تويت
حمر
Bitumen - Bitume
الحُمَّر
الحُمَّـر Bitumen كلمة عربيّة تعني القار، القير، الزفت، الحُمَر، وتعني القطران الصخري. وهي مواد طبيعيّة أو اصطناعيّة، تكون صلبة لدنة أو سائلة لزجة، مؤلفة من مزيج فحوم هدروجينيّة ومشتقاتها (نواتج بلمرتها وأكسدتها)، ضخمة الجزيئات، داكنة اللون (سوداء أو بنيّة قاتمة)، متماسكة، قابلة للانصهار، غير طيّارة، ذات خواص لاصقة وغير نفوذة للماء. تُستحضر من معالجة البترول أو الفحم الحجري.
لمحة تاريخية
يعود اكتشاف الحُمَّر إلى ما يقرب 5000 عام، وقد استعمل ملاطاً للبناء لخاصيته غير النفوذة للماء. إذ كانت التوضعات في الصخور الحُمَّريّة الحاويّة على الحُمَّر، منتشرة في أوديّة السند والفرات والنيل. اشتهرت صناعة الحُمَّر في بلاد مابين النهرين منذ عام 3000 قبل الميلاد حتى عام 500 قبل الميلاد، وانقرضت فيما بعد حتى اكتشاف إرينيز ديرينيز Erinys D’erinys سلسلة التوضعات الإسفلتيّة الصخريّة الطبيعيّة في ألمانية وفرنسة وسويسرا، ووصفها في مقالاته بين عامي 1721-1735م. وقد استخدم مد الحُمَّر على الطرق بفرنسة في ليون عام1810م، وفي ستراسبورغ عام 1822م وفي باريس عام 1935م، واستخدمت في لندن عام 1936م. كما يعد إسفلت بحيرة الزفت الشهيرة في ترينيداد الواقعة في جزر الهند الغربيّة أكثر مصادر الحُمَّر الطبيعي انتشاراً في العالم. ويستخرج في سورية من مناجم قرية كفرية شمالي اللاذقية.
وجوده في الطبيعة
يوجد في الطبيعة على شكل توضعات إسفلتيّة صخريّة طبيعيّة (كما في مناجم كَفْرية) أو في البحيرات (كبحيرة الزفت في ترينيداد بالهند) على هيئة مزيج من الحُمَّر مع شوائب معدنية دقيقة جداً وبعض الماء والغاز التي تتحرر منها بالتسخين والغربلة معطيّةً مادة حُمَّر قاسيّة، متفاوتة درجة الصلابة والليونة.
لم يبقَ اليوم سوى القليل من التوضعات الحُمَّريّة الطبيعيّة ذات الأهميّة الاقتصادية، وتتوزع إلى صنفين أساسيين بحسب نسب الحُمَّر والمادة المعدنيّة:
1- صخور الإسفلت الطبيعيّة، وتحوي 5-15% من الحُمَّر.
2- إسفلت البحيرات، ويحوي 50-90% من الحُمَّر، أو أكثر من ذلك.
تُمزج هذه الأصناف مع ضروب حُمَّر مصافي النفط على الرغم من صعوبة الحصول على خواص نوعيّة مميّزة. كما يوجد في بقايا تقطير النفط الخام.
الخصائص الكيمياوية والفيزيائية
يتألف الحُمَّر من مزيج فحوم هدروجينيّة برافينيّة وعطريّة ونفتينيّة مختلفة، وكميات قليلة من المركبات الحاويّة على الأكسجين والآزوت والكبريت، وتتعلق نسبة كل من هذه المركبات بنوع النفط الخام الأصلي. وتكون الفحوم الهدروجينيّة ذات تركيب وبُنى معقدة ومتشابهة بصفاتها، لذا يصعب فصلها بسهولة عن بعضها البعض. ويُعمد إلى تقسيمها إلى مجموعات بوساطة مواد مُذيبة أو بالإمتزاز. وتتألف الأجزاء الناتجة عن الفصل بالطرق الفيزيائية والكيمياوية من فحوم هدروجينيّة إسفلتيّة، وفحوم هدروجينيّة عطريّة، ومركبات قطبيّة وحلقيّة متغايرة، إضافةً إلى وجود الأكسجين والآزوت والكبريت التي تسمى «راتنجات». ومن طرائق التحليل المستخدمة، طريقة الاستشراب (الكروماتوغرافي)، واستخدام المجهر الإلكتروني، والانتشار الحراري، ومنها طريقة التجزئة التي تفصل الحُمَّر إلى أجزاء ذات وزن جُزيئي بسيط، بالتقطير تحت ضغط منخفض، ثم تُفصل بالكروماتوغرافيا فوق هُلامة السيليس إلى ثلاثة من المركبات: فحوم هدروجينيّة مُشبعة وعطريات وراتنجات. وتحتوي بقايا التقطير على جميع ضروب الإسفلتين asphaltenes وجزء من ضروب المالتن malthenes الثقيلة التي تترسب بإيزو البنتان، وتُفصل الرُشاحة إلى ثلاث زُمر بالكروماتوغرافيا. غالباً ما تُستعمل فحوم هدروجينيّة منخفضة درجة الغليان كمواد مُذيبة (مثلاً نظامي الهبتان)، ويُعرف ما يذوب في الهبتان بالمالتنات وما لا يذوب من مُكوّنات الحُمَّر ذات الوزن الجُزيئي المرتفع بالإسفلتينات.
يتمتع الحُمَّر بخواص مميّزة تعطيه أهمية صناعيّة كبرى، منها عدم نفوذية الماء وبخاره، والتوتر القوي عند سطح الفصل والالتصاق، والمقاومة الحراريّة والكهربائيّة، ومقاومة الحموض والقلويّات والأكسدة في مختلف الشروط، ومقاومة العوامل الجويّة، وانحلاله كليّاً أو جزئيّاً في البنزول والكلوروفورم وثنائي كبريت الكربون، وبعض المواد الأخرى، ومن أهم مواصفات الحمر الأخرى:
أ - الكثافة: تراوح كثافة الحُمَّر بين 0.95-1.50 غ/سم3 بحسب مصدر النفط الخام وطريقة الاستحصال ونوع الحُمَّر ودرجة الحرارة.
ب - المتانة: تُقيّم متانة الحُمَّر بدرجة المقاومة للقساوة التي تسببها الأكسدة الجويّة وفقدان الُمكوّنات الطيّارة.
ج - اللزوجة: تتغير لزوجة الحُمَّر بتغير درجات الحرارة، ويكون لزجاً جداً أو قاسياً في درجات الحرارة العاديّة ويلين حتى يصبح سائلاً بارتفاع درجات الحرارة. ولا يملك نقطة انصهار واضحة.
د - ناقلية الحرارة والكهرباء: الحُمَّر عازل للحرارة، ولا ينقل الكهرباء.
هـ - قابلية الالتصاق والتماسك: يتمتع الحُمَّر بقابليّة التصاق وتماسك جيدة، وينصهر عند ارتفاع درجات الحرارة مشكلاً قواماً سائلاً قادراً على تغطيّة تامة للسطوح والمواد الصلبة الجافة والالتصاق بها
أهم تجارب اختبار الحُمَّر
أ - تجربة الاختراق penetration التي تُستخدم لقياس صلابة الحُمَّر ودرجة قساوته.
ب - نقطة التليّن softening point التي تُستخدم لتحديد طبيعة قوام الحُمَّر بنقاط التليّن، لعدم وجود درجة واضحة ينتقل فيها الحُمَّر من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة.
ج- نقطة الانكسار breaking point وتُستخدم لتحديد درجة الحرارة التي تنكسر عندها طبقة رقيقة من الحُمَّر أو تظهر فيها شقوق عند محاولة طيّها.
يُعرف للحُمَّر عدة أنواع من أهمها: حُمَّر لزج أو سائل للطُرقات، حُمَّر البناء، حُمَّر السطوح والسقوف، حُمَّر عازل، حُمَّر عالي الانصهار وحُمَّر خاص. وتستعمل طرائق متعددة لإنتاجه، تتوقف على وجهة الاستخدام لهذه المواد، ومن أهمها:
1- تقطير النفط الخام للحصول على حُمَّر التقطير، وهو ليّن نسبياً.
2- تعريض بقايا التقطير تحت الضغط العادي، للتقطير الفراغي، للحصول على حُمَّر قاس.
3- نفخ الهواء في الحُمَّر الليّن المصهور للحصول على الحُمَّر العالي الانصهار والمرن.
4- إضافة محلول غير طيّار إلى حُمَّر تقطير النفط المباشر، للحصول على الحُمَّر السيَّال، وهو منخفض اللزوجة نسبيّاً.
5- إضافة الماء إلى الحُمَّر بوساطة مواد مستحلبة خاصة، للحصول على المستحلب الحُمَّري.
6- إضافة الحُمَّر إلى إسفلت البحيرات، أو حُمَّر وزفت، للحصول على الإسمنت الإسفلتي.
الاستخراج والمعالجة
يُحضّر الحُمَّر البترولي من البقايا البتروليّة الثقيلة بطريقتي التركيز الشديد (الحُمَّر المتبقي) أو الأكسدة (الحُمَّر المؤكسد). ويُستخدم المازوت والقار الناتجان من الأنواع المختلفة للبترول والحاويّة على نسبة عاليّة من الراتنجات والإسفلتينات كخامات أوليّة لإنتاج الحُمَّر المتبقي في وحدات التفريغ العاديّة. ويحدّد التقطير الشديد المعمق للقطفات الزيتيّة الخام درجة انصهار الحُمَّر المتبقي الناتج. وتُستخدم الحوجلات الأسطوانيّة الأفقيّة أو الرأسيّة المزوّدة بأجهزة تغذيّة الهواء وفصل الغازات المنصرفة في إنتاج الحمر المؤكسد.
الاستخدام والتطبيقات
1. في مجال الهندسة المدنيّة: الحُمَّر مادة رابطة وعازلة في البناء (بناء المُنشآت الصناعيّة، مهابط الطائرات) وفي تعبيد الطرقات وأعمال العزل المائي كالسدود والأساسات والسقوف والأرضيّات ويضاف إليه عادة مواد أخرى كالشمع والبرافين والمواد البلاستيكيّة.
2. في مجال الصناعة الكيمياويّة: يُستخدم الحُمَّر في صناعة رقائق المواد العازلة للمياه وحماية السطوح، وفي صناعة أرضيّات الغرف المؤلفة من اللباد المُشبع بالحُمَّر متوسط القساوة وصناعة المطاط كمادة ملونة (خاصة المطاط القاسي)، وصناعة الدهانات الخاصة لوقاية الفولاذ والحديد. وفي إنتاج المواد البلاستيكية والمستحلبات والمواد اللاصقة وأصبغة الطباعة والورنيش.
3. في مجال النفط: يستعمل الحُمَّر في تغليف الأنابيب والخزانات والمفاعلات لحمايتها من التآكل بفعل الحموض والقلويّات والأكسدة والعوامل الجويّة المختلفة.
4. في مجال الصناعة الكهربائيّة: يستخدم لأغراض العزل لعدم ناقليته الكهربائيّة.
عدنان يوسف عبود
Bitumen - Bitume
الحُمَّر
الحُمَّـر Bitumen كلمة عربيّة تعني القار، القير، الزفت، الحُمَر، وتعني القطران الصخري. وهي مواد طبيعيّة أو اصطناعيّة، تكون صلبة لدنة أو سائلة لزجة، مؤلفة من مزيج فحوم هدروجينيّة ومشتقاتها (نواتج بلمرتها وأكسدتها)، ضخمة الجزيئات، داكنة اللون (سوداء أو بنيّة قاتمة)، متماسكة، قابلة للانصهار، غير طيّارة، ذات خواص لاصقة وغير نفوذة للماء. تُستحضر من معالجة البترول أو الفحم الحجري.
لمحة تاريخية
يعود اكتشاف الحُمَّر إلى ما يقرب 5000 عام، وقد استعمل ملاطاً للبناء لخاصيته غير النفوذة للماء. إذ كانت التوضعات في الصخور الحُمَّريّة الحاويّة على الحُمَّر، منتشرة في أوديّة السند والفرات والنيل. اشتهرت صناعة الحُمَّر في بلاد مابين النهرين منذ عام 3000 قبل الميلاد حتى عام 500 قبل الميلاد، وانقرضت فيما بعد حتى اكتشاف إرينيز ديرينيز Erinys D’erinys سلسلة التوضعات الإسفلتيّة الصخريّة الطبيعيّة في ألمانية وفرنسة وسويسرا، ووصفها في مقالاته بين عامي 1721-1735م. وقد استخدم مد الحُمَّر على الطرق بفرنسة في ليون عام1810م، وفي ستراسبورغ عام 1822م وفي باريس عام 1935م، واستخدمت في لندن عام 1936م. كما يعد إسفلت بحيرة الزفت الشهيرة في ترينيداد الواقعة في جزر الهند الغربيّة أكثر مصادر الحُمَّر الطبيعي انتشاراً في العالم. ويستخرج في سورية من مناجم قرية كفرية شمالي اللاذقية.
وجوده في الطبيعة
يوجد في الطبيعة على شكل توضعات إسفلتيّة صخريّة طبيعيّة (كما في مناجم كَفْرية) أو في البحيرات (كبحيرة الزفت في ترينيداد بالهند) على هيئة مزيج من الحُمَّر مع شوائب معدنية دقيقة جداً وبعض الماء والغاز التي تتحرر منها بالتسخين والغربلة معطيّةً مادة حُمَّر قاسيّة، متفاوتة درجة الصلابة والليونة.
لم يبقَ اليوم سوى القليل من التوضعات الحُمَّريّة الطبيعيّة ذات الأهميّة الاقتصادية، وتتوزع إلى صنفين أساسيين بحسب نسب الحُمَّر والمادة المعدنيّة:
1- صخور الإسفلت الطبيعيّة، وتحوي 5-15% من الحُمَّر.
2- إسفلت البحيرات، ويحوي 50-90% من الحُمَّر، أو أكثر من ذلك.
تُمزج هذه الأصناف مع ضروب حُمَّر مصافي النفط على الرغم من صعوبة الحصول على خواص نوعيّة مميّزة. كما يوجد في بقايا تقطير النفط الخام.
الخصائص الكيمياوية والفيزيائية
يتألف الحُمَّر من مزيج فحوم هدروجينيّة برافينيّة وعطريّة ونفتينيّة مختلفة، وكميات قليلة من المركبات الحاويّة على الأكسجين والآزوت والكبريت، وتتعلق نسبة كل من هذه المركبات بنوع النفط الخام الأصلي. وتكون الفحوم الهدروجينيّة ذات تركيب وبُنى معقدة ومتشابهة بصفاتها، لذا يصعب فصلها بسهولة عن بعضها البعض. ويُعمد إلى تقسيمها إلى مجموعات بوساطة مواد مُذيبة أو بالإمتزاز. وتتألف الأجزاء الناتجة عن الفصل بالطرق الفيزيائية والكيمياوية من فحوم هدروجينيّة إسفلتيّة، وفحوم هدروجينيّة عطريّة، ومركبات قطبيّة وحلقيّة متغايرة، إضافةً إلى وجود الأكسجين والآزوت والكبريت التي تسمى «راتنجات». ومن طرائق التحليل المستخدمة، طريقة الاستشراب (الكروماتوغرافي)، واستخدام المجهر الإلكتروني، والانتشار الحراري، ومنها طريقة التجزئة التي تفصل الحُمَّر إلى أجزاء ذات وزن جُزيئي بسيط، بالتقطير تحت ضغط منخفض، ثم تُفصل بالكروماتوغرافيا فوق هُلامة السيليس إلى ثلاثة من المركبات: فحوم هدروجينيّة مُشبعة وعطريات وراتنجات. وتحتوي بقايا التقطير على جميع ضروب الإسفلتين asphaltenes وجزء من ضروب المالتن malthenes الثقيلة التي تترسب بإيزو البنتان، وتُفصل الرُشاحة إلى ثلاث زُمر بالكروماتوغرافيا. غالباً ما تُستعمل فحوم هدروجينيّة منخفضة درجة الغليان كمواد مُذيبة (مثلاً نظامي الهبتان)، ويُعرف ما يذوب في الهبتان بالمالتنات وما لا يذوب من مُكوّنات الحُمَّر ذات الوزن الجُزيئي المرتفع بالإسفلتينات.
يتمتع الحُمَّر بخواص مميّزة تعطيه أهمية صناعيّة كبرى، منها عدم نفوذية الماء وبخاره، والتوتر القوي عند سطح الفصل والالتصاق، والمقاومة الحراريّة والكهربائيّة، ومقاومة الحموض والقلويّات والأكسدة في مختلف الشروط، ومقاومة العوامل الجويّة، وانحلاله كليّاً أو جزئيّاً في البنزول والكلوروفورم وثنائي كبريت الكربون، وبعض المواد الأخرى، ومن أهم مواصفات الحمر الأخرى:
أ - الكثافة: تراوح كثافة الحُمَّر بين 0.95-1.50 غ/سم3 بحسب مصدر النفط الخام وطريقة الاستحصال ونوع الحُمَّر ودرجة الحرارة.
ب - المتانة: تُقيّم متانة الحُمَّر بدرجة المقاومة للقساوة التي تسببها الأكسدة الجويّة وفقدان الُمكوّنات الطيّارة.
ج - اللزوجة: تتغير لزوجة الحُمَّر بتغير درجات الحرارة، ويكون لزجاً جداً أو قاسياً في درجات الحرارة العاديّة ويلين حتى يصبح سائلاً بارتفاع درجات الحرارة. ولا يملك نقطة انصهار واضحة.
د - ناقلية الحرارة والكهرباء: الحُمَّر عازل للحرارة، ولا ينقل الكهرباء.
هـ - قابلية الالتصاق والتماسك: يتمتع الحُمَّر بقابليّة التصاق وتماسك جيدة، وينصهر عند ارتفاع درجات الحرارة مشكلاً قواماً سائلاً قادراً على تغطيّة تامة للسطوح والمواد الصلبة الجافة والالتصاق بها
أهم تجارب اختبار الحُمَّر
أ - تجربة الاختراق penetration التي تُستخدم لقياس صلابة الحُمَّر ودرجة قساوته.
ب - نقطة التليّن softening point التي تُستخدم لتحديد طبيعة قوام الحُمَّر بنقاط التليّن، لعدم وجود درجة واضحة ينتقل فيها الحُمَّر من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة.
ج- نقطة الانكسار breaking point وتُستخدم لتحديد درجة الحرارة التي تنكسر عندها طبقة رقيقة من الحُمَّر أو تظهر فيها شقوق عند محاولة طيّها.
يُعرف للحُمَّر عدة أنواع من أهمها: حُمَّر لزج أو سائل للطُرقات، حُمَّر البناء، حُمَّر السطوح والسقوف، حُمَّر عازل، حُمَّر عالي الانصهار وحُمَّر خاص. وتستعمل طرائق متعددة لإنتاجه، تتوقف على وجهة الاستخدام لهذه المواد، ومن أهمها:
1- تقطير النفط الخام للحصول على حُمَّر التقطير، وهو ليّن نسبياً.
2- تعريض بقايا التقطير تحت الضغط العادي، للتقطير الفراغي، للحصول على حُمَّر قاس.
3- نفخ الهواء في الحُمَّر الليّن المصهور للحصول على الحُمَّر العالي الانصهار والمرن.
4- إضافة محلول غير طيّار إلى حُمَّر تقطير النفط المباشر، للحصول على الحُمَّر السيَّال، وهو منخفض اللزوجة نسبيّاً.
5- إضافة الماء إلى الحُمَّر بوساطة مواد مستحلبة خاصة، للحصول على المستحلب الحُمَّري.
6- إضافة الحُمَّر إلى إسفلت البحيرات، أو حُمَّر وزفت، للحصول على الإسمنت الإسفلتي.
الاستخراج والمعالجة
يُحضّر الحُمَّر البترولي من البقايا البتروليّة الثقيلة بطريقتي التركيز الشديد (الحُمَّر المتبقي) أو الأكسدة (الحُمَّر المؤكسد). ويُستخدم المازوت والقار الناتجان من الأنواع المختلفة للبترول والحاويّة على نسبة عاليّة من الراتنجات والإسفلتينات كخامات أوليّة لإنتاج الحُمَّر المتبقي في وحدات التفريغ العاديّة. ويحدّد التقطير الشديد المعمق للقطفات الزيتيّة الخام درجة انصهار الحُمَّر المتبقي الناتج. وتُستخدم الحوجلات الأسطوانيّة الأفقيّة أو الرأسيّة المزوّدة بأجهزة تغذيّة الهواء وفصل الغازات المنصرفة في إنتاج الحمر المؤكسد.
الاستخدام والتطبيقات
1. في مجال الهندسة المدنيّة: الحُمَّر مادة رابطة وعازلة في البناء (بناء المُنشآت الصناعيّة، مهابط الطائرات) وفي تعبيد الطرقات وأعمال العزل المائي كالسدود والأساسات والسقوف والأرضيّات ويضاف إليه عادة مواد أخرى كالشمع والبرافين والمواد البلاستيكيّة.
2. في مجال الصناعة الكيمياويّة: يُستخدم الحُمَّر في صناعة رقائق المواد العازلة للمياه وحماية السطوح، وفي صناعة أرضيّات الغرف المؤلفة من اللباد المُشبع بالحُمَّر متوسط القساوة وصناعة المطاط كمادة ملونة (خاصة المطاط القاسي)، وصناعة الدهانات الخاصة لوقاية الفولاذ والحديد. وفي إنتاج المواد البلاستيكية والمستحلبات والمواد اللاصقة وأصبغة الطباعة والورنيش.
3. في مجال النفط: يستعمل الحُمَّر في تغليف الأنابيب والخزانات والمفاعلات لحمايتها من التآكل بفعل الحموض والقلويّات والأكسدة والعوامل الجويّة المختلفة.
4. في مجال الصناعة الكهربائيّة: يستخدم لأغراض العزل لعدم ناقليته الكهربائيّة.
عدنان يوسف عبود