Битум

Битумы нерастворимы в воде; полностью или частично растворимы в бензоле, хлороформе, сероуглероде и других органических растворителях. Плотность битума 0,95—1,50 г/см³, его свойства зависят от качества входящих в смесь нефтей, главным образом, их окислённости и насыщенности серой. Бо́льшая часть запасов природного битума содержится в породах с низким или средним содержанием (1—3 или 3—5 %); лишь 13 % изведанных запасов залегают в породах, содержащих свыше 5—10 %. Причём, большинство этих богатых битумом месторождений находятся в Канаде (71 %) и Венесуэле (27 %)[2].

Битум является аморфным веществом, то есть в твёрдом состоянии проявляет свойства жидкости. Чтобы доказать это, в 1927 году профессор Квинслендского университета Томас Парнелл поместил битум в воронку и стал ждать, когда он вытечет. Эксперимент подтвердил его теорию — первая капля упала через восемь лет. Специалисты университета продолжали наблюдения и после смерти учёного, установив за 80 лет, что битум истекает по одной капле каждые девять лет, за что в 2005 году университет удостоился Шнобелевской премии[3].

Битум

Природные битумы — полезные ископаемые органического происхождения с первичной углеводородной основой. К ним относятся естественные производные нефти, образующиеся при нарушении консервации её залежей в результате химического и биохимического окисления или тектонических процессов[2]. Их добычу проводят главным образом карьерным или шахтным способом (битуминозные пески).

По составу, зависящему от состава исходных нефтей и условий их преобразования, условно подразделяются на несколько классов:

• мальты
• асфальты
• асфальтены
• кериты
• озокериты
• гуминокериты
• антраксолиты
• нафтиды[4]
• нафтоиды.

Искусственные битумы (технические битумы) — это остаточные продукты переработки нефти, каменного угля и сланцев. По составу близки с природными битумами.

Битум — древнейший строительный и отделочный материал. О свойствах природного битума — «земляной смолы», применявшейся для скрепления наконечников древних копий и делающей посуду водонепроницаемой, древний человек знал ещё в эпоху неолита. Битумная посуда предшествовала глиняной. Битум использовали в строительстве для изоляции достаточно редкого для Месопотамии дерева. Природный битум часто использовался как связующее вещество при создании мозаик из полудрагоценных камней и раковин (Урский штандарт, мозаичное панно из аль-Убейда).

В древнем мире монополия на природный битум изначально принадлежала Месопотамии и составляла значительную часть экспорта. В Древнем Египте битумом пользовались для бальзамирования и мумификации. В Древнем Шумере[5] эту субстанцию называли «эсир», аккадцы — «идду», арабы, проживавшие на территории Ирака, дали ей много имён: «сайали», «зифт» и «кар».

Естественный выход на земную поверхность битума на нефтеносном месторождении McKittrick в Калифорнии

Баки для битума

Танкер для битума

Процесс добычи и комплексной переработки природных битумов производится в следующей последовательности:

• добыча битумосодержащей породы;
• разделение битумосодержащей породы на органическую и минеральные части;
• транспортировка битума;
• переработка битума.

В зависимости от условий залегания и физических свойств сырья разработка месторождений природных битумов осуществляется следующими способами:

• карьерным и шахтным очистным, при которых породу извлекают на поверхность, где из неё экстрагируют битум растворителем или горячей водой с добавкой эмульгирующих составов;
• шахтным дренажным, при котором природные битумы добываются в шахте самотёком через систему восходящих дренажных скважин, пробурённых из горных выработок;
• скважинным внутрипластовым, при котором природные битумы добываются путём термического или иного воздействия на битумонасыщенные породы через скважины, пробурённые с поверхности.

Рудничными (карьерным и шахтным) способами разрабатываются месторождения с битумонасыщенностью вмещающих пород не менее 10 % и глубиной залегания 60 — 90 метров. Коэффициент извлечения битума при этом до 85 — 90 %. Примером такой добычи является Ярегское нефтяное месторождение в Республике Коми.

Скважинными способами разрабатываются месторождения жидких природных битумов (битуминозная нефть) с глубиной залегания, как правило, более 100 метров. При скважинных способах коэффициент нефтеотдачи достигает в среднем 30 %. В Татарстане битуминозную сверхвязкую нефть в экспериментально-показательном и пока убыточном проекте добывают на Ашальчинском месторождении. Здесь пробурено несколько пар дугообразных с выходом на дневную поверхность скважин. В паре скважины располагаются параллельно друг над другом на расстоянии несколько метров. Одна скважина предназначена для закачки пара, прогревающего пласт, другая — для откачки нефти, ставшей менее вязкой под воздействием прогрева.

Природные битумы не являются сами по себе товарным продуктом, как нефть или газ. Для получения из них товарного продукта нужны дополнительные технологические процессы. В качестве товарного продукта переработки природных битумов может рассматриваться «синтетическая нефть» — вид сырья, альтернативный природной нефти. Кроме того, являясь многокомпонентным полезным ископаемым, природные битумы помимо углеводородов нередко содержат нафтеновые кислоты, сульфокислоты, простые и сложные эфиры, серу, редкие цветные металлы (ванадий, никель, рений) в кондиционных концентрациях. Минимальная концентрация ванадия в природных битумах, при которой выгодна его промышленная добыча составляет 120 г/т, а никеля — 50 г/т[6].

Мировые запасы природного битума составляют около 580 млрд т, добыча 115 млн т (на 1981 год).

Битумы — широко распространённый и известный инженерно-строительный материал, используемый в разных сферах:

• для устройства гидроизоляции в строительстве дорог, зданий и сооружений, прокладке трубопроводов;
• в производстве асфальтобетона;
• при изготовлении кровельных материалов;
• в лакокрасочной и кабельной промышленности;
• для заливочных аккумуляторных мастик и др.

Битумы обладают недостатками при использовании их в дорожном строительстве. К ним относятся:

• высокая термическая чувствительность (размягчение при высоких температурах и хрупкость при низких);
• плохие механические характеристики и низкая упругость;
• склонность к старению (высыхание).

Для решения этой проблемы в дорожном строительстве используют «модифицированный битум».

• Химическая энциклопедия НИ «Большая российская энциклопедия», М., 1988.
• Битумы природные — Горная энциклопедия.