Способы получения природных битумов

Как получают битум

Ничего сложного. Выпаривают из нефти все ценное (жидкое), остается битум. Который, однако, также весьма ценен. Однако это – максимально упрощенная схема.

Природный битум

Образовался из нефти естественным путем. В нефтяных месторождениях сырье зреет без доступа воздуха. Если в силу каких-либо причин (например, геологической активности) нарушилась консервация залежей, нефть подверглась внешнему воздействию и претерпела изменения. В результате окисления атмосферным воздухом или под влиянием микроорганизмов (которые, кстати, могут также перерабатывать бензин и дизельное топливо) образовался природный битум (нетрадиционная нефть). Состав и физические свойства этих натуральных продуктов могут сильно различаться. В том или ином соотношении в сырье входят вещества, относящиеся к следующим группам:

• асфальтены (твердые);
• смолы (вязкие);
• масла (мягкие).

Жидкий битум содержит больше масел и меньше асфальтенов, чем твердый. От консистенции и глубины залегания зависит метод разработки сырья. Вот как получают битум (и тяжелую нефть) природного происхождения:

• рудничным способом – из горной выработки извлекают породу (битуминозный песок);
• бурят скважины из шахт (шахтно-дренажный метод), либо с поверхности.

Во 2 случае пласт обычно прогревают, чтобы извлекать менее вязкую жидкость. При добыче породы из шахты или карьера, целевой продукт отделяют от песка с помощью растворителя либо горячей воды и эмульгатора.

Нефтяной битум

Богатые сырьем битуминозные пески есть в Канаде и Венесуэле. В России получают битум из нефти. Принципиально он не отличается от природного, но образуется не в естественной среде, а в результате деятельности человека.

Сначала из нефти при атмосферном давлении отгоняют светлые вещества – бензин, керосин, дизельное топливо. Остается мазут, из которого под вакуумом выпаривают масла – машинные, трансформаторные и т.д. В качестве остатка образуется гудрон, состоящий главным образом из смол и твердых частиц. Он является основным сырьем для производства твердых и полутвердых битумов:

• окисленных;
• остаточных;
• продуктов деасфальтизации;
• компаундированных.

Легкоплавкий, мягкий остаточный битум получается в результате глубокой отгонки масел из гудрона.

Продувка воздухом дает окисленный битум: термостабильный, эластичный.

Компаундированный образуется путем смешения этих продуктов.

При обработке гудрона пропаном происходит деасфальтизация – выделение высокомолекулярных веществ (асфальтенов и смол).

Если же нужно получить жидкий продукт, в сырье оставляют больше масел.

Кроме того, производят битум из мазута, подвергнутого крекингу. Остатки продувают воздухом и окисляют. Образуется крекинг-битум.

Источник

Битум, свойства, состав, добыча и применение

Битум, свойства, состав, добыча и применение.

Битум – это твёрдый или смолоподобный продукт, представляющий собой смесь углеводородов и их азотистых, кислородистых, сернистых и металлосодержащих производных.

Битум, характеристика и виды:

Битум (от лат. bitūmen — горная смола, асфальтовый) – это твёрдый или смолоподобный продукт, представляющий собой смесь углеводородов и их азотистых, кислородистых, сернистых и металлосодержащих производных. Битум представляет собой аморфное вещество, а, значит, проявляет свойства жидкости в твёрдом состоянии и не имеет температуры плавления.

С давних времен битум является одним из самых распространенных инженерно- строительных материалов. Природный битум, иначе – «земляная смола», применялся для прикрепления наконечников древних копий. Битум делал посуду древнего человека водонепроницаемой (посуда из битума предшествовала глиняной). Также в древности природный битум часто использовался как связующее вещество при работе с мозаикой и для создания изделий из полудрагоценных камней. В Древнем Египте его применяли для мумификации и бальзамирования.

Битумы бывают природными и искусственными.

Природные битумы являются составной частью горючих полезных ископаемых органического происхождения. Они распространены в местах нахождения нефти . Это естественные производные нефти, образованные в процессе природных, биохимических, химических, окислительных реакций полимеризации нефти . В зависимости от состава исходных нефтей и условий их преобразования, битумы условно делят на такие классы, как: асфальты, мальты, асфальтены , кериты, озокериты, гуминокериты, антраксолиты, нафтоиды, нафтиды.

Мировые запасы природного битума составляют по разным оценкам порядка 500 – 1000 миллиардов тонн. Запасы природного битума малоизученны, поэтому разброс запасов достаточно велик. Во всяком случае запасов природных битумов в несколько раз больше, чем запасов нефти .

Искусственные битумы (технические битумы) – это продукты переработки нефти , каменного угля и сланцев . Искусственные или технические битумы сходны по химическому составу с природными битумами. По виду технологического цикла искусственные битумы разделяют на окислительные, остаточные и крекинговые.

Химический (компонентный, углеводородный и элементный) состав битума:

Битумы имеют довольно сложный химический состав. Например, они могут состоять из предельных углеводородов от С₉Н₂₀ до С₃₀Н₆₂.

Все разнообразные органические углеводородные соединения, которые образуют битум, можно объединить в три группы: твердая составляющая, смолы и масляные фракции.

Твердая часть битума состоит из высокомолекулярных углеводородов и их производных с молекулярной массой от 1000 до 5000 г/моль и плотностью более 1 г/см 3 . Все они объединены под общим названием «асфальтены». В асфальтенах содержатся карбоиды, не растворимые в летучих растворителях и маслах, и карбены, которые могут растворяться только в СCl₄. К твердой составляющей битумов относят также твердые углеводороды, называемые парафинами.

Смолами являются аморфные вещества темно-коричневого цвета с молекулярной массой от 500 до 1000 г/моль, их плотность около 1 г/см 3 .

Масляные фракции битумов составляют различные углеводороды, имеющие молекулярную массу от 100 до 500 г/моль и плотность менее 1 г/см 3 .

Свойства битума, как дисперсной системы, определяются соотношением входящих в него составляющих: асфальтенов, парафинов, масел и смол. При повышении содержания асфальтенов и смол возрастает твердость, температура размягчения, а также хрупкость битума. А масла, которые частично растворяют смолы, делают его легкоплавким и мягким. Пластичность битума повышается при снижении молекулярной массы смол и масел. В нефтяных битумах содержится парафин, который способствует ухудшению их свойств, повышая хрупкость при понижении температуры. Поэтому необходимо, чтобы битум содержал парафин не более 5%.

С точки зрения элементного состава в битуме присутствуют следующие химические элементы:

Наименование химического элемента:	%% содержание
Углерод , С	70-80
Водород , Н	10-15
Сера , S	2-9
Азот , N	до 2
Кислород , O	1-5
и прочие

Химические свойства битума:

Самым ценным свойством битумов, а также битумных материалов, является их химическая стойкость к воздействию агрессивных веществ, которые вызывают коррозию металлов, цементных бетонов и других строительных материалов . Так, битумные материалы хорошо сопротивляются действию щелочей, концентрацией не более 45 %, фосфорной кислоты, концентрацией не более 85 %, серной кислоты, концентрацией не более 50 % и т.д. Однако, битумы менее стойки в атмосфере , которая содержит окислы азота и при воздействии концентрированных растворов кислот. Битум растворим в органических растворителях. Вследствие свойственной битумам химической стойкости и экономичности, битумные материалы предпочтительно применяют в качестве химической защиты железобетонных конструкций и стальных труб .

Физические свойства битума:

Наименование параметра:	Значение:
Плотность, г/см 3

(зависит от температуры, давления и химического состава) от 0,965 до 1,5 Плотность, кг/м 3

(зависит от температуры, давления и химического состава) от 965 до 1500 Агрегатное состояние твердое или смолоподобное вещество Цвет черный Теплопроводность, Вт/(м∙°С) 0,17-0,27 Температура размягчения*, о С* от 35 (мальты) до неплавких (кериты, антраксолиты, гуминокериты) Удельная теплоёмкость, кДж/(кг∙К) 1,591-1,968 Диэлектрическая проницаемость 2,5-3,3 Удельная электрическая проводимость, Ом -1 ∙см -1 1∙10 -14

* Битум является аморфным веществом, не имеющим температуры плавления. Его переход из твердого состояния в жидкое характеризуют температурой размягчения. Температуру размягчения обычно определяют прибором «кольцо и шар», который помещают в сосуд с водой. Температура размягчения определяется температурой нагреваемой воды , при которой металлический шарик, под действием собственной массы проходит через кольцо, заполненное исследуемым битумом.

Добыча природных битумов:

Чистый природный битум встречается довольно редко. В основном он встречается в составе битуминозных песков. Разработка месторождений природных битумов зависит от физических свойств исходного сырья, глубины и условий залегания.

Добычу природного битума из битуминозных песков производят в основном шахтным или карьерным способом. Этот способ заключается в том, что порода целиком извлекается на поверхность и битум экстрагируется с помощью растворителя или горячей воды . Коэффициент извлечения битума при этом составляет 85-90 %.

Скважинными внутрипластовыми способами разрабатывают месторождения жидких природных битумов, залегающих на глубине более 100 метров. Этим способом добывают битумы сквозь скважины, пробуренные на поверхности, путем термического воздействия на насыщенные битумом породы. При этом коэффициент извлечения битума составляет в среднем 30 %.

Есть еще способ добычи битумов в шахтах с помощью системы дренажных скважин, прорубленных из горных выработок. Это шахтный дренажный способ добычи. Битум вытекает самотеком через эту систему скважин.

Применение битумов:

По применению битумы делят на три основные вида: строительные, дорожные и кровельные.

Строительные битумы – это битумы, которые используются в строительстве и гидроизоляционных работах. Такие битумы маркируются следующим образом: БН 50/50, БН 70/30, БН 90/10.

Расшифровка: БН – битум нефтяной, БНД – битум нефтяной дорожный, БНК – битум нефтяной кровельный, первое число – обозначение температуры размягчения, второе – обозначение пенетрации.

Дорожные битумы являются самым востребованным видом битумов и применяются в дорожном строительстве. Они характеризуются большим коэффициентом пенетрации. Основное их отличие друг от друга – это климатическая зона, в которой они применяются.

Рассматривая регионы использования битума, определяют максимальные и минимальные зимние температуры. Регионы с низкими температурами, зимой редко поднимающимися выше -20 о С, применяют битумы марок БНД 90/130, БНД 130/200, БНД 200/300. Регионы с умеренной зимней температурой от -20 до -10 о С подходят марки БНД 60/90 и выше перечисленные БНД 90/130, БНД 130/200, БНД 200/300. В областях с температурами зимой в пределах от -10 до -5 о С дорожное полотно укладывают с применением битума БНД 40/60, БНД 60/90, БНД 90/130, БНД 130/200, БН 90/130, БН 130/200, БН 200/300. Для теплых мест, где средняя температура зимой +5 о С используют битумы марок БНД 40/60, БНД 60/90, БНД 90/130, БН 60/90, БН 90/130.

Кровельные битумы применяют в производстве кровельных материалов: рубероида, рубемаста, гидростеклоизола, пергамина, мастики, рубитэкса, битумной бумаги, рубитэкса, рубитэкса, стеклоэласта, рубитэкса, праймера. Для пропитки используют битумы марок БНК 45/180 и БНК 45/90. Для получения покровного слоя – битумы марок БНК 90/40 и БНК 90/30.

Битум также применяют в различных отраслях народного хозяйства. Например, в литейном деле в качестве одного из компонентов модельных составов при прецизионном литье, как электроизоляционный материал в электротехнической промышленности, для отделки различных изделий из бумаги , дерева, кожи и т.д.

Источник

Битум: виды, характеристики, свойства, применение, маркировка, фото, видео

Битум – незаменимая составляющая строительства. Благодаря своим уникальным характеристикам, битум надежно закрепился в строительной промышленности. Его практичность, долговечность и дешевизна не оставляют ни единого шанса альтернативным стройматериалам.

Характеристики битума

Битум – это асфальтоподобный материал, полученный искусственным образом. Является итоговым продуктом переработки натуральных битумов, остатков после обработки угля, нефти, сланцевых смол и торфяных экстрактов.

В зависимости от составляющих и характеристик различают несколько разновидностей битума:

• Природный/натуральный битум – является побочным материалом при добыче нефтепродуктов из разнообразных горных пород. Характеризуются высокой устойчивостью к воздействию кислот, щелочей, воды.
• Строительный битум – продукт нефтяной перегонки и смешивания с разнообразными строительными компонентами (остатками маслопроизводства, асфальтом и пр.). Для работы с кровельными материалами и для высотных работ обычно используется битум марки БНК 45/180, БНК 45/90, БНК 90/40 или БНК 90/30. Характеризуются высокой устойчивостью к намоканию и воздействию высоких температур. По сравнению с кровельными битумами, строительные имеют большую сопротивляемость возгоранию.

• Дорожный битум – самый востребованный вид битумов. Основные марки дорожного битума: БНД 40/60, БНД 60/90, БНД 90/130, БНД 130/200 и БНД 200/300. Характеризуется большим коэффициентом пенетрации (проникновения в среду). Битумы с большими показателями пенетрации актуальны для северных районов, с меньшими – для южных.

Характеристики битумов постоянно изменяются и совершенствуются. Так, для того чтобы улучшить качества этого стройматериала, в него добавляют различные искусственные добавки, которые направленно усиливают те или иные характеристики. Как правило, такие химические ингредиенты позволяют повысить сопротивление резким перепадам температур, холоду или жаре.

Основные характеристики, по которым можно оценить качество битума:

• показатели температуры по хрупкости,

• показатели температуры по размягчению,

Соответственно, химические добавки для битумов направлены на улучшение этих характеристик. Цена битума напрямую зависит от качества и целевого применения стройматериала. Оптимизированные марки, устойчивые к большим нагрузкам и обладающие хорошей растяжимостью, будут стоить дороже. Как правило, все необходимые показатели отражены на маркировке битума.

Физические свойства битума:

Наименование параметра:	Значение:
Плотность, г/см 3

(зависит от температуры, давления и химического состава) от 0,965 до 1,5 Плотность, кг/м 3

(зависит от температуры, давления и химического состава) от 965 до 1500 Агрегатное состояние твердое или смолоподобное вещество Цвет черный Теплопроводность, Вт/(м∙°С) 0,17-0,27 Температура размягчения*, о С* от 35 (мальты) до неплавких (кериты, антраксолиты, гуминокериты) Удельная теплоёмкость, кДж/(кг∙К) 1,591-1,968 Диэлектрическая проницаемость 2,5-3,3 Удельная электрическая проводимость, Ом -1 ∙см -1 1∙10 -14

Способы получения битума

Битум может быть естественным (природным) или искусственным (техническим). Природный представляет собой полезное ископаемое органического происхождения. В особенно большом количестве встречается в регионах с большими залежами нефти.

Природный битум может иметь твердую форму или вязкую консистенцию. Образуется в ходе природного окисления и полимеризации нефти, происходящих при нарушении герметичности нефтяных залежей. Добыча ведется разными методами:

• Очистным шахтным или карьерным, когда породу извлекают и используют для экстракции битума с помощью растворителей или горячей воды, к которой добавлены эмульгирующие составы.
• Дренажным шахтным, который заключается в добыче посредством самотека битума через восходящую дренажную систему, состоящую из пробуренных скважин.
• Скважинным, при котором битум извлекают из скважин, пробуренных с поверхности. Метод применяется для разработки месторождений жидких природных битумов (битуминозной нефти), которые залегают на глубине более 100 м. Коэффициент извлечения продукта равен 30%.

Карьерный и шахтный методы имеют коэффициент извлечения битума 85-90%. Способы применимы для месторождений горных пород, которые обладают насыщенностью более 10% и глубиной залегания 60-90 м.

С учетом состава исходной нефти и особенностей ее переработки битум делится на разные классы:

• антраксолиты,
• асфальты,
• асфальтены,
• гуминокериты,
• кериты,
• мальты,
• нафтиды,
• нафтоиды,
• озокериты.

Особое распространение получили асфальтовые битумы, которые образуются в горных породах с пористой структурой. Их перемалывают до порошкообразного состояния, после чего используют в укладке дорожных покрытий.

Технический (искусственный или синтетический) битум – побочный продукт перегонки нефти, сланцев и каменного угля. Известным способом получения выступает вакуумная перегонка мазута. В зависимости от способа нефтепереработки битум бывает:

• Остаточным. Мягкий и легкоплавкий продукт.
• Окислительным. Эластичный и термостабильный битум.
• Крекинговым. В битуме большое количество карбенов и карбоидов.

Особое внимание при получении битума уделяют содержанию парафинов, поскольку они негативно влияют на пластичные характеристики. Чтобы этого избежать, количество парафиновых составляющих ограничивают 5%.

Способы (область) применения

Битум – древнейший строительный материал, который был известен человеку еще в эпоху неолита. Тогда его использовали для изготовления посуды, изоляции редких видов дерева в строительстве, в качестве связующего в мозаиках из полудрагоценных камней и раковин.

Природный битум – не товарный продукт. Чтобы сделать его таким, необходимы дополнительные технологические процессы. После этого материал становится подходящим для использования в разных сферах:

• В строительстве. Ввиду нерастворимости в воде материал используется в гидроизоляционных работах. В отношении зданий и сооружений, трубопроводов, фундаментов.
• В дорожных работах. Битум активно используется при изготовлении асфальтобетона.
• В кровельных работах. Из битума производят мягкие кровельные материалы: рулонные и в виде черепицы. Примеры: рубемаст, гидростеклоизол, рубероид, мастика, пергамин, битумная бумага, стеклоэласт.

При использовании в строительстве битум проявляет несколько недостатков: низкую упругость, склонность к высыханию и высокую термочувствительность, которая проявляется в виде хрупкости при низкой и размягчении при высокой температуре. Чтобы устранить эти минусы, используют модифицированный битум, в который добавляют модификаторы, улучшающие свойства продукта.

Дополнительно битум используют как электроизоляцию в электротехнической промышленности, в отделке деревянных, кожаных и бумажных изделий, в изготовлении аккумуляторных мастик, изготовлении кабельной и лакокрасочной продукции, в прецизионном литье.

Разновидности

Битумы классифицируются по нескольким признакам. Первый критерий – происхождение и состав.

1. Природные битумы получают при добыче нефтяных полезных ископаемых. Их основной состав – углеводороды и производные, которые получаются при активном окислении нефтяных веществ в недрах земли. Природный углеводород может быть твердым или вязким. В привычном виде вещество получают на производстве, отделяя нужные фракции.
2. Битумы для укладки асфальта получают при добыче пористых полезных ископаемых, залегаемых глубоко в недрах земной коры. Породу измельчают вместе с углеводородным веществом, получается материал для дорожных работ.
3. Строительный битум – это синтетический продукт, получаемый из нефти промышленным путём. Материал используют для гидроизоляции конструкций и производства кровельных рулонных материалов и мягкой черепицы. Синтетический углеводород твердой структуры, для применения его растапливают до жидкого состояния, после чего он снова фиксирует свою форму уже на рабочей поверхности.

Маркировка

Большое разнообразие битумов привело к необходимости к разделению материала на группы. Так появилась маркировка строительного вещества. Она включает в себя происхождение и назначение материала, температуру его нагрева и пенетрации. Рассмотрим пример БНК 90/30:

• БНК – битум нефтяной кровельный;
• 90 – оптимальная температура нагрева твердого вещества для плавления;
• 30 – величина пенетрации, то есть размер проникновения иглы пенетрометра в битум при 25°С в мм.

Битум нефтяной общего назначения

Марки битума строительного, который используют для гидроизоляции конструкций обмазочным методом – БН 50/50, БН 70/30, БН 90/10. Стоит отметить: чем выше числитель дроби-обозначения, то есть температура размягчения, тем ниже пенетрация.

Подвид строительного битума – изоляционный: БНИ-IV-3, БНИ-IV. Таким обрабатывают подземные трубопроводы для защиты их от коррозии.

Удельный вес битума – 0,95…1,50 г/см3.

Битум кровельный

Рулонные материалы (рубероид, рубемаст, еврорубероид и другие), мягкая черепица шинглас изготавливают из кровельного битума марок:

• БНК 90/30 используют для покрытия кровли, организации финишного слоя;
• БНК 40/180 подходит для пропитывания поверхностей с целью гидроизоляции;
• БНК 45/190 служит материалом для изготовления кровельных материалов.

Температура плавления битума у кровельной разновидности материала небольшая, она не обязательно пропорциональна твердости покрова. Для данного типа важна пластичность листа, которую обеспечит полотно именно с мягкой текстурой.

Дорожный битум

В группу дорожных битумов входят несколько разновидностей материала по марке. Основное их отличие – климатическая зона, ведь дороги – это ответственные коммуникации. Рассматривая регионы, определяют максимальные и минимальные температуры:

• Для регионов с низкими температурами, зимой редко поднимающимися выше -20°С выбирают битумы марок БНД 90/130, БНД 130/200, БНД 200/300.
• Для умеренной зимы -20…-10°С подходят марки БНД 60/90 и ранее перечисленные 90/130, 130/200, 200/300.
• На местности с температурами зимой в пределах -10…-5°С дорожное полотно укладывают с применением битума БНД 40/60, БН 90/130, БН 130/200, БН 200/300.
• Для теплых регионов со средней температурой зимой +5°С применяют углеводороды марок БНД 40/60, БН 90/130, БН 130/200, БН 200/300 и ранее перечисленные.

Особенности транспортировки и хранения

Битум транспортируют в автомобильных или железнодорожных цистернах, куда продукт переливают методом герметичного налива. Этот способ обеспечивает профилактику поражений обслуживающего персонала вследствие высокой температуры нагрева нефтепродукта.

Регламентирующие документы (ГОСТы, ТУ)

Дорожные битумы производятся в соответствии с ГОСТ 22245-90 и ГОСТ 33133-2014, а модифицированные – по ГОСТ Р 52056-2003.

Источник