Битумы (от лат. bitumen — горная смола) — твёрдые или смолоподобные продукты, представляющие собой смесь углеводородов и их азотистых, кислородистых, сернистых и металлосодержащих производных. Битумы не растворимы в воде, полностью или частично растворимы в бензоле, хлороформе, сероуглероде и др. органических растворителях; плотностью 0,95—1,50 г/см³.
Классификация
Природные битумы — это составная часть горючих ископаемых. К ним относятся естественные производные нефти, образующиеся при нарушении консервации её залежей в результате химического и биохимического окисления, например асфальты, кериты, мальты, озокериты и др. Добычу проводят главным образом карьерным или шахтным способом (Битуминозные пески).
Искусственные (технические) битумы — это остаточные продукты переработки нефти, каменного угля и сланцев. По составу сходны с природными битумами.
Свойства и методы получения
- Нефтяные битумы
- Битумы твёрдых горючих ископаемых
Мировые запасы природного битума составляют около 580 млрд т, добыча 115 млн.т (на 1981).
Битумы нефтяные — искусственные, остаточные продукты переработки нефти, имеющие твёрдую или вязкую консистенцию и состоящие из углеводородов и гетероатомных (кислородных, сернистых, азотистых, металлсодержащих) соединений. В состав нефтяных битумов
входят следующие группы веществ, различающихся по растворимости:
- асфальтены (наиболее высокомолекулярные соединения нефти), которые растворимы в хлороформе, сероуглероде, не растворяются в спирте, эфире и ацетоне;
- асфальтогеновые кислоты — кислые смолистые вещества, растворимые в спирте, хлороформе, плохо растворимые в бензине;
- нейтральные смолы, растворимые в нефтяных маслах, бензоле, эфире, хлороформе и уплотняющиеся при нагревании и кислотной обработке в асфальтены;
- нефтяные масла
- карбены – высокомолекулярные вещества, образующиеся вследствие уплотнения асфальтенов в присутствии серы; растворимы в пиридине, сероуглероде;
- карбоиды – вещества не растворимые в органических растворителях.
Асфальтены обуславливают твёрдость и высокую температуру размягчения битума, смолы — его эластичность и цементирующие свойства, масла — морозостойкость.
Структура битума
Нефтяные битумы — это дисперсные системы, в которых дисперсионной средой являются масла и смолы, а дисперсной фазой — асфальтены. В зависимости от степени агрегирования и пептизации нефтяные битумы образуют различные мицеллярные системы — золи, золи-гели, гели.
В промышленности битумы получают: глубоким отгоном масляных фракций из гудрона (остаточные битумы); окислением кислородом воздуха гудронов, крекинг-остатков или экстрактов от селективной очистки масел и их смесей (окисленные битумы). Остаточные битумы — мягкие легкоплавкие продукты, окисленные — эластичные и термостабильные. Битумы, получаемые окислением крекинг-остатков, содержат большое количество карбенов и карбоидов, которые нарушают однородность битумов и ухудшают их цементирующие свойства. Промышленность вырабатывает полутвёрдые, твёрдые и жидкие битумы, физические свойства которых представлены в таблице 1.
| Показатель | Полутвёрдые | Твёрдые | Жидкие* |
| Т размягчения, °С | 25-50 | 60-90 | — |
| Пенетрация**(25°С), мм | 4-20 | 0-5 | — |
| Растяжимость (25°С), см | 40-60 | 1-5 | 60 |
| Т вспышки, °С | 180-200 | >230 | 65-120 |
* Фракционный состав жидких битумов: 10% перегоняется до 225°С, не более 50% — до 360°С.
** Глубина проникновения иглы в слой битума за 5 с под нагрузкой 100 г.