، پودر و کلوخه فروخته میشود.

به عبارت دیگر، ایران یکی از بزرگترین تولیدکننده های گیلسونایت با کیفیت عالی و ارزان ترین قیمت در جهان به شمار می رود. 

استخراج قیر طبیعی

برای استخراج قیر معدنی از دو روش گرمایی و شیمیایی استفاده می شود:

- در روش گرمایی ویسکوزیته  یا گرانروی نفت خام را از طریق افزایش دما، کاهش می دهند تا این ماده به شیوهای راحتتر از منافذ عبور کند و به چاههای تولید ریخته شود.

- روش شیمیایی شامل غرقاب پلیمری و فرایندهای غرقاب قلیایی است.

بررسی مشکلات و موانع فراوری قیر طبیعی

مهمترین موانع و چالش ها برای استخراج و فراوری قیر معدنی عبارتند از:

1- نداشتن ماشین آلات و تجهیزات مورد نیاز 

2- مشکلات حقوقی و محلی بهره برداری

3- کمبود منابع مالی و عدم تخصیص اعتبارات لازم

4- بالا بودن هزینه های حمل و نقل مواد معدنی در مناطق محروم و صعب العبور

5- نبودن شرایط مناسب برای فروش قیر

6- عدم جذب نیروی انسانی متخصص و فراهم نبودن زیر ساخت ها و زیربناهای مناسب.