منابع طبیعی همچون نفت، گاز، فلزات و انواع معادن امروزه جایگاه ویژه‌ای در صنایع و اقتصاد کشورها دارند. قیر طبیعی از جمله موادی است که امروزه مورد توجه بسیار زیادی قرار گرفته و کاربردهای متعددی در صنایع مختلفی دارد. استخراج قیر معدنی همانند سایر مواد معدنی نیازمند تجهیزات و دستگاه‌های مختلفی است و در مراحل مختلفی انجام می‌شود.
قیر طبیعی در طول میلیون‌ها سال از رسوب مواد معدنی موجود در سنگ‌های قیری ساخته می‌شود و شامل مواد مختلفی همچون هیدروکربن‌ها، هیدروژن، گوگرد، نیتروژن و … است. از مهم‌ترین ویژگی‌های این ماده می‌توان به مواردی همچون مقاومت عالی در برابر آب، چسبندگی بالا، سازگاری عالی با مواد نفتی و … اشاره کرد. در ادامه مطلب به بررسی نحوه استخراج قیر معدنی و قیر طبیعی پرداخته خواهد شد.
تکنولوژی‌های استخراج قیر معدنی و قیر طبیعی
قیر طبیعی یا گیلسونایت به نوعی قیر گفته می‌شود که از دل طبیعت به دست آمده و تفاوت‌های ویژه‌ای با قیرهای پالایشگاهی از نظر ویژگی، قابلیت‌ها و کاربردها دارد. این ماده سیاه رنگ و شکننده با نام‌های دیگری همچون آسفالت طبیعی، آسفالت سخت، قیر معدنی، زاگرونایت و Uintaite نیز شناخته می‌شود.
قیر طبیعی (Natural Bitumen) شامل ترکیبات مختلفی همچون پیرول، پیریدن، فوران، ترکیبات آلیفاتیکی، گروه‌های آمیدی و … است و در دمای 160 تا 220 درجه ذوب می‌شود. این ماده هم به شکل کلوخه و هم به‌صورت پودر گیلسونایت (Gilsonite Powder) وجود داشته و به دلیل ویژگی‌های منحصربه‌فرد خود بیش از 150 کاربرد صنعتی دارد.
تکنولوژی‌های استخراج قیر معدنی
گیلسونایت طبیعی در زیر سطح زمین و در رگه‌های عمودی پیدا می‌شود و عرض آن‌ها دو تا شش فوت است و گاها تا 28 فوت نیز می‌رسد و هرکدام از این رگه‌ها چندین مایل طول دارند. برای استخراج قیر معدنی از ابزارهای پنوماتیک و ماشین‌آلات سنگین استفاده شده و به تأسیسات استخراج منتقل می‌شوند. در تأسیسات استخراج، ماسه‌های نفتی با آب گرم (درجه حرارت از 35 تا 80 درجه سانتی‌گراد) حاوی هیدروکسید سدیم معمولاً (NaOH) مخلوط می‌شوند. قطرات قیر بعد از مدتی جمع شده و از دانه‌های ماسه جدا می‌شوند و بعد از هوادهی مجدد قیر به سطح مخزن می‌آید که معمولاً حاوی 60 درصد وزنی قیر، 30 درصد وزنی آب و 10 درصد وزنی مواد جامد است.
در فرآیند استخراج قیر طبیعی حدود 90 درصد از قیر بازیابی می‌شود و جامدات درشت آن ته‌نشین می‌شوند. استخراج قیر معدنی از نظر فناوری توسط بخار آب بسیار کارآمدتر از آب گرم است و این کار علاوه بر کاهش اتلاف انرژی می‌تواند قیر باکیفیت‌تر و خالص‌تری تولید کند. استخراج گیلسونایت از معدن تا عمق 75 متری امکان‌پذیر است هرچند که روش‌های نوین کمک می‌کند این کار تا عمق 200 متری نیز انجام شود.
کار معدن در این عمق و با وجود مواد اشتعال زا بسیار مهم بوده و باید با دقت و رعایت نکات ایمنی انجام شود.
آنالیز قیر معدنی
برای آنالیز قیر معدنی و پودر قیر معدنی فاکتورها و پارامترهای مختلفی مورد توجه قرار می‌گیرند که مهم‌ترین آن‌ها شامل مواردی همچون آنالیز رطوبت، آنالیز خاکستر، آنالیز شیمیایی و … هستند. به عنوان نمونه میزان خاکستر نمونه‌های گیلسونایت به شکل زیر به دست می‌آید.
- ابتدا سه بوته چینی با مقاومت بالاتر از 1100 درجه سانتی‌گراد آماده شده و در هرکدام از آن‌ها یک گرم از نمونه پودر شده گیلسونایت یا قیر طبیعی قرارداده می‌شود.
- در مرحله بعد نمونه‌ها وارد کوره‌ای شده که از قبل دمای آن به 950 درجه سانتی‌گراد رسیده و 20 ساعت در آن قرار داده خواهد شد.
- بعد از آنکه دمای کوره به 950 درجه سانتی‌گراد رسید باید بوته‌های چینی حاوی نمونه‌ها را به مدت 2 ساعت در آن قرار داد. پس از آنکه نمونه‌ها از کوره خارج شدند موادی که در آن باقی مانده باشد به عنوان خاکستر شناخته خواهد شد.
- در نهایت میزان خاکستر فرمول قیر طبیعی از (1/ وزن خاکستر باقی مانده بعد از 2 ساعت حرارت) * 100 = خاکستر (Ash) به دست می‌آید.
کاربرد قیر معدنی
همان‌طور که گفته شد استخراج قیر معدنی یا گیلسونایت در چند مرحله انجام شده و در صنایع مختلفی به کار می‌رود. از جمله مهم‌ترین کاربردهای قیر معدنی می‌توان به مواردی همچون تهیه و تولید قیر به عنوان عایق رطوبتی، تولید ایزوگام، استفاده در صنعت چاپ و جوهر، استفاده در تولید پوشش‌های ضد خوردگی در صنایع نفت و گاز، تولید آسفالت و استفاده در صنعت راه‌سازی، استفاده در صنعت ریخته‌گری، استفاده در صنعت حفاری، استفاده در صنعت ساختمان‌سازی، پزشکی، خودروسازی، محصولات شیمیایی، رنگ و رزین و … اشاره کرد.
به‌صورت کلی این ماده معدنی بیش از 150 کاربرد صنعتی داشته و هیچ‌گونه آسیبی به محیط زیست نیز وارد نمی‌کند.
مشخصات انواع بیتومن
به‌صورت کلی بیتومن (bitumen) به نام‌های دیگری همچون قیر معدنی، گیلسونایت و قیر طبیعی شناخته می‌شوند اما این قیرها هرکدام دارای ویژگی‌های منحصربه‌فردی هستند و تفاوت‌هایی جزئی باهم دارند اما تقریباً تمام آن‌ها از نظر کاربرد و کارایی باهم یکسان بوده و عملکرد مشابهی دارند.
می‌توان گفت مشخصات انواع بیتومن شامل درصد خاکستر، میزان رطوبت، درصد مواد فرار، درصد کربن فعال، درصد هیدروژن، نیتروژن و …، وزن مخصوص، میزان حلالیت در حلال‌های آلی و … با هم متفاوت بوده اما بسیار نزدیک هستند و به همین دلیل است که هر وقت هر کدام از این نام‌ها عنوان می‌شود، معنی و مفهوم اصلی همان گیلسونایت یا قیر طبیعی می‌باشد.
قیمت پودر قیر معدنی
قیر معدنی یا گیلسونایت امروزه جایگاه ویژه‌ای در صنایع مختلف پیدا کرده است و بسیاری از کشورها دارای ذخایر قابل توجهی از این ماده ارزشمند هستند که کشور ایران یکی از شاخص‌ترین آن‌ها است. این قیر دارای قابلیت‌ها، ویژگی‌ها و کاربردهای متعددی است به همین دلیل بازار پویا و فعالی دارد.
از مهم‌ترین فاکتورهایی که در تعیین قیمت گیلسونایت مؤثر هستند می‌توان به مواردی همچون کیفیت و درجه‌بندی قیر معدنی، زمان استخراج قیر معدنی، درجه اشتعال، درجه نرمی، میزان تقاضا، میزان خاکستر (Ash) و مش (Mesh)، درجه نفوذ، نحوه بسته‌بندی، شکل و اندازه، منطقه برداشت قیر، میزان کربن و … اشاره کرد.
قیر طبیعی مایع
قیر طبیعی مایع یکی از مواد کاربردی و مهم در صنعت راه‌سازی و تولید آسفالت است چراکه استفاده از قیر جامد در عملیات راه‌سازی می‌تواند چالش‌ها و مشکلات مختلفی به دنبال داشته باشد. کیفیت قیر مایع به کیفیت و مقدار حلال بستگی دارد و هر چقدر میزان حلال بیشتر باشد درجه روانی قیر بیشتر خواهد بود. اضافه شدن حلال به این قیر باعث می‌شود که استفاده از آن در دماهای پایین راحت‌تر باشد.
مهم‌ترین و بهترین حلال‌ها برای قیر طبیعی شامل نفت، بنزین، کروزن و وایت اسپریت‌ها هستند. قیر مایع با توجه به سرعت تبخیر خود و نوع حلالی که دارد می‌تواند به سه دسته قیر مایع زودگیر، قیر مایع کندگیر و قیر مایع دیرگیر تقسیم شود. قیرهای زودگیر خود می‌توانند به شش دسته مختلف تقسیم شوند که هرکدام دارای ویژگی‌ها و کاربردهای منحصربه‌فردی هستند. مهم‌ترین کاربرد قیر خالص آب‌بندی، چسبندگی بین لایه‌ها، محافظت در برابر هوازدگی، خوردگی و ترمیم سطوح آسفالت، بتن و … است.
بیشتر بدانید : “قیر رنگی و تفاوت آن با قیر سیاه“
جمع‌بندی نهایی
حفاری معدن گیلسونایت و استخراج قیر معدنی امروزه اهمیت بسیار بالایی دارد چرا که این ماده طبیعی کاربردهای متعددی در صنایع مختلف خصوصاً صنعت راه‌سازی و تولید آسفالت دارد. قیر معدنی به دلیل داشتن ویژگی‌هایی همچون مقاومت عالی در برابر آب، چسبندگی بالا، سازگاری عالی با مواد نفتی و … می‌تواند استفاده‌های متعددی داشته باشد.