- Struktur
- nomenklatur
- Ejendomme
- Fysisk tilstand
- Molekylær vægt
- Smeltepunkt
- Massefylde
- Opløselighed
- pH
- Andre egenskaber
- Indhentning
- Applikationer
- Ved at få mursten
- I Portland cement
- At immobilisere radioaktivt affald
- Som isolator for bygninger
- At reducere forurening i metallurgisk industri
- I biomaterialer
- I biodentinen
- Andre apps
- Referencer
Den calciumsilicat er det navn, der er tildelt en gruppe af kemiske forbindelser dannet ud fra calciumoxid (CaO) og silica (SiO 2). Den almene formel for disse forbindelser er xCaO • ySiO 2 • ZH 2 O.
De er hvide eller gulligt hvide faste stoffer. De kan være vandfrit, dvs. uden vand (H 2 O) i deres struktur, eller de kan indeholde det. De er en del af flere typer mineraler i naturen.
Calciumsilicat mineral. Dave Dyet http://www.shutterstone.com http://www.dyet.com / Public domain. Kilde: Wikimedia Commons.
Calciumsilicater er uopløselige i vand, men når de går sammen med det, danner de hydratiserede geler (materialer som gelatine), som efter knusing er meget hårde, resistente og næsten vandtætte.
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 er endda blevet undersøgt til brug i regenerering af knogler, dvs. som et biomateriale.
De er blevet foreslået at reducere forureningen genereret af nogle metallurgiske industrier. De bruges også som friktionsgeneratorer i køretøjsbremser og koblinger.
Struktur
Calciumsilicat kan indeholde en variabel mængde calciumoxid (CaO) og silica (SiO 2). Dens generelle formel er:
xCaO • Ysio 2 • zH 2 O
hvor x, y og z er tal, der kan have forskellige værdier.
Mængden af CaO skal være mellem 3% og 35% (ved vægt på tør basis) og SiO 2 -indhold skal være mellem 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 hydratiseres (med vand er dens konformation).
nomenklatur
- Calciumsilicat
- Kiselsyre calciumsalt
- Calciumoxid og silicium
Ejendomme
Fysisk tilstand
Meget fint hvidt eller off-white fast stof.
Molekylær vægt
Calciummetasilicat CaO • SiO 2 eller CaSiO 3 = 116,16 g / mol
Smeltepunkt
Calciummetasilicate CaSiO 3 = 1540 ° C
Massefylde
Calciummetasilicate CaSiO 3 = 2,92 g / cc
Opløselighed
Uopløselig i vand og ethanol.
pH
En mudder fremstillet med 5% calciumsilicat kan have en pH 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 SiO 2.
Det har en høj vandabsorptionskapacitet. Calciummetasilicate (CaO • SiO 2 eller CaSiO 3) skiller sig ud for sin glans og hvidhed, lav luftfugtighed, lavt flygtigt indhold og god olieoptagelse.
CaSiO 3 calciummetasilikat. Ondřej Mangl / Public domain. Kilde: Wikimedia Commons.
Blandt calciumsilicatprodukter hydrater, der dannes ved tilsætning af vand til Ca 2 SiO 5 og Ca 3 SiO 5 udmærker. Hydratiseringsprodukterne af disse to forbindelser er de mest udbredte i visse typer cement.
Indhentning
Calciumsilicat fremstilles på forskellige måder ved omsætning af kiselholdigt materiale (såsom diatoméjord) og calciumforbindelser (såsom calciumhydroxid (Ca (OH) 2)).
Calciumsilicat kan fremstilles for eksempel ved kalcinering calciumoxid (CaO) med silica (SiO 2) ved forhøjede temperaturer.
Når reaktionen udføres ved en 1: 1 molforhold (Dette betyder, at der er det samme antal CaO molekyler som SiO 2), den calciummetasilicat Casio 3 eller CaO • SiO 2 resultater:
CaO + SiO 2 + varme → CaSiO 3
Applikationer
Ved at få mursten
Med calciumsilicat-enheder eller mursten til konstruktion fremstilles. De fås med fint siliciumdioxidmateriale og hurtigkalk eller hydreret kalk. Inerte pigmenter kan tilføjes 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 hærdning reagerer noget af kalket med det kiselholdige materiale til dannelse af et calciumsilicathydrat, der holder mursten sammen.
Calciumsilikatstensten. Holger.Ellgaard / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). Kilde: Wikimedia Commons.
Kalciumsilicatstensten har imidlertid en tendens til at ekspandere og krympe mere end lersten, som undertiden kan forårsage revner i murværket.
Dette har tiltrukket sig opmærksomhed, og de er blevet betragtet som potentielt farlige.
I Portland cement
Calciumsilicater er en del af Portland cement, som er et meget brugt materiale i byggebranchen.
Portland cement er en hydraulisk cement, der produceres af pulveriserende materialer, der hovedsageligt er dannet af hydratiserede calciumsilikater og calciumsulfat CaSO 4 (gips).
Overflade med cement. Cement indeholder calciumsilicater i dets sammensætning. Forfatter: Pexels. Kilde: Pixabay.
Det hærder hurtigt på grund af hydreringsreaktionen, der genererer en hydratiseret calciumsilicatgel. Dette resulterer i et stærkt, tæt og dårligt gennemtrængeligt materiale (som ikke slipper vand igennem).
Silikaterne det indeholder, er tricalciumsilicat Ca 3 SiO 5 eller 3CaO.SiO 2 og dicalciumsilicat Ca 2 SiO 4 eller 2CaO.SiO 2.
At immobilisere radioaktivt affald
Calciumsilicaterne i cement kan variere i deres procentdel efter vægt. Portland cements sammensætning kan ændre sig afhængigt af den type konstruktionsstruktur, den er beregnet til.
Nogle typer af denne cement bruges til at immobilisere radioaktivt affald, så det ikke skader mennesker eller miljøet.
Som isolator for bygninger
Calciumsilicat bruges til at få mineralskumplader eller isolerende mineralplader.
Calciumsilikatark. 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 2 er blandet med vand og 3-6% cellulose tilsættes, hvilket forbedrer fleksibilitet og stabilitet af kanterne.
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 poret skum, der skæres i lag eller plader og behandles med specielle tilsætningsstoffer, så det kan afvise vand.
Calciumsilikatskum bruges i byggesektoren, især til at isolere vægge og forbedre beskyttelsen mod fugtighed, hvilket især er nyttigt til renovering af gamle bygninger.
At reducere forurening i metallurgisk industri
Dicalciumphosphat silikat Ca 2 SiO 4 eller 2CaO.SiO 2 findes i slaggen eller affald fra stålproduktion er blevet anvendt 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 til bunden af beholderen og kan opsamles.
Nogle affald fra stålindustrien har calciumsilicater, der er nyttige til at udfælde metaller fra sure opløsninger. Forfatter: Skeeze. Kilde: Pixabay.
Ca 2 SiO 4 til stede i stål slagge reagerer med vand og producerer Ca (OH) 2, som har evnen til at neutralisere surheden af sure opløsninger af metaller fra andre processer:
2 Ca 2 SiO 4 + 4 H 2 O → 3CaO. 2SiO 2.3H 2 O + Ca (OH) 2
Foruden neutralisering kan calciumsilicatforbindelsen adsorberer nogle af M2 + metalionerne ved udskiftning med calciumion Ca2 +. Her er en oversigt:
≡Si-O-Ca + M 2+ → ≡Si-OM + Ca 2+
Den faste forbindelse, der indeholder metallet, kan derefter bruges til et andet formål og kasseres ikke. Dette er et eksempel på industriel økologi.
I biomaterialer
Kalciumsilicatkeramik begyndte at blive testet som biomateriale siden 1990. De er blevet undersøgt for deres potentielle anvendelse i regenerering af knoglemasse, fordi de har overlegen bioaktivitet end andre materialer.
Dette tilskrives det faktum, at de har silicium (Si), som spiller en væsentlig rolle i de mekanismer, der fører til dannelse af ny knogle.
Calciumsilicatbaserede cementer har evnen til at inducere dannelsen af calciumphosphat / apatitbelægning, når de nedsænkes i biologiske væsker og fremmer vævsregenerering.
Calciumsilicater kan fungere som en base for biomaterialer, der muliggør 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 en fyldning til enden af tændernes rødder.
Biodentin er en bioaktiv cement med lav porøsitet, der har større mekanisk styrke eller hårdhed end andre materialer og ligner dentin.
Calciumsilicater er en del af materialer, der bruges til at dække perforeringer i tænder. Jak / Public domain. Kilde: Wikimedia Commons.
Det består af tricalciumsilicat (Ca 3 SiO 5), dicalciumsilicat (Ca 2 SiO 5), calciumcarbonat (CaCO 3) og zirconiumoxid. Når blandet med vand, danner calciumsilikater en klæbrig hydratiseret gel, der størkner efter et stykke tid og skaber en hård struktur.
Det udøver en positiv effekt på cellerne i tandmassen og fremskynder dannelsen af broer i dentinet, hvor styrken af dens bindinger, dens mikrohårdhed og kompressionsmodstand skiller sig ud.
Rør med kalsiumsilicat for at helbrede tænder. Shaimaa Abdellatif / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Kilde: Wikimedia Commons.
Andre apps
Calciumsilicater bruges også som antikalkningsmidler og filterhjælpemidler.
CaSiO 3- calciummetasilikat bruges i keramik, på apparater, hvor der kræves en vis friktion, såsom køretøjsbremser og koblinger, og til opnåelse af metaller.
På grund af sin høje glans og hvidhed bruges CaSiO 3 til at fylde maling og plast.
Referencer
- Ropp, RC (2013). Gruppe 14 (C, Si, Ge, Sn og Pb) alkaliske jordforbindelser. Calciumsilicater. I Encyclopedia of the Alkaline Earth Compounds. Gendannes fra sciencedirect.com.
- FAO (2015). Calciumsilicat. Specifikationer udarbejdet ved 80 th JECFA (2015) og FAO JECFA Monographs offentliggjort i 17. Udvundet fra fao.org.
- Harrisson, AM (2019). Konstitution og specifikation af Portland Cement. Calciumsilicathydrat. I Lea's Chemistry of Cement and Concrete (Femte udgave). Gendannes fra sciencedirect.com.
- Gellert, R. (2010). Uorganiske mineralmaterialer til isolering i bygninger. Calciumsilikatskum og mineralskum. I materialer til energieffektivitet og termisk komfort i bygninger. Gendannes fra sciencedirect.com.
- Goudouri, OM. et al. (2016). Cgaracterizing nedbrydning opførsel af bioceramiske stilladser. Stilladser af apatit / wollastonite. I karakterisering og design af vævstilladser. Gendannes fra sciencedirect.com.
- Rani, P. et al. (2019). Dental papirmasse, der indeholder nanokompositter. Biodentin. I applikationer af nanokompositmaterialer i tandpleje. Gendannes fra sciencedirect.com.
- Ingham, JP (2013). Betonprodukter. Calciumsilicat-enheder. I geomaterialer under mikroskopet. Gendannes fra sciencedirect.com.
- Ojovan, MI og Lee, WE (2005). Immobilisering af radioaktive affald i cement. Hydrauliske cement. I en introduktion til immobilisering af nukleart affald. Gendannes fra sciencedirect.com.
- Ramachandra Rao, S. (2006). Ressourcegenvinding og genanvendelse fra metallurgiske affald. Calciumsilikat som præcipitant for opløste metaller. I affaldshåndteringsserien. Gendannes fra sciencedirect.com.
- Prati, C. og Gandolfi, MG (2015). Bioaktivt cementsilikatcement: Biologiske perspektiver og kliniske anvendelser. Dent Mater, 2015 apr; 31 (4): 351-70. Gendannes fra ncbi.nlm.nih.gov.