قير طبيعي

  امروزه تلقي مردم از كاربرد قير طبيعي به عنوان يكي از مشتقات مواد نفتياستفاده از آن در پوشش سطح جاده­ها و يا به عنوان نوعي عايق رطوبتي مي­باشد و افرادكمي هستند كه مي­دانند استفاده از توليدات نفتي (قير، آسفالت و غيره) در ناحيه خاورنزديك به دوران پيش از تاريخ مي­رسد. قير طبيعي ماده­اي است كه در ايران و بخصوص درجنوب غربي ايران به وفور يافت مي­شود، و مردم اين ناحيه از دوره نوسنگي به شيوه­هايگوناگون همچون اندود كردن ظروف مصرفي، كف و ديوار خانه­ها و نيز در ساخت ابزارهاييچون داس­هاي تركيبي و كج بيل­ها، مهره­ها و زيورآلات تزئيني، مهره­هاي مسطح واستوانه­اي و حتي در امور پزشكي جهت درمان بسياري از امراض عفوني و دردهاي رماتيسمياستفاده مي­كردند.

براي مثالناودانهاي حصار دروني قلعه چغازنبيل در شهر شوش، كه ۱۲۵۰ سال قبل از ميلاد مسيحساخته شده است، لوله­هاي <سفالينی هستند که از درهم قرارگيريشان لوله واحدیبوجود آمده که به صورت عمودی در بدنه حصار جای گرفته است. درزهای بين اين لوله‌هاتوسط قير طبيعی کاملاٌ پر شده است.

          باطري­هاي بغدادي كه در ساختشاناز قير طبيعي استفاده مي­شده است، حدود دوهزار سال قدمت دارند. اين باطري­ها از یککوزه سفالی با یک درپوش از جنس قیر طبیعی    چسبناک ترکیب شده و میله­ایآهنی در میان آن قیر طبیعی قرار دارد که بوسیله سیلندری مسی احاطه شده است، وقتی کهکوزه با مایع الکترولیت انباشته می­شود کوزه ( باطری ) نیرویی معادل ۱/۱ ولتتولید    می­کند    .

     در منطقه خاور نزديك هزارانميدان نفتي وجود دارد، كه قير طبيعي در سطح وسيعي به همراه آب و يا به تنهايي اززير زمين تراوش مي­نمايد. اينگونه مواد لزج و چسبناك در زمستانها سفت و محكم ولي درتابستانها به مواد چسباننده خطرناكي تبديل مي­شوند. به نظر مي­رسد اولين روياروييانسان با اين نوع چشمه­هاي قير طبيعي زماني بود كه وي به هنگام تعقيب حيوانات شكاريكه در جستجوي چشمه­هاي آب بودند، مي­ديد كه گاهاًً در اين مواد قيري به داممي­افتند. شايد بتوان گفت اين اولين مواجهه انسان عصر نوسنگي با خاصيت چسبندگي قيرطبيعي بوده و از آن پس به سوي مواد قيري متمايل شده و تدريجاً كاربردهاي گوناگونآنرا فراگرفته و از اين دوره به بعد بود كه با خصوصيات ذاتي قير و با توانايينفوذپذيري آن در برابر آب و قابليت چسبندگي، نرمي و تورق پذيري آن و امكان تركيبشدن با مواد ديگر آشنا شدند.

متون باستانيكه تاريخ آنها با اواخر هزاره سوم قبل از ميلاد مي­رسد و روايت مورخين يوناني ورومي همچون گزنفون، بطلميوس، هرودوت، پلوتارك، استرابو و پليني همگي بر وجود معادنو چشمه­هاي قير طبيعي در منطقه خاور نزديك اشاره دارند. اين معادن در سطح وسيعي ازمنطقه ايندوس در هند شروع و در امتداد هلال حاصل­خيزي تا نواحي صحراي سينا در مصر وبحرالميت در اردن ادامه مي­يابند. بيشتر اين نوع چشمه­هاي قير طبيعي در منطقه جنوبغربي ايران و بين­النهرين تمركز يافته­اند.

قيرطبيعي

وقتي كه مواد فرار نفت خام موجود در اعماق زمين، به مرورزمان و در برابر عوامل جوي تبخير شود، ماده سياهي از آن برجاي مي­ماند كه قير طبيعينام دارد. در حقيقت قيرهاي طبيعي مواد هيدروكربني سنگيني هستند كه بر اساس نحوهتشكيل، خواص فيزيكي، حلاليت در تتراكلريدكربن و تركيب شيميايي بهگروههاي مختلفي مانند پيروبيتيومن آسفالتيك(Asphaltic Pyrobitumen    )، پيروبيتيومن غيرآسفالتيك (Asphaltic Pyrobitumen Non    )، آسفالتيت (Asphaltite ) و غيره تقسيم­بندي شده و اين گروهها نيز خود به شعبه­هايمختلفي تقسيم­بندي مي­شوند. مثلاً آسفالتيت­ها به سه گروهگيلسونيت(Gilsonite)، گراهاميت (Grahamite) و گلانس­پيچ (Glance pitch) تقسيم مي­گردند كه گروهگيلسونيت از جمله مرغوبترين و مشهورترين گروههاي قير طبيعي مي­باشد. اين ماده برحسب درصد خلوص و ميزان عمر و غيره به حالتهاي فيزيكي مايع، نيمه­جامد و جامد و باحلاليتهاي متفاوت در حلال تتراكلريدكربن وجود دارد و برخي از انواع آن مستقيماًقابل استفاده بوده و برخي ديگر بايستي مورد فرآوري قرار گرفته و يا پس از اختلاط باقير نفتي مورد استفاده قرار گيرد. معادن عمده قير طبيعي در كشورهاي كانادا،ونزوئلا، روسيه، ترينيداد، استراليا، عراق و ايران وجود دارد. 

 شكل ۱: قير طبيعي

 

شكل ۲: يكي از معادن قيرطبيعي در ايران

قيرهاي طبيعي ايران ازدسته پيروبيتيومن­ها و بصورت جامد بوده و به همان صورت قابل استفاده نمي­باشند. مناطق داراي قير طبيعي در ايران، به طور عمده در استانهاي كرمانشاه، ايلام وخوزستان واقع گرديده و در برخي مناطق ديگر نيز به صورت محدود مشاهده گرديدهاست.

 شكل۳: نواحي داراي معادنقير طبيعي در ايران

 

گيلسونيت

گيلسونيت يا قير طبيعيآمريكاي شمالي يك هيدروكربن چسبناك است كه درUintoh Basinدر شمال شرق يوتا يافتمي­شود. اين قير طبيعي شبيه يك آسفالت سخت نفتي بوده و اغلب به آن آسفالت طبيعي،آسفالتين،Unintite، يا آسفالتوم مي­گويند.

گيلسونيت در لايه­ها ورگه­هاي عمودي معادن زيرزميني يافت مي­شود. معمولاً به پهناي ۲ الي ۶ فوت است و حتيبه عرض ۲۸ فوت نيز مي­تواند باشد. رگه­ها موازي يكديگرند و در امتداد شمال غرب بهشمال شرق كشيده شده­اند. از لحاظ وسعت چندين مايل است و مي­تواند تا عمق ۱۵۰۰ فوتنيز مي­تواند باشد. سطح رگه­ها به صورت يك لايه ظريف ديده مي­شود و هر چه به عمقبيشتر نزديك مي­شويم وسيع­تر مي­شود. به دليل تنشهاي موجود در امور معادن، امروزهگيلسونيت همچنان با روش ۵۰ يا ۱۰۰ سال گذشته استخراج مي­گردد. تمايز اصلي با صنعتمدرن معدن در استفاده از تهويه هوا و بالابرهاي مكانيكي است

 شكل۴ : نمونه اي از قيرطبيعي كلوخه اي

گيلسونيت در حلالهايآروماتيك و آليفاتيك و همچنين آسفالت نفتي قابل حل مي­باشد. به واسطه قابليتسازگاري منحصر به فردش، اين ماده به طور روزافزون براي سخت­تر كردن محصولات نفتينرم به كار مي­رود. گيلسونيت از نظر جنس، ماده سياه و براقي است كه شبيهObsidian (شيشه آتشفشاني) معدنيمي­باشد. اين ماده ترد و شكننده بوده و به سادگي مي­تواند به پودر قهوه­اي سير خردشود.

 

 

شكل ۵: قيرطبيعي پودريشكل

خواص عمومي شيمياييگيلسونيت

• -ظرفيت بالايآسفالتن
• -قابليت بالاي انحلال آندر حلالهاي آلي
• -شفافيت بالا و خواص مناسب
• -وزن مولكولي بالا
• -ميزان بالاي نيتروژن

گيلسونيت با مومهايميكروكريستالي و پارافيني، روغنها و رزينهاي نفتي، صمغ صنوبر، روغنهاي گياهي (تخمبزرك، سويا و ...)، روغنهاي حاصل از فرآيند نفت، قيرهاي نفتي وTall oil pitchسازگار است.

كاربردها يگيلسونيت

به طور كلي گيلسونيت درپنج بخش مورد استفاده است:

• بخش آسفالت وراهسازي
• بخش رنگ وجوهر
• بخش سوخت
• بخش ذوب
• بخش محصولاتشيميايي

بخش رنگ و جوهر:

گيلسونيت با درصد خاكستربسيار پايين، مركب سياهي است كه به عنوان اجزاء كربن حل شونده در آب پايه، دارايموارد مصرف فراواني مي­باشد.

بخش نفت:

گيلسونيت همراه مايعاتحفاري و بتون چاههاي نفت استفاده مي­شود. گيلسونيت در سنگهاي نرم و ساير ساختارهايسخت از اجزاء استاندارد مواد پايه نفتي حفاري است.

بخش محصولات شيميايي:

استفاده از گيلسونيت بههمراه تعداد بيشماري از مواد شيميايي، نشاندهنده مزاياي فيزيكي و شيميايي خاص اينماده است. استفاده در امر استخراج و ذوب فلزات، پوششهاي چوبي، اجسام نسوز و سايرصنايع، نشان­دهنده ميزان قابليت مصرف اين ماده مي­باشد.

راهسازي:

كاربرد گيلسونيت درمخلوطهاي گرم آسفالتي بسيار وسيع است. اختلاط گيلسونيت با قير باعث افزايش استحكامو مقاومت روسازي ها در برابر بار ناشي از ترافيك، كاهش ميزان اثر چرخ بر روسازي،ترك خوردگي در دماهاي پايين، جلوگيري از تغيير شكل در هواي گرم و همچنين اثرات ناشياز رطوبت مي شود. به دليل اصلاح عملكرد قير و در نتيجه آسفالت كشورهاي بسياري ازجمله استراليا، سنگاپور، اندونزي ، ژاپن ، فرانسه و آلمان براي راههاي با بارترافيكي زياد از گيلسونيت استفاده كرده اند كه اين عمليات با موفقيت انجام شده است.

تاريخچه مصرف گيلسونيت درراهسازي

نروژ – اسلو 

در سال ۱۹۷۰ در شهر اسلوبراي اولين بار گيلسونيت در مناطقي با بار ترافيكي زياد و يا قسمتهايي كه با مشكلرطوبت بالا مواجه بودند استفاده شده است. استفاده از گيلسونيت باعث افزايش طول عمرو ثبات روسازي در حدود دوبرابر آنچه كه انتظار مي­رفت، گرديد. مهمتر از همه،گيلسونيت در گرمترين ساعات روز در شهري مانند اسلو با آب و هواي سردسيري، هيچ نوعترك خوردگي يا لغزش از خود نشان نداد.

انگلستان – ولز

در ولز با افزودن ۲۵ درصدگيلسونيت به مخلوط آسفالتي مقاومت جاده­هايي كه از بار ترافيكي بالايي برخورداربودند را افزايش داده و از تغيير شكل آنها جلوگيري نمودند.

آمريكا – سياتل ، واشنگتن

در اسكله سياتل كه بهدليل بارگيري كانتينرها بار ترافيكي بسيار زياد است، از گيلسونيت استفاده مي­شود. از طرف ديگر گيلسونيت باعث افزايش استحكام روسازي در شرايط مرطوبمي­گردد.

آمريكا – نيوجرسي

در نيوجرسي در اتوبانهايبا ترافيك بالا (اتوبانهايي كه روزانه بيش از ۵۰۰ هزار خودرو در آن تردد داشته و۲۰%آن كاميون است) افزودن ۱۰% گيلسونيت به قير باعث افزايش ميزان استحكام وكارايي روسازي و در نتيجه طول عمري بيش از ۵ سال شده است. همچنين مشكل ترك خوردگينيز برطرف گرديده است.

كاربردهاي خاص گيلسونيتدر راهسازي

-در مناطق با بار ترافيكبالا

-تقاطع­ها و ايستگاههايعوارضي

-پاركينگها

-ايستگاههاياتوبوس

-بنادر ولنگرگاهها

-انبارها

-خطوط كاميون

-راههاي حملبار

-فرودگاهها

-پيستها

-پاركها