煤瀝青

煤瀝青是由不同分子量的碳氫化合物及其非金屬衍生物組成的黑褐色複雜混合物,是高黏度有機液體的一種,呈液態,表面呈黑色,可溶於二硫化碳。煤瀝青是一種防水防潮和防腐的有機膠凝材料。煤瀝青主要可以分為煤焦煤瀝青、石油煤瀝青和天然煤瀝青三種:其中,煤焦煤瀝青是煉焦的副產品。石油煤瀝青是原油蒸餾後的殘渣。天然煤瀝青則是儲藏在地下,有的形成礦層或在地殼表面堆積。煤瀝青主要用於塗料、塑膠、橡膠等工業以及鋪築路面等。

組成結構

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近年來最常採用的方法是按L•W•科爾貝特的方法一將煤瀝青分離為飽和分、芳香分、膠質和煤瀝青質等四個組分。煤瀝青中各組分的含量與煤瀝青和技術性質之間存在一定的規律性,如圖所示。

按膠體結構解釋,隨著分散介質飽和分和芳香分含量的減少,保護物質膠質和分散相煤瀝青質含量的增加,煤瀝青由溶膠結構轉變為溶凝膠結構以至凝膠結構。煤瀝青技術指標中的針入度隨之減小,軟化點隨之升高。而當煤瀝青中各組分含量比例協調時,可得到最佳的延度。但是上述規律只適用於相同油源和相同工藝獲得的煤瀝青如表一中煤瀝青均為大慶原油,採用丙脫工藝獲得煤瀝青對於相同原油,採用不同工藝,或者不同原油相同工藝甚至不同原油和工藝獲得的煤瀝青,它們即使具有相近的煤瀝青組分含量但是它們的技術性質指標可以相差很大。產生這些現象的原因是由於不同油源和工藝獲得的煤瀝青,它們的各化學組分雖然可以很接近,但是它們各個組分的化學結構並不相同,各組分的溶度參數不同。亦即各組分的相溶性不同,因而形成不同的膠體結構,所以它們的技術性質亦不相同。

套用領域

在土木工程中,煤瀝青是套用廣泛的防水材料和防腐材料,主要套用於屋面、地面、地下結構的防水,木材、鋼材的防腐。煤瀝青還是道路工程中套用廣泛的路面結構膠結材料,它與不同組成的礦質材料按比例配合後可以建成不同結構的煤瀝青路面,高速公路套用較為廣泛。

行業分析

2013年,國內煤瀝青產量為1993.51萬噸,同比增長9.71%。相對於國產煤瀝青而言,進口煤瀝青價格偏高,進而提振國產煤瀝青需求,帶動國內煤瀝青產能利用率提升。預計2014年國內煤瀝青產量繼續增長,但隨著需求的好轉,總體過剩的局面將有所改觀。

煤瀝青行業上游為石油化工、煤炭和改性劑及乳化劑,下游為高速公路、防水建築材料、機場建設和市政工程道路建設等。在完整的石油化工產業鏈中,石油煤瀝青的前端產品為醚、烷、烴、苯等各大類產品,作為原油加工後端產品的石油煤瀝青經過焦化工藝可得到石油膠。對於煤瀝青行業來說,上游產業對其的影響主要體現在原油價格波動、原油加工能力變化帶來石油煤瀝青產量及產品價格的波動。

分類

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煤瀝青材料分為地煤瀝青和焦油煤瀝青兩大類。地煤瀝青又分為天然煤瀝青和石油煤瀝青,天然煤瀝青是石油滲出地表經長期暴露和蒸發後的殘留物;石油煤瀝青是將精製加工石油所殘餘的渣油,經適當的工藝處理後得到的產品。焦油煤瀝青是煤、木材等有機物乾餾加工所得的焦油經再加工後的產品。工程中採用的煤瀝青絕大多數是石油煤瀝青,石油煤瀝青是複雜的碳氫化合物與其非金屬衍生物組成的混合物。通常煤瀝青閃點在240℃~330℃之間,燃點比閃點約高3℃~6℃,因此施工溫度應控制在閃點以下。

主要特性

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煤瀝青粘度很大但是具有流動性。2014年4月,世界上持續時間最長的實驗終於有了結果,但期待見證這一實驗50多年的澳洲物理學家梅斯通此時卻已經過世8個月了,終其一生,這位教授也無緣見證守候數十年的實驗成果。

上世界20年代,為了向學生展示固體也可以像液體一樣流動,澳大利亞昆州大學物理系教授帕奈爾進行了一項煤瀝青滴落實驗。煤瀝青在不同的條件下有固體和液體兩種形式,是一種常用於防水的粘性材料,粘度是水的2300億倍,固體可以抗擊錘子的敲打而不變形。但是一個漏斗就可以讓固體煤瀝青流動起來。

試驗中,研究人員把煤瀝青放入玻璃漏斗中,通過擠壓作用,已經固化的煤瀝青還會像液體一樣向下流動,但這個過程非常緩慢。煤瀝青流動的有多慢呢?澳洲大陸由於板塊漂移作用,每年會向北移動約6厘米,而煤瀝青固化流動的速度要比地球板塊運動還要慢10倍。

主要危害

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煤瀝青是一種棕黑色有機膠凝狀物質,包括天然煤瀝青、石油煤瀝青、頁岩煤瀝青和煤焦油煤瀝青等四種。主要成分是煤瀝青質和樹脂,其次有高沸點礦物油和少量的氧、硫和氯的化合物。有光澤,呈液體、半固體或固體狀態,低溫時質脆,粘結性和防腐性能良好。如果衣服不小心染上煤瀝青,可用稀氫氧化鈉清洗。

四種煤瀝青中以煤焦油煤瀝青危害最大。在電極焙燒爐製作中要排出大量的煤瀝青煙。由於煤瀝青中含有螢光物質,其中含致癌物質3,4苯並芘高達2.5%一3.5%,高溫處理時隨煙氣一起揮發出來。煤瀝青煙氣是黃色的氣體,其中試焦油細霧粒。經測定電極焙撓爐排出的煤瀝青煙氣中含3,4苯並芘為1.3—2mg/立方米。

煤瀝青煙和粉塵可經呼吸道和污染皮膚而引起中毒,發生皮炎、視力模糊、眼結膜炎、胸悶、腹病、心悸、頭痛等症狀。經科學試驗證明,煤瀝青和煤瀝青煙中所含的3,4苯並芘是引起皮膚癌、肺癌、胃癌和食道癌的主要原因。

在受煤瀝青污染的空氣中生活,易致免疫力下降。

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