انواع قیر

این نوع قیرها بر اساس نحوه تشکیل، ویژگی‌های فیزیکی، میزان حلالیت (در دی‌سولفید کربن و تری‌کلرواتیلن) و ترکیب شیمیایی به گروه‌های زیر تقسیم می‌شوند:

• پیروبیتومن آسفالتی (Asphaltic Pyrobitumen)
• پیروبیتومن غیرآسفالتی (Non-Asphaltic Pyrobitumen)
• آسفالتایت (Asphaltite)

خود گروه آسفالتایت نیز به سه دسته‌ی اصلی تقسیم می‌شود:

• گیلسونایت (Gilsonite)
• گراهامایت (Grahamite)
• گِلَنس پیچ (Glance Pitch)

گیلسونایت مشهورترین نوع قیر طبیعی است که در حلال‌های آروماتیک و آلیفاتیک حل می‌شود. این ماده شکننده است و به‌راحتی به پودری قهوه‌ای تیره تبدیل می‌شود. هنگام اضافه شدن گیلسونایت به سیمان آسفالتی یا مخلوط آسفالت گرم در تولید، باعث بهبود پایداری و دوام مخلوط آسفالتی می‌شود.

با توجه به نوع واکنش‌های انجام‌شده و مدت‌زمان این واکنش‌ها، قیر طبیعی در حالت‌های مایع، نیمه‌جامد و جامد با خواص شیمیایی مختلف در معادن و دریاچه‌ها شکل گرفته است که به ترتیب قیر سنگی و قیر دریاچه‌ای نامیده می‌شوند.

قیر سنگی معمولاً شامل سنگ‌های آهکی و ماسه‌ای است که نفت خام به درون آن‌ها نفوذ کرده و با گذشت زمان، اجزای فرار آن تبخیر شده و قیر درون بافت سنگ باقی مانده است.

اما قیر دریاچه‌ای زمانی به وجود می‌آید که نفت خام از میان لایه‌های شکسته زمین به‌صورت طبیعی به سطح زمین رسیده و ترکیبات فرار آن تبخیر می‌شوند و قیر به‌صورت آزاد روی سطح زمین باقی می‌ماند. از نمونه‌های معروف این نوع قیر می‌توان به قیر دریاچه‌ای بهبهان در ایران و دریاچه قیر ترینیداد در جنوب‌غربی کشور ترینیداد اشاره کرد.

قیر نفتی

قیر نفتی از تقطیر نفت خام در پالایشگاه به‌دست می‌آید. در این فرآیند، ابتدا نفت خام تا دمای ۳۰۰ تا ۳۵۰ درجه سانتی‌گراد در کوره و تحت فشار محیط گرم می‌شود و سپس وارد برج تقطیر می‌گردد. خوراک ورودی به برج به‌صورت بخشی مایع و بخشی بخار است.

بخش مایع حاوی ترکیبات با نقطه جوش بالا و بخش بخار شامل ترکیبات با نقطه جوش پایین است که به سمت بالای برج صعود کرده و جدا می‌شوند. بنابراین، در این مرحله مواد سبک مانند بنزین، نفت سفید و گازوئیل جدا می‌گردند. اما ترکیبات سنگین‌تر نفت خام که مخلوطی پیچیده از هیدروکربن‌های با وزن مولکولی بالا هستند، در پایین برج باقی می‌مانند. بخش عمده‌ای از این ترکیبات، قیر است و بخش دیگر شامل روغن‌های روان‌کننده می‌باشد.

برای تصفیه و جداسازی دقیق‌تر این ترکیبات سنگین، باید دما را به بیش از ۴۰۰ درجه سانتی‌گراد افزایش داد. در این مرحله، باقی‌مانده‌ی برج تقطیر اتمسفریک وارد برج خلأ می‌شود که دارای فشاری در حدود ۱۰ تا ۱۰۰ میلی‌متر جیوه است.

در داخل برج خلأ، جریان بخار آب فوق‌داغ از پایین به بالا عبور داده می‌شود. این جریان باعث جداسازی ترکیبات فرار سبک‌تر شده و آن‌ها از بالای برج خارج می‌شوند. باقی‌مانده‌ی برج که از پایین خارج می‌شود، به‌عنوان قیر نهایی (تولید مستقیم) با درجه‌های مختلف سختی و نرمی به‌دست می‌آید.

قیر دمیده

اگر در فرآیند پالایش نفت، جداسازی برش‌های سبک از برش‌های سنگین در انتهای برج تقطیر در خلأ (Vacuum Distillation Tower) به‌طور کامل انجام نشود، محصول باقی‌مانده در انتهای این برج که به آن واکیوم باتم (Vacuum Bottom یا V.B) گفته می‌شود، به‌عنوان خوراک به واحد هوا دهی (Aeration Unit) جهت تولید قیر ارسال می‌شود.

برای نخستین‌بار در سال ۱۸۹۰ قیر از واکنش این ماده با اکسیژن تولید شد و پس از آن تحقیقات زیادی در زمینه متغیرهای فرآیند، طراحی تجهیزات و کنترل واکنش‌های شیمیایی انجام گرفت. در فرآیند هوادهی واکیوم باتم، این ماده در معرض هوا قرار می‌گیرد که در نتیجه‌ی این تماس، V.B سخت‌تر شده و حساسیت حرارتی آن کاهش می‌یابد.

میزان تغییر و بهبود خواص قیر در این فرآیند بستگی به نوع خوراک، دمای فرآیند، ویسکوزیته خوراک، زمان تماس با هوا، مدت نگهداری خوراک، نسبت هوا به خوراک و نوع تجهیزات دارد. قیر دمیده‌شده (Blown Bitumen) در مخلوط‌های آسفالتی، لایه‌های عایق رطوبتی، بلوک‌های آسفالت و کاربردهای دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرد.

فرآیند هوادهی ترکیبی از دی‌هیدروژناسیون، پلیمریزاسیون و اکسیداسیون است. در این فرآیند، بخشی از روغن‌ها به رزین و بخشی از رزین‌ها به آسفالتین تبدیل می‌شوند. این تغییرات باعث ایجاد ساختاری کلوئیدی و لاستیکی‌شکل می‌شود که ویژگی خاص قیر دمیده به حساب می‌آید.

در این قیر، تنها ۵ تا ۲۵ درصد از اکسیژن ترکیب‌شده به‌صورت پیوند یافته باقی می‌ماند و مابقی به شکل بخار آب، دی‌اکسید کربن، دی‌اکسید گوگرد و… آزاد می‌شود. میزان اکسیژن موجود در محصول با افزایش محتوای آروماتیک خوراک، افزایش میزان هوادهی و کاهش دمای فرآیند بیشتر می‌شود. از آنجا که فرآیند هوادهی گرمازا (اگزوترمیک) است، کنترل دمای فرآیند و تنظیم نسبت هوا به خوراک ضروری است.

فرآیند هوادهی می‌تواند به صورت پیوسته یا ناپیوسته انجام شود.

قیرهای دمیده بر اساس استانداردهای بین‌المللی به دسته‌های زیر تقسیم می‌شوند:

• قیر با درجه نفوذ (Penetration Grade Bitumen)
• قیر با درجه عملکردی (Performance Grade Bitumen)
• قیر با درجه ویسکوزیته (Viscosity Grade Bitumen)
• قیر درجه آسفالت سیمان (Asphalt Cement Grade Bitumen)
• قیر اصلاح‌شده (Modified Bitumen)
• قیرهای ویژه مطابق با استاندارد ملی برخی کشورها (مانند استرالیا و چین)

قیر همچنین به دو دسته کلی زیر نیز تقسیم می‌شود:

• قیر محلول (Cutback Bitumen)
• قیر امولسیون (Emulsion Bitumen)