Kalsiumsilikategenskaper, struktur, oppnåelse, bruk

1339
Jonah Lester

De kalsiumsilikat er navnet gitt til en gruppe kjemiske forbindelser dannet av kalsiumoksid (CaO) og silika (SiO)to). Den generelle formelen for disse forbindelsene er xCaO • ySiOto• zHtoELLER.

De er hvite eller gulhvite faste stoffer. De kan være vannfrie, det vil si uten vann (HtoO) i strukturen, eller kan inneholde den. De er en del av flere typer mineraler i naturen.

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

Kalsiumsilikater er uoppløselige i vann, men når de slutter seg til det, danner de hydratiserte geler (materialer som gelatin) som er veldig harde, motstandsdyktige og nesten vanntette når de stivner.

Dette har ført til deres bruk i byggebransjen, siden de brukes i sement, murstein og fuktisolerende paneler. De er også en del av materialer for å helbrede perforeringer i tennene, og det har til og med blitt studert å bruke dem til regenerering av bein, det vil si som et biomateriale.

De er blitt foreslått for å redusere forurensningen fra noen metallurgiske næringer. De brukes også som friksjonsgeneratorer i bilbremser og clutcher..

Artikkelindeks

  • 1 Struktur
  • 2 Nomenklatur
  • 3 eiendommer
    • 3.1 Fysisk tilstand
    • 3.2 Molekylvekt
    • 3.3 Smeltepunkt
    • 3.4 Tetthet
    • 3.5 Løselighet
    • 3,6 pH
    • 3.7 Andre egenskaper
  • 4 Motta
  • 5 bruksområder
    • 5.1 Ved å skaffe murstein
    • 5.2 I Portland sement
    • 5.3 For å immobilisere radioaktivt avfall
    • 5.4 Som isolasjon for bygninger
    • 5.5 Å redusere forurensning i metallindustrien
    • 5.6 I biomaterialer
    • 5.7 I biodentin
    • 5.8 Andre applikasjoner
  • 6 Referanser

Struktur

Kalsiumsilikat kan inneholde en variabel mengde kalsiumoksid (CaO) og silika (SiO)to). Den generelle formelen er:

xCaO • ySiOto• zHtoELLER

hvor x, y og z er tall som kan ha forskjellige verdier.

Mengden CaO må være mellom 3 og 35 vekt% (på vekt på tørr basis) og SiO-innholdetto Det bør være 50-95% (etter vekt på tørr basis). De kan være vannfrie (uten vann i strukturen, det vil si z = 0 i formelen) eller de kan hydratiseres (med vann er dens konformasjon).

Nomenklatur

  • Kalsiumsilikat
  • Silisiumsyre kalsiumsalt
  • Kalsiumoksid og silisium

Eiendommer

Fysisk tilstand

Veldig fin hvit eller off-white solid.

Molekylær vekt

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

Smeltepunkt

CaSiO kalsiummetasilikat3 = 1540 ° C

Tetthet

CaSiO kalsiummetasilikat3 = 2,92 g / cc

Løselighet

Uoppløselig i vann og etanol.

pH

Et gjørme tilberedt med 5% kalsiumsilikat kan ha en pH på 8,4-12,5.

Andre egenskaper

Kalsiumsilikat kan være hydratisert (med vann i molekylet) eller vannfritt (uten vann i molekylet) med forskjellige andeler kalsium i form av kalsiumoksid CaO og silika i form av silisiumdioksyd SiOto.

Den har høy vannabsorpsjonskapasitet. Kalsiummetasilikat (CaO • SiOto eller CaSiO3) skiller seg ut for sin glans og hvithet, lav luftfuktighet, lavt flyktig innhold og god oljeabsorpsjon.

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

Blant hydrater av kalsiumsilikat er de som dannes ved tilsetning av vann til CatoJa5 og til Ca3Ja5. Hydreringsproduktene til disse to forbindelsene er de mest utbredte i visse typer sement..

Å skaffe

Kalsiumsilikat oppnås på forskjellige måter ved å reagere silisiumholdig materiale (som kiselgur) og kalsiumforbindelser (for eksempel kalsiumhydroksid (Ca (OH))to).

Kalsiumsilikat kan fremstilles for eksempel ved kalsinering av kalsiumoksyd (CaO) med silika (SiOto) ved forhøyede temperaturer.

Når reaksjonen utføres i et molforhold på 1: 1 (dette betyr at det er samme antall CaO-molekyler som SiOto) resulterer i kalsiummetasilikat CaSiO3 o CaO • SiOto:

CaO + SiOto + varme → CaSiO3

applikasjoner

Ved å skaffe murstein

Med kalsiumsilikat lages enheter eller murstein for konstruksjon. De oppnås med fint kiselholdig materiale og kalk eller hydrert kalk. Inerte pigmenter kan tilsettes for å gi murstein en annen farge.

Enhetene støpes under trykk og herdes i en autoklav (dampovn) ved 170 ° C i 4-6 timer. Under herding reagerer noe av kalk med kiselholdig materiale for å danne et kalsiumsilikathydrat, som holder mursteinen sammen..

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

Imidlertid har kalsiumsilikat murstein en tendens til å ekspandere og krympe mer enn leire murstein, noe som noen ganger kan føre til sprekkdannelse i murverket..

Dette har vakt oppmerksomhet og de har blitt ansett som potensielt farlige.

I Portland sement

Kalsiumsilikater er en del av Portland sement, som er et mye brukt materiale i byggebransjen.

Portland sement er en hydraulisk sement som produseres av pulveriserende materialer dannet hovedsakelig av hydratiserte kalsiumsilikater og kalsiumsulfat CaSO4 (rollebesetning).

Overflate med sement. Sement inneholder kalsiumsilikater i sammensetningen. Forfatter: Pexels. Kilde: Pixabay.

Den stivner raskt på grunn av hydratiseringsreaksjonen som genererer en hydrert kalsiumsilikatgel. Dette resulterer i et sterkt, tett og lite permeabelt materiale (som ikke slipper vann gjennom).

Silikatene den inneholder er trikalciumsilikat Ca3Ja5 o 3CaO.SiOto og dikalsiumsilikat CatoJa4 eller 2CaO.SiOto.

Å immobilisere radioaktivt søppel

Kalsiumsilikater i sement kan variere i vektprosent. Sammensetningen av Portland-sement kan endres avhengig av hvilken type konstruksjonskonstruksjon den er ment for..

Noen typer sement brukes til å immobilisere radioaktivt avfall slik at det ikke skader mennesker eller miljøet..

Som isolasjon for bygninger

Kalsiumsilikat brukes til å skaffe mineralskumplater eller isolerende mineralplater.

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

Disse tjener til å isolere veggene mot fuktighet. CaO og SiO blandesto med vann og 3-6% cellulose tilsettes, noe som forbedrer kantens fleksibilitet og stabilitet.

Det resulterende slammet helles i former og deretter oppvarmes med damp ved høyt trykk og temperatur i en spesiell dampovn kalt autoklav..

Resultatet er et stivt, veldig fint poreskum som kuttes i ark eller brett og behandles med spesielle tilsetningsstoffer slik at det kan avvise vann..

Kalsiumsilikatskum brukes i byggesektoren, spesielt for å isolere vegger og forbedre beskyttelsen mot fuktighet, noe som er nyttig spesielt ved renovering av gamle bygninger.

For å redusere forurensning i metallindustrien

Dicalcium Silicate CatoJa4 eller 2CaO.SiOto funnet i slagg eller avfall fra stålproduksjon har blitt brukt til å utfelle oppløste metaller i sure utløp fra andre metallurgiske prosesser.

Nedbør betyr at det oppløste metallet blir en del av en fast forbindelse som går til bunnen av beholderen og kan samles opp.

Noen avfall fra stålindustrien har kalsiumsilikater som er nyttige for utfelling av metaller fra sure løsninger. Forfatter: Skeeze. Kilde: Pixabay.

CatoJa4 tilstede i stålslagg reagerer med vann og produserer Ca (OH)to som har evnen til å nøytralisere surheten til sure oppløsninger av metaller fra andre prosesser:

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

I tillegg til å nøytralisere, kan kalsiumsilikatforbindelsen adsorbere noen av metallionene Mto+ ved utveksling med kalsiumionen Cato+. Her er en oversikt:

≡Si-O-Ca + Mto+ → ≡Si-O-M + Cato+

Den faste forbindelsen som inneholder metallet kan deretter brukes til et annet formål og kastes ikke. Dette er et eksempel på industriell økologi.

I biomaterialer

Kalsiumsilikatkeramikk begynte å bli testet som biomaterialer siden 1990. De har blitt studert for deres potensielle bruk i regenerering av beinvev på grunn av deres bioaktivitet bedre enn andre materialer..

Dette tilskrives det faktum at de har silisium (Si), som spiller en viktig rolle i mekanismene som fører til dannelsen av nytt bein..

Kalsiumsilikatbaserte sementer har evnen til å indusere dannelsen av et kalsiumfosfat / apatittbelegg når de nedsenkes i biologiske væsker og fremmer vevregenerering..

Kalsiumsilikater kan fungere som en base for biomaterialer som gjør det mulig å reparere bein. https://www.scientificaimations.com/ / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Kilde: Wikimedia Commons.

Av disse grunner blir det ansett som et egnet materiale for reparasjon av bein..

I biodentinen

Kalsiumsilikat er en del av biodentin. Dette er et materiale som brukes til å reparere tannperforeringer, beinresorpsjoner og som fyll for enden av tannrøttene..

Biodentine er en bioaktiv sement med lav porøsitet som har større mekanisk styrke eller hardhet enn andre materialer og ligner dentin.

Kalsiumsilikater er en del av materialene som brukes til å dekke perforeringer i tennene. Jak / Public domain. Kilde: Wikimedia Commons.

Den består av trikalciumsilikat (Ca3Ja5), dikalsiumsilikat (CatoJa5), kalsiumkarbonat (CaCO3) og zirkoniumoksid. Når det blandes med vann, danner kalsiumsilikater en klebrig, hydrert gel som etter en stund stivner og skaper en hard struktur..

Det utøver en positiv effekt på cellene i tannmassen og akselererer dannelsen av broer i dentinet, hvor styrken av bindinger, mikrohardhet og motstand mot kompresjon blir fremhevet..

Rør med kalsiumsilikat for å kurere tennene. Shaimaa Abdellatif / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Kilde: Wikimedia Commons.

Andre apper

Kalsiumsilikater brukes også som antiklumpemidler og filterhjelpemidler..

Kalsiummetasilikat CaSiO3 brukes i keramikk, i enheter der det kreves friksjon, for eksempel kjøretøybremser og clutcher, og for å oppnå metaller.

På grunn av sin høye lysstyrke og hvithet, CaSiO3 Den brukes til å fylle maling og plast.

Referanser

  1. Ropp, R.C. (2013). Gruppe 14 (C, Si, Ge, Sn og Pb) alkaliske jordforbindelser. Kalsiumsilikater. I Encyclopedia of the Alkaline Earth Compounds. Gjenopprettet fra sciencedirect.com.
  2. FAO (2015). Kalsiumsilikat. Spesifikasjoner utarbeidet på 80-talletth JECFA (2015) og publisert i FAO JECFA Monographs 17. Hentet fra fao.org.
  3. Harrisson, A.M. (2019). Konstitusjon og spesifikasjon av Portland Cement. Kalsiumsilikathydrat. I Lea's Chemistry of Cement and Concrete (Femte utgave). Gjenopprettet fra sciencedirect.com.
  4. Gellert, R. (2010). Uorganiske mineralmaterialer for isolasjon i bygninger. Kalsiumsilikatskum og mineralskum. I materialer for energieffektivitet og termisk komfort i bygninger. Gjenopprettet fra sciencedirect.com.
  5. Goudouri, O-M. et al. (2016). Karakteriserer nedbrytningsatferden til biokeramiske stillas. Apatitt / wollastonitt stillas. I karakterisering og design av vevstillas. Gjenopprettet fra sciencedirect.com.
  6. Rani, P. et al. (2019). Tannmassekappende nanokompositter. Biodentin. In Applications of Nanocomposite Materials in Dentistry. Gjenopprettet fra sciencedirect.com.
  7. Ingham, J.P. (2013). Betongprodukter. Kalsiumsilikat enheter. I geomaterialer under mikroskopet. Gjenopprettet fra sciencedirect.com.
  8. Ojovan, M.I. og Lee, W.E. (2005). Immobilisering av radioaktivt avfall i sement. Hydrauliske sementer. I en introduksjon til immobilisering av atomavfall. Gjenopprettet fra sciencedirect.com.
  9. Ramachandra Rao, S. (2006). Ressursgjenvinning og resirkulering fra metallurgisk avfall. Kalsiumsilikat som utfelling for oppløste metaller. I avfallshåndteringsserien. Gjenopprettet fra sciencedirect.com.
  10. Prati, C. og Gandolfi, M.G. (2015). Kalsiumsilikat bioaktive sementer: Biologiske perspektiver og kliniske anvendelser. Dent Mater, 2015 apr; 31 (4): 351-70. Gjenopprettet fra ncbi.nlm.nih.gov.

Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.