قیر طبیعی به عنوان یکی از سوخت‌های فسیلی شناخته می‌شود که اهمیت و کاربردهای بسیار زیادی دارد. این ماده به رنگ سیاه براق بوده و از هیدروکربون های مختلف با وزن مولکولی بالا، رنگ‌ها، سختی‌ها، وزن مخصوص و مواد فرار ساخته شده است. قیر طبیعی دارای خاصیت چسبندگی بسیار بالایی است و در برابر نفوذ آب مقاومت بسیار خوبی دارد. گوگرد و خاکستر از موادی هستند که خواص و ویژگی‌های قیر را تحت تأثیر قرار می‌دهند به همین دلیل از روش‌های مختلفی برای حذف آنها استفاده می‌شود.
خاکستر زدایی و گوگردزدايی از قير طبيعی می‌تواند از روش‌های مختلفی انجام شود که روش شناورسازی توسط اسید سولفوریک می‌تواند یکی از بهترین روش‌های آن باشد. در ادامه مطلب به بررسی نحوه حذف خاکستر و گوگرد از قیر طبیعی پرداخته می‌شود.
قیر طبیعی : ماده ای معدنی با ویسکوزیته بالا
قیر معدنی یا قیر طبیعی که با نام‌های بیتومن و گیلسونایت نیز شناخته می‌شود نوعی ماده معدنی است که دارای ویسکوزیته بالایی بوده و از هیدروکربن‌های جامد تولید می‌شود. این ماده اولین بار در سال 1860 کشف شد و امروزه به عنوان یکی از کاربردی‌ترین مواد طبیعی شناخته می‌شود.
از مهم‌ترین ویژگی‌های قیر طبیعی می‌توان به مواردی همچون سازگاری بالا با مواد نفتی، درصد خلوص بالا، دمای ذوب بین 160 تا 220 درجه سانتی‌گراد، مقاومت بالا در برابر مواد اسیدی و بازی، داشتن مقادیر بالای آسفالتین و نیتروژن، حل شوندگی عالی در حلال‌های ارگانیک، آب‌گریزی بالا و درخشندگی عالی، داشتن شکنندگی بالا و … اشاره کرد.
نحوه خاکستر زدایی و گوگردزدايی از قير طبيعی
همان‌طور که گفته شد برای حذف خاکستر و گوگرد از قیرهای طبیعی می‌توان از روش‌های مختلفی استفاده کرد اما روش شناورسازی توسط اسید سولفوریک یکی از بهترین و موثرترین روش‌ها برای این کار است. در این روش برای خاکسترزدایی و گوگردزدايي از قير طبيعي یا گیلسونایت ابتدا باید نمونه قیر را به قطعات کوچک با قطرهای کمتر از 0.5 میلی‌متر خرد کرد. 50 گرم از پودر قیر را وزن کرد و برای تهیه پالپ 5 درصد جامد آن را داخل ظرفی ریخته و به آن 500 سی‌سی آب اضافه می‌شود. بعد از یک ساعت این محلول به شکل خمیری در می‌آید و سپس 500 سی‌سی دیگر آب به آن اضافه می‌شود.
در مرحله بعدی باید چند قطره HCL و NaOH را به محلول اضافه کرده به گونه‌ای که میزان PH آن به هفت برسد و سپس این محلول را به مدت 3 دقیقه با دور موتور 1200 دور بر دقیقه میکس کرد. در مرحله بعدی مقدار مشخصی کلکتور به آن اضافه می‌شود و دوباره 3 دقیقه با همان دور موتور مخلوط می‌شود و سپس کف‌ساز مورد نیاز به آن اضافه می‌شود و مجدداً 3 دقیقه با همان دور هم زده می‌شود. (کلکتور مورد استفاده در این روش گازوئیل و روغن کاج هستند).
در مرحله بعدی باید سیستم هوادهی را روشن کرد تا کف پایداری تشکیل شده و از سلول سرریز شود. بعد از 3 دقیقه هوادهی کف حاصله باید جمع‌آوری شود و دستگاه خاموش گردد. کنسانتره به دست آمده را باید با آب مقطر شستشو داد و در نهایت آن را به مدت یک ساعت در دمای 110 درجه داخل آون خشک کرد و سپس نمونه را وزن کرده و برای تعیین درصد گوگرد و خاکستر آن را آنالیز کرد.
اهمیت خاکستر زدایی و گوگردزدايی از قير طبيعی
از آنجایی که کشور ایران حجم بسیار بالایی از بیتومن جهان را به خود اختصاص داده است، استخراج قیر طبیعی می‌تواند گازهای مختلفی همچون SO2 و SO3 را متصاعد کرده و در نهایت باعث آسیب رساندن به محیط زیست شود چرا که می‌تواند به صورت باران‌های اسیدی به چرخه طبیعت برگشته و باعث تخریب مزارع کشاورزی، جنگل‌ها و … می‌شود. خاکستر زدایی و گوگردزدايی از قير طبيعی می‌تواند این معضل را برطرف کند.
ارزیابی میزان خاکستر نمونه‌های گیلسونایت
برای محاسبه و ارزیابی میزان خاکستر موجود در قیر طبیعی می‌توان به شکل زیر عمل کرد:
- ابتدا سه عدد بوته چینی با مقاومت بالاتر از 1100 درجه سانتی گراد آماده می‌شود تا نمونه‌های گیلسونایت داخل آن قرار داده شوند.
- در هر کدام از این بوته‌های چینی یک گرم نمونه از پودر قیر قرار داده می‌شود.
- در مرحله بعدی باید نمونه‌ها را داخل آون قرار داده و آن را تا دمای 950 درجه حرارت داد. زمانی که آون به دمای 950 درجه رسید لازم است که نمونه‌ها به مدت 2 ساعت داخل آن قرار داشته باشند.
- بعد از تمام شدن زمان 2 ساعته، باید بوته‌های چینی را از کوره خارج کرد و سپس باقی‌مانده موادی که در ته بوته‌های چینی به صورت خاکستر دیده می‌شوند جمع‌آوری شود.
- خاکستر جمع‌آوری شده باید با استفاده از ترازوی دیجیتالی وزن شود و در نهایت با استفاده از فرمول زیر میزان خاکستر یا Ash آن اندازه‌گیری شود.
(1/ وزن خاکستر باقی‌مانده بعد از 2 ساعت حرارت) * 100 = خاکستر (Ash)
البته برای تعیین گوگرد پیریتی موجود در نمونه‌های قیر طبیعی نیز می‌توان از دستورالعمل‌های ASTM استفاده کرد.
بیشتر بخوانید: آناليز خاکستر گیلسونایت چگونه انجام می شود؟
جمع‌بندی نهایی
قیر طبیعی به عنوان یکی از کاربردی‌ترین و پراستفاده‌ترین سوخت‌های فسیلی در سراسر دنیا است که به دلیل داشتن ویژگی‌هایی همچون آب‌گریزی عالی و چسبندگی بسیار بالا می‌تواند در صنایع مختلفی همچون راه‌سازی، تولید ایزوگام و عایق‌ها، صنعت ساختمان‌سازی، صنعت سیمان، حفاری و کک سازی و … به کار برود. خاکستر و گوگرد موجود در قیر طبیعی که به شکل گوگرد پیریتی یافت می‌شود می‌تواند باعث آسیب دیدن محیط زیست شود به همین دلیل خاکستر زدایی و گوگردزدايی از قير طبيعی اهمیت بالایی دارد که بهترین روش آن شناورسازی توسط اسید سولفوریک است.