قیر چیست؟
در ابتدا نحوهٔ پیدایش نفت را به‌اختصار مرور می‌کنیم. منبع اصلی نفت، بقایای میکروارگانیسم‌ها و جلبک‌های دریایی است که میلیون‌ها سال پیش در محیط‌های آبی زندگی می‌کردند. این بقایا در بستر دریاها، مرداب‌ها یا دریاچه‌ها ته‌نشین شده و با گل‌ولای، ماسه و رسوبات دفن می‌شدند. سپس لایه‌های رسوبی روی هم انباشته شده و مواد آلی را تحت فشار و دمای بالا قرار می‌دادند. در نبود اکسیژن، این مواد آلی به‌تدریج به ترکیبی مومی‌شکل به‌نام کروژن (Kerogen) تبدیل می‌شدند. کروژن‌ها با افزایش فشار و دما در طول میلیون‌ها سال به نفت و گاز طبیعی تبدیل می‌گردیدند.
در برخی مناطق، شرایط زمین‌شناسی به‌گونه‌ای است که قسمت‌های سبک نفت خام (مانند گازها و ترکیبات فرار) تبخیر یا جذب سنگ‌ها می‌شود و بخش‌های سنگین باقی می‌مانند. این فرآیند باعث غلیظ‌تر شدن نفت و در نهایت تبدیل آن به قیر می‌شود که به‌عنوان قیر طبیعی شناخته می‌شود.
قیر طبیعی ممکن است:
•در مخازن زیرزمینی محبوس بماند (مانند ماسه‌های نفتی کانادا)؛
•از طریق شکست‌ها یا درزهای زمین‌ساختی به سطح زمین راه یابد و تشکیل دریاچه‌های قیر طبیعی بدهد (مانند دریاچهٔ قیر «لا بریا» در ونزوئلا).
https://bitumenmag.com/News/comprehensive-overview-of-the-bitumen-market-in-2025
قیر پالایشگاهی
و اما قیر پالایشگاهی ماده‌ای سیاه‌رنگ، جامد یا مایع ویسکوز است که از تقطیر نفت خام به‌دست می‌آید.
اجزای سازنده قیر :
1.ترکیبات آلی یا هیدروکربن‌ها (حدود ۹۰ تا ۹۵ درصد) شامل آسفالتین ،رزین و مالتن ها
۲.ترکیبات غیر آلی (حدود ۵ تا ۱۰ درصد) مانند گوگرد،اکسیژن،نیتروژن و کمی فلزات سنگین می باشد.
فرمول قیر:
یک فرمول میانگین برای قیر معمولی (مثلاً قیر نفتی) به صورت زیر ارائه می‌شود:
C₇₀H₁₁₀O₄S
که این یعنی:
۷۰ اتم کربن (C)
۱۱۰ اتم هیدروژن (H)
۴ اتم اکسیژن (O)
۱ اتم گوگرد (S)
-فرمول بالا فقط نمایانگر میانگین ترکیبات موجود در یک نمونه قیر است و بسته به منبع نفت خام، نوع پالایش، و روش تولید، ممکن است بسیار متفاوت باشد.
در قیر طبیعی یا ماسه‌های نفتی، میزان گوگرد یا فلزات سنگین (مثل نیکل، وانادیوم) بیشتر است.
-قیر شامل مولکول‌های بزرگی مانند آسفالتن‌ها، رزین‌ها و مالتن‌هاست که ساختار شیمیایی مشخصی ندارند.
موارد استفاده قیر:
بیش از ۸۵٪ از تولید جهانی قیر در ساخت جاده‌ها استفاده می‌شود، ۱۰٪ درعایق کاری ، و ۳٪ در کاربردهای صنعتی (صنایع شیمیایی و غیره) ۱% در کاربردهای خاص و هنری و ۱٪ در سایر موارد به کار می‌رود.
-۱ قیر طبیعی
میلیون‌ها سال پیش، موجودات زنده مانند جلبک‌های میکروسکوپی در مرداب‌ها و محیط‌های آبی دفن شدند. این بقایا تحت فشار و دمای بیش از ۵۰ درجه سانتی‌گراد به قیر طبیعی تبدیل شدند.
قیر طبیعی در تپه‌ها و دریاچه‌های نفتی در کشورهایی مانند کانادا، ونزوئلا، عمان و غرب ایران یافت می‌شود.
انواع قیر طبیعی
۱.قیر دریاچه‌ای: مانند قیر دریاچه‌ی «لا بریا» در ترینیداد یا «دریاچه قیر گچساران» در ایران. این نوع قیر در سطح زمین به‌صورت دریاچه‌هایی از قیر وجود دارد.
۲.قیر سنگی (Rock Asphalt): قیری که در داخل سنگ‌های آهکی یا ماسه‌سنگ‌ها نفوذ کرده و به‌صورت معادن جامد استخراج می‌شود (مانند قیر استان ایلام یا معادن قیر در عراق).
۳.گیل‌سونایت (Gilsonite): نوعی قیر طبیعی جامد و براق که به شکل رگه‌ای در دل سنگ‌ها یافت می‌شود، به‌ویژه در غرب ایران (استان ایلام) و برخی مناطق آمریکا (یوتا).
خواص قیر طبیعی
•مقاومت بالا در برابر آب و عوامل جوی
•چسبندگی و نفوذپذیری کمتر نسبت به قیر نفتی
•پایداری حرارتی بهتر
•طول عمر بیشتر در کاربردهای مهندسی
کاربردهای قیر طبیعی
•راه‌سازی و آسفالت برای افزایش دوام و کیفیت آسفالت
•صنایع رنگ و جوهر چاپ
•مواد عایق رطوبتی
•افزودنی به قیر نفتی برای بهبود کیفیت آن
• صنایع حفاری نفت به عنوان گل حفاری
۲.قیر حاصل تقطیر نفت خام
منبع اصلی قیر در صنعت، نفت خام است. نفت خام در برج تقطیر تفکیک شده و باقیمانده آن به‌نام وکیوم باتم (Vacuum Bottom) برای تبدیل به قیر پردازش می‌شود.
انواع مختلفی از قیر مانند قیر نفوذی (penetration) و قیر اکسید شده (oxidized) از این فرآیند حاصل می‌شود که کاربرد اصلی آنها در راه‌سازی است.
فرآیند تولید قیر نفتی
قیر نفتی از دو مرحله تقطیر نفت خام به دست می‌آید:
۱. تقطیر در فشار معمول (Atmospheric Distillation)
در این مرحله، نفت خام در برج تقطیر حرارت داده می‌شود. اجزای سبک‌تر مانند بنزین، نفت سفید و گازوئیل جدا می‌شوند. ماده باقیمانده سنگین که ته برج باقی می‌ماند به مرحله بعدی فرستاده می‌شود.
۲. تقطیر در خلأ (Vacuum Distillation)
در این مرحله باقی‌مانده‌ی سنگین تحت فشار کم (خلأ) تقطیر می‌شود تا بدون تجزیه حرارتی، روغن‌های سنگین جدا شوند. باقیمانده این مرحله، قیر خام (Straight Run Bitumen) است.
انواع قیر نفتی و کاربرد آن
انواع:
•قیر ۶۰/۷۰: پرکاربردترین در آسفالت‌سازی
•قیر ۸۵/۱۰۰: مناسب برای مناطق سردسیر
•قیر ۴۰/۵۰: مناسب برای مناطق گرمسیر
● کاربردها:
•راه‌سازی و آسفالت خیابان‌ها
•تولید ایزوگام و عایق‌های رطوبتی
•پوشش ضد خوردگی لوله‌ها
در کل قیر بر اساس ویژگی‌ها و خواص خود درجه‌بندی می‌شود. این درجه‌بندی بر اساس تست‌هایی نظیر نفوذپذیری، ویسکوزیته، عملکرد و قوام صورت می‌گیرد.
انواع قیر عبارت‌اند از:
۳.قیر دمیده (Blown Bitumen)
● تولید: با عبور هوا از قیر نفتی در دمای بالا تولید می‌شود.
● ویژگی‌ها:
•سخت‌تر از قیر نفتی معمولی
•مقاومت بیشتر در برابر حرارت
● کاربردها:
•تولید ایزوگام و عایق‌های ساختمانی
•ساخت باتری و خمیر الکترود
•صنایع کاغذ و کارتن‌سازی
۴.قیر امولسیون (Bitumen Emulsion)
● تعریف: قیری که به کمک مواد امولسیون‌کننده در آب پخش شده و به‌شکل مایع عرضه می‌شود.
● ویژگی‌ها:
•قابل استفاده در دمای محیط
•مناسب برای کاربردهای سرد
● کاربردها:
•لکه‌گیری آسفالت
•روکش نازک آسفالت (Microsurfacing)
•اندود نفوذی و چسبنده
۵.قیر محلول (Cutback Bitumen)
تعریف: قیری که در حلال‌های نفتی (مانند بنزین، نفت سفید) حل شده است.
● انواع:
RC تندگیر MC کندگیرSC دیرگیر
● کاربردها:
•آسفالت سرد
•لایه‌های پیوندی در راه‌سازی
•مناطق سردسیر که گرم‌کردن قیر دشوار است
۶.قیر پلیمری (Modified Bitumen)
● تعریف: قیری که با پلیمرهایی مانند SBS یا APP اصلاح شده تا خواص آن تقویت شود.
● ویژگی‌ها:
•مقاومت بالا در برابر ترک‌خوردگی و تغییرات دما
•کشش و انعطاف‌پذیری بالا
● کاربردها:
•راه‌سازی در مناطق با تغییرات شدید دمایی
•روکش فرودگاه‌ها و بزرگراه‌ها
•تولید ایزوگام با عمر طولانی
آزمایش‌های کیفیت قیر
۱. آزمایش درجه نفوذ (Penetration Test)
● هدف:
تعیین سختی یا نرمی قیر
● روش:
•یک سوزن استاندارد با وزنه مشخص (۱۰۰ گرم) به مدت ۵ ثانیه در دمای ۲۵°C در قیر فرو می‌رود.
•میزان نفوذ سوزن بر حسب دهم میلی‌متر ثبت می‌شود.
● نتیجه:
مثلاً قیر ۶۰/۷۰ یعنی نفوذ سوزن بین ۶۰ تا ۷۰ دهم میلی‌متر است.
۲.آزمایش نقطه نرمی (Softening Point Test)
با استفاده از روش Ring and Ball
● هدف:
تعیین دمایی که در آن قیر شروع به نرم‌شدن می‌کند.
● روش:
•یک گلوله فلزی روی قیر در حلقه برنجی قرار می‌گیرد.
•در آب یا گلیسیرین حرارت داده می‌شود تا گلوله از داخل حلقه به پایین بیفتد.
● نتیجه:
دمای افتادن گلوله، نقطه نرمی قیر است.
۳. آزمایش گرانروی (Viscosity Test)
● هدف:
اندازه‌گیری مقاومت قیر در برابر جاری شدن
● روش:
با دستگاه ویسکومتر مانند Saybolt Furol یا Brookfield انجام می‌شود.
● نتیجه:
گرانروی بیشتر نشان‌دهنده مقاومت بیشتر قیر در برابر جاری شدن است.
۴. آزمایش کشش قیر (Ductility Test)
● هدف:
بررسی انعطاف‌پذیری قیر و مقاومت آن در برابر ترک‌خوردگی
● روش:
نمونه قیر در دستگاه کشش قرار می‌گیرد و با سرعت مشخص کشیده می‌شود تا پاره شود.
● نتیجه:
طول کش آمدن (بر حسب سانتی‌متر) قبل از پارگی ثبت می‌شود. باید حداقل ۱۰۰ سانتی‌متر باشد.
آزمایش وزن مخصوص (Specific Gravity Test)
● هدف:
اندازه‌گیری چگالی قیر نسبت به آب
● نتیجه:
وزن مخصوص قیر معمولاً حدود ۱.۰ تا ۱.۰۵ است.
۶. آزمایش حلال‌پذیری در تری‌کلرواتیلن (Solubility Test)
● هدف:
بررسی میزان خلوص قیر
● روش:
قیر در حلال حل می‌شود و درصد مواد حل‌نشده اندازه‌گیری می‌شود.
● نتیجه:
قیر استاندارد باید حداقل ۹۹% در تری‌کلرواتیلن حل شود.
۷. آزمایش افت حرارتی (Loss on Heating Test)
● هدف:
بررسی میزان کاهش وزن قیر پس از حرارت‌دیدن (فرار بودن اجزا)
● نتیجه:
افت وزن نباید از مقدار مشخصی (معمولاً ۱%) بیشتر شود.
۸.آزمایش حساسیت حرارتی (Temperature Susceptibility Test)
● هدف:
بررسی تغییر ویژگی‌های قیر در برابر تغییرات دما
۹.آزمایش نقطه اشتعال (Flash Point Test)
● هدف:
بررسی ایمنی حرارتی قیر (دمایی که بخارهای قیر آتش می‌گیرند)
● نتیجه:
برای قیرهای راه‌سازی، نقطه اشتعال باید بالاتر از ۲۳۰°C باشد.
تولیدکنندگان قیر در جهان
بزرگ‌ترین تولیدکنندگان قیر:
۱. ایالات متحده آمریکا
بزرگ‌ترین تولیدکننده قیر در جهان با ظرفیت بیش از ۴۲۰ میلیون تن در سال
شرکت‌های بزرگی مانند Marathon Petroleum، Valero و ExxonMobil بخش عمده‌ای از تولید این کشور را به‌عهده دارند.
۲. چین
در رتبه دوم با تولید قابل‌توجه در پروژه‌های بزرگ زیربنایی و توسعه شهری ظرفیت تولید آسفالت چین برای سال‌های آینده در محدوده‌ی حدود ۳۸ میلیون تن تا ۲۰۲۷ پیش‌بینی شده است.
۳. روسیه
تولید عمده قیر توسط شرکت‌های نفتی بزرگ مانند Rosneft و Lukoil انجام می‌شود.
تولید حدود ۳۰ میلیون تن در سال باعث شده روسیه یکی از تولیدکنندگان اصلی باشد .
۴. کانادا
با تولید بیش از ۲۸ میلیون تن قیر در سال، کانادا جایگاه چهارم جهان را دارد.اکثر تولید از ماسه‌های قیری (oil sands) در آلبرتا و استخراج و پالایش آنها صورت می‌گیرد.
بزرگ‌ترین صادرکنندگان قیر
طبق آمار سال ۲۰۲۴:
کانادا با حدود ۵.۴ میلیون تن صادرات، بزرگ‌ترین صادرکننده بود.
بعد از آن سنگاپور، ایران، عراق و امارات قرار دارند.
