역청

Bitumen
사해의 천연 역청
정제 역청
역청의 점도를 입증한 퀸즐랜드 대학교의 피치 강하 실험

비투멘(영국: /ˈ b ɪ tj ʊ m ɪn/ BIT-ew-min, 미국: /b ɪˈ tj ː m ən, ba ɪ-/ bih-TEW-m ən, bye-)은 석유의 매우 점성이 높은 구성 성분입니다. 그것의 정확한 구성에 따라 그것은 끈적끈적한 검은 액체일 수도 있고, 매우 큰 시간 규모에서 액체로 행동하는 겉보기에는 고체 덩어리일 수도 있습니다. 미국에서는 일반적으로 이 물질을 아스팔트라고 부릅니다. 천연 매장물에서 발견하든 석유에서 정제하든 그 물질은 피치로 분류됩니다.[2] 20세기 이전에는 아스팔트라는 용어가 일반적으로 사용되었습니다.[3] 이 단어는 자연적인 역청이나 음높이를 가리키는 고대 그리스의 ἄσφ α λτος 아스팔토스에서 유래되었습니다. 세계에서 가장 큰 역청의 천연 퇴적물은 트리니다드 남서부의 피치 호수로, 1천만 톤이 함유된 것으로 추정됩니다.[4]

연간 역청 생산의 70%는 주요 용도인 도로 건설을 위한 것입니다.[5] 이 응용 분야에서 역청은 자갈과 같은 골재 입자를 결합하는 데 사용되며 구어체로 아스팔트라고 하는 아스팔트 콘크리트라고 하는 물질을 형성합니다. 다른 주요 용도는 루프 펠트 및 루프 실란트와 같은 유연성 방수 제품에 있습니다.[6]

재료 과학과 공학에서 "아스팔트"와 "비투멘"이라는 용어는 종종 서로 교환 가능하게 사용되며 어떤 용어가 가장 일반적인지에 대한 지역적인 차이가 있지만 물질의 자연적인 형태와 제조된 형태를 모두 나타냅니다. 전 세계적으로 지질학자들은 자연적으로 발생하는 물질에 대해 "역청"이라는 용어를 선호하는 경향이 있습니다. 선택된 원유의 증류 과정에서 정제된 잔여물인 제조 재료의 경우, "비투멘"이 세계 대부분에서 널리 사용되는 용어이지만, 미국 영어에서는 "아스팔트"가 더 일반적으로 사용됩니다. 혼동을 피하기 위해 미국에서는 아스팔트 콘크리트와 구별하기 위해 "액체 아스팔트", "아스팔트 바인더" 또는 "아스팔트 시멘트"라는 문구를 사용합니다. 구어적으로 다양한 형태의 아스팔트는 라 브레아 타르 핏스의 이름처럼 "타르"라고 불리기도 합니다.[7]

자연적으로 발생하는 역청은 때때로 "조잡한 역청"이라는 용어로 지정됩니다. 점도는 차가운 당밀과[8][9] 비슷하지만 525°C(977°F)에서 끓는 원유의 분별 증류에서 얻은 물질은 정제된 역청으로 불리기도 합니다. 캐나다 앨버타 주는 아타바스카 오일샌드에 세계 대부분의 천연 역청이 매장되어 있는데, 이 지역은 영국보다 넓은 142,000 평방 킬로미터(55,000 평방 마일)에 달합니다.[10]

용어.

어원

라틴어 단어는 인도유럽조어 어근 *g ʷet - "pitch"로 추적됩니다. 다른 동족에 대해서는 해당 링크를 참조하십시오.

"비투멘"이라는 표현은 산스크리트어에서 유래되었는데, 우리는 "피치"를 의미하는 "자투"와 "피치 생성", "피치 생성"(침엽수 또는 수지성 나무를 지칭함)을 의미하는 "자투-크리트"라는 단어를 발견합니다. 라틴어에 해당하는 것은 원래 "귀투맨"(pitch와 관련된 것)이라고 주장하는 사람도 있고, 다른 사람들은 "pixtumens"(pixtumens)(빠지거나 부글거리는 피치)라고 주장하는데, 이는 나중에 "비투멘"(bitumen)으로 짧아진 후 프랑스어를 거쳐 영어로 전달됩니다. 같은 뿌리에서 앵글로색슨어 "크위두" (Mastix), 독일어 "키트" (시멘트 또는 매스틱), 고대 노르드어 "크바다" (kvada)가 파생되었습니다.[11]

"아슈팔트"라는 단어는 "갈라서다"라는 뜻의 아카디아어 "아스팔투" 또는 "스팔로"에서 유래되었다고 주장됩니다. 후에 호메로스 그리스인들은 "단단하게", "안정적으로", "안정적으로"를 의미하는 ἐς와 "단단하게 또는 안정적으로", "안정적으로"를 의미하는 ίσω인 동사 ἄσφ α λίξω의 형태로 채택되었습니다.

아스팔트(asphalt)라는 단어는 중세 영어 후기, 라틴어 아스팔트(aspalt), 아스팔트(aspalt)를 기반으로 한 프랑스어 아스팔트(aspalt)에서 유래되었으며, 이는 그리스어 ἄσφ α λτος(aspaltos, aspalt)를 라틴어화한 것으로, "아스팔트/비투멘/피치"를 의미하는 단어로, 아마도 ἀ-, "없지 않다, 없다", 즉 알파 민영화와 σφάλλειν(sphallein)에서 유래되었을 것입니다. "넘어지게 하다, 배플하다, (수동적으로) err, (수동적으로) err, (수동적으로) beck of"[13]

아스팔트를 처음 사용한 것은 여러 가지 물건을 확보하거나 접합하기 위한 시멘트였기 때문에 명칭 자체가 이 용도를 표현한 것으로 보입니다. 특히 헤로도토스는 바빌론의 거대한 요새화 벽을 짓기 위해 역청을 가져왔다고 언급했습니다.[14]

그리스어에서, 이 단어는 후기 라틴어로 전달되었고, 그 후 프랑스어 (아스팔테)와 영어 (아스팔툼)로 전달되었습니다. 프랑스어에서 아스팔트라는 용어는 자연적으로 발생하는 아스팔트에 젖은 석회암 퇴적물과 도로를 포장하는 데 사용되는 "아스팔트 콘크리트"보다 공극이 적거나 역청 함량이 높은 전문 제조 제품에 사용됩니다.

현대 용어

점토와 섞인 역청은 보통 "아스팔툼"이라고 불렸지만, 오늘날 이 용어는 덜 일반적으로 사용됩니다.[15]

미국 영어에서 "아스필트"는 영국어 "비투멘"에 해당합니다. 그러나 "아스팔트"는 일반적으로 "아스팔트 콘크리트"의 축약된 형태로도 사용됩니다(따라서 영국의 "아스팔트" 또는 "타르맥"과 동등함).

캐나다 영어에서 "비투멘"이라는 단어는 매우 무거운 원유의 캐나다 매장량을 나타내는 데 사용되는 반면,[16] "아스팔트"는 정유 제품에 사용됩니다. 캐나다 석유 산업에서는 희석된 역청(파이프라인에 흐르게 하기 위해 나프타로 희석)을 "딜비트"라고 하며, 역청을 합성 원유로 "업그레이드"하는 것을 "신크루드"라고 하며, 역청과 혼합된 신크루드를 "신크루드"라고 합니다.[17]

"비투멘"은 여전히 석유의 고체 또는 반고체 형태의 자연적으로 발생하는 퇴적물에 대한 선호되는 지질학 용어입니다. "부드러운 바위"는 역청이 스며든 사암의 한 형태입니다. 캐나다 앨버타주의 오일샌드도 비슷한 물질입니다.

"아스팔트" 또는 "비투멘"이라는 용어 중 어느 것도 타르 또는 석탄 타르와 혼동해서는 안 됩니다. 타르는 석탄과 같이 화석화되거나 갓 수확된 것과 같이 주로 식생 덩어리에서 공급되는 유기 탄화수소의 건조 증류 및 열분해의 두꺼운 액체 생성물입니다. 그러나 대부분의 역청은 대량의 유기동물물질이 물에 의해 퇴적되어 산소가 없는 상태에서 흐트러진 지방탄화수소 분자들이 긴 사슬로 결합한 규조점에 수백 미터 깊이로 매장되면서 자연적으로 형성되었습니다. 역청은 고체 또는 점성이 높은 액체로 발생합니다. 석탄 퇴적물과 혼합될 수도 있습니다. 역청, 그리고 베르기우스 공정을 이용한 석탄은 휘발유와 같은 석유로 정제될 수 있고 역청은 타르로 증류될 수도 있습니다.

구성.

참고 항목: 아스팔텐

정상구성

역청의 성분은 크게 네 가지 종류의 화합물을 포함합니다.

비투멘은 일반적으로 탄소 80 중량%, 수소 10 중량%, 황 6 중량% 및 분자적으로 90% 내지 65%의 말텐에 분산된 아스팔텐 5 내지 25 중량%를 포함합니다.[18] 대부분의 천연 비투멘에는 유기황 화합물도 포함되어 있으며, 니켈과 바나듐은 일부 석유에서 볼 수 있듯이 100만분의 10 미만으로 발견됩니다.[6] 이 물질은 이황화탄소에 녹습니다. 일반적으로 콜로이드로 모델링되며, 아스팔텐은 분산상, 말텐은 연속상입니다.[19] "화학 구조가 다른 분자의 수가 매우 많기 때문에 역청의 모든 다른 분자를 분리하고 식별하는 것은 거의 불가능합니다."[20]

아스팔트는 석탄의 파괴적인 증류에 의해 생성되는 시각적으로 유사한 검은색 열가소성 물질인 콜타르와 혼동될 수 있습니다. 도시가스가 생산되던 20세기 초중반 동안 콜타르는 쉽게 구할 수 있는 부산물이었고 도로 골재의 바인더로 광범위하게 사용되었습니다. 마카담 도로에 콜타르가 추가되면서 "타르맥"이라는 단어가 생겨났고, 이 단어는 현재 도로를 만드는 재료를 가리키는 일반적인 용어로 사용됩니다. 그러나 천연 가스가 도시 가스를 계승한 1970년대 이후 역청은 이러한 응용 분야에서 콜타르의 사용을 완전히 추월했습니다. 이러한 혼란의 다른 예로는 라브레아 타르 핏스와 캐나다 타르 샌드가 있는데, 이 두 가지 모두 실제로 타르가 아닌 천연 역청을 포함하고 있습니다. "피치"는 피치 레이크에서처럼 때때로 아스팔트를 가리키는 데 비공식적으로 사용되는 또 다른 용어입니다.

첨가제, 혼합물 및 오염물질

경제적인 이유와 다른 이유로 역청은 때때로 다른 재료와 결합되어 판매되며, 종종 단순히 "역청" 이외의 다른 것으로 표시되지 않습니다.[21]

특히 주목할 점은 아스팔트 제조에 재정제된 엔진 오일 바닥("REOB" 또는 "REOBs")을 사용하는 것입니다. 이는 재정제된 진공 증류탑 바닥에서 회수한 재활용된 자동차 엔진 오일의 잔여물입니다. REOB에는 재활용 엔진 오일에서 발견되는 다양한 원소와 화합물이 포함되어 있습니다. 원래 오일에 첨가제를 첨가하고 엔진에서 순환하면서 축적되는 재료(일반적으로 철과 구리)가 포함되어 있습니다. 일부 연구에 따르면 역청의 불순물과 성능이 떨어지는 포장 사이의 상관관계가 있다고 합니다.[21]

발생

프랑스 클레르몽페랑의 푸이 드 라 푸아의 유연한 노두

상업적으로 사용되는 역청의 대부분은 석유에서 얻습니다.[22] 그럼에도 불구하고 자연에서는 많은 양의 역청이 농축된 형태로 발생합니다. 자연적으로 발생하는 역청의 퇴적물은 고대의 미세한 해조류(단조류)와 다른 한 때 생물의 잔해로부터 형성됩니다. 이 역청의 천연 퇴적물은 거대한 늪지 숲이 지구의 많은 지역을 지배했던 석탄기에 형성되었습니다.[23] 그것들은 유기체가 사는 바다나 호수 바닥의 진흙 속에 퇴적되었습니다. 땅속 깊은 곳에 묻히는 열(50℃ 이상)과 압력 하에서, 유해는 역청, 등유 또는 석유와 같은 물질로 변형되었습니다.

역청의 천연 퇴적물로는 트리니다드 토바고의 피치 호수와 베네수엘라의 버뮤데즈 호수와 같은 호수가 있습니다. 자연적인 누출은 사해뿐만 아니라 캘리포니아의 라브레아 타르 핏스와 맥키트릭 타르 핏스에서 발생합니다.

역청은 또한 캐나다 앨버타의 "오일 샌드"와 미국 유타의 유사한 "타르 샌드"로 알려진 통합되지 않은 모래 돌에서 발생합니다. 캐나다의 앨버타 주는 영국이나 뉴욕 주보다 더 큰 142,000 평방 킬로미터 (55,000 평방 마일)에 달하는 세 개의 거대한 매장량으로 세계의 대부분의 매장량을 가지고 있습니다. 이 유연한 모래는 상업적으로 확립된 석유 매장량 1,660억 배럴(26.4×10^9m3)을 포함하고 있어 캐나다는 세계에서 세 번째로 큰 석유 매장량을 보유하고 있습니다. 역사적으로 도로를 포장하기 위해 정제하지 않고 사용되었지만, 현재 거의 모든 생산량이 캐나다와 미국에서 정유 공장의 원료로 사용되고 있습니다.[10]

세계에서 가장 큰 천연 역청 퇴적물인 아타바스카 오일 샌드는 북부 앨버타의 맥머레이 층에 위치해 있습니다. 이 지층은 백악기 초기의 것으로, 최대 20%의 기름을 함유한 수많은 기름 함유 모래 렌즈로 구성되어 있습니다.[24] 동위원소 연구에 따르면 석유 매장층은 약 1억 1천만 년 전에 형성된 것으로 나타났습니다.[25] 아타바스카 오일샌드의 서쪽과 남동쪽에 있는 피스 리버 오일샌드와 콜드 레이크 오일샌드에서 더 작지만 여전히 매우 큰 두 개의 대형이 각각 발생합니다. 앨버타 주의 퇴적물 중, 아타바스카 오일 샌드의 일부만이 지표 채굴에 적합할 정도로 얕습니다. 나머지 80%는 증기 보조 중력 배수와 같은 향상된 오일 회수 방법을 사용하여 유정에서 생산해야 합니다.[26]

훨씬 더 작은 중유나 역청 퇴적물도 미국 유타주의 우인타 분지에서 발생합니다. 예를 들어, 타르 샌드 트라이앵글 퇴적물은 약 6% 역청입니다.[24]

역청은 열수맥에서 발생할 수 있습니다. 이것의 예는 미국 유타주의 우인타 분지 안에 있는데, 이곳에는 길소나이트라고 불리는 고체 탄화수소로 구성된 측면과 수직으로 광범위한 정맥의 무리가 있습니다. 매장 및 진단 과정에서 그린 리버 층의 더 깊은 오일 셰일에서 동원된 탄화수소의 중합 및 응고로 형성된 이 정맥들.[27]

역청은 탄소질 운석의 유기물과 유사합니다.[28] 그러나 자세한 연구 결과 이러한 재료는 구별되는 것으로 나타났습니다.[29] 광대한 앨버타 역청 자원은 수백만 년 전 고대 바다가 앨버타를 뒤덮으면서 죽은 해양 식물과 동물, 주로 조류에서 살아있는 물질로 시작된 것으로 여겨집니다. 그것들은 진흙으로 덮여 있었고, 시간이 지남에 따라 깊이 묻혔으며, 50~150°C(120~300°F)의 온도에서 지열에 의해 기름으로 부드럽게 익었습니다. 8천만~5천5백만 년 전 앨버타 남서부 로키산맥의 상승 압력 때문에 석유가 수백 킬로미터 북동쪽으로 몰리면서 고대 강바닥과 바다 해변이 남긴 지하 모래 퇴적물에 갇혀 오일샌드가 형성됐습니다.[26]

역사

구석기 시대

역청의 가장 초기 추정 사용은 원시 석기에 손잡이를 부착하기 위해 역청이 사용된 구석기 시대로 거슬러 올라갑니다.[30]

1908년 프랑스 르 무스티에 바위 보호소에서 발견된 유물들을 재조사한 결과 황토와 역청으로 만들어진 그립에 붙어있던 무스테리안 석기들이 확인되었습니다.[31] 그립은 55% 갈은 황토와 45% 조리된 액체 역청으로 제조되어 손잡이로 굳어지는 성형 가능한 퍼티를 만들었습니다. Le Moustier에서의 초기 발굴은 고고학적 문화와 시대에 대한 결정적인 식별을 막지만, 이러한 도구의 유럽 Mousterian 스타일은 현재보다 60,000년에서 35,000년 전인 중기 구석기 후기의 네안데르탈인과 관련이 있음을 시사합니다. 유럽에서 복합 접착제를 사용한 최초의 증거입니다.

고대

방수를 위해 천연 역청을 사용하고 접착제로 사용한 것은 적어도 기원전 5천년까지 거슬러 올라가며, 인더스 계곡 문명의 메가르에서 발견된 농작물 저장 바구니와 함께 줄이 늘어섰습니다.[32] 기원전 3천년까지 이 지역에서 정제된 암석 아스팔트가 사용되었고, 모헨조다로의 대욕장을 방수하는 데 사용되었습니다.[33]

고대 근동에서 수메르인들은 벽돌과 돌 사이의 모르타르, 눈과 같은 조각의 일부를 제자리에, 배를 끓이는 데, 방수를 위해 천연 역청 퇴적물을 사용했습니다.[3] 그리스 역사가 헤로도토스는 바빌론 성벽에서 뜨거운 역청이 모르타르로 사용되었다고 말했습니다.[34]

세미라미스 여왕(c.기원전 800년) 당시 바빌론의 유프라테스강 아래에 있는 길이 1킬로미터(0.62마일)의 유프라테스 터널은 방수제로 역청으로 덮인 불에 탄 벽돌로 건설된 것으로 알려졌습니다.[3]

역청은 고대 이집트인들이 미라를 방부 처리하는 데 사용했습니다.[3][35] 아스팔트를 뜻하는 페르시아어 단어는 moom으로 영어 단어 miram과 관련이 있습니다. 이집트인들의 역청의 주요 원천은 로마인들이 팔루스 아스팔트(아스팔트 호수)로 알고 있던 사해였습니다.

서기 40년경 디오스코리데스는 사해의 물질을 유다이쿰 역청(Judaicum bitumen)이라고 표현했으며, 이 물질을 발견할 수 있는 지역의 다른 곳들에 주목했습니다.[36] 시돈 역청은 레바논의 하스베야에서 발견된 물질을 지칭하는 것으로 생각됩니다.[37] 플리니는 또한 에피루스에서 역청이 발견되는 것을 말합니다. 역청은 귀중한 전략적 자원이었습니다. 이것은 기원전 312년 셀레우코스 왕조와 나바테아누스 왕조 사이의 최초의 탄화수소 매장량 싸움의 대상이었습니다.[38]

고대 극동 지역에서는 천연 역청을 천천히 끓여 더 높은 분획을 제거하고, 더 높은 분자량의 열가소성 물질을 남겼는데, 이 물질은 물체 위에 층을 쌓으면 냉각 시 딱딱해집니다. 이것은 딱지 및 기타 품목과 [3]같이 방수가 필요한 물체를 덮는 데 사용되었습니다. 가신들의 상은 또한 일본에서, 그리고 아마도 중국에서도 이런 종류의 재료로 주조되었습니다.[citation needed]

북아메리카에서, 고고학적인 회복은 역청이 때때로 돌 발사체 점을 나무 축에 붙이기 위해 사용되었다는 것을 나타냅니다.[39][40] 캐나다에서 원주민들은 자작나무 껍질 카누를 방수하기 위해 아타바스카 강둑에서 스며 나오는 역청을 사용했고, 여름에는 모기를 막기 위해 스머지 화분에 데우기도 했습니다.[26] 비투멘은 또한 식민지 이전 남부 캘리포니아의 원주민들이 사용했던 플랭크 카누를 방수하는 데 사용되었습니다.

유럽 대륙

1553년 피에르 벨론(Pierre Belon)은 그의 작품 Observations에서 피치와 역청의 혼합물인 피사스팔토(pissasphalto)가 라구사 공화국(현재 크로아티아 두브로브니크)에서 선박의 방수 처리에 사용되었다고 설명했습니다.[42]

메카닉스 매거진의 1838년판은 프랑스에서 아스팔트의 초기 사용을 인용하고 있습니다. 1621년의 팸플릿에는 "어떤 무슈 드에이리니스가 노이프샤텔 근처에서 (아스팔트의) 존재를 대량으로 발견했다"며 다양한 방법으로 아스팔트를 사용할 것을 제안했습니다. 그 당시 물을 사용할 수 없게 만든 파리시의 오물과 오물의 침입으로부터 수도 코스" "그는 또한 궁궐에서 평평하고 내구성 있는 테라스를 형성하는 이 재료의 우수성, "그 세대의 파리 사람의 뇌를 가로 지르는 것이 아닌 거리에서 그런 테라스를 형성하는 개념에 대해 설명합니다."[43]

그러나 그 물질은 1830년 혁명이 일어나기 전까지 프랑스에서 일반적으로 방치되어 있었습니다. 1830년대에 관심이 급증했고 아스팔트는 "포장, 평평한 지붕, 그리고 수조의 안감을 위해" 널리 사용되었고, 영국에서는 비슷한 목적으로 아스팔트를 사용했습니다. 유럽에서의 천연 매장량 증가는 "갑작스러운 현상"이었는데, "프랑스의 오스반 (바스린), 파르크 (아인), 푸이 드 푸이 (푸이 드 돔)에서 천연 매장량이 발견된 후에, 인공적으로 만들 수도 있었습니다.[44] 프랑스에서 가장 초기에 사용된 것 중 하나는 1835년 콩코드 광장에 약 24,000 평방 야드의 세이셀 아스팔트를 깔았던 것입니다.[45]

영국

영국에서 역청의 초기 용도 중 하나는 에칭용이었습니다. 윌리엄 연어의 폴리그라피체(1673)는 3온스의 버진 왁스, 2온스의 매스틱 및 1온스의 아스팔트로 구성된 에칭에 사용되는 바니시 레시피를 제공합니다.[46] 1685년 제5판까지 그는 다른 출처의 아스팔트 조리법을 더 많이 포함시켰습니다.[47]

아스팔트를 사용한 최초의 영국 특허는 1834년 "Cassell's patent as palte or bitumen"이었습니다.[44] 그 후 1837년 11월 25일, 리처드 타핀 클라리지(Richard Tappin Claridge)는 시셀 아스팔트를 아스팔트 포장에 사용하는 특허(특허 번호 7849)를 취득했습니다.[48][49] 그는 그와 함께 아스팔트를 영국에 소개하는 일을 함께 했던 프레드릭 발터 심스(Frederick Walter Simms)와 함께 방문했을 때 프랑스와 벨기에에서 사용되는 것을 보았습니다.[50][51] T. Lamb Phipson 박사는 Claridge의 친구인 그의 아버지 Samuel Ryland Phipson도 "아스팔테 포장을 도입하는 데 중요한 역할을 했다"고 썼습니다.[52]

클라리지는 1838년 3월 27일 스코틀랜드에서 특허를 얻었고, 1838년 4월 23일 아일랜드에서 특허를 얻었습니다. 1851년에 1837 특허와 1838 특허 모두 이전에 Claridge에 의해 형성된 회사의 수탁자들에 의해 확장이 요청되었습니다.[44][53][54][55] 1838년 영국에 "프랑스 피리몽 세이셀의 광산에서 나온 자연 상태의 아스팔테"[56]를 소개하기 위해 설립된 클라리지의 특허 아스팔테 회사는 "화이트홀에 최초의 아스팔트 포장지 중 하나"입니다.[57] 1838년 화이트홀의 인도, 나이츠브리지 막사의 마구간,[56][58] 그리고 그 후 워털루 플레이스에서 세인트 제임스 파크로 이어지는 계단 바닥의 공간에서 시험이 이루어졌습니다.[58] "클라리지의 특허 아스팔트 회사의 1838년 설립은 (각각 귀족 후원자 명단과 마크와 아이삼바드 브루넬라스가 수탁자이자 컨설팅 엔지니어로) 영국의 아스팔트 산업 발전에 엄청난 자극을 주었습니다."[54] 1838년 말까지 적어도 두 개의 다른 회사인 로빈슨과 바스텐네 회사가 생산 중이었고,[59] 브라이튼, 헨 베이, 캔터베리, 켄싱턴, 스트랜드, 번힐 로우의 넓은 바닥 면적에 아스팔트가 깔렸고, 클라리지의 화이트홀은 "계속해서(d) 좋은 순서로" 포장되었습니다.[60] 보닝턴 화학 공장은 석탄 타르를 사용하여 아스팔트를 제조했고 1839년까지 보닝턴에 그것을 설치했습니다.[61]

1838년에는 포장 이상의 용도를 가진 역청과 관련된 기업가적 활동이 넘쳐났습니다. 예를 들어, 역청은 바닥재, 건물의 습기 방지, 다양한 유형의 수영장과 목욕장의 방수에도 사용될 수 있으며, 이 두 가지 모두 19세기에 증식되었습니다.[3][44][62] 현존하는 가장 초기의 사용 예 중 하나는 1839년 테라스 카타콤의 지붕을 봉인하는 데 사용된 하이게이트 묘지에서 볼 수 있습니다. 런던 주식시장에서는 프랑스, 독일, 영국의 역청 품질 독점에 대한 다양한 주장이 있었습니다. 그리고 프랑스에서는 수많은 특허가 부여되었고, 영국에서는 서로 유사성 때문에 비슷한 수의 특허 출원이 거부되었습니다. 영국에서 "클라리지스는 1840년대와 50년대에 가장 많이 사용된 유형이었습니다."[59]

1914년, Claridge's Company는 Clarmac Roads Ltd라는 자회사를 통해 제조된 재료로 타르 결합 마카담을 생산하기 위한 합작 투자에 들어갔습니다.[63][64] Clarmac과 Clarphalte라는 두 가지 제품이 생산되었는데, 전자는 Clarmac Roads에서 제조하고 후자는 Claridge's Patent Asphalte Co.에서 제조했지만 Clarmac이 더 널리 사용되었습니다.[65][note 1] 그러나, 1915년 청산에 들어간 클라맥 회사는 제1차 세계 대전으로 인해 망쳤습니다.[67][68] Clarmac Roads Ltd의 실패는 Claridge's Company에 영향을 미쳤고, Claridge's Company는 1917년에 강제로 영업을 [69]중단했으며,[70][71] Claridge Company를 구하기 위해 시작할[69] 때와 이후의 시도 모두에서 새로운 벤처에 상당한 양의 자금을 투자했습니다.[67]

역청은 19세기 영국에서 약효가 있는 화학물질을 함유하고 있다고 여겨졌습니다. 역청에서 추출한 추출물은 카타르와 일부 형태의 천식을 치료하고 벌레, 특히 촌충에 대한 치료제로 사용되었습니다.[72]

미국

신세계에서 역청을 처음 사용한 것은 원주민들이었습니다. 서해안에서는 일찍이 13세기에 통바족, 루이세뇨족, 추마시족이 기초 석유 매장층 위의 표면으로 스며든 자연적으로 발생하는 역청을 채취했습니다. 세 그룹 모두 접착제로 물질을 사용했습니다. 도구 및 의식 용품의 다양한 유물에서 발견됩니다. 예를 들어, 그것은 박이나 거북이 등껍질을 딸랑이 손잡이에 붙이기 위해 방울에 사용되었습니다. 장식에도 사용되었습니다. 작고 둥근 조개 구슬들은 장식을 제공하기 위해 아스팔트에 세팅되는 경우가 많았습니다. 바구니에 밀봉제로 사용되어 물을 운반할 때 물이 잘 스며들지 않도록 하여 물을 마신 사람을 중독시킬 수 있습니다.[73] 아스팔트는 또한 바다로 나가는 카누의 널빤지를 밀봉하는 데 사용되었습니다.

아스팔트는 1870년대에 처음으로 거리를 포장하는 데 사용되었습니다. 1852년부터 1873년까지 웨스트버지니아주 리치 카운티의 맥팔런에 있는 리치 광산처럼 처음에는 자연적으로 발생하는 "역청암"이 사용되었습니다. 1876년, 국가 100주년 기념일에 맞춰, 아스팔트를 이용한 포장이 워싱턴 DC의 펜실베니아 애비뉴를 포장하는데 사용되었습니다.[74]

말이 끄는 시대에 미국의 거리는 대부분 포장되지 않고 흙이나 자갈로 덮여 있었습니다. 특히 진흙이나 참호가 종종 거리를 통과하기 어렵게 만드는 곳에서, 포장은 때때로 나무 널빤지, 자갈돌 또는 다른 돌덩이 또는 벽돌을 포함한 다양한 재료로 만들어졌습니다. 비포장 도로는 보행자에게 고르지 않은 마모와 위험을 초래했습니다. 19세기 후반에 인기 있는 자전거의 등장과 함께 자전거 클럽은 더 일반적인 도로 포장을 추진하는 데 중요했습니다.[75] 포장에 대한 옹호는 20세기 초 자동차의 부상과 함께 증가했습니다. 아스팔트는 점점 더 일반적인 포장 방법이 되었습니다. 뉴올리언스의 세인트 찰스 애비뉴는 1889년까지 아스팔트로 전체 길이를 포장했습니다.[76]

1900년, 맨해튼에만 13만 마리의 말이 있었는데, 노면전차, 마차, 마차를 끌고 와서 쓰레기를 남겼습니다. 그들은 빠르지 않았고, 보행자들은 피해서 붐비는 거리를 가로질러 갈 수 있었습니다. 작은 마을들은 계속해서 흙과 자갈에 의존했지만, 더 큰 도시들은 훨씬 더 나은 거리를 원했습니다. 그들은 1850년대까지 나무나 화강암 블록을 보았습니다.[77] 1890년, 시카고의 2000마일 거리 중 3분의 1이 진흙보다 더 나은 견인력을 제공하는 나무 블록으로 주로 포장되었습니다. 벽돌 표면은 좋은 절충안이었지만, 더 좋은 것은 설치하기 쉽고 하수구에 도달하기 위해 절단하기 쉬운 아스팔트 포장이었습니다. 런던과 파리가 모델로 활동하면서 워싱턴은 1882년까지 400,000 평방 야드의 아스팔트 포장을 깔았고, 버팔로, 필라델피아 등의 모델이 되었습니다. 세기가 끝날 무렵 미국 도시들은 벽돌보다 훨씬 앞선 3천만 평방 야드의 아스팔트 포장을 자랑했습니다.[78] 거리는 점점 더 빨라지고 위험해져서 신호등이 설치되었습니다. 전기 카트(시속 12마일)는 1945년 이후 자동차를 구입하고 아스팔트 고속도로의 사생활과 편안함으로 더 먼 교외에서 통근할 때까지 중산층 쇼핑객과 직장인의 주요 교통 서비스가 되었습니다.[79]

캐나다

참고 항목: 캐나다 석유 산업의 비투마운트 및 역사(오일샌드 및 중유)

캐나다는 아타바스카 오일샌드에 세계에서 가장 많은 천연 역청이 매장되어 있으며, 아타바스카 강을 따라 있는 캐나다 퍼스트 네이션스는 오랫동안 카누를 방수하기 위해 이 역청을 사용해 왔습니다. 1719년, 와파수라는 크리가 무역을 위해 샘플을 허드슨 베이 회사의 헨리 켈시에게 가져왔는데, 그는 그것을 처음으로 본 유럽인으로 기록되었습니다. 그러나 1787년에 이르러서야 모피 무역업자이자 탐험가인 알렉산더 맥켄지는 아타바스카 오일샌드를 보고 "(아타바스카 강과 클리어워터 강의) 포크에서 약 24마일 떨어진 곳에는 20피트 길이의 기둥이 최소한의 저항도 없이 삽입될 수 있는 유연한 분수들이 있습니다."라고 말했습니다.[26]

퇴적물의 가치는 처음부터 분명했지만 역청을 추출하는 수단은 그렇지 않았습니다. 가장 가까운 마을인 앨버타주 포트 맥머레이는 작은 모피 무역소였고, 다른 시장들은 멀었고, 포장을 위해 유연한 원모래를 선적하기에는 운송비가 너무 비쌌습니다. 1915년, 연방 광산 지부의 시드니 엘스(Sidney Els)는 분리 기술을 실험하고 이 제품을 사용하여 앨버타 주 에드먼턴(Edmonton)에서 600피트의 도로를 포장했습니다. 앨버타의 다른 도로들은 기름 모래에서 추출한 물질로 포장되었지만, 그것은 일반적으로 경제적이지 않았습니다. 1920년대에 Karl A. 앨버타 연구 위원회의 클라크는 온수 기름 분리 공정에 대한 특허를 취득했으며 기업가 로버트 C. 피츠시몬스는[80] 1925~1958년 사이 클라크 박사의 방법으로 하루 최대 300배럴(50m3)의 역청을 생산한 비투마운트 석유 분리 공장을 지었습니다. 역청은 대부분 지붕 방수에 사용되었지만 다른 용도로는 연료, 윤활유, 프린터 잉크, 의약품, 방청 및 내산 페인트, 내화 지붕, 도로 포장, 특허 가죽 및 울타리 기둥 방부제가 포함되었습니다.[26] 결국 피츠시몬스는 돈이 다 떨어졌고 그 식물은 앨버타 주 정부에 의해 인수되었습니다. 오늘날 비투마운트 공장은 지방 사적지입니다.[81]

사진과 미술

역청은 초기 사진 기술에 사용되었습니다. 1826년, 혹은 1827년, 프랑스 과학자 조셉 니케포레 니에프스가 자연으로부터 현존하는 가장 오래된 사진을 만들기 위해 사용했습니다. 역청은 퓨터 플레이트에 얇게 코팅된 다음 카메라에 노출되었습니다. 빛에 노출되면 역청이 단단해지고 불용성이 되므로 이후 용매로 헹구면 충분히 가벼운 부분만 남게 됩니다. 카메라에서 많은 시간의 노출이 필요하여 역청을 일반 사진 촬영에 비현실적으로 만들었지만, 1850년대부터 1920년대까지 다양한 광기계 인쇄 공정을 위한 인쇄판 생산에서 포토레지스트로 일반적으로 사용되었습니다.[82][83]

비투멘은 19세기 동안 많은 예술가들의 적이었습니다. 한동안 널리 사용되었지만, 궁극적으로 유화에 사용하기에는 불안정한 것으로 판명되었으며, 특히 아마인유, 바니시 및 터펜틴과 같은 가장 일반적인 희석제와 혼합되었을 때 더욱 그렇습니다. 완전히 희석되지 않는 한 역청은 절대로 완전히 굳지 않으며 시간이 지나면 접촉하는 다른 색소를 손상시킵니다. 역청을 유약으로 사용하여 그림자를 드리우거나 다른 색과 혼합하여 어두운 색조를 띠게 한 것은 들라크루아와 같은 많은 그림의 궁극적인 열화를 초래했습니다. 역청의 파괴성에 대한 가장 유명한 예는 아마도 테오도르 제리코의 메두사 호의 뗏목 (1818–1819)인데, 그의 역청 사용은 밝은 색을 짙은 녹색과 검은색으로 퇴화시키고 물감과 캔버스를 버클로 만들었습니다.[84]

현대적 용도

글로벌 용도

정제된 역청의 대부분은 주로 포장 및 지붕 적용에 사용되는 제품의 구성 요소로 건설에 사용됩니다. 최종 용도의 요구 사항에 따라 역청이 사양에 맞게 생산됩니다. 이는 정제 또는 혼합을 통해 달성됩니다. 현재 역청의 세계 사용량은 연간 약 1억 200만 톤으로 추정됩니다. 생산된 모든 역청의 약 85%가 도로용 아스팔트 콘크리트의 바인더로 사용됩니다. 공항 활주로, 주차장 및 인도와 같은 다른 포장 지역에서도 사용됩니다. 일반적으로 아스팔트 콘크리트의 제조는 모래, 자갈 및 파쇄암과 같은 미세하고 조대한 골재를 아스팔트와 혼합하는 것을 포함하며, 이는 결합제의 역할을 합니다. 역청이 궁극적으로 의도되는 용도에 따라 그 특성을 수정하기 위해 역청에 재활용 폴리머(예: 고무 타이어)와 같은 다른 재료를 추가할 수 있습니다.

전 세계 역청 생산의 10%는 방수 품질이 매우 귀중한 지붕 응용 분야에 사용됩니다. 나머지 5%의 역청은 주로 파이프 코팅, 카펫 타일 백킹 및 페인트와 같은 다양한 건축 재료에서 밀봉 및 단열 목적으로 사용됩니다. 역청은 다음과 같은 많은 구조물, 시스템 및 구성요소의 건설 및 유지관리에 적용됩니다.

  • 고속도로
  • 공항 활주로
  • 보행로 및 보행로
  • 주차장
  • 경마장
  • 테니스 코트
  • 루핑
  • 방습
  • 댐
  • 저수지 및 수영장 라이닝
  • 방음
  • 파이프 코팅
  • 케이블 코팅
  • 페인트
  • 건축물 방수
  • 타일 밑면 방수
  • 신문 잉크 생산

압연 아스팔트 콘크리트

주요 기사: 아스팔트콘크리트

역청의 가장 큰 용도는 도로 표면용 아스팔트 콘크리트를 만드는 것입니다. 이는 미국에서 소비되는 역청의 약 85%를 차지합니다. 미국에는 약 4,000개의 아스팔트 콘크리트 혼합 공장이 있고 유럽에도 비슷한 숫자가 있습니다.[85]

아스팔트 콘크리트는 일반적으로 도로의 맨 위에 놓입니다.

아스팔트 콘크리트 포장 혼합물은 일반적으로 5% 역청(미국에서는 아스팔트 시멘트라고 함)과 95% 골재(돌, 모래, 자갈)로 구성됩니다. 역청은 점성이 강한 특성 때문에 아스팔트 혼합 시설에서 골재와 혼합할 수 있도록 가열해야 합니다. 역청과 골재의 특성에 따라 필요한 온도는 다르지만, 따뜻한 혼합 아스팔트 기술을 사용하면 생산자가 필요한 온도를 낮출 수 있습니다.[85][21]

아스팔트 포장의 무게는 골재 유형, 역청 및 공기 공극 함량에 따라 다릅니다. 미국의 평균적인 예는 포장 두께의 인치당 평방 야드당 약 112파운드입니다.[21]

마모되거나 손상된 표면을 제거하기 위한 밀링과 같은 아스팔트 포장에 대한 유지보수가 수행되는 경우, 제거된 재료는 새로운 포장 혼합물로 처리하기 위한 시설로 반환될 수 있습니다. 제거된 재료의 역청을 다시 활성화하여 새로운 포장 혼합물에 사용할 수 있습니다.[86] 포장도로의 약 95%가 아스팔트로 건설되거나 표면화되고 [87]있어 매년 상당량의 아스팔트 포장재료가 매립되고 있습니다. 연방 고속도로청과 미국 아스팔트 포장 협회가 매년 실시하는 업계 조사에 따르면, 확장 및 재포장 프로젝트 중 매년 노면에서 제거되는 역청의 99% 이상이 새로운 포장, 노반, 어깨 및 제방의 일부로 재사용되거나 향후 사용을 위해 비축됩니다.[88]

아스팔트 콘크리트 포장은 전 세계 공항에서 널리 사용되고 있습니다. 견고함과 신속한 수리 능력으로 인해 활주로에 널리 사용됩니다.

매스틱 아스팔트

매스틱 아스팔트는 아스팔트가 5% 내외에 불과한 압연 아스팔트 콘크리트에 비해 역청(바인더) 함량이 높고, 일반적으로 전체 골재 혼합물의 약 7~10% 수준이라는 점에서 고밀도 등급 아스팔트(아스팔트 콘크리트)와 다른 아스팔트의 한 종류입니다. 이 열가소성 물질은 평평한 지붕 방수 및 지하 탱크에 널리 사용됩니다. 매스틱 아스팔트는 210 °C(410 °F)의 온도로 가열되고 층층이 펼쳐져 약 20 밀리미터(0.8 인치) 두께의 불침투성 장벽을 형성합니다.

역청유

레이저 회절에 의한 아스팔트 에멀젼 2종의 부피가중 입도 분포

역청 에멀젼은 역청과 물의 콜로이드 혼합물입니다. 두 액체의 표면 장력이 다르기 때문에 단순히 혼합하는 것만으로는 안정적인 에멀젼을 만들 수 없습니다. 따라서 다양한 유화제와 안정제가 첨가되어 있습니다. 유화제는 극성 머리 그룹의 전하가 다른 양친매성 분자입니다. 에멀젼의 표면 장력을 감소시켜 역청 입자가 융합되는 것을 방지합니다. 유화제 전하는 음이온(음전하) 및 양이온(음전하)의 에멀젼 유형을 정의합니다.[89] 유화제의 농도는 역청 입자의 크기에 영향을 미치는 중요한 매개변수입니다. 농도가 높을수록 역청 입자가 작아집니다.[89] 따라서 유화제는 역청 에멀젼의 안정성, 점도, 파괴 강도 및 접착력에 큰 영향을 미칩니다.[89] 역청 입자의 크기는 일반적으로 0.1 ~ 50 µm 사이이며 주요 분율은 1 µm ~ 10 µm입니다. 레이저 회절 기술을 사용하여 입자 크기 분포를 빠르고 쉽게 결정할 수 있습니다.[89][90] 양이온 유화제에는 주로 이미다졸린, 아미도아민, 디아민과 같은 장사슬 아민이 포함되며, 이들은 산이 첨가되면 양전하를 얻습니다.[89] 음이온성 유화제는 흔히 리그닌, 톨 오일 또는 NaOH와 같은 염기로 비누화된 나무 수지에서 추출한 지방산으로 음전하를 생성합니다.[89]

역청 에멀젼을 저장하는 동안 역청 입자 침전물, 응집(응집) 또는 퓨즈(응집)가 발생하여 역청 에멀젼의 특정 불안정성이 발생합니다. 이 과정이 얼마나 빨리 일어나는지는 역청 에멀젼의 제형뿐만 아니라 온도와 습도와 같은 보관 조건에 달려 있습니다. 유화된 역청이 골재와 접촉하면 유화제가 효과를 잃고, 유화제가 분해되며, 부착된 역청막을 형성하는 것을 '브레이킹'이라고 합니다. 역청 입자는 거의 즉시 증발하는 물과 응고 및 분리하여 연속적인 역청막을 만듭니다. 골재와 접촉했을 때 각 아스팔트 에멀젼이 서로만큼 빠르게 반응하지는 않습니다. 이를 통해 신속 설정(R), 저속 설정(SS) 및 중간 설정(MS) 에멀젼으로 분류할 수 있을 뿐만 아니라 제형 및 광범위한 적용[89] 분야에 대한 개별적인 애플리케이션별 최적화가 가능합니다(1). 예를 들어, 느린 파괴 에멀젼은 더 긴 처리 시간을 보장하며, 이는 특히 미세 골재[89](1)에 유리합니다.

석영이 풍부한 응집체와 접촉하는 음이온성 에멀젼에 대한 접착 문제가 보고되었습니다. 양이온 에멀젼으로 대체되어 더 나은 접착력을 얻을 수 있습니다. 광범위한 역청 에멀젼은 표준화에 의해 충분히 커버되지 않습니다. 양이온 아스팔트 에멀젼용 DINEN 13808은 2005년 7월부터 존재하고 있습니다. 여기에서는 전하, 점도 및 역청의 종류를 고려한 문자와 숫자에 따른 역청 에멀젼의 분류가 설명됩니다.[89] 역청 에멀젼의 생산 과정은 매우 복잡합니다. 일반적으로 사용되는 방법은 "Colloid mill" 방법과 "HIPR(High Internal Phase Ratio)" 방법 두 가지입니다.[89] "콜로이드 밀" 방식에서는 역청과 물-유화제 혼합물을 첨가하여 고정자 내에서 회전자가 고속으로 이동합니다. 결과적인 전단력은 유화제로 코팅된 5 µm에서 10 µm 사이의 역청 입자를 생성합니다. "HIPR(High Internal Phase Ratio)" 방법은 더 작은 역청 입자, 모노모달, 좁은 입자 크기 분포 및 매우 높은 역청 농도를 생성하는 데 사용됩니다. 여기서, 고농축 역청 에멀젼은 먼저 적당한 교반에 의해 생성되고 이후 희석됩니다. "Colloid-Mill" 방식과 달리 수상은 뜨거운 역청에 도입되어 매우 높은 역청 농도를 가능하게 합니다.[89]

T "HIPR(High Internal Phase Ratio)" 방법은 더 작은 역청 입자, 모노모달, 좁은 입자 크기 분포 및 매우 높은 역청 농도를 생성하는 데 사용됩니다. 여기서, 고농축 역청 에멀젼은 먼저 적당한 교반에 의해 생성되고 이후 희석됩니다. "Colloid-Mill" 방법과 달리, 수상은 뜨거운 역청에 도입되어 매우 높은 역청 농도를 가능하게 합니다(1). "HIPR(High Internal Phase Ratio)" 방법은 더 작은 역청 입자, 모노모달, 좁은 입자 크기 분포 및 매우 높은 역청 농도를 생성하는 데 사용됩니다. 여기서, 고농축 역청 에멀젼은 먼저 적당한 교반에 의해 생성되고 이후 희석됩니다. "Colloid-Mill" 방법과 달리, 수성 상은 뜨거운 역청으로 도입되어 매우 높은 역청 농도를 가능하게 합니다(1).

역청 에멀젼은 매우 다양한 용도로 사용됩니다. 도로 건설 및 건물 보호에 사용되며 주로 냉간 재활용 혼합물, 접착제 코팅 및 표면 처리에 적용됩니다(1). 뜨거운 역청에 비해 점도가 낮기 때문에 처리에 필요한 에너지가 적고 화재 및 화상의 위험이 현저히 적습니다.[89] 칩 씰은 도로 표면에 역청 에멀젼을 뿌린 다음 파쇄된 암석, 자갈 또는 파쇄된 슬래그 층을 뿌리는 것을 포함합니다. 슬러리 씰은 역청 에멀젼과 도로 표면에 펼쳐져 있는 미세 파쇄 골재의 혼합물입니다. 또한 역청 에멀젼을 사용하여 역청 에멀젼을 제조하여 수 인치 깊이의 역청 에멀젼과 유사한 포장을 만들 수 있으며, 역청 에멀젼은 재활용된 역청 아스팔트에 혼합되어 저렴한 포장을 만듭니다. 역청 에멀젼 기반 기술은 모든 등급의 도로에 유용한 것으로 알려져 있으며, 이들의 사용은 다음과 같은 응용 분야에서도 가능할 수 있습니다. 1. 교통량이 많은 도로용 아스팔트(폴리머 개질 에멀젼 사용 기준) 2. 성숙 시간과 기계적 특성을 모두 개선하기 위한 따뜻한 에멀젼 기반 혼합물 3. 골재를 100도까지 가열하여 뜨거운 아스팔트 4와 유사한 특성을 가진 혼합물을 생성하는 반온 기술. 고성능 표면 드레싱입니다.[91]

합성원유

주요 기사: 합성원유
참고 항목: 캐나다의 석유 생산

합성 원유(syncrude)는 캐나다의 오일 샌드 생산과 관련하여 사용되는 역청 업그레이드 시설의 생산량입니다. 유연한 모래는 거대한 (100톤 용량) 동력 삽을 사용하여 채굴되고 업그레이드 시설로 이동하기 위해 훨씬 더 큰 (400톤 용량) 덤프 트럭에 적재됩니다. 모래에서 역청을 추출하는 데 사용되는 공정은 원래 1920년대 앨버타 대학의 칼 클라크 박사가 개발한 온수 공정입니다. 모래에서 추출한 후 역청은 역청 업그레이드기로 공급되며, 이는 역청을 가벼운 원유에 해당하는 것으로 변환합니다. 이 합성 물질은 기존의 송유관을 통해 이송될 수 있을 정도로 유동적이며, 더 이상의 처리 없이 기존 정유공장에 공급될 수 있습니다. 2015년까지 캐나다 역청 업그레이드 업체들은 하루에 100만 배럴(160×10^3m3) 이상의 합성 원유를 생산하고 있으며, 이 중 75%가 미국 정유사로 수출되었습니다.[92]

앨버타 주에서는 5개의 역청 업그레이드 업체가 합성 원유 및 기타 다양한 제품을 생산합니다. Alberta주 Fort McMurray 근처에 있는 Suncor Energy 업그레이드기는 합성 원유와 디젤 연료를 생산합니다; Syncrude Canada, Canadian Natural Resources, 그리고 포트 맥머레이 근처의 넥센 업그레이드 업체는 합성 원유를 생산하고 에드먼턴 근처의 쉘 스코포드 업그레이드 업체는 합성 원유와 인근 쉘 오일 정유소의 중간 공급 원료를 생산합니다.[93] 2015년 앨버타주 레드워터 인근에 건설 중인 여섯 번째 업그레이드기는 원유 역청의 절반을 디젤 연료로 직접 업그레이드하고, 나머지 생산량은 인근 정유소와 석유화학 공장에 공급 원료로 판매됩니다.[94]

업그레이드되지 않은 원유 역청

참고 항목: 웨스턴 캐나디안 셀렉트

캐나다산 역청은 화학적 조성이 베네수엘라산 엑스트라헤비, 멕시코산 중질유 등의 기름과 큰 차이가 없으며, 석유 파이프라인을 통해 매우 점성이 높은 역청을 정유공장으로 옮기는 것이 현실적인 어려움입니다. 많은 현대 정유 공장들은 매우 정교하고 업그레이드되지 않은 역청을 아무런 전처리 없이 휘발유, 디젤 연료 및 정제 아스팔트와 같은 제품으로 직접 가공할 수 있습니다. 이는 베네수엘라와 멕시코 석유를 처리하기 위해 정유공장이 설계된 미국 걸프 연안과 같은 지역과 국내 경질유 생산이 감소함에 따라 중유를 처리하기 위해 정유공장이 재건된 미국 중서부와 같은 지역에서 특히 흔히 볼 수 있습니다. 선택의 여지가 있기 때문에 이러한 중유 정유사는 일반적으로 비용이 더 저렴하기 때문에 합성유보다 역청을 구입하는 것을 선호하고 경우에 따라 디젤 연료를 더 많이 생산하고 휘발유를 덜 생산하는 것을 선호합니다.[93] 2015년까지 캐나다의 비 업그레이드 역청 생산 및 수출은 하루에 130만 배럴(210×10^3m3) 이상으로 합성 원유 생산을 초과했으며, 이 중 약 65%가 미국으로 수출되었습니다.[92]

파이프라인을 통해 원유 역청을 이동하는 것이 어렵기 때문에, 업그레이드되지 않은 역청은 일반적으로 딜비트라고 불리는 형태의 천연 가스 응축물 또는 신비트라고 불리는 합성 원유로 희석됩니다. 그러나 국제 경쟁을 충족시키기 위해 업그레이드되지 않은 역청은 현재 Western Canadian Select와 같은 표준화된 벤치마크 제품에서 여러 등급의 역청, 기존 원유, 합성 원유 및 응축수를 혼합하여 판매되고 있습니다. 이 신맛의 중질유 블렌드는 멕시코 마야 또는 아라비아 두바이 원유와 같은 국제적으로 시판되는 중질유와 경쟁하기 위해 균일한 정제 특성을 갖도록 설계되었습니다.[93]

방사성 폐기물 캡슐화 매트릭스

비투멘은 1960년대부터 사용 후 핵연료의 재처리로 생성된 중간 활성 염(주로 용해성 질산나트륨 및 황산나트륨)과 같은 방사성 폐기물을 캡슐화하는 것을 목표로 하는 소수성 매트릭스로 사용되었습니다.[95][96] 원자력 재처리 공장에서 나오는 방사성 독성이 강한 알파를 방출하는 초우라늄 원소를 포함하는 비티민화 방사성 폐기물은 프랑스, 벨기에 및 일본에서 산업적 규모로 생산되었지만, 이러한 유형의 폐기물 조절은 운영 안전 문제(화재 위험)로 인해 폐기되었습니다. 일본 토카이 웍스의 반수화 공장에서 발생한 것)[97][98]과 깊은 암석층에서의 지질학적 처분과 관련된 장기적인 안정성 문제. 주요 문제 중 하나는 방사선과 물에 노출된 역청이 부풀어 오르는 것입니다. 역청 팽윤은 알파 및 감마 방사선 분해에 의해 생성된 수소 기체 기포가 존재하기 때문에 방사선에 의해 처음 유도됩니다.[99][100] 두 번째 메커니즘은 물이나 수분에 노출된 캡슐화된 흡습성 염이 수분을 보충하고 용해되기 시작할 때 기질이 부풀어 오르는 것입니다. 그런 다음 비트미네이션 매트릭스 내부의 기공 용액에 있는 고농도의 염이 비트미네이션 매트릭스 내부의 삼투 효과를 담당합니다. 물은 농축된 염의 방향으로 이동하며 역청은 반투과막 역할을 합니다. 이것은 또한 매트릭스가 부풀어 오르게 합니다. 일정한 부피 하에서 삼투 효과로 인한 팽윤 압력은 최대 200bar까지 높아질 수 있습니다. 이 고압을 적절하게 관리하지 않으면, 이 고압은 빛을 내는 중간 수준의 폐기물 처리 갤러리의 가까운 필드에서 골절을 일으킬 수 있습니다. 팽창에 의해 역광 매트릭스가 변경되면 캡슐화된 방사성 핵종은 지하수의 접촉에 의해 쉽게 침출되어 지구권에서 방출됩니다. 농축 식염수 용액의 높은 이온 강도는 또한 점토 숙주 암석에서 방사성 핵종의 이동을 선호합니다. 화학 반응성 질산염의 존재는 산화 조건을 확립하여 산화 환원에 민감한 방사성 핵종의 감소를 방지함으로써 숙주 암석에 만연한 산화 환원 조건에도 영향을 미칠 수 있습니다. 셀레늄, 테크네튬, 우라늄, 넵투늄 및 플루토늄과 같은 원소의 방사성 핵종은 더 높은 용해도를 가지며 종종 물에 비후각 음이온으로 존재합니다. 이것은 중간 수준의 역광 폐기물의 처리를 매우 어렵게 만듭니다.

다양한 유형의 역청(증류 후 고온에서 공기 산소로 일부 산화됨)과 직접 증류 역청(부드러움)이 사용되었습니다. Mexphalte와 같은 블로운 바이투멘은 포화탄화수소 함량이 높고 방향족탄화수소 함량이 높아 직접 증류 바이투멘보다 미생물에 의해 생분해되기 쉽습니다.[101]

방사성 폐기물의 콘크리트 캡슐화는 현재 원자력 산업과 폐기물 관리 조직에 의해 더 안전한 대안으로 간주되고 있습니다.

기타용도

루프싱글과 롤루프는 남은 역청 소비량의 대부분을 차지합니다. 다른 용도로는 소 스프레이, 울타리 기둥 처리, 직물 방수 등이 있습니다. 비투멘은 특히 철과 강철에 사용되는 것으로 유명한 칠기인 일본을 검은색으로 만드는 데 사용되며, 일부 외부 페인트 공급 회사의 페인트 및 마커 잉크에도 사용되어 페인트 또는 잉크의 내후성과 영속성을 높이고 색상을 더 어둡게 만듭니다.[citation needed] 비투멘은 또한 제조 과정에서 일부 알칼리성 배터리를 밀봉하는 데 사용됩니다.

생산.

아스팔트 제조를 위한 일반적인 아스팔트 공장

2019년에 약 164,000,000톤이 생산되었습니다. 이것은 "무거운"(즉, 증류하기 어려운) 분율로 얻어집니다. 끓는점이 약 500°C 이상인 물질을 아스팔트로 간주합니다. 진공 증류는 원유의 다른 성분(나프타, 가솔린, 디젤 등)과 분리합니다. 생성된 재료는 일반적으로 작지만 가치 있는 양의 윤활제를 추출하고 용도에 맞게 재료의 특성을 조정하기 위해 추가로 처리됩니다. 탈아스팔팅 장치에서 조 역청은 초임계 단계에서 프로판 또는 부탄으로 처리되어 더 가벼운 분자를 추출한 다음 분리됩니다. 추가 처리는 제품을 "불어서" 가능합니다. 즉, 산소와 반응시키는 것입니다. 이 단계를 통해 제품을 더 단단하고 점성이 높아집니다.[6]

NYC 인터넷 제공업체, 스텔스 통신, 광섬유 트렌치 위에 아스팔트 깔기

역청은 일반적으로 약 150°C(302°F)의 온도에서 보관 및 운반됩니다. 때로는 디젤 오일이나 등유를 운송하기 전에 혼합하여 유동성을 유지하기도 합니다. 운송 시 이러한 가벼운 재료는 혼합물에서 분리됩니다. 이 혼합물은 종종 "비투멘 공급 원료" 또는 BFS라고 불립니다. 일부 덤프 트럭은 재료를 따뜻하게 유지하기 위해 덤프 바디의 파이프를 통해 뜨거운 엔진 배기 가스를 전달합니다. 아스팔트를 운반하는 티퍼의 뒷면과 일부 취급 장비도 일반적으로 배출을 돕기 위해 충전하기 전에 이형제로 분사됩니다. 디젤 오일은 환경 문제로 더 이상 이형제로 사용되지 않습니다.

오일샌드

주요 기사: 오일샌드

퇴적암에 함침된 자연적으로 발생하는 조 역청은 현재 캐나다 앨버타에서 개발 중인 "오일 샌드"에서 석유 생산을 위한 주요 공급 원료입니다. 캐나다는 14만 평방 킬로미터[16](영국보다 넓은 지역)에 달하는 세계 천연 역청 공급량의 대부분을 보유하고 있어 세계에서 두 번째로 많은 검증된 석유 매장량을 보유하고 있습니다. 아타바스카 오일샌드는 캐나다에서 가장 큰 역청 퇴적물이며 유일하게 지표 채굴에 접근할 수 있는 곳입니다. 하지만 최근 기술적인 진보로 인해 현장 방법으로 더 깊은 퇴적물을 생산할 수 있게 되었습니다. 2003년 이후 유가 상승으로 역청 생산은 수익성이 높아졌지만 2014년 이후 감소로 인해 새로운 공장을 건설하는 것은 경제적이지 않게 되었습니다. 2014년까지 캐나다의 원유 역청 생산량은 하루 평균 약 230만 배럴(37만3 m)이며 2020년에는 하루 440만 배럴(70만 m3)로 증가할 것으로 예상됩니다.[17] 앨버타에서 추출할 수 있는 원유 역청의 총 양은 약 3,100억 배럴(50×10^9m3)로 추정되며,[10] 하루에 4,400,000배럴(700,000m3/d)의 비율로 약 200년 동안 지속될 것입니다.

대체제 및 바이오아스팔트

주요 기사: 피크오일, 지구온난화, 바이오아스팔트

비록 경제적으로 경쟁력이 없지만, 역청은 설탕, 당밀, 쌀, 옥수수, 감자 전분과 같은 비석유 기반 재생 가능한 자원으로 만들 수 있습니다. 역청은 사용된 모터 오일을 분별 증류하여 폐기물로 만들 수도 있으며, 때로는 소각하거나 매립지에 버림으로써 폐기되기도 합니다. 모터 오일을 사용하면 추운 기후에서 조기 균열이 발생하여 도로를 더 자주 재포장해야 할 수 있습니다.[102]

비석유계 아스팔트 바인더는 밝은 색상으로 만들 수 있습니다. 밝은 색의 도로는 태양 복사열을 덜 흡수하여 도시 열섬 효과에 대한 기여도를 줄입니다.[103] 역청 대안을 사용하는 주차장을 녹색 주차장이라고 합니다.

알바니아의 퇴적물

셀레니자는 알바니아의 셀레니체에 있는 천연 퇴적물에서 발견되는 자연적으로 발생하는 고체 탄화수소 역청입니다. 이는 여전히 사용되고 있는 유일한 유럽 아스팔트 광산입니다. 역청은 정맥의 형태로 발견되어 균열을 다소 수평 방향으로 채웁니다. 역청 함량은 83%에서 92%(이황화탄소에 용해됨)까지 다양하며 침투 값은 0에 가깝고 연화점(고리와 공)은 약 120°C입니다. 주로 실리카 광석으로 구성된 불용성 물질의 범위는 8%에서 17%입니다.

알바니아 역청 추출은 오랜 역사를 가지고 있으며 로마인들에 의해 조직적인 방식으로 행해졌습니다. 수세기 동안 침묵한 후, 알바니아 역청에 대한 최초의 언급은 1868년 프랑스인 코캉드(Coquand)가 알바니아 역청 퇴적물에 대한 첫 지질학적 설명을 발표했을 때 비로소 나타났습니다. 1875년 오스만 정부에 수탈권이 부여되었고 1912년 이탈리아 회사 심사(Simsa)에 양도되었습니다. 1945년부터 이 광산은 알바니아 정부에 의해 개발되었으며 2001년부터 현재까지 경영진은 프랑스 회사에 인계되어 산업 규모의 천연 역청 제조를 위한 채굴 과정을 조직했습니다.[104]

오늘날 이 광산은 주로 오픈 피트 채석장에서 이용되고 있지만 여러 지하 광산(깊고 수 km 이상 확장된) 중 몇 개는 여전히 생존 가능합니다. 셀레니짜는 광산에서 선별된 역청 조각을 녹인 후 주로 입상 형태로 생산됩니다.

셀레니짜는[105] 주로 도로 건설 부문에서 첨가제로 사용됩니다. 전통적인 역청과 혼합하여 점탄성 특성과 노화에 대한 내성을 모두 개선합니다. 탱크의 뜨거운 역청과 혼합될 수 있지만 입상 형태를 통해 혼합기 또는 일반 아스팔트 공장의 재활용 링에 공급할 수 있습니다. 다른 일반적인 용도로는 보도, 다리, 주차장 및 도시 도로용 매스틱 아스팔트 생산과 석유 및 가스 산업용 시추 유체 첨가제가 있습니다. 셀레니짜는 분말 또는 다양한 입자 크기의 입상 물질로 제공되며 자루 또는 열융착성 폴리에틸렌 봉지에 포장되어 있습니다.

석유 역청과 비교한 천연 셀레니자에 대한 수명 주기 평가 연구에 따르면 셀레니자의 환경 영향은 정유 공장에서 생산되는 도로 아스팔트의 영향보다 이산화탄소 배출 측면에서 약 절반 수준인 것으로 나타났습니다.[106]

재활용

역청은 건설 산업에서 일반적으로 재활용되는 재료입니다. 역청을 포함하는 가장 일반적인 두 가지 재활용 재료는 매립 아스팔트 포장(RAP)과 매립 아스팔트 대상물(RAS)입니다. RAP는 미국의 다른 어떤 재료보다 더 높은 비율로 재활용되며,[107] 일반적으로 약 5-6%의 역청 바인더를 포함합니다. 아스팔트 대상물은 일반적으로 역청 결합제를 20~40% 함유합니다.[108]

역청은 산화, 증발, 삼출 및 물리적 경화로 인해 시간이 지남에 따라 자연적으로 더 단단해집니다.[109] 이러한 이유로, 재활용 아스팔트는 일반적으로 그 물리적, 화학적 특성을 회복하기 위해 버진 아스팔트, 연화제 및/또는 회춘 첨가제와 결합됩니다.[110]

경제학

역청은 일반적으로 포장 혼합물의 4~5%(중량 기준)에 불과하지만, 포장의 바인더로서 도로 포장 재료 비용에서 가장 비싼 부분이기도 합니다.[21]

역청이 현대 포장에 초기에 사용되는 동안 정유사들은 역청을 제공했습니다. 그러나 역청은 오늘날 매우 거래되는 상품입니다. 가격은 21세기 초에 상당히 인상되었습니다. 미국 정부 보고서에 따르면 다음과 같습니다.

"2002년에 아스팔트는 톤당 대략 160달러에 팔렸습니다. 2006년 말까지 비용은 톤당 약 320달러로 두 배가 되었고, 2012년에는 톤당 약 610달러로 거의 두 배가 되었습니다."[21]

이 보고서는 "평균" 길이 1마일(1.6 킬로미터)의 4차선 고속도로는 "300톤의 아스팔트"를 포함할 것이며, "2002년에는 약 48,000 달러가 소요되었을 것입니다. 2006년에는 96,000달러, 2012년에는 183,000달러로 증가했을 것입니다. 불과 10년 만에 고속도로 1마일당 약 13만 5천 달러의 증가."[21]

건강 및 안전

열골재 아스팔트 혼합장

사람들은 연기를 마시거나 피부 흡수를 통해 작업장의 역청에 노출될 수 있습니다. 국립산업안전보건연구원(NIOSH)은 15분 동안 권장 노출 한도를 5mg/m로3 설정했습니다.[111]

역청은 기본적으로 포장, 지붕 및 기타 용도의 재료 생산에 사용할 수 있는 수준이 될 때까지 가열하거나 희석해야 하는 불활성 물질입니다. 역청과 관련된 잠재적인 건강 위험을 조사할 때, 국제 암 연구 기관(IARC)은 직업적 노출과 역청 배출의 잠재적인 생체 이용 가능한 발암 위험/위험에 영향을 미치는 것은 주로 온도인 적용 매개 변수라고 결정했습니다.[112] 특히 199 °C(390 °F) 이상의 온도는 아스팔트 포장 혼합물 생산 및 배치에 일반적으로 사용되는 것과 같이 역청을 더 낮은 온도로 가열했을 때보다 더 큰 노출 위험을 초래하는 것으로 나타났습니다.[113] IARC는 포장용 아스팔트 연기를 2B급 발암 가능성이 있는 물질로 분류했으며, 이는 인간의 발암성에 대한 부적절한 증거를 나타냅니다.[112]

2020년, 과학자들은 역청이 현재 도시 지역, 특히 덥고 맑은 시기에 중요하고 크게 간과되고 있는 대기 오염원이라고 보고했습니다.[114][115]

히말라야에서 발견되고 쉴라짓이라고 알려진 역청과 같은 물질은 아유르베다 약으로 사용되기도 하지만, 사실 타르, 수지 또는 역청은 아닙니다.[116]

참고 항목

메모들

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