Бі́туми (від лат. bitumen — гірська смола, нафта) — мінеральні комплекси (горючі органічні речовини), що складаються з вуглеводнів; утворилися з білкових і жирових речовин нижчих організмів. З генетичної точки зору до бітумів відносять земний газ, нафту, земну смолу, асфальт), а також природні похідні нафти (мальти, асфальти, асфальтити, керити, гуміно-керити, озокерит, антраксоліти і ін.) і їх аналоги (нафтоїди).
Історія
Бітуми були першим типом нафти в історії людства, що знайшов практичне застосування. Це підтверджують археологічні знахідки — кам'яні знаряддя зі слідами бітумів, якими користувалися ще в кінці палеоліту.
Найдавніші письмові згадки використання бітумів походять з Межиріччя: шумерський «Епос про Гільгамеша» і «Епос про Атрахасіса» (III—II тис. до Р. Х.). Згадки про бітум є також у Біблії. У Давньому світі застосовувалися в медицині, у будівництві (скріплювальні розчини), для гідроізоляції, а також як енергетична сировина. Рідкі бітуми (тобто нафтопродукти) Мертвого моря були добре відомі в давньому світі.
Саме з родовищ важких нафт і бітумів, що виходять на земну поверхню, як правило, по берегах річок, вже в давні часи навчилися отримувати «смолу» для герметизації кораблів, спорудження будинків, в Стародавньому Єгипті — для муміфікації. Існує думка, що бітуми використовували в якості цементу при будівництві знаменитої Вавилонської вежі. А індіанці, які віками жили в Канаді в районі басейну річки Атабаска, природними бітумами смолили каное.
Наводимо уривок з праці Георга Агріколи De Re Metallica (1556 р.), який присвячений опису видобування бітуму:
У XVIII ст. були відкриті великі родовища бітумінозних нафтоносних пісків на півночі провінції Альберта в Канаді. З трьох родовищ у Альберті (Атабаски, Піс-Рівер, Колд-Лейк), родовище Атабаски найбільше. Пробні розробки бітумінозних пісків тут проводились ще до 1778 р., коли вони вперше були описані європейцями.
У 1920-х роках хімік з Університету Альберти Карл Кларк відкрив, що за допомогою пари можна відокремити бітуми від піску. Перша корпорація, що займалася видобутком бітумів в Альберті, була заснована Робертом Фітцсіммонсом у 1927 р. Компанії вперше вдалося отримати бітуми в промислових масштабах, закачуючи в піски гарячу воду. Однак такий метод видобутку нафти виявився недостатньо рентабельним.
Плани видобутку нафти з бітумінозних пісків Альберти в значних масштабах почали розробляти в 1950-ті рр.
Загальний опис
Бітуми природні — органічні речовини (дистиляційні рештки нафти, вугілля), що розчиняються в органічних розчинниках (сірковуглець, бензол, спирт та ін.). Це корисна копалина органічного походження з первинною вуглеводневою основою. Залягають в надрах у твердому, в'язкому та в'язко-пластичному стані. З генетичної точки зору до природних бітумів належать нафта, природні горючі гази, газовий конденсат, а також природні похідні нафти (мальти, асфальти, асфальтити, керити, гумінокерити, озокерити, антраксоліти) та їх аналоги — нафтоїди. Природні бітуми складаються з високомолекулярних вуглеводнів та гетероатомних (кисневих, сірчистих, азотистих, металвмісних) сполук. Їх фізико-хімічні властивості: консистенція — від в'язкорідких (мальти) до пухких (гумінокерити); густина відповідно 965; 1500 кг/м³; температура розм'якшення від 35 оС (мальти) до неплавких (керити, антраксоліти, гумінокерити); розчинність в хлороформі від 100 % (мальти, асфальти) до нерозчинних (антраксоліти). Класифікаційні межі для розчинних природних бітумів визначають за вмістом масел: мальти 65-40 %, асфальти 40-25 %, асфальтити 25-5 %; для нерозчинних бітумів — за параметрами елементного складу і оптичними даними. Елементний склад (С, Н, О, S, N) визначається напівмікро- і макрометодом, спаленням; метали в бітумах встановлюються методами колориметрії, спектроскопії, нейтронноактиваційним та ін., груповий склад — методами висхідної хроматографії. Основні запаси асфальтових (переважно мальт) приурочені до монокліналей. Родовища розташовуються на зовнішніх бортах мезозой-кайнозойських крайових прогинів, що примикають до щитів і склепінь древніх платформ і які знаходяться в зоні дії активної інфільтрації. Найбільші з них (запаси в млрд тонн) локалізовані на схилах Канадського, Гвіанського та ін. щитів, Оленьокського склепіння. Родовища подібного типу утворилися в епохи інтенсивного підняття крайових антекліз, коли створювалися умови для висхідної латеральної міграції нафти з суміжних прогинів і окиснення її сульфатами і киснем інфільтраційних вод. Жильні і штокверкові бітумні скупчення формуються на шляхах вертикальної міграції вуглеводнів по тектонічних тріщинах і приурочені до локальних розривів на нафтогазоносних структурах (Садкінське, Іванівське, Бориславське та ін. родовища), зонах регіональних розривів в передових частинах складчастих систем і на бортах міжгірських западин і крайових прогинів. Видобуток природних бітумів ведеться кар'єрним, шахтним або свердловинним способами. Бітуми природні — комплексна сировина, переважно хімічна і енергетична. З асфальтових бітумів отримують легкі синтетичні нафти і нафтовий кокс, компоненти моторного палива та ін. Бітуми природні і важкі високосмолисті нафти — джерела сірки, цінних металів (V, Ni, Sb, Ge, U та ін.).
Штучні бітуми (продукти переробки нафти й кам'яного вугілля) — тверді пластичні або в'язкі суміші вуглеводнів і їхніх похідних. Одержують головним чином з залишків переробки нафти, крекінгу, очистки мастил (нафтові бітуми), кам'яновугільної смоли (кам'яновугільні бітуми), а також шляхом екстракції з торфу та бурого вугілля. В Україні екстракцію бітумів з торфу та бурого вугілля проводять бензолом. Зовнішній вигляд та фізичні якості бітумів, які виділяються з торфів та бурого вугілля, різні. Вони можуть мати жовте, світло-коричневе, буре або чорне забарвлення. Одні з них — тверді і крихкі, другі — аморфні порошки, а треті — мастилоподібні та смолоподібні продукти різної в'язкості. При аналізах бітумів торфів та бурого вугілля головним чином визначають дві групи складових речовин — воски та смоли. Найціннішими бітумами є ті, що мають у своєму складі більше восків. Нафтові бітуми застосовують здебільшого у шляховому будівництві (асфальт, дорожний бітум), покрівельних, гідроізоляційних матеріалів. Найбезпечнішими у канцерогенному відношенні для людини є прямогінні нафтові бітуми БН-3 та БН-4, які рекомендовано використовувати при брикетуванні вугілля. Кам'яновугільні бітуми, які мають підвищену канцерогенність використовують у шляховому будівництві тільки після додаткової обробки.
Приклади
Бітуми вугільні — продукти, які вилучають з деяких типів викопного вугілля органіч. розчинниками. Вихід бітумів вугільних залежить від природи органічної речовини, її складу, ступеня метаморфізму, умов вилучення і коливається, як правило, в межах 1 — 22 %; з підвищенням ступеня вуглефікації вихід бітумів вугільних падає. Так у вугіллі Дніпровського буровугільного басейну вміст смол 2,3 — 20,9 %, вугіллі Підмосковного басейну — 1,3 — 4,8 %, у землистому бурому вугіллі Німеччини — 6,3 — 36,6 %, в американському бурому вугіллі — 1,6 — 14,2 %. Найбільш високий вихід характерний для бурого вугілля групи Б1. Основну практичну цінність має воскова частина (сировина для одержання буровугільного воску — «монтан-воску»). Екстракційні смоли використо-вуються також як пом'якшувачі у виробництві лаків, гум та пластмас і як замінники фенолів у виробництві лаків, клеїв тощо. У Дніпровському буровугільному басейні виділено гумусове та гуміто-ліптобіолітове вугілля, яке має високий вихід бітумів (8 — 20 %) при низькому вмісті смол (до 25 %) і є перспективною сировиною для виділення буровугільного воску.
Бітуми торфові — продукти, що вилучають з торфу органічними розчинниками. Основні їх складові — віск, смоли, парафіни. Вміст бітумів в торфі залежить від його генетич. типу і від міри його розкладу. Найбільш бітумінозним є верховий торф високої міри розкладу трав'яної (пухівкової) групи. При екстракції бітумів з такого торфу бензолом вихід продуктів досягає 15 % (на органічну масу), бензином — до 9 %. У торфах України кількість бітумів становить 5,6 — 28,5 %. За елементним складом торфові бітуми містять (в розрахунку на органічну масу): вуглецю — 65-75 %, водню — 9-12 %, кисню 12-22 %. Найціннішим продуктом, який екстрагується з торфу є торфовий віск. Торфові бітуми використовують у ливарному виробництві, у виробництві пластмас, композицій для полірування та захисту паперу, шкіри, дерева, а також в медицині, побутовій техніці.
Див. також
Література
- Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2004. — Т. 1 : А — К. — 640 с. — ISBN 966-7804-14-3.
- Будівельне матеріалознавство / За ред. П.В.Кривенко. — К. : Ліра-К, 2012. — 624 с. — ISBN 978-966-2609-04-2.
Посилання
- БІ́ТУМИ [ 7 травня 2016 у Wayback Machine.] // ЕСУ
- Бітуми // Термінологічний словник-довідник з будівництва та архітектури / Р. А. Шмиг, В. М. Боярчук, І. М. Добрянський, В. М. Барабаш ; за заг. ред. Р. А. Шмига. — Львів, 2010. — С. 35-36. — ISBN 978-966-7407-83-4.