گیلسونایت چیست؟ ویژگی‌ها، خواص و کاربرد قیر معدنی

گیلسونایت: طلای سیاه چندمنظوره صنایع مدرن

در اعماق پوسته زمین، ماده‌ ای نهفته است که به همان اندازه که مرموز است، ارزشمند نیز هست: گیلسونایت، یک هیدروکربن براق و سیاه که بیش از یک قرن است به‌ طور خاموش در شکل‌ دهی به صنایع مختلف نقش داشته است. این ماده معدنی که گاهی با آسفالت یا قیر اشتباه گرفته می‌ شود و با نام‌ های آسفالتیت یا یونایتیت نیز شناخته می‌ شود، به دلیل ترکیب شیمیایی منحصر به‌ فرد و خواص فیزیکی برجسته‌اش، در کاربردهایی از راه‌ سازی گرفته تا پوشش‌ های پیشرفته صنعتی، جایگاه ویژه‌ ای دارد. گیلسونایت که در دهه ۱۸۶۰ کشف شد و توسط ساموئل اچ. گیلسون به یک کالای تجاری تبدیل شد، از یک ماده عجیب به محصولی جهانی بدل شده است. اما گیلسونایت چیست و چرا در بازارهای جهانی از یوتا تا ایران توجه‌ها را به خود جلب کرده است؟ بیایید به داستان، ویژگی‌ ها و کاربردهای گسترده این طلای سیاه نگاهی بیندازیم.

گیلسونایت یا آسفالت، یک ماده معدنی سیاه رنگ با ویسکوزیته بالا است که ساختار آن از هیدروکربن‌ های جامد محلول تشکیل شده است. قیر معدنی به طور متداول در معادن یافت می‌ شود. دمای ذوب این جامد معدنی نسبتاً بالا است و منابع اصلی آن در کشور آمریکا در ایالت کلرادو و یوتا وجود دارد. اگر چه منابع اصلی قیر معدنی به منطقه آمریکا مربوط می‌ شود اما اخیراً منابع دیگری در کشورهایی نظیر کلمبیا و کشور ایران کشف شده است که حجم قابل توجهی از این ماده معدنی از آن استخراج می‌ شود.

گیلسونایت یا قیر معدنی که از معادن زیرزمینی استخراج می‌ شود شبیه به کانی معدنی آبسیدین به رنگ سیاه و ظاهری براق است. این ترکیب در دهه ۱۸۶۰ کشف شد و حدود ۲۵ سال بعد توسط فردی به نام ساموئل گیلسون به عنوان یک لاک، عایق الکتریکی و یک ترکیب ضد آب به بازار عرضه شد.

 نگاهی به تاریخچه گیلسونایت

این ماده معدنی که اکنون با نام “Gilsonite” یا Asphaltum شناخته می‌ شود در اوایل دهه ۱۸۶۰ کشف شد، اما در اواسط دهه ۱۸۸۰ بود که ساموئل H. Gilson شروع به تبلیغ آن به عنوان یک پوشش ضد آب برای ستون‌ های چوبی، به عنوان عایق سیم کابل و به عنوان یک لاک منحصر به فرد نمود.

معرفی قیر معدنی توسط گیلسون به قدری موفقیت آمیز بود که در سال ۱۸۸۸، او و شریکش، اولین شرکت را برای استخراج و بازاریابی در مقیاس تجاری تأسیس کردند. انتخاب گیلسونایت به دلیل خلوص بهتر آن، حلالیت خوب و همچنین مفید بودن در صنایع رنگ، لاک، عنوان شد. قیر معدنی، نقطه نرم شدن بالایی داشت و ساختار هیدروکربنی آن، شناخته شده بود.

زمان و فناوری، به تدریج، استخراج و درجه بندی قیر معدنی و سیستم طبقه بندی را تغییر داده است. اکنون فرآوری در کارخانه یا معادن، اکثر آلودگی‌ های بی اثر را از بین می‌ برد و حلال‌ های جدیدتر و قدرتمندتر، با درجه‌ های نرم شدن بالاتر را برای کاربردهای متنوع، فراهم می‌کنند. امروزه گیلسونایت با نقطه نرم شدن (اندازه گیری تقریبی حلالیت) و اندازه ذرات، درجه بندی می‌ شود. همه انواع گریدهای قیر معدنی دارای درجه‌ ای از کیفیت هستند که بسیار برتر از اولین نمونه‌ های کمی هستند که در دهه ۱۸۸۰ به بازار عرضه شد.

خاستگاه گیلسونایت: شگفتی زمین‌شناختی

داستان گیلسونایت به میلیون‌ ها سال پیش باز می‌ گردد، زمانی که مواد آلی تحت فشارهای شدید زمین‌ شناختی به یک رزین هیدروکربنی سخت و شکننده تبدیل شدند. این ماده که در رگه‌ های عمودی زیرزمینی یافت می‌ شود، عمدتاً از معادن حوضه یوینتا در ایالت‌های یوتا و کلرادو استخراج می‌ شود، اگرچه اکتشافات اخیر در ایران و کلمبیا، گستره جهانی آن را افزایش داده است. برخلاف آسفالت سنتی، گیلسونایت خالص‌ تر است و ناخالصی‌ های معدنی کمتری دارد. نقطه نرم شدن بالای آن—بین ۱۳۵ تا ۲۰۵ درجه سانتی‌گراد آن را به ماده‌ای مقاوم و بادوام تبدیل کرده است.

در دهه ۱۸۸۰، ساموئل اچ. گیلسون پتانسیل این سنگ سیاه براق را دید، در حالی که دیگران تنها یک ماده معدنی عجیب می‌دیدند. او آن را به‌عنوان یک پوشش ضدآب، عایق الکتریکی و لاک معرفی کرد و پایه‌های موفقیت تجاری آن را بنا نهاد. در سال ۱۸۸۸، گیلسون و شرکایش اولین شرکت را برای استخراج و عرضه گیلسونایت در مقیاس بزرگ تأسیس کردند، حرکتی که جایگاه این ماده را در تاریخ صنعت تثبیت کرد. امروزه، تکنیک‌ های مدرن استخراج و فرآوری، گیلسونایت را به یک ماده چندمنظوره تبدیل کرده که بر اساس نقطه نرم شدن و اندازه ذرات، برای نیازهای مختلف صنعتی درجه‌بندی می‌شود.

خواص گیلسونایت (قیر معدنی)

گیلسونایت به عنوان ماده محلول در محلول‌ های روغنی مانند 2CS یا TCE (تری کلرواتیلن) دسته بندی می‌ شود. این ماده، یک جزء اصلی گیلسونیت کربن است. همچنین شامل چندین عنصر دیگر از جمله نیتروژن و گوگرد و برخی ترکیبات فرار می‌باشد. آسفالتیت، ماده معدنی سخت و جامد و از چندین قیر طبیعی تشکیل شده که ترکیبات اصلی آن‌ ها، آسفالتین‌ ها، دارای مولکول‌ های بسیار بزرگی هستند.

رنگ آسفالتیت، قهوه‌ ای تیره تا سیاه است. آن‌ ها در محلول نفتا، یکی از مشتقات نفتی، نامحلول هستند و بنابراین برای آزاد سازی محتوای نفتی، به حرارت نیاز دارند. گرچه گیلسونایت مربوط به آسفالت است، اما آسفالتیت از نظر شیمیایی و فیزیکی از برخی جهات با آن متفاوت است. به عنوان مثال، آسفالتیت ها معمولاً مواد معدنی کمتری دارند یا اصلاً ندارند، اما ممکن است آسفالت‌ ها درصد نسبتاً زیادی از این مواد را داشته باشند. همچنین، بر خلاف آسفالت، آسفالتیت ها به راحتی نمی‌ جوشد. آسفالتیت ها اساساً از نظر وزن مخصوص و دمای نرم شدن با یکدیگر متفاوت هستند.

روش‌ های تولید گیلسونایت

قیر معدنیGilsonite یا Asphaltum یک هیدروکربن طبیعی، با ساختاری همچون رزین است که در جنوب ترکیه در سال ۱۹۳۰ یافت شد. این آسفالتیت طبیعی یک هیدروکربن سخت است و اغلب به آن آسفالت طبیعی، آسفالتیت، یونایتیت یا آسفالت گفته می‌شود. گیلسونایت یا گیلسونیت در حلال‌های معطر و آلیفاتیک و همچنین قیر نفتی، محلول است. Gilsonite برای سخت شدن فرآورده‌ های نفتی نرم‌تر عمدتاً استفاده می‌ شود. گیلسونیت، ماده‌ ای براق و سیاه است که از لحاظ ظاهری مشابه ماده معدنی آبسیدین می‌ باشد. این ماده شکننده است و می‌ تواند به راحتی به صورت پودر قهوه‌ای تیره، خرد شود.

گیلسونایت معدنی در زیر سطح زمین، در رگه‌های عمودی یا درزهایی یافت می‌ شود که به طور کلی عرض آن‌ ها بین دو تا شش فوت است، اما می‌ تواند به اندازه ۲۸ فوت باشد. رگه‌ ها تقریباً موازی یکدیگر هستند و در جهت شمال غربی به جنوب شرقی قرار دارند. طول این رگه‌ ها چندین مایل است و تا ۱۵۰۰ فوت، عمق دارد. رگه‌های این ماده به صورت یک برآمدگی نازک در سطح ظاهر می‌ شود و با عمیق شدن آن به تدریج گسترش می‌یابد. برای استخراج رگه‌ های باریک‌ تر معمولاً کارگران از چکش‌های برش دهنده پنوماتیک و بالابرهای مکانیکی استفاده می‌کنند اما برای عمق بیشتر، حتماً باید از ماشین‌های استخراج معدن استفاده شود.

مقالات مربوط به سایر مواد معدنی

مشخصات فیزیکی و شیمیایی گیلسونایت

حلالیت گیلسونایت

گیلسونایت در حلال‌ های هیدروکربنی حلقوی، حلال‌ های معطر و کلر، محلول است. حلالیت این ماده در اکثر کتون ها محدود است، اما در حلال‌های معطر مخلوط که حاوی یک عنصر ترکیب آلی هستند، محلول می‌ باشد. گیلسونیت در آب، الکل‌ها یا استون نامحلول است.

کاربردهای گیلسونایت

ذخایر گیلسونایت به ویژه در حوضه‌ های نفتی در سطح جهان توزیع شده است. قیر معدنی در بیش از ۱۶۰ محصول صنعتی، در درجه اول در تولید جوهرهای چاپ و رنگ‌ های تیره رنگ، سیمان‌های حفاری چاه نفت، اصلاح کننده‌ های آسفالت، مواد افزودنی شن و ماسه ریخته گری و طیف گسترده‌ای از محصولات شیمیایی مورد استفاده قرار می‌ گیرد.

۱- کاربرد گیلسونایت در تهیه قیر:

یک کاربرد معمول گیلسونایت در ترکیب قیر است. این کاربرد در کشورهایی مانند چین ، هند و ایران انجام می‌ شود. همه ما با کاربردهای قیر برای عایق کاری ساختمان آشنا هستیم.

۲- کاربرد قیر معدنی در صنعت جوهر و چاپ:

گیلسونایت یکی از عناصر مهم جوهرهای چاپی، رنگ‌ ها و پوشش‌ های صنعتی است. گیلسونیت به عنوان یک رزین سخت و ماده پخش کننده کربن سیاه در یک نوع پوشش استفاده می‌ شود. فرمولاسیون تهیه انواع جوهر های چاپ و پوشش‌های صنعتی، با هم فرق دارد. مقدار به کار رفته پودر قیر معدنی در این محصولات، متفاوت است. کیفیت و کاربردهای محصولات معین می‌کنند که فرمولاسیون اولیه چگونه باید باشد.

تبدیل گیلسونیت خشک و دانه بندی شده به حالت مایع، این فرصت را فراهم می‌ کند که مقدار کمی شن ساینده که در آسفالت طبیعی وجود دارد، حذف شود. در صورت استفاده از حلال ضعیف یا غلظت زیاد گیلسونیت، مواد افزودنی تثبیت کننده ممکن است در فرمولاسیون، با مقادیر اضافی وجود داشته باشند. از گیلسونایت به دلیل خاصیت شیمیایی و فیزیکی منحصر به فرد، در بیش از ۱۶۰ محصول استفاده می‌ شود.

۳- کاربرد گیلسونایت در راهسازی و تهیه آسفالت جاده‌ها:

برای راهسازی و پروژه‌های عمرانی، قیر معدنی با آسفالت مخلوط می‌ شود تا بافت مقاوم‌تری پیدا کند. قیر معدنی به صورت پودر دانه بندی شده در این روش به کار می‌ رود. در برخی موارد، به جای این ترکیب از پلیمرهای اصلاح کننده استفاده می‌ شود.

آسفالت‌ هایی که با گیلسونایت تهیه شده‌اند، نسبت به سایر مدل‌ های معمولی آسفالت، از نظر ویژگی‌ های فیزیکی و عملکردی، بهتر هستند. آسفالت‌ های تقویت شده با قیر معدنی، در برابر آب و تغییر شکل، مقاوم بوده و ساختار پایدارتری دارند. این آسفالت‌ ها برای جاده‌ها و مسیرهایی که تحت تردد یا فشار بالایی قرار دارند، بسیار مناسب هستند.

۴- کاربردهای گیلسونایت در گل حفاری:

از گیلسونایت به صورت مخلوط با گل حفاری استفاده می‌ شود. با این کار، فرسایش دیواره‌های چاه، کاهش پیدا می‌ کند باعث می‌شود فرآیند حفاری با سهولت بیشتری انجام گیرد.

۵- کاربرد قیر معدنی در صنعت ریخته گری:

به دلیل ساختار هیدروکربنی قیر معدنی، از آن به عنوان ترکیب غنی از کربن در ماسه‌های ریخته گری استفاده می‌ شود. به این ترتیب، در پایان ریخته گری و قالب گیری، عملیات پردازش بدون عیب و نقص کامل می‌ گردد. از این ویژگی برای صنعت فولاد و ذوب آهن هم استفاده می‌ شود. حضور قیر معدنی در بافت مذاب فولاد، ناخالصی‌های گوگرد، سیلیس و فسفر از مخلوط به سمت سرباره جدا شود.

۶- کاربردهای گیلسونایت در تولید پوشش‌های ضد خوردگی:

یکی دیگر از کاربردهای مهم گلیسونیت معدنی، استفاده از آن برای تولید پوشش‌ های ضد خوردگی در صنعت نفت و گاز است. این ماده در بافت پوشش‌ها به همراه سایر افزودنی‌ ها به کار می‌رود و برای عایق سازی لوله‌های نفت و گاز و پتروشیمی به کار می‌ رود.

ایمنی گیلسونایت

وقتی نفت خام طی میلیون‌ ها سال تشکیل شد و به سطح زمین راه یافت، به صورت بلورهایی در نزدیکی سطح فوقانی زمین شکل گرفت. از نظر جغرافیایی، این ماده ارزشمند برای اولین بار در منطقه یوتا در ایالات متحده و همچنین در غرب ایران در استان کرمانشاه و ایلام کشف شد.

تحریک چشم‌ها:

گیلسونایت در اثر سایش، گرد و غبار تولید می‌کند و ممکن است باعث تحریک چشم شود. میزان آسیب دیدگی از این تماس، به مقدار ماده‌ای که به چشم وارد می‌ شود بستگی دارد. علائم و نشانه‌ های تحریک با پودر قیر معدنی ممکن است شامل درد، ریزش اشک، تورم، قرمزی و تاری دید باشد.

تحریک پوست:

انتظار نمی‌رود این ماده باعث تحریک طولانی مدت یا قابل توجه پوست شود.

شرایط نگهداری گیلسونایت

گرد و غبار ناشی از گیلسونایت در اثر تماس با جرقه، شعله‌های آتش یا دمای بیش از ۱۰۰۰ درجه فارنهایت (۵۷۰ درجه سانتیگراد) در معرض احتراق یا انفجار قرار می‌ گیرند. هر گونه احتراق جرقه یا اشتعال باید قبل از پودر شدن قیر معدنی و یا فرآیند دیگر که منجر به تولید گرد و غبار می‌شود باید از محیط، دور باشد.

• محصولات تجزیه‌ای خطرناک:  NA
• ثبات و پایداری از نظر واکنش پذیری: پایدار است
• پلیمریزاسیون خطرناک: پلیمریزاسیون اتفاق نخواهد افتاد.
• ناسازگاری: ممکن است با عوامل اکسید کننده قوی مانند کلرات، نیترات، پراکسید و غیره واکنش نشان دهد.

در مواردی که قرار گرفتن در معرض طولانی مدت بخارات، مواد تقطیر یا مواد جامد حاصل از گرم شدن گیلسونایت در دمای بالاتر از ۵۵۰ درجه فارنهایت (۲۸۸ درجه سانتیگراد) قابل پیش بینی باشد، استفاده از لباس محافظ و تجهیزات تنفسی توصیه می‌شود.

بسته بندی گیلسونایت

بسته بندی گیلسونایت در حالت استاندارد در کیسه‌های لمینیت ۲۵ کیلویی خواهد بود یا در کیسه جامبو ۱۰۰۰ کیلوگرمی برای مشتری آماده می‌ شود. مطابق با درخواست مشتری، نوع بسته بندی‌ های این ماده (شامل تسمه بندی، پالت) آماده می‌شود و هزینه‌ های آن تقریباً در قیمت قیر معدنی است.

 وضعیت بازار و خرید و فروش گیلسونایت

معادن Gilsonite به عنوان یک مرکز تولید مواد معدنی صنعتی در سراسر جهان در حال فعالیت و بهره برداری هستند. این ماده با نام گیلسونایت کرمانشاه، قیر معدنی مهر افزون سامان و گیلسونایت گیلانغرب، در بازار ایران و جهان شناخته می‌شود. gilsonite یک هیدروکربن براق، سیاه و جامد است که از لحاظ ظاهری شبیه آسفالت سخت است و اعتقاد بر این است که در مقادیر تجاری در ایالات متحده آمریکا، ایران، کلمبیا، آرژانتین و آلبانی یافت می‌ شود. خرید و فروش گیلسونایت در بازارهای جهانی بسیار پر رونق و پرتقاضا است. قیمت گیلسونایت به عواملی همچون تغییرات قیمت مشتقات نفتی، قیمت ارز و حجم تقاضا در بازارهای جهانی بستگی دارد.

خرید گیلسونایت از تأمین کنندگان ایرانی

منابع:

https://en.wikipedia.org/wiki/Asphaltite

https://gilsonite-bitumen.com/en/products/what-is-gilsonite

http://sormakmine.com/en/products/100

https://gilsonite-bitumen.com/en/wiki/msds-of-gilsonite-sds-safety-data-sheet