Kalciumsilicategenskaber, struktur, opnåelse, anvendelser

2518
Charles McCarthy

Det calciumsilikat er navnet på en gruppe kemiske forbindelser dannet af calciumoxid (CaO) og silica (SiO)to). Den generelle formel for disse forbindelser er xCaO • ySiOto• zHtoELLER.

De er hvide eller gulhvide faste stoffer. De kan være vandfri, dvs. uden vand (H.toO) i sin struktur eller kan indeholde den. De er en del af flere typer mineraler i naturen.

Calciumsilicatmineral. Dave Dyet http://www.shutterstone.com http://www.dyet.com / Public domain. Kilde: Wikimedia Commons.

Calciumsilikater er uopløselige i vand, men når de slutter sig til det, danner de hydratiserede geler (materialer såsom gelatine), der er meget hårde, modstandsdygtige og næsten vandtætte, når de hærder.

Dette har ført til deres anvendelse i byggebranchen, da de bruges i cement, mursten og fugtisolerende paneler. De er også en del af materialer til at helbrede perforeringer i tænderne, og det er endda blevet undersøgt at bruge dem til regenerering af knogler, det vil sige som et biomateriale.

De er blevet foreslået for at reducere forureningen fra nogle metallurgiske industrier. De bruges også som friktionsgeneratorer i køretøjets bremser og koblinger..

Artikelindeks

  • 1 Struktur
  • 2 Nomenklatur
  • 3 egenskaber
    • 3.1 Fysisk tilstand
    • 3.2 Molekylvægt
    • 3.3 Smeltepunkt
    • 3.4 Tæthed
    • 3.5 Opløselighed
    • 3,6 pH
    • 3.7 Andre egenskaber
  • 4 Opnåelse
  • 5 anvendelser
    • 5.1 Ved opnåelse af mursten
    • 5.2 I Portland cement
    • 5.3 At immobilisere radioaktivt affald
    • 5.4 Som isolering til bygninger
    • 5.5 At reducere forurening i den metallurgiske industri
    • 5.6 I biomaterialer
    • 5.7 I biodentin
    • 5.8 Andre applikationer
  • 6 Referencer

Struktur

Calciumsilicat kan indeholde en variabel mængde calciumoxid (CaO) og silica (SiO)to). Dens generelle formel er:

xCaO • ySiOto• zHtoELLER

hvor x, y og z er tal, der kan have forskellige værdier.

Mængden af ​​CaO skal være mellem 3% og 35% (efter vægt på tør basis) og SiO-indholdetto Det skal være 50-95% (efter vægt på tør basis). De kan være vandfri (uden vand i dens struktur, det vil sige z = 0 i formlen) eller de kan være hydratiserede (med vand er dens konformation).

Nomenklatur

  • Calciumsilikat
  • Kiselsyre calciumsalt
  • Calciumoxid og silicium

Ejendomme

Fysisk tilstand

Meget fint hvidt eller off-white fast stof.

Molekylær vægt

Calciummetasilikat CaO • SiOto eller CaSiO3 = 116,16 g / mol

Smeltepunkt

CaSiO Calcium Metasilicate3 = 1540 ° C

Massefylde

CaSiO Calcium Metasilicate3 = 2,92 g / cc

Opløselighed

Uopløselig i vand og ethanol.

pH

Et mudder fremstillet med 5% calciumsilicat kan have en pH-værdi på 8,4-12,5.

Andre egenskaber

Calciumsilicat kan hydratiseres (med vand i molekylet) eller vandfrit (uden vand i molekylet) med forskellige proportioner af calcium i form af calciumoxid CaO og silica i form af siliciumdioxid SiOto.

Det har en høj vandabsorptionsevne. Calciummetasilikat (CaO • SiOto eller CaSiO3) skiller sig ud for sin glans og hvidhed, lav luftfugtighed, lavt flygtigt indhold og god olieoptagelse.

Calciummetasilikat CaSiO3. Ondřej Mangl / Public domain. Kilde: Wikimedia Commons.

Blandt hydraterne af calciumsilicat er de dannet ved tilsætning af vand til CatoJa5 og til Ca3Ja5. Hydreringsprodukterne fra disse to forbindelser er de mest almindelige i visse typer cement..

Opnåelse

Calciumsilicat opnås på forskellige måder ved omsætning af siliciumholdigt materiale (såsom diatoméjord) og calciumforbindelser (såsom calciumhydroxid (Ca (OH))to).

Calciumsilicat kan fremstilles for eksempel ved calcinering af calciumoxid (CaO) med silica (SiOto) ved forhøjede temperaturer.

Når reaktionen udføres i et molforhold på 1: 1 (dette betyder, at der er det samme antal CaO-molekyler som SiOto) resulterer i calciummetasilikat CaSiO3 o CaO • SiOto:

CaO + SiOto + varme → CaSiO3

Ansøgninger

Ved opnåelse af mursten

Med calciumsilikat fremstilles enheder eller mursten til konstruktion. De opnås med fint kiselholdigt materiale og hurtigkalk eller hydreret kalk. Inerte pigmenter kan tilsættes for at give mursten en anden farve.

Enheder støbes under tryk og hærdes i en autoklav (dampovn) ved 170 ° C i 4-6 timer. Under hærdningen reagerer noget af kalk med det kiselholdige materiale og danner et calciumsilicathydrat, som holder mursten sammen..

Klodser af calciumsilikat. Holger.Ellgaard / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). Kilde: Wikimedia Commons.

Imidlertid har calciumsilikatsten en tendens til at ekspandere og krympe mere end lersten, hvilket undertiden kan forårsage revnedannelse af murværket..

Dette har vakt opmærksomhed, og de er blevet betragtet som potentielt farlige.

I Portland cement

Calciumsilikater er en del af Portland cement, som er et meget anvendt materiale i byggebranchen.

Portland cement er en hydraulisk cement, der produceres af pulveriserende materialer, der hovedsageligt dannes af hydratiserede calciumsilikater og calciumsulfat CaSO4 (rollebesætning).

Overflade med cement. Cement indeholder calciumsilikater i sammensætningen. Forfatter: Pexels. Kilde: Pixabay.

Det hærder hurtigt på grund af hydratiseringsreaktionen, der genererer en hydreret calciumsilicatgel. Dette resulterer i et stærkt, tæt og lavt gennemtrængeligt materiale (der ikke slipper vand igennem).

Silicaterne, den indeholder, er tricalciumsilicat Ca3Ja5 o 3CaO.SiOto og dicalciumsilicat CatoJa4 eller 2CaO.SiOto.

At immobilisere radioaktivt affald

Calciumsilikater i cement kan variere i vægtprocent. Sammensætningen af ​​Portland cement kan ændre sig afhængigt af den type konstruktion, den er beregnet til..

Nogle typer af denne cement bruges til at immobilisere radioaktivt affald, så det ikke skader mennesker eller miljøet..

Som isolering til bygninger

Calciumsilicat bruges til at opnå mineralskumplader eller isolerende mineralplader.

Calciumsilikatplader. Achim Hering / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0). Kilde: Wikimedia Commons.

Disse tjener til at isolere væggene mod fugt. CaO og SiO blandesto med vand og 3-6% cellulose tilsættes, hvilket forbedrer kanternes fleksibilitet og stabilitet.

Det resulterende slam hældes i forme og opvarmes derefter med damp ved højt tryk og temperatur i en speciel dampovn kaldet en autoklav..

Resultatet er et stift, meget fint poreskum, der skæres i ark eller plader og behandles med specielle tilsætningsstoffer, så det kan frastøde vand..

Calciumsilikatskum bruges i byggesektoren, især til at isolere vægge og forbedre beskyttelsen mod fugt, hvilket er nyttigt især til renovering af gamle bygninger.

At reducere forurening i den metallurgiske industri

Dicalciumsilikat CatoJa4 eller 2CaO.SiOto fundet i slagge eller affald fra stålproduktion, er blevet brugt til at udfælde opløste metaller i sure spildevand fra andre metallurgiske processer.

Udfældning betyder, at det opløste metal bliver en del af en fast forbindelse, der går i bunden af ​​beholderen og kan opsamles.

Nogle affald fra stålindustrien har calciumsilicater, der er nyttige til udfældning af metaller fra sure opløsninger. Forfatter: Skeeze. Kilde: Pixabay.

CatoJa4 til stede i stålslagge reagerer med vand og producerer Ca (OH)to som har evnen til at neutralisere surheden af ​​sure opløsninger af metaller fra andre processer:

2 CatoJa4 + 4 timertoO → 3CaO.2SiOto.3HtoO + Ca (OH)to

Ud over at neutralisere kan calciumsilicatforbindelsen adsorbere nogle af metalionerne Mto+ ved udveksling med calciumionen Cato+. Her er en oversigt:

≡Si-O-Ca + Mto+ → ≡Si-O-M + Cato+

Den faste forbindelse indeholdende metallet kan derefter anvendes til et andet formål og kasseres ikke. Dette er et eksempel på industriel økologi.

I biomaterialer

Calciumsilikatkeramik begyndte at blive testet som biomaterialer siden 1990. De er blevet undersøgt for deres potentielle anvendelse til regenerering af knoglevæv på grund af deres bioaktivitet bedre end andre materialer..

Dette tilskrives det faktum, at de har silicium (Si), som spiller en vigtig rolle i de mekanismer, der fører til dannelsen af ​​ny knogle..

Calciumsilikatbaserede cement har evnen til at inducere dannelsen af ​​en calciumphosphat / apatit-belægning, når de nedsænkes i biologiske væsker og fremmer vævsregenerering..

Calciumsilikater kan fungere som en base for biomaterialer, der tillader reparation af knogler. https://www.scientificaimations.com/ / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Kilde: Wikimedia Commons.

Af disse grunde betragtes det som et egnet materiale til knoglereparation..

I biodentinen

Calciumsilicat er en del af biodentin. Dette er et materiale, der bruges til at reparere tandperforeringer, knogleresorptioner og som fyld for enden af ​​tænderødderne..

Biodentin er en bioaktiv cement med lav porøsitet, der har en større mekanisk styrke eller hårdhed end andre materialer og ligner dentin.

Calciumsilikater er en del af materialer, der bruges til at dække perforeringer i tænderne. Jak / Public domain. Kilde: Wikimedia Commons.

Det består af tricalciumsilicat (Ca3Ja5), dicalciumsilicat (CatoJa5), calciumcarbonat (CaCO3) og zirconiumoxid. Når det blandes med vand, danner calciumsilicater en klæbrig hydratiseret gel, der efter et stykke tid størkner og skaber en hård struktur..

Det udøver en positiv effekt på cellerne i tandmasse og fremskynder dannelsen af ​​broer i dentinet, hvor styrken af ​​dens bindinger, dens mikrohårdhed og modstandsdygtighed over for kompression fremhæves..

Rør med calciumsilicat til hærdning af tænder. Shaimaa Abdellatif / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Kilde: Wikimedia Commons.

Andre apps

Calciumsilikater bruges også som antiklumpningsmidler og filterhjælpemidler..

Calciummetasilikat CaSiO3 anvendes i keramik, i enheder, hvor der kræves friktion, såsom køretøjsbremser og koblinger, og til opnåelse af metaller.

På grund af sin høje lysstyrke og hvidhed er CaSiO3 Det bruges til at fylde maling og plast.

Referencer

  1. Ropp, R.C. (2013). Gruppe 14 (C, Si, Ge, Sn og Pb) alkaliske jordforbindelser. Calciumsilikater. I Encyclopedia of the Alkaline Earth Compounds. Gendannet fra sciencedirect.com.
  2. FAO (2015). Calciumsilikat. Specifikationer udarbejdet på 80th JECFA (2015) og offentliggjort i FAO JECFA Monographs 17. Hentet fra fao.org.
  3. Harrisson, A.M. (2019). Forfatning og specifikation af Portland Cement. Calciumsilicathydrat. I Lea's Chemistry of Cement and Concrete (Femte udgave). Gendannet fra sciencedirect.com.
  4. Gellert, R. (2010). Uorganiske mineralmaterialer til isolering i bygninger. Calciumsilikatskum og mineralskum. I materialer til energieffektivitet og termisk komfort i bygninger. Gendannet fra sciencedirect.com.
  5. Goudouri, O-M. et al. (2016). Karakteriserer nedbrydningsadfærden for biokeramiske stilladser. Apatit / wollastonit stilladser. I karakterisering og design af vævsstilladser. Gendannet fra sciencedirect.com.
  6. Rani, P. et al. (2019). Dental pulp capping nanocomposites. Biodentin. I anvendelser af nanokompositmaterialer i tandpleje. Gendannet fra sciencedirect.com.
  7. Ingham, J.P. (2013). Betonprodukter. Calciumsilicatenheder. I geomaterialer under mikroskopet. Gendannet fra sciencedirect.com.
  8. Ojovan, M.I. og Lee, W.E. (2005). Immobilisering af radioaktivt affald i cement. Hydrauliske cement. I en introduktion til immobilisering af nukleart affald. Gendannet fra sciencedirect.com.
  9. Ramachandra Rao, S. (2006). Genvinding af ressourcer og genanvendelse fra metallurgisk affald. Calciumsilikat som udfældningsmiddel til opløste metaller. I affaldshåndteringsserier. Gendannet fra sciencedirect.com.
  10. Prati, C. og Gandolfi, M.G. (2015). Calciumsilikatbioaktive cement: Biologiske perspektiver og kliniske anvendelser. Dent Mater, 2015 apr; 31 (4): 351-70. Gendannet fra ncbi.nlm.nih.gov.

Endnu ingen kommentarer