الفروق بين القار الطبيعي والقار التكريري: دليل شامل لاختيار القار المناسب

القار، مادة هيدروكربونية، عجينيه الشكل، سوداء إلى بنية داكنة، شبه صلبة ذات لزوجة عالية، تكون عادة صلبة في درجة حرارة الغرفة ولكنها تتحول إلى حالة عجينيه ثم سائلة مع زيادة درجة الحرارة. تشمل الخصائص الرئيسية لهذه المادة عدم نفاذيتها للماء والرطوبة، والتصاقها العالي، ومقاومتها للأحماض والقواعد والأملاح، مما يجعلها عنصرًا حيويًا في مختلف الصناعات.

أهمية القار في مختلف الصناعات ملحوظة للغاية. يُخصص الجزء الأكبر من الاستهلاك العالمي لل bitumen، حوالي 85% إلى 90%، لإنشاء الطرق ورصفها، حيث يعمل القار كمادة رابطة لحبيبات الحصى في الأسفلت. بالإضافة إلى ذلك، يستخدم القار في عزل المباني ضد الرطوبة (مثل تغطية الأسطح، الطوابق السفلية، والخزانات)، وإنتاج لفائف العزل المائي (إيزوغام) والتشحيم بالقار، وصناعات الدهانات والطلاءات (بسبب مقاومته للتغيرات الحرارية والتآكل)، وصناعة الورق (للتغليف الواقي)، وحتى كعازل كهربائي.

لقد تجاوزت صناعة القار على مر القرون التطبيقات التقليدية وشهدت تطورات تكنولوجية كبيرة، مما أدى إلى ابتكارات ملحوظة. يُعد إدخال القار المعدل بالبوليمرات (PMB) والأسفلت المخلوط الدافئ (WMA) أمثلة على هذه التطورات التي حسنت بشكل كبير جودة ومتانة البنية التحتية. يمثل هذا التطور في إنتاج القار حركة مستمرة في الصناعة نحو تحقيق مواد ذات أداء أعلى وقدرة أكبر على التكيف مع التحديات الهندسية الحديثة. يتجاوز هذا الاتجاه مجرد إنتاج أنواع جديدة من القار، بل يتجه نحو تحسين الخصائص للتغلب على قيود القار التقليدي، مثل الحساسية لدرجة الحرارة أو المتانة. وهذا يدل على أن القار ليس مجرد سلعة خام، بل هو مادة استراتيجية تؤثر جودتها بشكل مباشر على متانة وفعالية المشاريع الوطنية والصناعية.

ينقسم القار بشكل عام إلى فئتين رئيسيتين: القار الطبيعي (المعدني) الذي يوجد بشكل طبيعي في الطبيعة، والقار التكريري (النفطي) الذي ينتج عن طريق عملية تقطير النفط الخام في المصافي. يُعد الفهم الدقيق للاختلافات في الأصل، والخصائص، وعملية الإنتاج، وتطبيقات كل نوع من هذين النوعين من القار أمرًا حيويًا للمتخصصين وصناع القرار في الصناعات ذات الصلة. يتيح لهم هذا الفهم العميق اختيار القار المناسب بناءً على نوع المشروع، والظروف المناخية، والميزانية، والمتطلبات الفنية، وبالتالي تحقيق الأداء الأمثل والفعالية الاقتصادية.

ما هو القار الطبيعي؟ التعرف على الأصل وكيفية التكوين

القار الطبيعي، الذي يُعرف أحيانًا باسم القار المعدني أو الجيلسونايت (Gilsonite) أو اليونتايت (Uintaite)، هو مادة عضوية صلبة، سوداء وخفيفة الوزن تتكون بشكل طبيعي من تصلب النفط الخام على مدى ملايين السنين تحت ضغط وحرارة عاليين في المناجم تحت الأرض. تتضمن هذه العملية الجيولوجية المعقدة ثلاث مراحل رئيسية: أولاً، موت الكائنات الحية في المستنقعات والبرك؛ ثم، ترسب بقاياها وتغطيتها بالرواسب؛ وأخيرًا، التغيرات الكيميائية وتخمير البقايا تحت ضغط ودرجة حرارة عالية وفي غياب الأكسجين بمرور الوقت، مما يؤدي إلى التحول إلى نفط أو قار أو كيروجين. تشمل الأمثلة البارزة لمصادر القار الطبيعي بحيرة القار ببهبهان في إيران وبحيرة القار في ترينيداد بالولايات المتحدة الأمريكية. يعتبر الجيلسونايت، كنقط خام متصلب بسبب الضغط، أنقى ناتج لمنجم القار الطبيعي ويوجد على شكل كتل سوداء ولامعة في عروق عمودية على سطح الأرض يتم استخراجه باستخدام معدات التعدين الحديثة.

الخصائص الفيزيائية والكيميائية الخاصة للقار الطبيعي

يمتلك القار الطبيعي خصائص فيزيائية وكيميائية فريدة تميزه عن القار التكريري:

• محتوى عالٍ من الكبريت: تحتوي القارات المعدنية على كبريت أكثر بكثير من القارات النفطية؛ يمكن أن تتراوح هذه الكمية إلى 4% أو أكثر. على سبيل المثال، يحتوي قار ترينيداد المعدني على 3.8% كبريت. يتكون التركيب الكيميائي للجيلسونايت بشكل عام من 1% إلى 5% كبريت.
• وجود شوائب معدنية (رماد): عادةً ما تحتوي القارات المعدنية على نسبة صغيرة من الشوائب المعدنية، بما في ذلك الرماد (حوالي 1% تقريبًا). في الجيلسونايت، كلما انخفضت نسبة الرماد (مثل 5% رماد مقابل 10% رماد)، زادت جودة القار وقدم أداءً أفضل.
• محتوى أقل من الزيت: يكون الزيت في القارات الطبيعية أقل بكثير منه في القارات النفطية؛ بينما يمكن أن يشكل الزيت في القارات النفطية ما يصل إلى 70% من وزنها.
• حموضة وقابلية تصبن أعلى: تكون كمية الحمض وقابلية التصبن في القار الطبيعي أعلى من القار النفطي.
• ثبات أكبر ضد الأشعة فوق البنفسجية والتآكل (متانة أعلى): تظهر القارات الطبيعية متانة أعلى في طبقات الأسفلت والطبقات المانعة للتسرب مقارنة بالقارات النفطية. يوفر الجيلسونايت مقاومة عالية في البيئات ذات درجات الحرارة العالية جدًا وضد الرطوبة والأشعة فوق البنفسجية.
• درجة اختراق وصلابة مختلفة حسب المصدر: يمكن أن تتراوح نقطة ليونة القارات الطبيعية من 130 إلى 250 درجة مئوية. يتميز الجيلسونايت بدرجة حرارة ذوبان تتراوح بين 160 و 220 درجة مئوية.
• خصائص أخرى: يتمتع القار الطبيعي بتوافق عالٍ مع المواد النفطية، ودرجة نقاء عالية (خاصة في نوع الجيلسونايت)، ويحتوي على كميات عالية من الأسفالتين والنيتروجين، ولديه قابلية ذوبان ممتازة في المذيبات العضوية، ويظهر مقاومة عالية للماء ولمعاناً ممتازًا، ومقاومة عالية للمواد الحمضية والقاعدية. ومع ذلك، في حالته كتل، يمكن أن يكون هشًا وسهل الكسر. تتحسن جودة القار الطبيعي مع قابلية ذوبان أعلى وشبكة أصغر (حجم جسيمات أصغر).

أهم مناجم القار الطبيعي في العالم وإيران

توجد أكبر خزانات القار الطبيعي في العالم حاليًا في كندا، وفنزويلا، وعمان. تُعرف إيران أيضًا بأنها ثالث أغنى دولة من حيث مناجم القار الطبيعي، حيث تمتلك أكثر من 15% من إجمالي الاحتياطيات العالمية لهذه المادة المعدنية القيمة. يقع أكبر منجم قار طبيعي في الشرق الأوسط أيضًا في محافظة إيلام بإيران.

تقع معظم مناجم القار النشطة في إيران في المناطق الغربية من البلاد، بما في ذلك محافظات إيلام، وكرمانشاه، وخوزستان، ولرستان. تتميز محافظة كرمانشاه، وخاصة مدينة جيلان‌غرب، بمناجم عالية الجودة، حيث يتم استخراج وتصدير أكثر من 70 ألف طن من القار الطبيعي سنويًا. تشمل المناطق المهمة الأخرى التي تحتوي على مناجم القار الطبيعي في إيران: باطاق وغشان في كرمانشاه، بيشكوه وبشت كوه في لرستان (قطعه قيران)، وبالقرب من بيله سوار موغان (قيره‌دره).

على الرغم من الاحتياطيات الهائلة من القار الطبيعي في إيران، فإن معالجة هذه المادة داخل البلاد ضعيفة، ويتم تصدير أكثر من 90% منها على شكل خام إلى دول أخرى. وفي الوقت نفسه، يتم استيراد المنتجات المعالجة من هذا القار مرة أخرى إلى إيران بأسعار باهظة للغاية. يشير هذا الوضع إلى فرصة هائلة لزيادة القيمة المضافة المحلية وتقليل الاعتماد على استيراد المنتجات النهائية. من خلال تطوير تقنيات المعالجة المحلية، يمكن زيادة القيمة الاقتصادية لهذا المورد الطبيعي بشكل كبير والمساهمة في التنمية الصناعية وخلق فرص العمل في البلاد.

الاستخدامات الرئيسية للقار الطبيعي في الصناعة

يستخدم القار الطبيعي، نظرًا لخصائصه الفريدة، في العديد من الصناعات:

• الأسفلت الخاص وإنشاء الطرق: يستخدم الجيلسونايت كمعدل لرابط الأسفلت لتحسين أداء ومتانة رصف الأسفلت. تزيد هذه المادة من مقاومة الأسفلت للتشوه والتشقق والتخدد وتمنع تأثيرات الرطوبة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يؤدي استخدام القار المعدني في بناء الطرق إلى خفض تكاليف رصف الأسفلت مقارنة بالبيتومين النفطي.
• صناعات النفط والغاز: القار الطبيعي فعال للغاية في عزل أنابيب النفط والغاز لمنع التآكل والصدأ. يستخدم أيضًا كمضاف في سوائل الحفر لتثبيت الآبار، وتقليل فقدان السوائل، ومنع انتفاخ الصخور الطينية. في عمليات سمنتة آبار النفط، يستخدم كمضاف لتحسين قوة الضغط وتقليل نفاذية الأسمنت.
• حبر الطباعة: يستخدم الجيلسونايت كصبغة سوداء وراتنج في أحبار الطباعة ويوفر لمعانًا عاليًا، وتجفيفًا سريعًا، وخصائص لاصقة ممتازة.
• صناعات الدهانات والراتنجات والطلاءات: تستخدم هذه المادة في الدهانات والطلاءات لتحسين المتانة، ومقاومة الماء، والالتصاق، وتحمي الأسطح المعدنية والخشب والمواد الأخرى.
• الصب (السباكة): يستخدم كمضاف في رمال الصب لتحسين القوة والتشطيب السطحي، وكذلك كمادة رابطة أساسية في إنتاج القوالب الرملية.
• البناء ومواد البناء: يستخدم في إنتاج أغشية مقاومة للماء للأسقف، والطوابق السفلية، والهياكل الأخرى، وكذلك في المواد اللاصقة ومانعات التسرب ذات خصائص ربط قوية ومرونة. يستخدم الجيلسونايت أيضًا كمضاف في الخرسانة لتحسين قوتها، ومتانتها، ومقاومتها للماء والمواد الكيميائية.
• تطبيقات أخرى: إنتاج فحم الكوك (كوقود)، وقود الأفران، الصناعة الطبية، كحشو ومقوي في المطاط والبلاستيك، في صناعة أقطاب البطاريات، وفي إنتاج مواد الاحتكاك مثل بطانات الفرامل.

القار الطبيعي، على الرغم من الشوائب والحاجة إلى المعالجة، يمتلك خصائص فريدة مثل مقاومة عالية للأشعة فوق البنفسجية والتآكل، ومتانة أكبر، ونقطة ليونة أعلى. هذه الخصائص تجعله متفوقًا في تطبيقات محددة مثل الأسفلت المقاوم للتشقق، وعزل أنابيب النفط والغاز في البيئات المسببة للتآكل، والطلاءات الواقية التي تتطلب ثباتًا كيميائيًا ومتانة عالية. وهذا يدل على أن القار الطبيعي ليس منافسًا مباشرًا للبيتومين التكريري في جميع التطبيقات، بل يكملها، وله ميزة تنافسية كبيرة في الأسواق المتخصصة التي تتطلب أداءً فائقًا في الظروف القاسية.

ما هو القار التكريري؟ عملية الإنتاج في المصفاة

القار التكريري، الذي يُعرف أيضًا باسم القار النفطي أو القار المقطر، هو منتج ثانوي لعملية تقطير النفط الخام في المصافي. تُستخرج هذه المادة من الجزء المتبقي بعد فصل المنتجات الأخف والأكثر قيمة من النفط الخام مثل البنزين، الديزل، الكيروسين والنافثا.

عملية الإنتاج في المصفاة

تتضمن عملية إنتاج القار التكريري عدة مراحل رئيسية ومتحكمة:

• التقطير الجوي: في هذه المرحلة، يتم تسخين النفط الخام في فرن إلى درجة حرارة حوالي 350 درجة مئوية ثم يدخل برج التقطير الجوي. في هذا البرج، تتبخر وتفصل المكونات الأخف مثل البروبين والبيوتان. تخرج الأجزاء المتوسطة مثل النافثا، الكيروسين، والديزل من البرج لمزيد من المعالجة، ويبقى الجزء الأثقل وغير القابل للتبخر في قاع البرج.
• التقطير الفراغي: يُسخن الجزء المتبقي الثقيل من التقطير الجوي إلى درجة حرارة حوالي 425 درجة مئوية ويدخل برج التقطير الفراغي. في هذه المرحلة، عن طريق تطبيق ضغط فراغي، تنخفض نقطة غليان المركبات الأثقل، ويُمنع التشقق الحراري للجزيئات (Cracking). نتيجة لذلك، تُفصل آخر آثار المكونات الأخف (مثل الديزل)، ويبقى “قاع الفراغ” (Vacuum Bottom)، وهو المادة الخام الرئيسية لإنتاج القار، في قاع البرج.
• الأكسدة (نفخ الهواء): يمكن نقل قاع الفراغ الناتج عن التقطير الفراغي إلى وحدة الأكسدة. في هذه الوحدة، عن طريق نفخ الهواء اللطيف من خلاله عند درجات حرارة عالية (حوالي 280 درجة مئوية)، تتفاعل جزيئات القار مع الأكسجين وتنتج المزيد من جزيئات الأسفالتين. تؤدي هذه العملية إلى زيادة لزوجة ونقطة ليونة القار وتقليل درجة اختراقه. تُستخدم هذه الطريقة لإنتاج القار المؤكسد.
• طرق أخرى: تُستخدم طرق أخرى مثل إزالة الأسفلت بالمذيبات (Solvent Deasphalting) التي تتضمن إضافة البروبان أو البيوتان إلى بقايا الفراغ، وكذلك طريقة الخلط (Blending) التي يتم فيها خلط أنواع مختلفة من القار لتحقيق الخصائص المطلوبة، لإنتاج القار التكريري.

تتيح عملية تكرير القار التحكم الدقيق في الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمنتج النهائي. يؤدي هذا التحكم إلى الإنتاج الضخم والقياسي للقار بدرجات متنوعة. تجعل هذه القدرة الهندسية القار التكريري مثاليًا للتطبيقات ذات الحجم الكبير والواسعة النطاق مثل إنشاء الطرق، التي تتطلب التوحيد وقابلية التنبؤ بالأداء.

أنواع القار التكريري

ينتج القار التكريري بأنواع مختلفة، لكل منها خصائصه وتطبيقاته الخاصة:

• القار النقي (Pure/Penetration Grade Bitumen): يُحصل على هذا النوع من القار مباشرة من المصفاة ويُصنف بناءً على درجة صلابته (قابلية الاختراق). درجة الاختراق هي مقدار اختراق إبرة قياسية داخل القار عند درجة حرارة 25 درجة مئوية تحت حمل 100 جرام لمدة 5 ثوانٍ. كلما كانت درجة الاختراق أقل، كان القار أكثر صلابة. تتراوح الدرجات الشائعة في إنشاء الطرق بين 25 و 200. وتُعد الدرجات 60/70 و 85/100 من أكثر الأنواع استخدامًا في إيران. يُستخدم هذا النوع من القار بشكل أساسي في إنتاج الأسفلت الساخن.
• القار المؤكسد (Blown Bitumen/Oxidized Bitumen): يُنتج عن طريق نفخ الهواء في القار النقي عند درجة حرارة عالية. تؤدي هذه العملية إلى زيادة الصلابة، ونقطة الليونة (80 إلى 150 درجة مئوية)، وتقليل الحساسية للتغيرات في درجة الحرارة. كما أنه أقل مرونة. يُستخدم القار المؤكسد في عزل الأنابيب، والأسقف، والألواح العازلة للأسطح، وبطاريات السيارات.
• القار المخفف (Cutback Bitumen): يُحصل عليه بخلط القار النقي بمذيبات هيدروكربونية متطايرة (مثل البنزين أو الكيروسين) لتقليل لزوجته والبقاء سائلًا عند درجات حرارة أقل. تعتمد سرعة تصلبه على نوع المذيب. يُستخدم هذا القار في الأسفلت البارد، ورصف الأسطح، والطلاءات الواقية، ورصف الطرق بالحصى (ماكادام).
• القار المستحلب (Emulsion Bitumen): خليط من القار، والماء، ومادة استحلاب (مستحلب). يمكن استخدام هذا القار كسائل يتدفق بحرية دون الحاجة إلى حرارة عالية، ومع تبخر الماء أو تحييد الشحنة الكهربائية، يظل القار على السطح. من مزاياه تقليل التلوث البيئي والاستخدام في الأسفلت البارد في البيئات الرطبة أو العزل المائي.
• القار المعدل بالبوليمرات (Polymer Modified Bitumen – PMB): يُنتج بإضافة مركبات بوليمرية (مثل كوبوليمرات الستايرين-بوتادين، والبوليمرات المطاطية الطبيعية والمعاد تدويرها، والبوليمرات الحرارية) إلى القار النقي. يهدف هذا التعديل إلى تحسين الخصائص الميكانيكية لل bitumen، بما في ذلك التكامل، ومقاومة الكسر، والمرونة، والمتانة الأطول، وتحمل درجات الحرارة الأفضل، وتكاليف صيانة أقل، ومقاومة أفضل للماء والأكسدة. يعتبر هذا القار أيضًا خيارًا أكثر صداقة للبيئة.

الخصائص الفيزيائية والكيميائية للقار التكريري

يمتلك القار التكريري خصائص محددة تجعله مناسبًا لمجموعة واسعة من التطبيقات:

• محتوى كبريت أقل: تحتوي القارات النفطية على كمية قليلة من الكبريت، وعادة ما تكون أقل من 1%.
• نقاوة أعلى (شوائب أقل): القار النفطي أنقى ويحتوي على شوائب معدنية (رماد) أقل من القار الطبيعي.
• محتوى زيت أعلى: يمكن أن يشكل الزيت ما يصل إلى 70% من وزن القارات النفطية، وهو ما يقل عن القار الطبيعي.
• حموضة وقابلية تصبن أقل: تكون كمية الحمض وقابلية التصبن في القار النفطي أقل من القارات المعدنية.
• حساسية أكبر للتغيرات في درجة الحرارة: القار التكريري (النقي) مادة لدنة حرارياً حساسة للتغيرات في درجة الحرارة؛ يصبح أكثر ليونة في درجات الحرارة العالية وأكثر صلابة في درجات الحرارة المنخفضة. هذه الحساسية أقل في القار المنفوخ. متانته أقل من القار الطبيعي.
• خصائص أخرى: جاذبية نوعية بين 0.97 و 1.02، خليط من الجزيئات العضوية الثقيلة (الأسفالتين والمالتين اللذين يؤثران على الصلابة والالتصاق على التوالي)، لا توجد نقطة انصهار أو غليان أو تجمد محددة (لهذا السبب تُعرّف له نقطة ليونة)، خامل كيميائيًا، غير قابل للذوبان في الماء، ومقاومة بطيئة للأكسدة مما يساهم في طول عمره.

الاستخدامات الرئيسية للقار التكريري في الصناعة

يستخدم القار التكريري، نظرًا لقدرته على الإنتاج الضخم وإمكانية التحكم في خصائصه، في العديد من الصناعات، وأهمها:

• إنشاء الطرق ورصفها: يستهلك القار التكريري (حوالي 90% من إجمالي الإنتاج العالمي) بشكل كبير في إنشاء الطرق السريعة والمطارات ومدرجات الطيران. يتضمن هذا التطبيق إنشاء التصاق بين الطبقات المختلفة للرصف، وعزل الأسفلت الموجود والقديم، وخلطه بالمواد الحجرية في تحضير الأسفلت الساخن والبارد.
• عزل المباني ضد الرطوبة: يستخدم القار التكريري على نطاق واسع في عزل المباني ضد الرطوبة، بما في ذلك تغطية الأسطح، والطوابق السفلية، والجدران، وعزل الحمامات والخزانات. تستخدم أنواع معينة مثل القار المؤكسد والقار المستحلب لهذا الغرض.
• تطبيقات أخرى: يستخدم القار التكريري في إنتاج ألواح تغطية الأسطح، وبطاريات السيارات، والطلاءات. كما يستخدم في صناعة الورق للتغليف الواقي وفي صناعة الدهانات كعنصر حيوي واقتصادي.

يتأثر سعر القار التكريري، بسبب اعتماده المباشر على النفط الخام، بتقلبات السوق العالمية والعوامل الجيوسياسية. يؤدي هذا الاعتماد إلى تقلبات في الأسعار يمكن أن تؤثر على تكاليف المشاريع الكبيرة ويسلط الضوء على الحاجة إلى استراتيجيات إدارة المخاطر في شراء القار. ومع ذلك، فإن تطوير القار المعدل بالبوليمرات (PMB) يوضح جهود صناعة التكرير للتغلب على القيود المتأصلة في القار النقي (مثل الحساسية لدرجة الحرارة) والتنافس مع الخصائص المتفوقة للقار الطبيعي في مجالات المتانة والمقاومة. تضمن هذه الابتكارات مستقبل القار التكريري في التطبيقات عالية الأداء.

مقارنة الخصائص الفيزيائية والكيميائية للقار الطبيعي والتكريري

يلخص الجدول التالي، كمرجع سريع ومرئي، المعلومات الأساسية والفروق الرئيسية بين نوعي القار في لمحة واحدة. يساعد هذا المستخدمين على مقارنة الخصائص المطلوبة بسرعة والحصول على فهم أكثر شمولاً لكل نوع من أنواع القار.

الاستخدامات الرئيسية للقار الطبيعي في الصناعة

يُستخدم القار الطبيعي، بفضل خصائصه الفريدة، في مجموعة واسعة من الصناعات، وكثير منها يتجاوز الاستخدامات التقليدية للقار:

• معدل الأسفلت وإنشاء الطرق: يعمل الجيلسونايت كمعدل لمادة رابط الأسفلت، مما يحسن بشكل كبير من أداء ومتانة الأرصفة الأسفلتية. تزيد هذه المادة من مقاومة الأسفلت للتشوه والتشقق والتخدد، مما يجعل الطرق أكثر متانة وعمرًا أطول. كما أنها تمنع تأثيرات الرطوبة على الخلطات الأسفلتية. يمكن أن يساعد استخدام القار المعدني في إنشاء الطرق في تعبيد الطرق بتكلفة أقل مقارنة بالقار النفطي، لأن متانته الأعلى تؤدي إلى تقليل تكاليف الصيانة على المدى الطويل.
• صناعات النفط والغاز: يحظى القار الطبيعي بمكانة خاصة في هذه الصناعة. يُستخدم في عزل أنابيب النفط والغاز لمنع تآكلها وصدأها. كما يُستخدم كمضاف في سوائل الحفر لتثبيت الآبار، وتقليل فقدان السوائل، ومنع انتفاخ الصخور الطينية. وفي عمليات تثبيت آبار النفط بالأسمنت، يُستخدم كمضاف لتحسين قوة الضغط وتقليل نفاذية الأسمنت.
• صناعة الأحبار والطلاءات: يُستخدم الجيلسونايت كصبغة سوداء وراتنج في أحبار الطباعة، مما يوفر لمعانًا عاليًا، وتجفيفًا سريعًا، وخصائص لاصقة ممتازة. وفي الدهانات والطلاءات، يُستخدم أيضًا لتحسين المتانة، ومقاومة الماء، والالتصاق، وحماية الأسطح المعدنية والخشب وغيرها من المواد.
• السباكة: يُستخدم القار الطبيعي كمضاف في رمال السباكة لتحسين قوة وتشطيب الأسطح المصبوبة. كما يُستخدم كمادة رابطة أساسية في إنتاج قوالب الرمل، مما يوفر ثباتًا حراريًا ممتازًا ويقلل من عيوب الصب.
• البناء ومواد البناء: يُستخدم في إنتاج أغشية العزل المائي للأسقف، والطوابق السفلية، والهياكل الأخرى، مما يوفر مقاومة ممتازة للماء ومتانة عالية. كما يُستخدم في المواد اللاصقة ومانعات التسرب لتطبيقات البناء، ويمتلك خصائص ربط قوية ومرونة. ويُستخدم أيضًا كمضاف في الخرسانة لتحسين قوتها، ومتانتها، ومقاومتها للماء والمواد الكيميائية.
• تطبيقات أخرى: إنتاج فحم الكوك (كوقود)، وقود الأفران، في الصناعات الدوائية، كمادة حشو ومقوي في المنتجات المطاطية والبلاستيكية (زيادة الخصائص الميكانيكية ومقاومة الأشعة فوق البنفسجية)، في صناعة أقطاب البطاريات (لتحسين التوصيل والأداء)، وفي إنتاج مواد الاحتكاك مثل بطانات الفرامل وبطانات القابض.

الاستخدامات الرئيسية للقار التكريري في الصناعة

يستخدم القار التكريري، نظرًا لقدرته على الإنتاج الضخم وإمكانية التحكم في خصائصه، في العديد من الصناعات، وأهمها:

• إنشاء الطرق ورصفها: يُعد الاستهلاك الأكبر للقار التكريري، حوالي 90% من إجمالي الإنتاج العالمي، في مجال إنشاء الطرق. يُستخدم هذا القار كمادة رابطة أساسية في بناء الأسفلت للطرق، والطرق السريعة، والمطارات، ومدرجات الطيران. وتشمل تطبيقاته: خلق الالتصاق بين الطبقات المختلفة للرصف، وعزل الأسفلت الموجود والقديم، والخلط مع المواد الحجرية في تحضير الأسفلت الساخن والبارد.
• عزل المباني ضد الرطوبة: يُستخدم القار التكريري على نطاق واسع في عزل المباني ضد الرطوبة، بما في ذلك تغطية الأسطح، والطوابق السفلية، والجدران، ولفائف القار في الحمامات والخزانات. وتُستخدم أنواع خاصة مثل القار المؤكسد والقار المستحلب لهذا الغرض.
• تطبيقات أخرى: يُستخدم القار التكريري في إنتاج ألواح تغطية الأسطح، وبطاريات السيارات، والطلاءات. كما يُستخدم في صناعة الورق للتغليف الواقي وفي صناعة الدهانات كعنصر حيوي واقتصادي.

مزايا وعيوب كل نوع من أنواع القار

يتطلب اختيار القار المناسب فهمًا دقيقًا لمزايا وعيوب كل منهما:

القار الطبيعي:

المزايا:

• متانة عالية ومقاومة للتآكل: يُظهر القار الطبيعي، وخاصة الجيلسونايت، مقاومة عالية جدًا للتغيرات الحرارية، والعوامل الجوية، والأشعة فوق البنفسجية، والتآكل، مما يؤدي إلى متانة وعمر أطول في تطبيقات مثل الأسفلت والعزل. متانته في طبقات الأسفلت والطبقات المانعة للتسرب أكبر من القارات النفطية.
• مقاومة للتآكل والصدأ: بفضل خصائصه العازلة الممتازة، يمكنه بسهولة عزل أنابيب النفط والغاز ومنع تآكلها وصدأها.
• خصائص لاصقة خاصة وتوافق مع مشتقات النفط: يتمتع بتوافق عالٍ جدًا مع مشتقات النفط ويوفر التصاقًا ممتازًا.
• ثبات كيميائي ونقطة ليونة عالية: يتميز بوزن جزيئي عالٍ ومحتوى نيتروجين عالٍ، ويمكن أن تتراوح نقطة ليونته من 130 إلى 250 درجة مئوية، مما يدل على ثباته الحراري العالي.
• عازل رطوبة طبيعي: يُعرف بأنه أفضل عازل رطوبة طبيعي.
• إمكانية صنع قار معدل أرخص وأبسط: لديه قابلية خلط عالية مع القار النفطي ويمكن استخدامه دون الحاجة إلى تهوية لإنتاج قارات طرق قياسية.

العيوب:

• وجود شوائب: تحتوي القارات المعدنية، على عكس القارات النفطية، على شوائب مختلفة مثل الرماد (حوالي 1% أو أكثر) والمواد المعدنية. يمكن أن تختلف جودة الشحنات في حالة الاستخراج غير السليم.
• محتوى كبريت عالٍ: يحتوي على كمية أكبر من الكبريت (عادة أكثر من 3%) مقارنة بالبيتومين النفطي.
• محتوى زيت أقل: يحتوي على زيت أقل مما قد يؤثر على بعض خصائصه الفيزيائية.
• تنوع أقل في الخصائص: قد تختلف خصائصه حسب مصدر المنجم وله قابلية تحكم أقل في عملية الإنتاج.
• يحتاج إلى معالجة لبعض التطبيقات: يتطلب المعالجة لتحقيق مواصفات فنية دقيقة في بعض التطبيقات.
• سعر أعلى (في بعض الحالات): قد تكون تكلفة استخراج ومعالجة القار الطبيعي أعلى من القار التكريري.

القار التكريري:

المزايا:

• نقاوة عالية وشوائب أقل: القار التكريري أنقى ويحتوي على شوائب معدنية أقل.
• التحكم في الخصائص في عملية الإنتاج: تتيح عملية التكرير التحكم الدقيق في الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمنتج النهائي، مما يؤدي إلى إنتاج كميات كبيرة ومعيارية من القار بدرجات متنوعة.
• سهولة الوصول والإنتاج الضخم: بفضل إنتاجه من النفط الخام، يسهل الوصول إليه، ويمكن إنتاجه بكميات كبيرة.
• سعر أكثر تنافسية: بفضل الإنتاج الضخم والعمليات الصناعية، يكون سعره عادة أكثر تنافسية من القار الطبيعي.
• تنوع في الأنواع: يشمل القار النقي، والمؤكسد، والمخفف، والمستحلب، والمعدل بالبوليمرات، وكل نوع منها مُحسّن لتطبيقات محددة.

العيوب:

• حساسية للتغيرات في درجة الحرارة: القار التكريري مادة لدنة حرارياً ويظهر حساسية أكبر للتغيرات في درجة الحرارة؛ يصبح أكثر ليونة في درجات الحرارة العالية وأكثر صلابة في درجات الحرارة المنخفضة. يحد هذا القيد من أدائه في الظروف الجوية القاسية.
• متانة أقل ضد العوامل البيئية: مقارنة بالقار الطبيعي النقي، يظهر متانة أقل ضد العوامل البيئية.
• اعتماد السعر على النفط الخام: يرتبط سعره بشدة بأسعار النفط الخام العالمية والعوامل المؤثرة على عرضه وطلبه، مما يؤدي إلى تقلبات في الأسعار.

العوامل المؤثرة على سعر القار الطبيعي والتكريري

يتأثر سعر القار، سواء كان طبيعيًا أو تكريريًا، بعدة عوامل يجب فهمها لتخطيط المشاريع:

العوامل المؤثرة على سعر القار الطبيعي:

يتأثر سعر القار الطبيعي (الجيلسونايت) بمجموعة معقدة من العوامل التي تعكس وضعه كسلعة معدنية ذات نقاء وسلسلة توريد متغيرة. تشمل هذه العوامل:

• تقلبات العملة، والعقوبات الدولية، والقوانين المحلية: تؤثر هذه العوامل الاقتصادية والسياسية الكلية بشكل مباشر على السعر المحلي والتصديري للقار الطبيعي.
• وقت الاستخراج واستغلال المناجم: في مواسم الأمطار من العام، وبسبب عدم إمكانية الاستغلال، يتأثر بيع وشراء القار المعدني.
• السعر العالمي للقار الطبيعي: يؤثر هذا العامل على المبيعات والتسعير في الأسواق الدولية.
• تحليل القار وجودته: تؤثر عوامل مثل نسبة الرماد (كلما قلت، زادت الجودة والسعر)، وقابلية الذوبان (كلما زادت، كانت الجودة أفضل)، وحجم الشبكة (كلما كانت أدق، كانت الجودة أفضل)، ودرجة الاختراق، ودرجة الليونة، ومحتوى الكربون والنيتروجين، كلها على جودة الجيلسونايت وبالتالي سعره.
• الشكل (مسحوق أو كتل) وطريقة التعبئة: يكون سعر القار المسحوق عادة مختلفًا بسبب المعالجة الإضافية.
• حجم وكمية القار: يمكن أن يؤثر الشراء بكميات كبيرة على سعر الوحدة.
• منطقة استخراج القار: تختلف جودة وخصائص القار الطبيعي حسب المنجم ومنطقة الاستخراج.

العوامل المؤثرة على سعر القار التكريري:

يتم تحديد سعر القار التكريري بشكل أساسي من خلال سوق النفط الخام، ولكن عوامل أخرى تؤثر عليه أيضًا. تشمل هذه العوامل:

• سعر النفط الخام (بقايا التقطير الفراغي): باعتباره المادة الخام الرئيسية لإنتاج القار، يُعد سعر النفط الخام العامل الأكثر أهمية في تحديد سعر القار التكريري. تؤثر تقلبات سعر نفط برنت بشكل مباشر على سعر المشتقات النفطية، بما في ذلك القار.
• مستوى العرض والطلب: تؤثر ظروف السوق المحلية والعالمية، وطلب وعرض القار، على سعره.
• تكاليف الإنتاج: يمكن أن يؤثر ارتفاع تكاليف المواد الخام (بقايا التقطير الفراغي)، وأجور العمالة، والنقل على سعر القار.
• السياسات الحكومية: يمكن أن تلعب التسعيرة الموجهة، والتعريفات الجمركية على الصادرات، والإعانات دورًا حاسمًا في سعر القار في السوق المحلية.
• جودة ونوع القار: يختلف سعر القار حسب مواصفاته الفنية (مثل درجة الاختراق، نقطة الليونة، نقطة الوميض، وقابلية الذوبان) ونوعه (نقي، مؤكسد، مخفف، مستحلب). القار ذو الجودة العالية يكون سعره أعلى. تُعتبر القارات المستحلبة عادة النوع الأكثر اقتصادية من القار التكريري.
• العلامة التجارية والمصنع: عادة ما تكون أسعار العلامات التجارية الشهيرة للقار أعلى.
• طريقة العرض (بالجملة أو في براميل): القار بالجملة عادة ما يكون أرخص من القار في البراميل، خاصة للمشاريع الكبيرة.
• سعر الصرف والتضخم: يمكن أن تؤدي تقلبات سعر الصرف والتضخم أيضًا إلى زيادة سعر القار في السوق المحلية.

يتم تعديل سعر القار التكريري في بورصة المنتجات النفطية الإيرانية عادة مرتين في الأسبوع بناءً على التغيرات في سعر بقايا التقطير الفراغي. وهذا يشير إلى سوق شفافة ومعيارية نسبيًا لهذه السلعة.

كيف تختار القار المناسب لمشروعك؟

يُعد اختيار القار المناسب قرارًا حاسمًا يؤثر على متانة المشروع، وأدائه، وتكلفته الإجمالية. يعتمد هذا الاختيار على عدة عوامل:

نوع المشروع:

• إنشاء الطرق: لرصف الطرق، يُستخدم القار التكريري (خاصة القار النقي بدرجة اختراق 60/70 أو 85/100) بشكل شائع. في المشاريع التي تتطلب متانة ومقاومة عالية للتشقق والتشوه، يُوصى باستخدام القار المعدل بالبوليمرات (PMB) أو القار الطبيعي (كمعدل). للأسفلت البارد أو في البيئات الرطبة، يكون القار المستحلب أو القار المخفف أكثر ملاءمة.
• العزل المائي: لعزل الأسقف، والحمامات، والخزانات، يُستخدم القار السائل (60/70) أو خليط القار التكريري بشكل شائع. يُعرف القار الطبيعي أيضًا بأنه أفضل عازل مائي طبيعي ويستخدم في إنتاج أغشية مقاومة للماء ولفائف العزل المائي (إيزوغام).
• التطبيقات المتخصصة: لتطبيقات مثل حبر الطباعة، وسوائل الحفر، والطلاءات الواقية عالية المتانة، أو المضافات في السباكة، يُعد القار الطبيعي (الجيلسونايت) الخيار المفضل بسبب خصائصه الكيميائية والفيزيائية الخاصة.

الظروف المناخية:

• المناطق الحارة: في المناطق ذات درجات الحرارة العالية وأشعة الشمس المباشرة، يُوصى باستخدام قارات ذات نقطة ليونة أعلى وحساسية أقل لدرجة الحرارة. يُعد القار المؤكسد التكريري أو القار الطبيعي مناسبًا بسبب ثباتهما الأكبر في درجات الحرارة العالية. يُستخدم خليط القار التكريري أيضًا لمنع حركة القار في المناطق الحارة.
• المناطق الباردة: في درجات الحرارة المنخفضة، يجب أن يحافظ القار على مرونته لمنع التشقق. تُعد القارات ذات درجة الاختراق الأعلى أو القارات المعدلة بالبوليمرات التي تتمتع بمقاومة أفضل للتشقق في درجات الحرارة المنخفضة أكثر ملاءمة.

الميزانية:

• يتميز القار التكريري، بسبب الإنتاج الضخم، عادة بسعر أكثر تنافسية وهو خيار مناسب للمشاريع الكبيرة ذات الميزانية المحدودة. يُعرف القار المستحلب أيضًا بأنه أحد أكثر أنواع القار التكريري اقتصادية.
• قد يكون سعر القار الطبيعي، وخاصة الأنواع الأكثر نقاءً، أعلى، ولكن متانته وأدائه المتفوق يمكن أن يؤديا إلى تقليل تكاليف الصيانة والإصلاح على المدى الطويل.

المتطلبات والمعايير الفنية:

• قد تتطلب المشاريع الالتزام بمعايير محددة (مثل ASTM، AASHTO، EN) التي تحدد نوع ودرجة القار.
• في بعض الحالات، توجد حاجة إلى خصائص معينة مثل المقاومة العالية للمواد الكيميائية، أو الالتصاق الفائق، أو المقاومة للأشعة فوق البنفسجية، والتي يمكن أن يلبيها القار الطبيعي أو القارات المعدلة بالبوليمرات.

باختصار، يُعد اختيار القار المناسب عملية اتخاذ قرار متعددة الأوجه يجب أن تتم مع مراعاة دقيقة لاحتياجات المشروع، والظروف البيئية، ومزايا وعيوب كل من القار الطبيعي والتكريري.

مستقبل القار الطبيعي والتكريري في الصناعة

تحظى صناعة القار، سواء في قطاعها الطبيعي أو التكريري، بمستقبل مشرق ومستقر بفضل استمرارية البناء في العالم والحاجة المستمرة لإصلاح وإنشاء الطرق والبنية التحتية. ينمو سوق القار العالمي ومن المتوقع أن يصل إلى 126.96 مليار دولار بحلول عام 2032. ومع ذلك، تواجه هذه الصناعة تحديات مهمة ستشكل مسارها المستقبلي.

التحديات:

• المخاوف البيئية: يرتبط إنتاج واستخدام القار، وخاصة القار التكريري، بمخاوف بيئية كبيرة بسبب انبعاثات الغازات الدفيئة، واستهلاك الطاقة والمياه العالي، وإنتاج الملوثات مثل المركبات العضوية المتطايرة (VOCs) والهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات (PAHs). يمكن أن يؤدي استخراج القار من الرمال النفطية أيضًا إلى تدهور واسع النطاق للأراضي وتلوث المياه.
• تقلبات أسعار النفط الخام: نظرًا لأن القار التكريري مشتق من النفط الخام، فإن تقلبات أسعار النفط الخام تؤثر بشكل مباشر على تكاليف إنتاج القار وسعره النهائي.
• الطبيعة غير المتجددة: القار مورد غير متجدد، مما يخلق ضغطًا متزايدًا لإيجاد بدائل مستدامة وصديقة للبيئة.

الفرص والاتجاهات المستقبلية:

تستجيب صناعة القار لهذه التحديات من خلال الابتكار والتركيز على الاستدامة:

• زيادة استخدام الأسفلت المعاد تدويره (RAP): يتزايد إعادة تدوير الأسفلت من الطرق القديمة ومواد تسقيف المباني. لا يوفر هذا النهج مزايا بيئية فحسب، بل يقلل التكاليف أيضًا. في الولايات المتحدة وأوروبا، تُستخدم أكثر من 20% من المواد المعاد تدويرها في إنتاج الأسفلت، ويُمكن إعادة تدوير أسفلت الطرق بنسبة 100%. يُقلل استخدام RAP الحاجة إلى القار الخام والمواد الحصوية البكر.
• تطوير القار المعدل بالبوليمرات (PMB): أصبح PMB خيارًا مفضلاً للتطبيقات عالية الإجهاد مثل الطرق السريعة والمطارات نظرًا لمتانته، ومرونته، ومقاومته المحسنة للتشوه والتشقق. تُحسن هذه الابتكارات باستمرار أداء وفعالية PMB من حيث التكلفة، بما في ذلك استخدام البوليمرات المعاد تدويرها.
• الاتجاه نحو القار الحيوي (Bio-Based Bitumen): يتزايد البحث والتطوير في مجال البدائل الحيوية للقار التقليدي. تُستخلص هذه القارات من مصادر متجددة مثل الزيوت النباتية، والطحالب، والخشب، أو الكتلة الحيوية الناتجة عن النفايات، وتُعتبر خيارًا أكثر استدامة لتقليل البصمة الكربونية لمشاريع البناء.
• الأسفلت المخلوط الدافئ (Warm Mix Asphalt – WMA): تُنتج هذه القارات وتُضغط في درجات حرارة أقل من الأسفلت الساخن التقليدي، مما يؤدي إلى انخفاض كبير في استهلاك الطاقة وانبعاثات الكربون خلال عملية الإنتاج والنقل والضغط.
• الابتكارات التكنولوجية:
  • النانو تكنولوجيا: يؤدي دمج المواد النانوية في تركيبات القار لزيادة قوة الطريق ومقاومتها للتآكل إلى ثورة في متانة أسطح الطرق الحديثة.
  • القارات ذاتية الشفاء وتحسين الخلط بالذكاء الاصطناعي: تبشر الأبحاث الجارية حول المواد الرابطة ذاتية الشفاء وتحسين الخلط بمساعدة الذكاء الاصطناعي بمزيد من التقدم في أداء القار.

بشكل عام، نظرًا للاستثمارات العالمية في تطوير البنية التحتية والتوسع الحضري المتزايد، ستستمر الحاجة إلى القار. وفي الوقت نفسه، تتجه الصناعة نحو حلول أكثر استدامة، وأداءً أعلى، وأكثر ملاءمة للبيئة لمعالجة التحديات البيئية والاقتصادية. تدفع هذه التطورات مستقبل صناعة القار نحو الاستدامة والابتكار.

الخاتمة

يُعد القار، سواء كان طبيعيًا أو تكريريًا، مادة هيدروكربونية حيوية تلعب دورًا محوريًا في تطوير البنية التحتية ومختلف الصناعات. فبينما يشكل القار التكريري، وهو منتج تقطير النفط الخام، العمود الفقري لإنشاء الطرق الحديثة والعزل بفضل قدرته على الإنتاج الضخم والتحكم في خصائصه، فإن القار الطبيعي، بأصله الجيولوجي الفريد، يوفر خصائص جوهرية متفوقة في المتانة، ومقاومة الأشعة فوق البنفسجية، والثبات الكيميائي.

تظهر الفروق الرئيسية بين هذين النوعين من القار في الأصل، وعملية الإنتاج، والتركيب الكيميائي (مثل محتوى الكبريت، والرماد، والزيت)، والخصائص الفيزيائية (مثل نقطة الليونة والحساسية لدرجة الحرارة). وقد تمكن القار التكريري، على الرغم من حساسيته الأكبر للتغيرات في درجة الحرارة، من رفع أدائه إلى مستويات أعلى من خلال الأنواع المعدلة مثل القار المعدل بالبوليمرات، والاستجابة لاحتياجات السوق الأكثر تعقيدًا. في المقابل، حافظ القار الطبيعي، على الرغم من التحديات مثل الشوائب المتأصلة والحاجة إلى معالجة متخصصة، على ميزته التنافسية في التطبيقات الخاصة ذات القيمة المضافة العالية التي تتطلب متانة ومقاومة لا مثيل لها (مثل عزل أنابيب النفط والغاز أو حبر الطباعة).