La belita es un mineral industrial importante en la fabricación del cemento Portland . Su constituyente principal es el silicato dicálcico, Ca 2 SiO 4 , a veces formulado como 2 CaO · SiO 2 (C 2 S en notación química del cemento ).
El nombre lo dio Törnebohm en 1897 a un cristal identificado en la investigación microscópica del cemento Portland. [1] Belita es un nombre de uso común en la industria del cemento, pero no es un nombre mineral reconocido. Se produce de forma natural como mineral larnita , cuyo nombre deriva de Larne , Irlanda del Norte , la ciudad más cercana a Scawt Hill donde se descubrió. [2]
La belita que se encuentra en el cemento Portland difiere en composición del silicato dicálcico puro . Es una solución sólida y contiene cantidades menores de otros óxidos además de CaO y SiO 2 . Una composición típica: [3]
En base a esto, la fórmula se puede expresar como Ca 1,94 Mg 0,02 Na 0,01 K 0,03 Fe 0,02 Al 0,07 Si 0,90 P 0,01 O 3,93 . En la práctica, la composición varía con la composición aparente del clinker , sujeto a ciertos límites. La sustitución de iones de calcio o de iones de ortosilicato requiere que las cargas eléctricas se mantengan en equilibrio. Por ejemplo, un número limitado de ortosilicato ( SiO4-4
) los iones se pueden reemplazar con sulfato ( SO2-4
) iones, siempre que para cada ion sulfato, dos aluminato ( AlO5-4
) los iones también están sustituidos.
El silicato dicálcico es estable y se prepara fácilmente a partir de CaO y SiO 2 reactivos a 300 °C. La forma de baja temperatura es γ-belita u olivino de lima . Esta forma no hidrata y se evita en la fabricación de cemento.
A medida que aumenta la temperatura, pasa por varios estados polimórficos :
La belita es el mineral del cemento Portland responsable del desarrollo de la resistencia "tardía" . El otro silicato, la alita , aporta resistencia "temprana", debido a su mayor reactividad. La belita reacciona con agua (aproximadamente) para formar hidratos de silicato de calcio (CSH) y portlandita (Ca(OH) 2 ) según la reacción:
Esta rápida reacción es "químicamente análoga" a la lenta hidratación natural de la forsterita (el extremo magnésico del olivino ) que conduce a la formación de serpentina y brucita en la naturaleza, aunque la cinética de hidratación de la belita artificial pobremente cristalizada es mucho más rápida que la Meteorización lenta de Mgo- olivino bien cristalizado en condiciones naturales.
La fase de hidrato , [3 CaO · 2 SiO 2 · 3 H 2 O], se conoce como fase " CSH ". Crece como una masa de agujas entrelazadas que proporcionan la resistencia del sistema de cemento hidratado. Es deseable una reactividad relativamente alta de la belita en la fabricación de cemento Portland, y debe evitarse rigurosamente la formación de la forma γ no reactiva. Esto se logra mediante un enfriamiento rápido, formando cristales pequeños, distorsionados y muy defectuosos. Los defectos proporcionan sitios para el ataque inicial del agua. Si no se enfría el clinker rápidamente se produce la inversión de la belita a la forma γ. La forma γ tiene una estructura y densidad sustancialmente diferentes, de modo que la inversión conduce a la degradación del cristal y su matriz circundante, y también puede desencadenar la descomposición de la alita vecina . Esto se observa macroscópicamente como "espolvoreo": los nódulos de clínker caen hasta convertirse en un polvo fino .
Los minerales del clinker de cemento Portland pueden observarse y cuantificarse mediante microscopía petrográfica . Los nódulos de clinker se cortan y muelen hasta obtener una superficie plana y pulida. Los minerales expuestos se hacen visibles e identificables grabando la superficie. Luego se puede observar la superficie con luz reflejada mediante microscopía óptica . En el ejemplo, un nódulo de clinker ha sido pulido y grabado con vapor de fluoruro de hidrógeno . La alita se muestra de color marrón, la belita de color azul y las fases fundidas de color blanco. También se puede utilizar microscopía electrónica , en cuyo caso los minerales pueden identificarse mediante análisis con microsonda . El método preferido para cuantificar los minerales con precisión es la difracción de rayos X sobre el clinker en polvo, utilizando la técnica de análisis de Rietveld . La belita es mucho más difícil de moler en un molino de cemento que la alita.
