अल्ट्रासोनिक रूप से त्वरित जिप्सम क्रिस्टलीकरण

जानने योग्य तथ्य

जिप्सम बोर्ड का उत्पादन

जिप्सम बोर्ड की निर्माण प्रक्रिया के दौरान, कैल्सिनित जिप्सम – जिसे कैल्शियम सल्फेट हेमीहाइड्रेट कहा जाता है – की जलीय स्लरी ऊपरी और निचली कागज़ की चादरों के बीच फैलाई जाती है। इस प्रकार बने उत्पाद को स्लरी के जमने तक कन्वेयर बेल्ट पर लगातार आगे बढ़ाना आवश्यक होता है। इसके बाद चादर को तब तक सुखाया जाता है, जब तक जिप्सम बोर्ड में मौजूद अतिरिक्त पानी वाष्पित नहीं हो जाता। जिप्सम वॉलबोर्ड के उत्पादन में, उत्पादन प्रक्रिया या स्वयं बोर्ड को बेहतर बनाने के लिए स्लरी में विभिन्न पदार्थ मिलाना एक ज्ञात प्रथा है। उदाहरण के लिए, स्लरी में झाग बनाने वाले कारक मिलाकर उसमें कुछ मात्रा में हवा समाविष्ट करना और इस प्रकार उसका भार कम करना आम है, जिससे अंतिम वॉलबोर्ड का घनत्व कम हो जाता है।

कैल्शियम सल्फेट

कैल्शियम सल्फेट (अंग्रेज़ी वर्तनी calcium sulfate या calcium sulphate) एक अकार्बनिक यौगिक है, जिसका सूत्र CaSO₄ है, और इसके संबंधित हाइड्रेट भी होते हैं। γ-एनहाइड्राइट के निर्जल रूप में इसका उपयोग सामान्य प्रयोजन के शुष्कक के रूप में किया जाता है। CaSO₄ के एक विशिष्ट हाइड्रेट को प्लास्टर ऑफ पेरिस कहा जाता है। एक अन्य महत्वपूर्ण हाइड्रेट जिप्सम है, जो प्राकृतिक रूप से खनिज के रूप में पाया जाता है। विशेष रूप से जिप्सम का औद्योगिक अनुप्रयोगों में व्यापक उपयोग होता है, जैसे निर्माण सामग्री, भराव पदार्थ और पॉलिमरों आदि में। CaSO₄ के सभी रूप सफेद ठोस के रूप में दिखाई देते हैं और पानी में बहुत कम घुलनशील होते हैं। कैल्शियम सल्फेट पानी में स्थायी कठोरता पैदा करता है।
अकार्बनिक यौगिक CaSO₄ जलयोजन के तीन स्तरों में पाया जाता है:

• निर्जल अवस्था (खनिज का नाम: “एनहाइड्राइट”), जिसका सूत्र है CaSO₄.
• डाइहाइड्रेट (खनिज का नाम: “जिप्सम”), जिसका सूत्र है CaSO₄(H₂O)₂.
• हेमीहाइड्रेट, जिसका सूत्र है CaSO₄(H2₂O)0.5. विशिष्ट हेमीहाइड्रेटों को अल्फा-हेमीहाइड्रेट और बीटा-हेमीहाइड्रेट के रूप में अलग पहचाना जा सकता है।

जलयोजन और निर्जलीकरण अभिक्रियाएँ
गर्म करने पर जिप्सम आंशिक रूप से निर्जलित खनिज में बदल जाता है – जिसे कैल्शियम सल्फेट हेमीहाइड्रेट, कैल्सिनित जिप्सम या प्लास्टर ऑफ पेरिस कहा जाता है। कैल्सिनित जिप्सम का सूत्र है CaSO₄·(nH₂O), जहाँ 0.5 ≤ n ≤ 0.8 है। इसकी संरचना में बंधे पानी को निकालने के लिए 100°C और 150°C (212°F – 302°F) के बीच तापमान आवश्यक होता है। गर्म करने का सटीक तापमान और समय परिवेश की आर्द्रता पर निर्भर करते हैं। औद्योगिक कैल्सिनेशन के लिए 170°C (338°F) तक के उच्च तापमान का उपयोग किया जाता है। हालाँकि, इन तापमानों पर γ-एनहाइड्राइट का बनना शुरू हो जाता है। इस समय जिप्सम को दी जाने वाली ऊष्मीय ऊर्जा (जलयोजन की ऊष्मा) खनिज का तापमान बढ़ाने के बजाय पानी को (जलवाष्प के रूप में) बाहर निकालने में व्यय होने की प्रवृत्ति रखती है। पानी निकल जाने तक खनिज का तापमान धीरे-धीरे बढ़ता है, फिर अधिक तेज़ी से बढ़ता है। आंशिक निर्जलीकरण का समीकरण निम्नलिखित है:

इस अभिक्रिया का ऊष्माशोषी गुण ड्राईवॉल के प्रदर्शन के लिए प्रासंगिक है और आवासीय तथा अन्य संरचनाओं को अग्नि प्रतिरोध प्रदान करता है। आग लगने पर, जिप्सम से पानी निकलने के कारण ड्राईवॉल की शीट के पीछे की संरचना अपेक्षाकृत ठंडी रहती है, जिससे इमारत के ढाँचे को होने वाली क्षति (लकड़ी के अवयवों के जलने या उच्च तापमान पर इस्पात की मजबूती घटने के कारण) और उसके परिणामस्वरूप संरचना के ढहने को रोका और विलंबित किया जाता है। अधिक तापमान पर, कैल्शियम सल्फेट ऑक्सीजन छोड़ता है और इस प्रकार ऑक्सीकारक के रूप में कार्य करता है। पदार्थ के इस गुण का उपयोग ऐलुमिनोथर्मी में किया जाता है। अधिकांश खनिजों के विपरीत, जो पुनर्जलयोजित होने पर केवल तरल या अर्धतरल पेस्ट बनाते हैं या चूर्ण के रूप में बने रहते हैं, निस्तापित जिप्सम में एक असामान्य गुण होता है। परिवेश के तापमान पर पानी के साथ मिलाने पर, यह रासायनिक रूप से वापस वरीय डाइहाइड्रेट रूप में बदल जाता है, जबकि भौतिक रूप से यह एक कठोर और अपेक्षाकृत मजबूत जिप्सम क्रिस्टल जालक के रूप में “जमता” है, जैसा कि नीचे दिए गए समीकरण में दिखाया गया है:

इस ऊष्माक्षेपी अभिक्रिया के कारण जिप्सम को विभिन्न आकारों में ढालना बहुत आसान हो जाता है, जिनमें ड्राईवॉल की शीट, ब्लैकबोर्ड पर लिखने वाली चॉक की छड़ियाँ और साँचे (जैसे टूटी हड्डियों को स्थिर रखने या धातु की ढलाई के लिए) शामिल हैं। पॉलिमरों के साथ मिलाकर इसका उपयोग हड्डियों की मरम्मत के लिए सीमेंट के रूप में किया गया है।
180°C तक गर्म करने पर, इसका लगभग जलरहित रूप, जिसे γ-ऐनहाइड्राइट (CaSO₄·nH₂O जहाँ n = 0 से 0.05) कहा जाता है, बनता है। γ-ऐनहाइड्राइट पानी के साथ केवल धीरे-धीरे अभिक्रिया करके वापस डाइहाइड्रेट अवस्था में आता है, इसलिए इसका व्यापक रूप से वाणिज्यिक शुष्कक के रूप में उपयोग किया जाता है। 250°C से अधिक तापमान पर गर्म करने पर, β-ऐनहाइड्राइट का पूर्णतः निर्जल रूप बनता है। β-ऐनहाइड्राइट पानी के साथ भूवैज्ञानिक समयावधियों में भी अभिक्रिया नहीं करता, जब तक कि उसे बहुत बारीक न पीसा जाए।

प्लास्टर

प्लास्टर एक निर्माण सामग्री है, जिसका उपयोग दीवारों और छतों पर सुरक्षात्मक और/या सजावटी परत चढ़ाने तथा सजावटी भवन अवयवों को आकार देने, उनकी मोल्डिंग बनाने और उन्हें ढालने के लिए किया जाता है।
स्टुको प्लास्टर का काम है, जिसका उपयोग उभरी हुई सजावट बनाने के लिए किया जाता है।
प्लास्टर के सबसे आम प्रकारों में मुख्य घटक के रूप में जिप्सम, चूना या सीमेंट का उपयोग किया जाता है। प्लास्टर का उत्पादन सूखे चूर्ण (जिप्सम चूर्ण) के रूप में किया जाता है। चूर्ण को पानी के साथ मिलाने पर गाढ़ा, लेकिन काम करने योग्य पेस्ट बनता है। पानी के साथ होने वाली ऊष्माक्षेपी अभिक्रिया क्रिस्टलीकरण प्रक्रिया के माध्यम से ऊष्मा मुक्त करती है, जिसके बाद जलयोजित प्लास्टर कठोर हो जाता है।

जिप्सम प्लास्टर

जिप्सम प्लास्टर, या प्लास्टर ऑफ पेरिस, जिप्सम के ऊष्मीय उपचार (लगभग 300°F / 150°C) द्वारा बनाया जाता है:
CaSO₄·2H₂O + ऊष्मा → CaSO₄·0.5H₂O + 1.5H₂O (भाप के रूप में मुक्त)।
सूखे चूर्ण को पानी के साथ मिलाकर जिप्सम को फिर से बनाया जा सकता है। असंशोधित प्लास्टर का जमना शुरू करने के लिए सूखे चूर्ण को पानी के साथ मिलाया जाता है। लगभग 10 मिनट बाद जमने की अभिक्रिया शुरू होती है और लगभग 45 मिनट बाद पूरी हो जाती है। हालाँकि, जिप्सम को पूरी तरह जमने में लगभग 72 घंटे लगते हैं। यदि प्लास्टर या जिप्सम को 266°F / 130°C से अधिक तापमान पर गर्म किया जाए, तो हेमीहाइड्रेट बनता है। हेमीहाइड्रेट चूर्ण को पानी में परिक्षेपित करने पर भी जिप्सम में बदला जा सकता है।