Phân biệt bitum, hắc ín, nhựa
đường
Trong khi biểu hiện và ứng dụng của bitum trong nhựa đường và hắc ín là tương tự nhau
nhưng vẫn tồn tại các khác biệt cơ bản giữa hai 2 lớp vật liệu này. Nhựa đường được tách
ra từ dầu mỏ bằng công nghệ mà không có hiện tượng phá vỡ cấu trúc (crackinh) hay
biến đổi bởi nhiệt còn hắc ín thu được nhờ cacbon hóa nhiệt độ cao của than chứa bitum.
Về thành phần hóa học, hắc ín chủ yếu chứa các hydrocacbon vòng thơm mật độ cao và
khác vòng. Ngược lại, nhựa đường chứa nhiều hydrocacbon dạng parafin và naphtha cao
phân tử và các dẫn xuất của chúng. Trong các ứng dụng và sử dụng có sự đốt nóng tương
đương thì hắc ín sinh ra nhiều hơn các hydrocacbon thơm đa vòng so với nhựa đường.
Sau đây là một số khác biệt giữa bitum, hắc ín và nhựa đường
Bitum
Bitum là một loại chất lỏng hữu cơ có độ nhớt cao,
màu đen, nhớp nháp. Tan được trong cacbon disulfua (CS2), benzen , cloroform và 1 số
dung môi hữu cơ khác. Theo nguồn gốc thì bitum có thể chia làm 3 loại chính: Bitum dầu
mỏ, Bitum đá dầu, Bitum thiên nhiên.
Hiện nay, bitum chủ yếu được sử dụng trong lĩnh vực xây dựng giao thông, bitum đóng
vai trò là thành phần cùng với hỗn hợp vật liệu khoáng để sản xuất bê tông asphalt. Tùy
theo công năng, điều kiện khí hậu và phương pháp thi công mà sử dụng bitum dầu mỏ
rắn, bitum dầu mỏ quánh, bitum dầu mỏ lỏng trong xây dựng giao thông.
Trong quá khứ, bitum được sử dụng để chống thấm nước cho tàu thuyền cũng như để làm
lớp sơn phủ cho các công trình xây dựng; rất có khả năng là thành phố cổ Carthage đã dễ
dàng bị cháy do sử dụng quá nhiều bitum trong xây dựng.
Thành phần hóa học của bitum
Bitum có thể coi là một hệ chất keo của các phần tử vòng thơm mật độ cao trong dầu với
các phân tử dạng vòng. Từ phát biểu này, một điều rõ ràng là bitum có thể coi là một hỗn
hợp rất phức tạp chủ yếu của các hydrocacbon có điểm sôi cao.
Thành phần của nó dao động theo vị trí địa lý của khu vực chứa dầu mỏ cũng như công
nghệ sử dụng trong sản xuất.
- Khoảng 32% asphaltenes: Các hợp chất thơm tương đối cao phân tử và các
hydrocacbon khác vòng, trong đó có một số chưa no. Chúng hòa tan trong cacbon
đisulfua nhưng không hòa tan trong naphtha của dầu mỏ;
- Khoảng 32% nhựa: Các pôlyme được tạo ra từ quá trình xử lý các hydrocacbon chưa
no;
- Khoảng 14% các hydrocacbon no: Các hydrocacbon trong đó các nguyên tử cacbon
được kết nối bằng các liên kết đơn;
- Khoảng 22% các hydrocacbon thơm: Các hydrocacbon chứa một hay nhiều vòng
benzen trên một phân tử, bao gồm cả các hydrocacbon thơm đa vòng.
Hàm lượng benzo(alpha)pyren trong bitum mạch thẳng đã thấp hơn một cách đáng kể (ở
mức 0,6 mg/kg) so với hàm lượng trong bitum thu được từ các cặn bã sau crackinh (ở
mức 4-272 mg/kg).
Nguồn gốc của bitum
Bitum thu được từ 2 nguồn: Nguồn trong tự nhiên và tổng hợp từ chưng cất dầu mỏ
Nguồn gốc tự nhiên: Bitum tự nhiên và các trầm tích nhựa đường có ở nhiều nơi khác
nhau trên thế giới, chủ yếu là do các dầu khoáng thấm qua lòng đất. Mỏ nhựa đường tự
nhiên lớn nhất và nổi tiếng nhất là hồ Trinidad, nó là hỗn hợp của khoảng 39% bitum,
32% khoáng chất khác và 29% nước và khí.
Nguồn gốc tổng hợp: Bằng tinh luyện và xử lý thì các loại bitum sau được sản xuất:
* Bitum "thẳng":
Là chất còn lại sau khi chưng cất trong chân không hay không khí các loại dầu mỏ chứa
nhựa đường. Đối với các ứng dụng đặc biệt, cặn bitum loại chứa dầu hắc ín rất cứng có
thể thu được nhờ chưng cất dầu mỏ đã qua crackinh.
* Bitum "thổi":
Được sản xuất bằng cách thổi luồng không khí ngược chiều với luồng bitum thẳng nóng
chảy. Phản ứng ôxi hóa diễn ra dẫn tới việc khử hiđrô và polyme hóa các thành phần
thơm và chưa no. Trong quá trình này, các phân tử vòng thơm cao phân tử lượng có thể
được tạo ra.
* Bitum "cắt bớt" (hay loại bitum lỏng hơn):
Thu được bằng cách trộn bitum với các dung môi dầu mỏ hay dầu khoáng, đôi khi với
hắc ín hay các chất thơm cao phân tử được chiết ra.
* Bitum nhũ tương:
Được tạo ra bằng cách nhũ tương hóa 50-65% bitum trong nước với sự tham gia của 0,5-
1,0% chất chuyển thể sữa, thông thường là xà phòng và nói chung được sử dụng ở dạng
lạnh cho các mục đích công nghiệp và làm đường.
Hắc ín
Hắc ín, còn gọi là dầu hắc, là một chất lỏng nhớt màu
đen thu được từ chưng cất có tính phá hủy cấu trúc của các chất hữu cơ. Phần lớn hắc ín
thu được từ than như là sản phẩm phụ của việc sản xuất than cốc, nhưng nó cũng có thể
được sản xuất từ dầu mỏ, than bùn hay gỗ.
Hắc ín là thành phần quan trọng trong các loại đường được trải nhựa đầu tiên nhất. Nó
cũng được sử dụng như là chất gắn cho các ván ốp trần và để xảm thân tàu thủy và
thuyền. Nó cũng được sử dụng để chống thấm nước cho thuyền buồm, nhưng ngày nay
các loại thuyền buồm được làm từ các chất tổng hợp có khả năng chống thấm nước tự
nhiên đã làm mất đi nhu cầu xảm thuyền. Hắc ín, trong đó đáng ngạc nhiên là hắc ín từ
dầu mỏ, là một trong các chất hiệu quả nhất được sử dụng trong điều trị bệnh vẩy nến.
Hắc ín là một chất tẩy trùng và cũng được sử dụng với công dụng như vậy.
Nhựa đường
Nhựa đường là một chất lỏng hay chất bán rắn có độ nhớt cao và có màu đen, nó có mặt
trong phần lớn các loại dầu thô và trong một số trầm tích tự nhiên. Thành phần chủ yếu
của nhựa đường là bitum. Vẫn tồn tại một số bất đồng trong số các nhà hóa học liên quan
đến cấu trúc của nhựa đường.
Nhựa đường đôi khi bị nhầm lẫn với hắc ín do nó cũng là sản phẩm chứa bitum, nhưng
hắc ín là loại vật liệu nhân tạo được sản xuất bằng phương pháp chưng cất phá hủy các
chất hữu cơ. Tuy cùng là sản phẩm chứa bitum nhưng thông thường hàm lượng bitum
trong hắc ín thấp hơn của nhựa đường. Hắc ín và nhựa đường có các thuộc tính cơ lý rất
khác nhau.
Nhựa đường có thể được tách ra từ các thành phần khác của dầu thô (chẳng hạn naphtha,
xăng và dầu điêzen) bằng quy trình chưng cất phân đoạn, thông thường dưới các điều
kiện chân không. Việc chia tách tốt hơn nữa có thể đạt được bằng cách xử lý tiếp các
phần nặng nhất của dầu mỏ trong các khối khử nhựa đường sử dụng prôpan hoặc butan
trong pha siêu tới hạn để hòa tan các phân tử nhẹ hơn và sau đó được tách ra. Có thể xử
lý tiếp bằng cách "thổi" sản phẩm: cụ thể là bằng cách cho nó phản ứng với ôxy. Phương
pháp này làm cho sản phẩm cứng và nhớt hơn.
Ứng dụng lớn nhất của nhựa đường là sản xuất bê tông atphan để rải đường, nó chiếm
khoảng 80% toàn bộ lượng nhựa đường thương phẩm được tiêu thụ ở Hoa Kỳ. Việc gắn
kết các ván ốp chiếm chủ yếu phần còn lại. Các ứng dụng khác còn có: làm thuốc xịt cho
động vật, xử lý cột hàng rào và chống thấm nước cho công trình xây dựng.
Ở Trung Đông cổ đại các trầm tích tự nhiên chứa nhựa đường đã được sử dụng để làm
vữa để gắn kết gạch và đá, xảm tàu và chống thấm nước.