Phân loại bỉtum

Tổng quát có thể phân bitum làm hai loại là bitum thiên nhiên và bitum nhân tạo. Nhưng trong bitum nhân tạo có loại là sản phẩm oxy hóa cặn dầu mỏ, có loại là cặn của quá trình nhiệt phân than đá, gỗ... vì thế có thể phân bitum làm 3 loại như sau:

- bitum thiên nhiên hay bitum mỏ,

- bitum nhân tạo là sản phẩm oxy hóa cặn dầu mỏ,

- pec (cũng có thể gọi là bitum được) là sản phẩm còn lại của quá trình nhiệt phân than đá, gỗ, axit béo.

Bây giờ ta lần lượt xét đến từng loại bitum. a. Bitum thiên nhiên gồm có nhiều loại:

- asphantit là loại tốt nhất, chứa ít tạp chất (tro và lưu huỳnh) và có nhiệt độ nóng chảy khá cao (trên 98°C);

- asphan so với asphantit chứa nhiều tạp chất hơn, kẻm bóng và cỏ nhiệt độ nóng chảy thấp hơn;

- quặng asphan ctíứa đến 70% tạp chất (đất sét, cát, vôi) và chỉ có 3 đến 30% bitum. Muốn tách bitum ra khỏi quặng asphan để sử đụng cần phải dùng dung môi để trích ỉy ra tương đối tốn kém.

b. Bitum nhân tạo là sản phẩm oxy hóa cặn dầu mỏ hay là bản thân dầu mỏ. Sản phẩm bitum thu được rắn, bóng và có thành phần hóa học, tính chất gần giống với bitum thiên nhiên.

Bitum nhân tạo còn là sản phẩm của quá trình cracking sản phẩm dầu mỏ hay là quá trình chể biến hóa học các sản phảm đầu mỏ bàng kiềm, clo, axit sunfuric, iưu huỳnh...

Bitum nhân tạo khác bitum thiên nhiên ở mấy điềm sau: - chứa rất ít tro (dưới 1%) và không chứa CaS04 ; - chứa nhiều dầu khoáng;

- chứa ít lưu huỳnh và lưu huỳnh không kết hợp chặt chẽ với bitum nên đun nóng đến 200° c là có H2S bốc ra;

- chứa rất ít axit asphantogenic tự do.

c. Pec là sản phẩm của các quá trình chưng khô, cracking, nhiệt phân... các chất hữu cơ như than đá, đá dầu, gỗ axit béo...

Pec không tan trong nước, axit và kiềm yếu, tan một phần trong ete và tan hoàn toàn trong cacbon sunfua, benzen, cloroform, dầu thông.

Thường có các loại pec sau đây:

- Pec than đá: là sản phẩm còn lại khi chưng cất nhựa than đá. Loại pec này không tan trong cồn và ete, tan một phần trong dầu thông, white spirit và dầu xăng, tan hoàn toàn trong cacbon sunfua, cloroform, xyíen, benzen.

Pec than đá không kết họp với dầu thực vật nên không dùng để làm sơn dầu. - Pec đá dầu: là sản phẩm còn lại khi chưng cất nhựa đá dầu. Loại pec này tan hoàn toàn trong cacbon sunfua, benzen và cloroform và có ưu điểm lớn là ổn định đối với tác dụng của axit và kiềm. Có thể dùng để làm sơn dầu loại gầy.

- Pec nhựa gỗ: là sản phẩm chưng cất nhiều loại gỗ. Trong thành phần của loại pec này có nhựa, oxy axit và anhydrit axit, axit béo, phenol.

Pec này tan hoàn toàn trong hydrocacbon thơm và dầu khoáng nhưng tan rất ít trong hydrocacbon dầu mỏ (dầu xăng, white spirit).

- Pec stearin: là cặn của quá trình chưng cất axit béo bằng hơi quá nhiệt, tan trong benzen, xylen, dầu thông, cacbon sunfua, cacbon tetraclorua, dicloetan, cloroform và cũng tan trong dầu xăng, white spirit. Loại pec này có độ nhớt lớn.

Pec stearin thường dùng để sản xuất sơn cách điện, sơn chịu nhiệt có sấy nóng.

Trong thực tế có nhiều lúc người ta gọi bitum nhân tạo từ dầu mỏ là nhựa đường dầu mỏ và pec là nhựa đường than đá.

Cả hai loại đều chịu được tác dụng của nước, hỏa chất nhưng không chịu được tác dụng của ánh nắng, để ra ngoài trời dễ bị nứt. Vì thế thường hay dùng để sản xuất loại sơn nhựa đường đùng để sơn các công trình bằng sắt, thép, ximăng, bêtông ở trong môi trường hóa chất hay ở dưới nước. Khi dùng làm sơn chống gỉ để ngoài trời cần pha thêm bột nhôm để hạn chế rạn nứt.

Nhựa đường than đá chịu nước, chịu hóa chất và chịu tác dụng của khí quyển tốt hơn nhựa đường dầu mỏ. Nó lại còn có sức bám tốt hơn, có tác dụng chống nấm mốc và vi sinh vật, có độ cứng tốt hom nhưng không dùng được ở các môi trường mà nhiệt độ thay đổi nhiều.

2. Thành phần bỉtum

Thành phần hóa học của bitum cho đến nay vẫn chưa định ró. Trong thành phần ngoài cacbon, hydro còn có cả lưu huỳnh, oxy và nitơ.

Trong bitum có ba thành phần chủ yếu là: dầu khoáng, nhựa trung tính và asphalten.

- Dầu khoáng là hỗn hợp hydrocacbon loại parafin, loại naphten và loại polynaphten. Dầu khoáng tan trong tất cả các loại hydrocacbon và không hấp phụ vào đất sét.

- Nhựa trung tỉnh là sản phẩm trung gian của quá trình trùng hợp hydro- cacbon. Nhụa trung tính tan trong benzen và có khả năng bị hấp phụ vào đất sét hay silicagel.

- Asphaỉten là sản phẩm trùng hợp, oxy hóa hay lưu hóa nhựa. Aspalten tan trong benzen, không tan trong dầu xăng và cồn.

Ngoài ba thành phần chủ yếu kể trên còn có axit aspaltogenic là sản phẩm oxy hóa các naphten; ở nhiệt độ cao các axit đó bị khử nước tạo thành anhydrit và lacton. Các anhydrit và lacton này tan trong benzen, không tan trong cồn và có khả năng bị xà phòng hóa trong dung dịch kiềm trong benzen. Còn axit asphaltogenic là cấu tử độc nhất tan trong cồn, không tồn tại trong bitum nhân tạo vì chúng đều biến thành anhydrit và lacton.

Căn cử vào tính chất của các cấu tử kể trên, chúng ta tiến hành tách riêng từng cấu tử như sau:

- Trước tiên cho bitum nghiền nhỏ vào cồn, nếu là bitum thiên nhiên thì sẽ có ăxit asphaỉtogenic hòa tan vào cồn.

- Sau đó lấy cặn không hòa tan cho vào dung dịch kiềm trong cồn thì các anhydrit, ỉacton của axit asphaỉtogenỉc sẽ bị xà phòng hóa chuyển vào dung dịch.

- Lại cho cặn không hòa tan vào đầu xăng ta sẽ thu được hai phần: phần không tan là asphaỉten và phần hòa tan là dung dịch nhựa với dầu khoáng trong dầu xăng.

- Dùng đất sét hấp phụ nhựa trung tính và phần còn lại cuơi cùng chính là

dầu khoáng.

Bây giờ ta xét đến sự biến đổi tương hỗ giữa các thành phần trong bitum và tác dụng của từng thành phần đến tính chất của bitum.

Nếu ta tiếp tục trùng hợp asphalten và chưng tách các sản phẩm bay hơi ta sẽ thấy asphalten biến thành caroen (không tan trong cacbon tetraclorua mà tan trong cacbon sunfua) rồi thành cacboit (không tan trong cacbon sunfua và dung môi hữu cơ khác). Như vậy ta có thể thấy sự biến đổi tuần tự của các thành phần trong bitum như sau:

Dầu khoáng (hydrocacbon) — ► nhựa hydrocacbon — rôsphalten — ► cacben — ► cacboit.

Tất nhiên là trong bitum còn có các thành phần là trung gian giữa các thành phần chính kể trên, ví dụ như sản phẩm trung gian giữa dầu khoáng và nhựa.

Dầu khoáng là thành phần nhiều nhất trong bitum, có đến 70% trong bitum dầu mỏ và chỉ khoảng 50% trong bitum thiên nhiên. Dầu khoáng làm tăng khả năng hòa tan của bitum nhưng lại làm chậm quá trình khô của bitum.

Nhựa trung tính có tác dụng làm cho bitum dẻo và có tính co giãn đàn hồi. Asphalten làm cho bitum cứng, giòn, có nhiệt độ nóng chảy cao.

Cacben và cacboit làm giảm khả năng hòa tan của bitum.