बेलाइट

बेलाइट वह औद्योगिक खनिज है जो पोर्टलैंड सीमेंट निर्माण में महत्वपूर्ण है। इसका मुख्य घटक डाइकैल्शियम सिलिकेट, Ca₂SiO₄ है, यह कभी-कभी 2 CaO . SiO (सीमेंट केमिस्ट नोटेशन में C₂S) के रूप में तैयार किया जाता है।

शब्द-साधन

1897 में टोर्नेबोहम द्वारा पोर्टलैंड सीमेंट की सूक्ष्म अन्वेषण में पहचाने गए क्रिस्टल को यह नाम दिया गया था। बेलाइट सीमेंट उद्योग सरल उपयोगों में से है, किंतु यह मान्यता प्राप्त खनिज नाम नहीं होता है। यह स्वाभाविक रूप से खनिज लार्नाइट के रूप में होता है, यह नाम लार्ने, उत्तरी आयरलैंड, स्कैट हिल के समीप शहर से लिया गया है जहां इसका अन्वेषण किया गया था।

रचना और संरचना

बेलाइट की सरलीकृत क्रिस्टल संरचना

पोर्टलैंड सीमेंट में पाया जाने वाला बेलाइट शुद्ध डाइकैल्शियम सिलिकेट से संरचना में भिन्न होता है। यह ठोस विलयन है और इसमें CaO और SiO₂ के अतिरिक्त सामान्य मात्रा में अन्य ऑक्साइड होते हैं।

विशिष्ट रचना हैं:

ऑक्साइड	द्रव्यमान %
CaO	63.5
SiO2	31.5
Al2O3	2.1
Fe2O3	0.9
MgO	0.5
SO3	0.1
Na2O	0.1
K2O	0.9
TiO2	0.2
P2O5	0.2

इसके आधार पर, सूत्र को Ca_1.94Mg_0.02Na_0.01K_0.03Fe_0.02Al_0.07Si_0.90P_0.01O_3.93 के रूप में व्यक्त किया जा सकता है। कुछ सीमाओं के अधीन व्यवहार में, रचना क्लिंकर (सीमेंट) की थोक संरचना के साथ भिन्न होती है। कैल्शियम आयनों या ऑर्थोसिलिकेट आयनों के प्रतिस्थापन के लिए आवश्यक है कि विद्युत आवेशों को संतुलन में रखा जाए। उदाहरण के लिए, सीमित संख्या में ऑर्थोसिलिकेट (SiO⁴⁻
₄) आयनों को सल्फेट में परिवर्तित किया जा सकता है (SO²⁻
₄) आयन, प्रत्येक सल्फेट आयन के लिए, दो एलोमिनेट (AlO⁵⁻
₄) आयन भी प्रतिस्थापित होते हैं।

बहुरूपता

डायकैल्शियम सिलिकेट स्थिर होते है, और 300 डिग्री सेल्सियस पर प्रतिक्रियाशील CaO और SiO₂ से सरलता से प्रस्तुत किया जाता है। निम्न तापमान रूप γ-बेलाइट, या लाइम ओलीवाइन है। यह फॉर्म हाइड्रेट नहीं करता है, और सीमेंट निर्माण को इससे बचाया जा सकता है।

जैसे ही तापमान में वृद्धि होती है, यह कई बहुरूपता (सामग्री विज्ञान) से निकलता है:

तापमान°C	नाम	क्रिस्टल
>1425	α	हेक्सागोनल
1160–1425	α'H	ऑर्थो रोम्बिक
680-1160	α'L	ऑर्थो रोम्बिक
500-680	β	मोनोक्लिनिक
<500	γ	ऑर्थो रोम्बिक

जलयोजन

बेलाइट पोर्टलैंड सीमेंट में खनिज है जो सामग्री के नियमित रूप से शक्ति के विकास के लिए उत्तरदायी है। अन्य सिलिकेट, एलीट अपनी उच्च प्रतिक्रिया शीलता के कारण प्रारंभिक बल में योगदान देता है। बेलाइट कैल्शियम सिलिकेट हाइड्रेट्स (C-S-H) और पोर्टलैंडर्स (Ca(OH)₂) बनाने के लिए पानी के साथ प्रतिक्रिया करता है। प्रतिक्रिया के अनुसार:

${\ce {\underbrace{{2 Ca2SiO4}}_{{Belite}}+ \underbrace{{4 H2O}}_{{Water}}-> 3 CaO . 2 SiO2. 3 H2O + \underbrace{{Ca(OH)2}}_{{Portlandite}}}}$यह तीव्र प्रतिक्रिया रासायनिक रूप से फ़ॉस्टराइट (ओलिविन के मैग्नीशियम अंत-सदस्य) के धीमे प्राकृतिक जलयोजन के अनुरूप होते है, जो प्रकृति में कुंडल और ब्रुसाइट के गठन के लिए अग्रणी है, चूँकि क्रिस्टलीकृत कृत्रिम बेलाइट के जलयोजन की गति धीमी अपक्षय की तुलना में अधिक तीव्र होती है। प्राकृतिक परिस्थितियों में उत्तम प्रकार से क्रिस्टलीकृत Mg-ओलिविन का धीमा अपक्षय होता है।

${\ce {\underbrace{{2 Mg2SiO4}}_{{Forsterite}}+\underbrace{{3H2O}}_{{Water}}-> \underbrace{{Mg3Si2O5(OH)4}}_{{serpentine }}+ \underbrace{{Mg(OH)2}}_{{brucite }}}}$हाइड्रेट चरण, [3 CaO · 2 SiO₂ · 3 एच₂O], को कैल्शियम सिलिकेट हाइड्रेट (C-S-H) चरण कहा जाता है। यह इंटरलॉकिंग सुइयों के द्रव्यमान के रूप में बढ़ता है जो हाइड्रेटेड सीमेंट प्रणाली की शक्ति प्रदान करता है। पोर्टलैंड सीमेंट निर्माण में अपेक्षाकृत उच्च बेलाइट प्रतिक्रियाशीलता के वांछनीय होती है, और गैर-प्रतिक्रियाशील γ-फॉर्म के गठन को कठोरता से अस्थिर करता है। यह तीव्रता से ठंडा करके प्राप्त किया जाता है, जिससे क्रिस्टल बनते हैं जो छोटे, विकृत और अत्यधिक दोषपूर्ण होते हैं। दोष प्रारंभिक जल आक्रमण के लिए स्थान प्रदान करते हैं। क्लिंकर को तीव्रता से ठंडा करने में विफलता से बेलाइट का γ-रूप विपरीत हो जाता है। γ-फॉर्म में अधिक भिन्न संरचना और घनत्व होता है, जिसके विपरीत क्रिस्टल और उसके निकट के मैट्रिक्स के क्षरण की ओर जाता है, और निकट एलीट के अपघटन को भी ट्रिगर कर सकता है। यह मैक्रोस्कोपिक रूप से धूल के रूप में देखा जाता है: क्लिंकर पिंड (भूविज्ञान) धूल में गिर जाता है।

अविष्कार

क्लिंकर अनुभाग 0.15 x 0.15 मिमी

पोर्टलैंड सीमेंट क्लिंकर में खनिजों को पेट्रोग्राफी माइक्रोस्कोपी द्वारा देखा और परिमाणित किया जा सकता है। क्लिंकर नोड्यूल्स को विभक्त करके समतल, पॉलिश की गई सतह पर ग्राइंड किया जाता है। सतह पर उत्कीर्णन करके उजागर खनिजों को दृश्यमान और पहचानने योग्य बनाया जाता है। तब सतह को ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी द्वारा परावर्तित प्रकाश में देखा जा सकता है। उदाहरण में, क्लिंकर नोड्यूल को हाइड्रोजिन फ्लोराइड वाष्प के साथ पॉलिश गया है। एलीट भूरे रंग और नीले रंग के रूप में, पिघले हुए सफेद चरण के रूप में दिखाई देते हैं। इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी का भी उपयोग किया जा सकता है, इस स्थिति में सूक्ष्म अन्वेषण विश्लेषण द्वारा खनिजों की पहचान की जा सकती है। रीटवेल्ड शोधन विश्लेषण तकनीक का उपयोग करते हुए, पाउडर क्लिंकर पर एक्स-रे विवर्तन, खनिजों को त्रुटिहीन रूप से निर्धारित करने के लिए लोकप्रिय विधि है। एलीट की तुलना में बेलाइट को सीमेंट मिल में पीसना अधिक कठिन होता है।

यह भी देखें

• सर्पेंटिनाइट#सर्पेन्टाइन खनिजों का निर्माण|सर्पेंटिनाइजेशन में फोर्सटेराइट (ओलिविन) की जलयोजन प्रतिक्रिया
• सीमेंट केमिस्ट नोटेशन, सीमेंट केमिस्ट नोटेशन