Вы вошли как ГостьПриветствую Вас, Гость
Главная » 2016 » Май » 4 » Битумные материалы.
19:31
Битумные материалы.

    В прошлый раз мы рассмотрели нефтяные битумы. Нефть представляет собой многокомпонентную смесь, включающую широкий набор ценных органических соединений. Так как, запасы нефти ограничены, то целесообразно максимально рационально использовать и другие источники органического сырья.
     Битум включает органические соединения различной природы, главным образом, это алканы с молекулярной массой более 300 углеродных единиц, а так же, ароматические и гетероатомные соединения с молекулярной массой более 250 углеродных единиц. Кроме ректификации нефтепродуктов, битумные материалы получают из других видов ископаемого сырья.
     Битуминозные пески это породы на основе песчаника, содержащие 0-20% битумов. Различают три вида битуминозных песков: богатые (более 10% органических компонентов), средние (5-10%), и тощие (менее 5%). Полученные битумы подразделяют в зависимости от вязкости и температуры плавления на: мальты (вязкие жидкости плотностью 0,86-1,05 гр./см3), асфальты (твердые легкоплавкие вещества, плотность 1,05-1,11 гр./см3, плавятся ниже 100*С), асфальтиты (плотность 1,05-1,11 гр./см3, плавятся 100-300*С), кериты (твердые, неплавкие, плотность 1,4-1,8 гр/см3).
     Образование месторождений битуминозных песков происходит по тому же механизму, что и месторождений битумов. Более высокое содержание минеральных включений обусловлено, как меньшим содержанием растительных и животных остатков в осадочных породах, так и геологическими процессами.
     Извлечение органических соединений из битуминозных песков производят двумя промышленными методами: горячей флотацией в среде водного раствора щелочей или солей щелочных металлов, а так же, экстракцией органическими растворителями (бензол, гексан, хлороформ, этиловый эфир и пр.). Для определения общего содержания органических компонентов в битуминозных песках и подобных материалах, используют экстракцию смесью растворителей (1-4 растворителей) в аппарате Сокслета.
     Например, битум, извлеченный из битуминозных песков месторождения Атабаски (Канада), имеет следующие свойства:
     плотность – 0,97 гр./см3,
     вязкость – 0,003 м2/с,
     содержание серы – 3,8%, азота – 0,6%, железа – 0,05%, ванадия – 0,02%, никеля – 0,006%, общая зольность – 0,7%,
     содержание фракций с температурой кипения 195-345*С – 13%.
     Битуминозные пески, извлеченные из них битумы, а так же, минеральный остаток после извлечения используют в строительных работах. Извлеченный битум подвергают химической переработке, главным образом, пиролитической. Продукты пиролиза могут дополнительно подвергаться каталитическому реформингу с целью получения растворителей и топлив для ДВС. В ходе процесса получают жидкое топливо, горючие газы, водород, кокс, а так же, соединения серы, которые перерабатываются в серную кислоту, или в меркаптаны для придания запаха природному газу. При нынешних темпах добычи, мировых запасов битуминозных песков хватит еще на несколько десятков тысяч лет (сегодняшние темпы добычи битуминозных песков, в мировом масштабе, составляют порядка 35 тысяч тонн в сутки).
     Кроме битуминозных песков, битумы можно извлекать из угля и торфа. В отличие от нефтяных битумов и битумов из битуминозных песков, угольные битумы содержат больше ароматических соединений, а битумы из торфа включают больше фенольных и гетероатомных соединений.
     Содержание битумов в торфе составляет порядка 5,6-28,5%. В зависимости от используемого растворителя, удается извлечь: эфиром – 3,5%, бензином – 5%, бензолом – 8%, дихлорэтаном – 10,5%, смесью этанола с бензолом – 12%. Торфяные битумы представляют собой порошкообразные или маслянистые продукты цветом от желто-соломенного до коричневого. Содержание углерода – 65-75%, водорода – 9-12%. Температура каплепадения – 55-75*С, кислотное число – 20-60 (характеризует удельное содержание карбоксильных групп через количество миллиграммов гидроксида натрия на титрование одного грамма органического материала). Органическая масса битумов торфа включает воскоподобные соединения (температура плавления 77-90*С) с эфирными связями – 50-80%, и смолоподобные карбоновые кислоты ароматического ряда (кислотное число – 116-160, молекулярная масса – 340-380 гр./моль). Содержание ароматических и алифатических масел – 14-20%.


     Кстати, температуру каплепадения принято приводить для многокомпонентных смесей неопределенного состава (битумы, смолы, отходы полимеров, смеси смазочных масел и пр.), для которых крайне сложно определить точную температуру плавления. Наиболее легкоплавкие компоненты смеси начинают плавиться при намного более низких температурах, чем более тугоплавкие, что приводит к искажению результатов. Опыт с каплепадением напоминает простое плавление материала в воронке, при какой температуре произойдет падение капли из воронки, та температура и принимается за найденное значение. Снижение температуры может быть связано, как со снижением средней температуры плавления всех компонентов, так и с повышением содержания легкоплавких компонентов, даже при наличии очень тугоплавких компонентов.


     Битумы бурых углей составляют до 10-20% от массы угля, максимальный выход можно достичь при экстракцией смесью спирта и бензола (1:1 по массе). В бурых углях содержится больше битумов и их легче извлечь, как правило, современная промышленность не перерабатывает каменные и антрацитные угли на битум, они более востребованы в коксохимической промышленности.
     Буроугольные битумы представляют собой твердые маслянистые вещества коричневого цвета, напоминающие сплав воска с густой смазкой. Состав битумов: С – 77-80%, Н – 9-12%, температура каплепадения – 90-92*С, кислотное число – 35-36. Содержание восков в угольных битумах достигает 70-80%, что обусловлено более глубокими деструктивными процессами при формировании углей, по сравнению с торфами. Воски содержат до 80% углерода, порядка 13% водорода, и в среднем 0,6% кислорода. Температура плавления 80*С, кислотное число 22-24. Восковая часть битумов бурых углей носит название – горный воск и достаточно широко применяется в технике.


     Например, термодатчики системы охлаждения автомобилей второй половины прошлого века чаще всего представляли собой коробочку с монтан-воском. При нагревании воск расширяется и перемещает поршень, замыкающий контакты вентилятора. Вентилятор обдувает радиатор охлаждения и теплоноситель (тосол) охлаждается. Снижение температуры приводит к сжатию воска, контакты размыкаются и вентилятор выключается. С начала 1980-х годов в автомобилях начали использовать более сложную и дорогую систему с реле, включающимися при замыкании контактов биметаллической пластинкой. Примерно около 20 лет назад начали использовать термопары вкупе с микропроцессорными контроллерами, для более точной и локальной оценки температуры отдельных узлов и агрегатов двигателя.


     При обработке каменных углей спирто-бензольной смесью получается всего 0,5-4,0% битумов, представляющих собой твердые вещества темного цвета с температурой каплепадения выше 130-140*С. Битумы каменных углей содержат 82-87% углерода и 7-10% водорода, кислотное число порядка 40.

Категория: Топливо и энергетика | Просмотров: 449 | Добавил: Chemadm | Рейтинг: 5.0/3
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]