Proprietăți, structură, obținere, utilizări ale silicatului de calciu

silicat de calciu este numele dat unui grup de compuși chimici formați din oxid de calciu (CaO) și silice (SiO_Două). Formula generală a acestor compuși este xCaO • ySiO_Două• zH_DouăSAU.

Sunt solide albe sau albe gălbui. Pot fi anhidri, adică fără apă (H_DouăO) în structura sa sau îl poate conține. Acestea fac parte din mai multe tipuri de minerale din natură.

Silicații de calciu sunt insolubili în apă, dar atunci când se unesc cu aceasta, formează geluri hidratate (materiale precum gelatina) care sunt foarte dure, rezistente și aproape impermeabile atunci când se fixează.

Acest lucru a dus la utilizarea lor în industria construcțiilor, deoarece acestea sunt utilizate în ciment, cărămizi și panouri izolatoare de umiditate. De asemenea, fac parte din materiale pentru vindecarea perforațiilor dinților și a fost chiar studiat utilizarea acestora în regenerarea oaselor, adică ca biomaterial..

Au fost propuse reducerea poluării generate de unele industrii metalurgice. Ele sunt, de asemenea, utilizate ca generatoare de frecare în frânele și ambreiajele vehiculului..

Indice articol

• 1 Structură
• 2 Nomenclatură
• 3 Proprietăți
  • 3.1 Starea fizică
  • 3.2 Greutate moleculară
  • 3.3 Punctul de topire
  • 3.4 Densitatea
  • 3.5 Solubilitate
  • 3,6 pH
  • 3.7 Alte proprietăți
• 4 Obținerea
• 5 utilizări
  • 5.1 În obținerea cărămizilor
  • 5.2 În cimentul Portland
  • 5.3 Pentru imobilizarea deșeurilor radioactive
  • 5.4 Ca izolație pentru clădiri
  • 5.5 Reducerea poluării în industria metalurgică
  • 5.6 În biomateriale
  • 5.7 În biodentină
  • 5.8 Alte aplicații
• 6 Referințe

Structura

Silicatul de calciu poate conține o cantitate variabilă de oxid de calciu (CaO) și silice (SiO_Două). Formula sa generală este:

xCaO • ySiO_Două• zH_DouăSAU

unde x, y și z sunt numere care pot avea diferite valori.

Cantitatea de CaO trebuie să fie între 3% și 35% (în greutate pe bază uscată) și conținutul de SiO_Două Ar trebui să fie de 50-95% (în greutate pe bază uscată). Ele pot fi anhidre (fără apă în structura sa, adică z = 0 în formulă) sau pot fi hidratate (cu apa este conformația sa).

Nomenclatură

• Silicat de calciu
• Sare de calciu a acidului silicic
• Oxid de calciu și siliciu

Proprietăți

Starea fizică

Solid foarte alb sau aproape alb.

Greutate moleculară

Metasilicat de calciu CaO • SiO_Două sau CaSiO₃ = 116,16 g / mol

Punct de topire

CaSiO Metasilicat de calciu₃ = 1540 ° C

Densitate

CaSiO Metasilicat de calciu₃ = 2,92 g / cc

Solubilitate

Insolubil în apă și etanol.

pH

Un noroi preparat cu silicat de calciu 5% poate avea un pH de 8,4-12,5.

Alte proprietăți

Silicatul de calciu poate fi hidratat (cu apă în moleculă) sau anhidru (fără apă în moleculă) cu diferite proporții de calciu sub formă de oxid de calciu CaO și silice sub formă de dioxid de silice SiO_Două.

Are o capacitate mare de absorbție a apei. Metasilicat de calciu (CaO • SiO_Două sau CaSiO₃) se remarcă prin strălucirea și albul său, umiditatea redusă, conținutul scăzut de volatil și absorbția bună a uleiului.

Printre hidrații silicatului de calciu sunt cei formați prin adăugarea de apă în Ca._Douăda₅ iar la Ca₃da₅. Produsele de hidratare ale acestor doi compuși sunt cei mai abundenți în anumite tipuri de ciment..

Obținerea

Silicatul de calciu se obține în diferite moduri prin reacția materialului siliciu (cum ar fi pământul diatomeu) și a compușilor de calciu (cum ar fi hidroxidul de calciu (Ca (OH))_Două).

Silicatul de calciu poate fi preparat de exemplu prin calcinarea oxidului de calciu (CaO) cu silice (SiO_Două) la temperaturi ridicate.

Când reacția se desfășoară la un raport molar 1: 1 (aceasta înseamnă că există același număr de molecule de CaO ca SiO_Două) are ca rezultat metasilicat de calciu CaSiO₃ o CaO • SiO_Două:

CaO + SiO_Două + căldură → CaSiO₃

Aplicații

În obținerea cărămizilor

Cu silicatul de calciu se realizează unități sau cărămizi pentru construcție. Se obțin cu material silicios fin și var var sau var hidratat. Se pot adăuga pigmenți inerți pentru a da cărămizii o culoare diferită.

Unitățile sunt turnate sub presiune și întărite într-o autoclavă (cuptor cu aburi) la 170 ° C timp de 4-6 ore. În timpul întăririi, o parte din var reacționează cu materialul siliciu pentru a forma un hidrat de silicat de calciu, care ține caramida împreună..

Cu toate acestea, cărămizile cu silicat de calciu tind să se extindă și să se micșoreze mai mult decât cărămizile de lut, care uneori pot provoca crăparea zidăriei..

Acest lucru a atras atenția și au fost considerați potențial periculoși.

În cimentul Portland

Silicații de calciu fac parte din cimentul Portland, care este un material utilizat pe scară largă în industria construcțiilor.

Cimentul Portland este un ciment hidraulic care este produs prin pulverizarea materialelor formate în principal din silicați de calciu hidratați și sulfat de calciu CaSO₄ (distribuție).

Se întărește rapid datorită reacției de hidratare care generează un gel silicat de calciu hidratat. Acest lucru duce la un material puternic, dens și cu permeabilitate redusă (care nu lasă apa să treacă).

Silicații pe care îi conține sunt silicat tricalcic Ca₃da₅ o 3CaO.SiO_Două și silicatul dicalcic Ca_Douăda₄ sau 2CaO.SiO_Două.

Pentru a imobiliza gunoiul radioactiv

Silicații de calciu din ciment pot varia în procente din greutate. Compoziția cimentului Portland se poate modifica în funcție de tipul de structură de construcție pentru care este destinat..

Unele tipuri de acest ciment sunt utilizate pentru a imobiliza deșeurile radioactive, astfel încât să nu provoace daune oamenilor sau mediului..

Ca izolație pentru clădiri

Silicatul de calciu este utilizat pentru a obține plăci de spumă minerală sau plăci minerale izolatoare.

Acestea servesc la izolarea pereților de umezeală. CaO și SiO sunt amestecate_Două cu apă și se adaugă 3-6% celuloză, ceea ce îmbunătățește flexibilitatea și stabilitatea marginilor.

Nămolul rezultat este turnat în forme și apoi încălzit cu abur la presiune și temperatură ridicate într-un cuptor special cu abur numit autoclavă..

Rezultatul este o spumă rigidă, cu pori foarte fini, care este tăiată în foi sau plăci și tratată cu aditivi speciali, astfel încât să poată respinge apa..

Spuma de silicat de calciu este utilizată în sectorul construcțiilor, în special pentru izolarea pereților și îmbunătățirea protecției împotriva umezelii, fiind utilă mai ales în renovarea clădirilor vechi.

Pentru a reduce poluarea în industria metalurgică

Silicat dicalcic Ca_Douăda₄ sau 2CaO.SiO_Două găsit în zgură sau deșeuri din producția de oțel a fost folosit pentru precipitarea metalelor dizolvate în efluenții acizi din alte procese metalurgice.

Precipitarea înseamnă că metalul dizolvat devine parte dintr-un compus solid care merge la fundul recipientului și poate fi colectat.

Ca._Douăda₄ prezent în zgura de oțel reacționează cu apa și produce Ca (OH)_Două care are capacitatea de a neutraliza aciditatea soluțiilor acide ale metalelor din alte procese:

2 Ca_Douăda₄ + 4 ore_DouăO → 3CaO.2SiO_Două.3H_DouăO + Ca (OH)_Două

Pe lângă neutralizare, compusul silicat de calciu poate adsorbi o parte din ionii metalici M^Două+ prin schimb cu ionul de calciu Ca^Două+. Iată o schiță:

≡Si-O-Ca + M^Două+ → ≡Si-O-M + Ca^Două+

Compusul solid care conține metalul poate fi apoi utilizat în alt scop și nu este aruncat. Acesta este un exemplu de ecologie industrială.

În biomateriale

Ceramica cu silicat de calciu a început să fie testată ca biomateriale din 1990. Au fost studiate pentru utilizarea lor potențială în regenerarea țesutului osos datorită bioactivității lor superioare celorlalte materiale..

Acest lucru este atribuit faptului că au siliciu (Si), care joacă un rol esențial în mecanismele care duc la formarea de os nou..

Cimentele pe bază de silicat de calciu au capacitatea de a induce formarea unui strat de fosfat de calciu / apatit atunci când sunt scufundate în fluide biologice și promovează regenerarea țesuturilor..

Din aceste motive, este considerat un material adecvat pentru repararea oaselor..

În biodentină

Silicatul de calciu face parte din biodentină. Acesta este un material care este folosit pentru a repara perforațiile dentare, resorbțiile osoase și ca umplutură pentru capătul rădăcinilor dinților..

Biodentina este un ciment bioactiv cu porozitate scăzută care are o rezistență mecanică sau o duritate mai mare decât alte materiale și seamănă cu dentina.

Este alcătuit din silicat tricalcic (Ca₃da₅), silicat dicalcic (Ca_Douăda₅), carbonat de calciu (CaCO₃) și oxid de zirconiu. Când sunt amestecați cu apă, silicații de calciu formează un gel hidratant lipicios care după un timp se solidifică creând o structură dură..

Acesta exercită un efect pozitiv asupra celulelor pulpei dentare și accelerează formarea de punți în dentină, unde sunt evidențiate puterea legăturilor sale, micro-duritatea și rezistența la compresiune..

Alte aplicatii

Silicații de calciu sunt, de asemenea, folosiți ca agenți anti-aglomerare și ajutoare pentru filtrare..

Metasilicat de calciu CaSiO₃ utilizat în ceramică, în dispozitive în care este necesară fricțiunea, cum ar fi frânele și ambreiajele vehiculului și în obținerea metalelor.

Datorită strălucirii și a albului său ridicat, CaSiO₃ Se folosește pentru umplerea vopselelor și materialelor plastice.

Referințe

1. Ropp, R.C. (2013). Grupul 14 (C, Si, Ge, Sn și Pb) Compuși alcalini pământici. Silicați de calciu. În Enciclopedia compușilor alcalini ai pământului. Recuperat de la sciencedirect.com.
2. FAO (2015). Silicat de calciu. Specificații pregătite la 80^a JECFA (2015) și publicat în FAO Monografii JECFA 17. Adus de pe fao.org.
3. Harrisson, A.M. (2019). Constituția și specificația cimentului Portland. Hidrat de silicat de calciu. În chimia cimentului și betonului Lea (ediția a cincea). Recuperat de la sciencedirect.com.
4. Gellert, R. (2010). Materiale minerale anorganice pentru izolare în clădiri. Spumă de silicat de calciu și spumă minerală. În Materiale pentru eficiență energetică și confort termic în clădiri. Recuperat de la sciencedirect.com.
5. Goudouri, O-M. și colab. (2016). Cgaracterizarea comportamentului de degradare a schelelor bioceramice. Schele apatite / wollastonite. În caracterizarea și proiectarea schelelor de țesut. Recuperat de la sciencedirect.com.
6. Rani, P. și colab. (2019). Nanocompozite de acoperire a pulpei dentare. Biodentin. În aplicațiile materialelor nanocompozite în stomatologie. Recuperat de la sciencedirect.com.
7. Ingham, J.P. (2013). Produse din beton. Unități de silicat de calciu. În Geomateriale sub microscop. Recuperat de la sciencedirect.com.
8. Ojovan, M.I. și Lee, W.E. (2005). Imobilizarea deșeurilor radioactive în ciment. Cimenturi hidraulice. Într-o introducere în imobilizarea deșeurilor nucleare. Recuperat de la sciencedirect.com.
9. Ramachandra Rao, S. (2006). Recuperarea resurselor și reciclarea deșeurilor metalurgice. Silicatul de calciu ca precipitant pentru metalele dizolvate. În seria de gestionare a deșeurilor. Recuperat de la sciencedirect.com.
10. Prati, C. și Gandolfi, M.G. (2015). Cimenturi bioactive cu silicat de calciu: perspective biologice și aplicații clinice. Dent Mater, 2015 apr; 31 (4): 351-70. Recuperat de la ncbi.nlm.nih.gov.