Битумы

Битумы

БИТУМЫ, общее название природных или искусственно полученных веществ, состоящих из углеводородов и их производных в газообразном, жидком, полутвердом или твердом состояниях. Первоначально, еще с древних времен, термин битум относился к природному асфальту, но постепенно распространился на чрезвычайно обширную группу весьма разнообразных по физическим и химическим свойствам природных и полученных перегонкой веществ. Особенно широко термин битум стал применяться за последние десятилетия с распространением в промышленности и быту продуктов переработки нефтей, ископаемых углей, торфа, сланцев, сапропелей и т. д. Битумы, или битуминозные вещества, подразделяются на три класса: 1) природные битумы, как они встречаются в природе, 2) пиробитумы, т. е. вещества, которые при нагревании дают продукты и отгоны, б. или м. подобные чистым природным битумам, и 3) остаточные битумы, получаемые как продукты отгона чистых битумов и пиробитумов и их побочные продукты от других химических процессов.

К классу природных битумов относятся: 1) газообразные битумы, т. е. естественные горючие газы, 2) жидкие битумы - нефти, горный деготь, или мальта, и гудрон и 3) твердые и вязкие битумы - горный воск (см. Озокерит), асфальты и асфальтиты (грагамит, альбертит, гильсонит и др.). К природным битумам относятся и битумы, пропитывающие различные горные породы, частью с сохранением за последними названия самих битумов. Природные битумы - жидкие, вязкие и твердые - все растворимы в летучих органических растворителях, каковыми в первую очередь являются бензол, сероуглерод, четыреххлористый углерод и др.

К классу пиробитумов относятся битуминозные сланцы, частью или совершенно нерастворимые в указанных растворителях. К нерастворимым пиробитумам относятся битуминозные сланцы северо-западной области и Эстонии (кукерситы), австралийские и шотландские и нерастворимые части сланцев нашего Поволжья, Вюртемберга и Бадена в Германии и Отена во Франции, которые частью все же растворимы. Растворимые битумные сланцев, сапропелей (ила гниения), торфа, бурого и каменного углей представляют переходные формы к природным битумам, например, нефтям.

Остаточные битумы, получаемые при переработке природных битумов и пиробитумов, по растворимости аналогичны природным битумам.

Нерастворимые битумы считаются продуктами медленной дезоксидации и полимеризации соединений переходного характера, возникающих из жиров, смол и восков (основных исходных органических материалов) при сильном давлении. После нагревания такие нерастворимые битумы становятся растворимыми, т. е. деполимеризуются, что и подтверждено опытным получением таких нерастворимых битумов. По Энглеру, процесс битуминизации, т. е. превращения растительных и животных восков и жиров в битумы, для которых они являются исходным материалом, дается в следующем подразделении фаз.

1. Анабитумы - битумы в стадии образования. Сюда относятся сапропелевые воски, воски водорослей, адипоцир (трупный воск) и, предположительно, озокерит. Все эти вещества состоят из восковых эфиров, отчасти из свободных жирных кислот и углеводородов. Эти вещества растворимы в бензоле, сероуглероде и других органических растворителях.

2. Полибитумы - конечные продукты метаморфоза битумов, ставшие нерастворимыми вследствие процессов полимеризации и конденсации. Сюда относятся битумы большинства битуминозных пород, например, высокомолекулярные, полимеризованные, нерастворимые в бензоле битумы богхедов и некоторых перечисленных выше сланцев. Однако, если эти битумы подвергнуть нагреву, то они приобретают способность растворяться, отчасти или полностью, в бензоле.

3. Катабитумы - продукты разложения полибитумов, получившие способность растворяться после воздействия повышенной температуры. Могут происходить и непосредственно из анабитумов. В большинстве случаев - вязки или текучи; при нагревании, вследствие деполимеризации или расщепления, превращаются в вещества с более низким молекулярным весом, т. е. в углеводороды нефти. Они образуют растворимую в бензоле часть богхедов, сланцев, а равно твердые черные смолы и некоторые другие сорта мальты.

4. Экгонобитумы, или нефти, состоят главным образом из углеводородов, содержащих еще остатки высокомолекулярных легко разлагающихся катабитумов, иногда анабитумов (жирные кислоты и их сложные эфиры). При крекинге катабитумы дают в результате расщепления углеводороды нефти.

5. Оксибитумы, или асфальты, происходят из экгонобитумов вследствие окисления и полимеризации. Возможно и непосредственное образование их из одной из предыдущих фаз. Сюда относятся асфальты, блестящая смола, грагамит, альбертит, гильсонит.

Отдельные фазы этого цикла перекрещиваются и перекрывают друг друга, а потому один какой-нибудь битум может содержать примесь не только генетически соседних битумов, но и более отдаленных фаз. Процессы превращения могут совершаться и минуя промежуточные фазы, например, из анабитумов в катабитумы, минуя фазу полибитумов. Каждая промежуточная форма, не исключая и первой и полибитумов, может превращаться в конечном счете в нефть и асфальт. Факторами в этом случае являются геологические деформации - сбросы, сдвиги, выбросы магмы и другие явления, сопровождающиеся значительным выделением тепла. Не исключено также влияние контактовых процессов в связи с окружающими горными породами.

В промышленности, технике и быту термину битум, или битумен, придают нередко узкий и специфический характер, имея в виду битум асфальтов, асфальтитов и т. п. При большом разнообразии ходовых номенклатур для т. н. битуминозных и асфальтовых материалов в разных странах и в пределах даже каждой из них, ныне и в этой более узкой области битуминозных веществ получает права гражданства установленная на конгрессе в Милане в 1926 году номенклатура Международного общества дорог. Во всех остальных областях, однако, вся номенклатура, и техническая и даже научная, еще далеко не может считаться окончательно установленной в связи с недостаточной изученностью битумов в целом, во всем их разнообразии. П. Э. Шпильман в своей работе посвящает главу номенклатуре битуминозных веществ, принятой разными авторами с 1908 г., приводя определения асфальтов, асфальтовых пород, асфальтенов, асфальтитов, битумов, природных битумов, битуминозных веществ, карбенов, карбоидов, диасфальтенов, мальты, мальтенов, смол, пиробитумов, пеков, или вара, восков и давая ряд схем для указанных битумов в их связи между собой, и в том числе вышеприведенную схему Энглера. Абрагам также посвящает в обширной работе отдельную главу терминологии и классификации битуминозных веществ, предлагая свою систему классификации, опирающуюся на 4 основных признака: происхождение, физические свойства, растворимость и химический состав, характеризуя с помощью их главнейшие типы битуминозных веществ. По происхождению он делит битумы на: 1) природные - минеральные, растительные и животные и 2) пирогенетические, полученные фракционированной дистилляцией, дистилляцией с разложением, нагреванием в закрытых котлах и с продувкой воздухом. В отношении физических свойств битумов он отмечает: 1) цвет в массе - светлый (белый, желтый или коричневый) и темный (черный); 2) консистенцию, или твердость, - жидкую, вязкую, полутвердую, твердую; 3) излом - неровный или раковистый; 4) блеск - восковой, смолистый, тусклый; 5) на ощупь - липкий, нелипкий, жирный; 6) запах - нефтяной, смолистый; 7) летучесть - летучие и нелетучие; 8) плавкость - легкую, трудную, неплавкость (или только плавкость с разложением); 9) растворимость - неминеральных компонентов в сероуглероде и дистиллятов от 300 до 350° в серной кислоте. По химическому составу битумы представляют собой: 1) углеводороды, 2) окисленные соединения (углерод, водород и кислород), 3) кристаллизующийся при низких температурах парафин, 4) минеральные примеси (неорганические вещества). На основе этой классификации Абрагам и характеризует по четырем указанным признакам битуминозные вещества, имеющие наибольшее значение: нефти, минеральные воски, асфальты, асфальтиты, асфальтовые пиробитумы, смолы, или дегти, и пеки, или вары.

Битумы получили широчайшее применение в жизни, в промышленности, технике, обороне, быту, но привлекали к себе совершенно неодинаковое внимание и во всем мире и у нас. Из природных битумов наибольшее внимание и наиболее обширную литературу вызвала нефть и ее производные; значительно меньшее - природные горючие газы, асфальты и асфальтовые породы; еще меньшее - пиробитумы в виде сланцев и сапропелей; совершенно ничтожное внимание уделено минеральным воскам (озокериту), вся литература о которых ограничивается несколькими книгами и небольшим числом статей. Все растущее применение и значение искусственно получаемых битумов усиливает и значение природных битумов, приобретающих еще большую ценность при совместном использовании с первыми. В условиях экономического развития СССР как природные, так и искусственно получаемые битумы играют очень большую роль в самых разнообразных отраслях промышленности, техники, обороны и в быту; поэтому изучение битумов, их месторождений, методов добычи, переработки и использования, вместе с дальнейшим развитием выработки искусственных битумов, является одной из важных задач народного хозяйства.

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 2 - 1928 г.