بخشی از مقاله
چکیده
قیر طبیعی یک ماده معدنی - صنعتی می باشد که بطور عمده در بخشهایی از آمریکا و ایران و بصورت پراکنده در چندین کشور دیگر پراکنده شده است. بیش از 80 درصد معادن ایران در استان کرمانشاه واقع شده است. منشاء قیر طبیعی از نفت خام می باشد که با مهاجرت به لایه های سطحی زمین مواد سبک آن تبخیر شده و در اثر عوامل گوناگونی از قبیل اکسیداسیون، پلیمریزاسیون، گرما و فشار طی میلیون ها سال به شکل امروزی و سخت درآمده اند. قیرهای طبیعی در اثر حرارت بطور معمول 33 درصد کک، 12 درصد گاز، حدود 55 درصد قطران و 2 درصد آب تولید می کنند. قطران مایع متراکمی است که از تقطیر مواد کربندار بدست میآید. با مطالعات صورت گرفته در خصوص گیلسونیت های آمریکا - یوتا - ، ترکیباتی از قبیل هیدروکربنهای اشباع شده و اشباع نشده، نفتن ها، ترکیبات مشتقات پیرولی، فنلی و .... در قطران آنها شناسایی شده است.
تاکنون هیچگونه کار تحقیقی در خصوص تولید قطران و شناسایی مواد تشکیل دهنده و تعیین خصوصیات آن در خصوص قیرهای طبیعی ایران صورت نگرفته است. در این کار تحقیقی از یک معدن در گیلانغرب و یک معدن در کوهدشت استان لرستان نمونه برداری شد و وزن مشخصی از هر دو نمونه در کوره کربونیزاسیون بارگیری و تحت شرایط یکسان عملیات کربونیزاسیون صورت گرفت و بخارات حاصل با استفاده از یک کندانسور جمع آوری گردید و جهت تعیین نوع ترکیبات تشکیل دهنده مورد آنالیز GC-Masقرار گرفتند. در نمونه مربوط به گیلانغرب عمدتاً ترکیبات آلیفاتیکی و سپس ترکیبات آروماتیک و هتروسیکل و نمونه مربوط به لرستان عمدتاً ترکیبات آروماتیک و سپس هتروسیکل و آلیفاتیک وجود دارد و این نشان می دهد که این معادن از نظر خصوصیات شیمیایی و فیزیکی با هم متفاوت هستند که البته این مساله را آنالیز FT-IR تایید می نماید. با توجه به آنالیز QI, TI و دانسیته و مقایسه آن با آنالیز قطران زغال سنگ، طبق نظر کارشناسان پالایشگاه قطران اصفهان، این نمونه ها با نمونه قطران زغال سنگ متفاوت می باشند.
کلمات کلیدی: قیر طبیعی، قطران، مشخصات شیمی-فیزیکی
.1 مقدمه
توسعه و تولید این مواد از سال 1885 شروع شد در آن زمان گیلسون آمریکایی معدنی از قیر طبیعی را پیدا کرد و نام آن را گیلسونیت نهاد. در سال 1888 گیلسون، شرکت تولید گیلسونیت را تاسیس نمود. کمپانی گیلسونیت آمریکا - AGC - اولین شرکت تجاری در این زمینه می باشد. قیر طبیعی به مواد هیدروکربنی طبیعی، غیرکریستالی و ویسکوز سیاه رنگ یا قهوه ای تیره اطلاق می گردد که در دی سولفید کربن محلول است و خاصیت چسبندگی و ضد آب دارد. از این ماده طبیعی بیش از 160 عنوان محصول تولید می شود. اجزاء پور فیرینی با راندمانهای 0/03 تا 0/004 درصد از قیر جدا می شوند کمپلکسی از نیکل است مانند اکسی فیلو ارتیرو اتیو پورفیرین که حضور پورفیرینها اشاره ای است بر اینکه قیر منشاء گیاهی دارد. قیر ماده خاصی است که در کمیسیون نیروی هسته ای UK برای تغییر بر روی اصلاح هسته گرانیتی استفاده می شود.[1-3]
قیر در صنعت اتومبیل سازی در تولید مواد مذاب بدون درز و چروک کاربرد دارد بنابراین در تولید رنگ و لعابها محدودیت استفاده را بوجود می آورد. از 80 سال پیش تا کنون در تهیه جوهرهای فتوگرافیک تیره به کار می رفته است. همچنین در تهیه جوهرهای روشنتر که هم اکنون کاربرد وسیعی دارد مصرف آن همه روزه رو به افزایش است. قیر طبیعی با توجه به تفاوتهای فوق الذکر، رنگ، سختی، حلالیت و فراریت های متفاوتی داشته و از اینرو مصارف متنوعی دارد. معادن عمده قیر طبیعی در کشورهای ونزوئلا، کانادا ، روسیه و خاورمیانه از جمله کشور ایران می باشد و از بین مناطق فوق الذکر، کشور ونزوئلا که در شرق آن در منطقه ای بنام " Orinoco Belt " ذخایر عظیمی از قیر طبیعی به ظرفیت 1/2 تریلیون بشکه وجود دارد، حائز رتبه اول می باشد. قیرهای طبیعی در اثر حرارت در دمای بالای 200 درجه سانتیگراد مواد فرار خود را از دست داده و در دماهای بالای 350 درجه سانتیگراد دچار شکست ساختار شده و در حقیقت مولول های سنگین تر شکسته شده و به مولکول های کوچکتر تبدیل می شوند. یکی از تفاوت های عمده قیرطبیعی با زغال سنگ واکنش آن در برابر حرارت می باشد. قیر طبیعی در اثر حرارت ابتدا ذوب می شود و سپس شروع به بخار شدن می کند و در نهایت دچار شکست مولکولی می شود در صورتیکه زغال سنگ در اثر حرارت ذوب نمی شود. تفاوت عمده دوم در میزان قطران می باشد. برای هر تن زغال سنگ حدود 35 کیلو گرم قطران تشکیل می شود در صورتیکه برای هر تن قیر طبیعی حدود 350 تا 400 کیلو گرم قطران تشکیل می شود. در نتیجه در عمل کک زایی از قیر طبیعی قطران بعنوان یک فرآورده اصلی محسوب می شود.
-1-1 تعریف قطران:
قطران مایع متراکمی است که از تقطیر مواد کربن دار به دست می آید. بطور کلی در ترکیب همه قطران ها ترکیباتی از قبیل: فنل، تولوئن، کره اوزوت، نفتالین، دی اکسی بنزن، اسید استیک، اکریلل و کروزول و بسته به ماده اولیه، ترکیبات دیگری نیز
وجود دارد.[4 ] در اواسط قرن نوزدهم با شروع تولید رنگهای مصنوعی، نیاز شدیدی به قطران، آنتراسن و
بنزول به وجود آمد و محصولات شیمیایی حاصل از ککسازی از صورت ضایعات صنعتی خارج گردید.[4]
-2-1 قطران زغال سنگ : - Coal Tar -
قطران از لحاظ وزنی دومین فرآورده نوعی تقطیر زغال سنگ است و به ازای هر تن زغال سنگ در حدود 35 کیلوگرم قطران تهیه می گردد. ترکیب قطران تابع چگونگی تقطیر زغال سنگ و بسیار پیچیده می باشد. میتوان گفت که قطران از بیش از هزار ترکیب شیمیایی مختلف تشکیل شده است. البته این امر تعجب آور نیست زیرا فقط برای هیدروکربور C4H20 حدود هزار ترکیب مختلف شناخته شده است. عناصر سازنده قطران عبارتند از C,H,O,N,S که درصد آنها این چنین است : قطران یک ترکیب کلوئیدی است و از ذرات ریز معلق بسیار کوچک سیاه شبیه دوده و امولسیونی از ذرات رزینی و روغن تشکیل شده است. باید توجه داشت که ذرات دوده در هیچ حلالی حل نمی شود ولی تجمع میسل ها را می توان به کمک حلالهای مناسب تغییر داد. به کمک حلالهای مناسب می توان رزین ها را رسوب داد.[4]
-3-1 تولید قطران خام:
قطران بصورت بخار از کوره کک سازی خارج می شود و طی مراحل مختلف از گاز جدا می شود. اولین جدا شدن در خم ستون عمودی است که از کوره کک خارج می شود و در آنجا با آب آمونیاکی سرد می شوند و در نهایت قطران مخلوط با آمونیاک و ناخالصی های جامد بوده و بایستی خالص شود. جدا کردن به کمک دکانتور انجام می گیرد و بدین طریق قطران خام که حدود %2 آب دارند بدست می آیدبرای. اینکه جدا شدن بهتر انجام شود باید درجه حرارت بالا، زمان توقف نسبتاً طولانی و همچنین به هم خوردگی و حرکت وجود نداشته باشد.
-4-1 خواص قطران زغال سنگ:
قطران تولید شده در عمل کک سازی در دمای بالا مایع است، روغنی چسبنده به رنگ سیاه که بوی نفتالین از آن متصاعد می شود. وزن مخصوص قطران از 1/22 گرم در سانتی متر مکعب تا 1/12 گرم بر سانتی مکعب نوسان می کند. قطران مخلوطی از ترکیبات آلی است که هیدروکربنهای معطر، هیدروکربورهای هتروسیکلی، ترکیبات گوگرد دار، اکسیژن دار و ازت
