Bitum
Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
Bitum là một loại chất lỏng hữu cơ có độ nhớt cao, màu đen, nhớp nháp và hòa tan hoàn toàn trong cacbon đisulfua (CS2). Nhựa đường và hắc ín là hai dạng phổ biến nhất của bitum.
Trong tiếng Anh-Anh, 'bitum' thông thường được sử dụng với cả nghĩa như là 'nhựa đường' và 'hắc ín'. Trong tiếng Anh-Mỹ, 'bitum' chủ yếu được sử dụng như là một thuật ngữ nghề nghiệp để chỉ một cách rõ ràng các vật liệu gốc nhựa đường và gốc hắc ín. Trong tiếng Anh-Úc, 'bitum' được sử dụng như là thuật ngữ gốc cho mặt đường rải nhựa.
Bitum trong dạng nhựa đường thu được từ chưng cất phân đoạn dầu thô. Bitum là phần nặng nhất và được phân đoạn với điểm sôi cao nhất.
Bitum trong dạng hắc ín thu được từ chưng cất phá hủy các chất hữu cơ, thông thường từ than.
Bitum chủ yếu được sử dụng để rải đường. Nó cũng có thể được tinh luyện để trở thành các sản phẩm nhẹ hơn của dầu mỏ, tuy nhiên, phương thức công nghệ với giá thành hợp lý vẫn chưa được tìm ra.
Trong quá khứ, bitum được sử dụng để chống thấm nước cho tàu thuyền cũng như để làm lớp sơn phủ cho các công trình xây dựng; rất có khả năng là thành phố cổ Carthage đã dễ dàng bị cháy do sử dụng quá nhiều bitum trong xây dựng.
Phần lớn các nhà địa chất cho rằng các mỏ trầm tích tự nhiên chứa bitum được tạo ra từ những phần còn lại của các loại vi tảo cổ và các sinh vật khác đã từng tồn tại trên Trái Đất. Các sinh vật này chết đi và phần còn lại của chúng đã bị trầm tích hóa trong bùn ở đáy đại dương hay các hồ mà chúng đã sinh sống. Dưới tác động của nhiệt và áp suất ở độ sâu chúng bị trầm tích hóa thì các phần còn lại của các sinh vật này bị chuyển hóa thành các chất như bitum, dầu mỏ hay kerogen.
Một số ít các nhà địa chất, những người theo thuyết nguồn gốc phi sinh vật của dầu mỏ thì cho rằng bitum và các hydrocacbon nặng hơn mêtan khác có nguồn gốc từ các độ sâu bên trong lớp phủ của Trái Đất thay vì có nguồn gốc từ các mảnh vụn sinh học.
Mục lục |
[sửa] Thành phần
Theo Petroleum Handbook (1966), bitum có thể coi là một hệ chất keo của các phần tử vòng thơm mật độ cao trong dầu với các phân tử dạng vòng. Từ phát biểu này, một điều rõ ràng là bitum có thể coi là một hỗn hợp rất phức tạp chủ yếu của các hydrocacbon có điểm sôi cao. Thành phần của nó dao động theo vị trí địa lý của khu vực chứa dầu mỏ cũng như công nghệ sử dụng trong sản xuất. Nói chung thành phần của bitum chứa khoảng:
- Khoảng 32% asphaltenes: Các hợp chất thơm tương đối cao phân tử và các hydrocacbon khác vòng, trong đó có một số chưa no. Chúng hòa tan trong cacbon đisulfua nhưng không hòa tan trong naphtha của dầu mỏ;
- Khoảng 32% nhựa: Các pôlyme được tạo ra từ quá trình xử lý các hydrocacbon chưa no;
- Khoảng 14% các hydrocacbon no: Các hydrocacbon trong đó các nguyên tử cacbon được kết nối bằng các liên kết đơn;
- Khoảng 22% các hydrocacbon thơm: Các hydrocacbon chứa một hay nhiều vòng benzen trên một phân tử, bao gồm cả các hydrocacbon thơm đa vòng (theo Simmers và những người khác năm 1959 và Simmers năm 1964).
Trong khi biểu hiện và ứng dụng của bitum trong nhựa đường và hắc ín là tương tự nhau nhưng vẫn tồn tại các khác biệt cơ bản giữa hai 2 lớp vật liệu này (Puzinauskas & Corbett, 1978). Nhựa đường được tách ra từ dầu mỏ bằng công nghệ mà không có hiện tượng phá vỡ cấu trúc (crackinh) hay biến đổi bởi nhiệt còn hắc ín thu được nhờ cacbon hóa nhiệt độ cao của than chứa bitum. Về thành phần hóa học, hắc ín chủ yếu chứa các hydrocacbon vòng thơm mật độ cao và khác vòng. Ngược lại, nhựa đường chứa nhiều hydrocacbon dạng parafin và naphtha cao phân tử và các dẫn xuất của chúng. Trong các ứng dụng và sử dụng có sự đốt nóng tương đương thì hắc ín sinh ra nhiều hơn đáng kể các hydrocacbon thơm đa vòng so với nhựa đường. Trong các khảo sát dịch tễ học đối với công nhân tham gia vào sản xuất hắc ín người ta phát hiện ra là tỷ lệ mắc bệnh ung thư phổi cao hơn nhưng không thấy sự gia tăng của ung thư hay các ảnh hưởng độc hại khác trong các nghiên cứu đối với công nhân tham gia vào sản xuất và sử dụng nhựa đường.
Hàm lượng benzo(alpha)pyren trong nhựa đường dầu mỏ thu được từ các loại dầu mỏ khác nhau ở Nga được Janyseva và những người khác xác định năm 1963.Họ chứng minh rằng hàm lượng benzo(alpha)pyren trong bitum mạch thẳng đã thấp hơn một cách đáng kể (ở mức 0,6 mg/kg) so với hàm lượng trong bitum thu được từ các cặn bã sau crackinh (ở mức 4-272 mg/kg). Schamp & van Wassenhove (1972) thông báo rằng hàm lượng của benzo(alpha)pyren ở mức 3-5 mg/kg trong bitum.
[sửa] Sản xuất
[sửa] Nguồn tự nhiên
Bitum tự nhiên và các trầm tích nhựa đường có ở nhiều nơi khác nhau trên thế giới, chủ yếu là do các dầu khoáng thấm qua lòng đất. Mỏ nhựa đường tự nhiên lớn nhất và nổi tiếng nhất là hồ Trinidad, nó là hỗn hợp của khoảng 39% bitum, 32% khoáng chất khác và 29% nước và khí.
[sửa] Sản xuất nhân tạo
Tổng sản lượng sản xuất bitum trên thế giới năm 1973 khoảng 90 triệu tấn. Năm 1979, sản lượng này đạt mức khoảng 100 triệu tấn và vẫn tiếp tục tăng cho đến nay, mặc dù với tỷ lệ tăng thấp hơn.
Bằng tinh luyện và xử lý thì các loại bitum sau được sản xuất:
- Bitum "thẳng":
Là chất còn lại sau khi chưng cất trong chân không hay không khí các loại dầu mỏ chứa nhựa đường. Đối với các ứng dụng đặc biệt, cặn bitum loại chứa dầu hắc ín rất cứng có thể thu được nhờ chưng cất dầu mỏ đã qua crackinh.
- Bitum "thổi":
Được sản xuất bằng cách thổi luồng không khí ngược chiều với luồng bitum thẳng nóng chảy. Phản ứng ôxi hóa diễn ra dẫn tới việc khử hiđrô và polyme hóa các thành phần thơm và chưa no. Trong quá trình này, các phân tử vòng thơm cao phân tử lượng có thể được tạo ra.
- Bitum "cắt bớt" (hay loại bitum lỏng hơn):
Thu được bằng cách trộn bitum với các dung môi dầu mỏ hay dầu khoáng, đôi khi với hắc ín hay các chất thơm cao phân tử được chiết ra.
- Bitum nhũ tương:
Được tạo ra bằng cách nhũ tương hóa 50-65% bitum trong nước với sự tham gia của 0,5-1,0% chất chuyển thể sữa, thông thường là xà phòng và nói chung được sử dụng ở dạng lạnh cho các mục đích công nghiệp và làm đường.
[sửa] Xem thêm
- Dầu hắc ín
- Thực nghiệm nhỏ giọt dầu hắc ín
- Hắc ín
- Nhựa đường
