Битумы

Битумы (от лат. bitumen - смола). Первоначально к Б. относили только природные образования, в основном нефть и её естественные производные (чаще всего асфальт). Затем Б. стали называть также искусственные асфальтоподобные продукты, получаемые переработкой природных Б., остатков от перегонки нефти, каменноугольной и сланцевой смол (технические Б.). Кроме того, название Б. распространили на экстракты, извлекаемые органическими растворителями из торфа, бурого угля и др. (Б. твёрдых топлив). Экстракты, извлекаемые из осадков и осадочных пород, называются битумоидами.

Б. пользовался человек ещё в глубокой древности. Известны сооружения в междуречье Тигра и Евфрата и в Египте, которые возводились с применением Б. за 3000 лет до н. э. Б. покрывали водохранилища и хранилища для зерна, скрепляли плиты стен и полов во дворцах и храмах; Б. использовали для гидроизоляции тоннеля, построенного в начале 1-го тыс. до н. э. под р. Евфратом.

Природные Б. подразделяются на нафтиды и нафтоиды. Нафтиды весьма широко распространены в природе - это нефть и её естественные производные: мальты, асфальты, асфальтиты, кериты, озокериты и т.д. Мальты представляют собой вязкие сгустившиеся нефти, подвергшиеся выветриванию. Они состоят из масел (40-65%) и асфальтово-смолистых компонентов (не менее 35%). Дальнейшее изменение мальт под влиянием того же фактора приводит к образованию: твёрдых, но легкоплавких асфальтов, содержащих 60-75% асфальтово-смолистых веществ; асфальтитов - твёрдых высокоплавких и полностью растворяющихся в хлороформе и сероуглероде продуктов, содержащих более 75% асфальтово-смолистых веществ; керитов, к которым относят также вещества, характеризующиеся лишь частичной, иногда очень слабой растворимостью в органических растворителях. К Б. иногда относят также все углеводородные в своей основе природные газы (газообразные нафтиды). Нафтоиды - нафтидоподобные продукты естественной возгонки органического вещества под влиянием магматического тепла. Они встречаются значительно реже нафтидов, ещё очень слабо изучены и не имеют промышленного значения.

Технические Б. - продукты, обладающие обычно твёрдой или вязкой консистенцией и получаемые главным образом из тяжёлых нефтяных остатков, богатых асфальтово-смолистыми веществами, следующими методами: глубокой вакуумной перегонкой тяжёлых нефтяных остатков - мазутов, гудронов и др. - при 300-350?С (остаточные Б.); окислением кислородом воздуха тяжёлых остатков от перегонки нефти (гудронов и др.) при 260-280?С (окисленные Б.); смешением окисленных Б. с неокисленными нефтепродуктами (компаундированные Б.).
Основные компоненты нефтяных Б. - асфальтены, смолы и нефтяные масла. Первые обусловливают твёрдость Б., вторые - цементацию и эластичность, третьи служат разжижающей средой для смол и асфальтенов. Наиболее важные технические показатели Б.: дуктильность, т. е. способность при растягивании давать нить определённой длины (определяется по толщине нити, которая образуется в результате растяжения стандартного образца Б. до разрыва), пенетрация, характеризующая вязкость Б. [определяется по глубине проникновения в слой Б. за 5 сек стальной иглы под нагрузкой 1 н (0,1 кгс)].Кроме того, для характеристики Б. обычно определяют температуру размягчения, температуру вспышки и плотность. Промышленность изготовляет твёрдые, полутвёрдые (см таблицу) и жидкие Б.
Некоторые свойства твёрдых и полутвёрдых битумов Битумы Дуктильность, мм (при 25?С) Пенетрация, мм (при 25?С) Температура размягчения (?С) Температура вспышки (?С)
Твёрдые 1,0-3,0 0,5-4,0 60-90 230
Полутвёрдые 40-60 4,1-20,0 25-50 180-200
Жидкие Б. характеризуются (в зависимости от сорта) следующими данными: пенетрация остатка (после отбора фракций до 360?С) 10-30 мм (25?С); вязкость при истечении через отверстие диаметром 5 мм 5-200 сек (60?С); температура вспышки 65-120?С; до 225?C должно перегоняться не более 10%, до 360?С - не более 50%. Твёрдые нефтяные Б. применяют для получения рулонных кровельных материалов (руберойдов) и битумных мастик; полутвёрдые - в производстве гидроизоляционных материалов (гидроизол, борулин, битуминированные ткани и др.) и обмазок, строительных асфальтовых растворов, асфальтов, битумных пластиков и др.; жидкие - для дорожного строительства.
Заменителями нефтяных Б. могут быть продукты термической переработки твёрдых топлив: высококипящие фракции смол, получаемых при коксовании и полукоксовании каменных углей, каменноугольные пеки, продукты сухой перегонки каменных углей, горючих сланцев и др.
Из общего количества Б., потребляемых в различных отраслях промышленности, свыше 90% падает на долю искусственных Б., получаемых из нефти; их мировое производство составляет десятки млн. т.
Б. твёрдых топлив - продукты, извлекаемые из торфа и бурых углей органическими растворителями. Главные составные части Б. твёрдых топлив - воски и смолы. Наиболее ценны из экстрагируемых продуктов воски; их характерные свойства - высокие температуры плавления, низкая электропроводность, высокая влагостойкость и способность при небольших добавках к другим веществам повышать температуру плавления. Содержание Б. в битуминозных торфах составляет: при извлечении бензолом 10-15%, бензином 6-9%. В битуминозных бурых углях (александрийские угли УССР) содержание продуктов, извлекаемых бензолом, достигает 14-16%. Выход Б. твёрдых топлив в производственных условиях обычно составляет 80-85% от их аналитического содержания в топливе. Минимальное содержанке Б. в твёрдом топливе, необходимое для рентабельности процесса, 8-10%.
Получение Б. твёрдых топлив состоит из следующих этапов: подготовка топлива к экстрагированию; экстракция органическими растворителями; отгонка от экстракта основной массы растворителя; освобождение Б. от остатков растворителя и воды; сплавлене и разливка Б. в форму. Б. из твёрдого топлива извлекают преимущественно в периодически действующих экстракторах, объединённых в батареи.
Б. твёрдого топлива применяют в различных отраслях народного хозяйства: в литейном деле - как один из компонентов модельных составов при прецизионном литье (литьё по выплавленным моделям), в электротехнической промышленности как электроизоляционный материал, а также для отделки различных изделий из кожи, дерева, бумаги и др.
Лит.: Крейцер Г. Д., Асфальты, битумы и пеки, 3 изд., М., 1952; Наметкин С. С., Собрание трудов, т. 3, М., 1955; Технология нефти, ч. 3 - Черножуков Н. И., Очистка нефтепродуктов и производство специальных продуктов, М.- Л., 1948; Успенский В. А. [и др.], Основы генетической классификации битумов, Л., 1964; Včelak V., Chemie und Technologie des Montanwachses, Praha, 1959.
? Н. Б. Вассоевич, А. М. Кунин.