KALSIUMSILIKAATTI: OMINAISUUDET, RAKENNE, SAAMINEN, KÄYTTÖ - KEMIA - 2026

Kalsiumsilikaatti on nimi, joka on valittu ryhmästä, kemiallisten yhdisteiden muodostettu kalsiumoksidi (CaO) ja piidioksidi (SiO ₂). Yleisen kaavan Näiden yhdisteiden on xCaO • ySiO ₂ • zH ₂ O.

Ne ovat valkoisia tai kellertävän valkoisia kiinteitä aineita. Ne voivat olla vedetön, eli ilman vettä (H ₂ O) niiden rakenne, tai ne voivat sisältää sitä. Ne ovat osa monentyyppisiä mineraaleja luonnossa.

Kalsiumsilikaatti mineraali. Dave Dyet http://www.shutterstone.com http://www.dyet.com / Julkinen verkkotunnus. Lähde: Wikimedia Commons.

Kalsiumsilikaatit eivät liukene veteen, mutta kun ne yhdistyvät siihen, ne muodostavat hydratoituneita geelejä (materiaaleja, kuten gelatiiniä), jotka juustumisen jälkeen ovat erittäin kovia, kestäviä ja melkein vedenpitäviä.

Tämä on johtanut niiden käyttöön rakennusteollisuudessa, koska niitä käytetään sementissä, tiileissä ja kosteutta eristävissä paneeleissa. Ne ovat myös osa materiaaleja, jotka parantavat hampaiden reikiä, ja niitä on jopa tutkittu käytettäväksi luiden uudistamisessa, ts. Biomateriaalina.

Niitä on ehdotettu vähentämään joidenkin metallurgisen teollisuuden aiheuttamaa pilaantumista. Niitä käytetään myös kitkageneraattoreina ajoneuvojen jarruissa ja kytkimissä.

Rakenne

Kalsiumsilikaatti voi sisältää muuttuvan määrän kalsiumoksidia (CaO) ja piidioksidia (SiO ₂). Sen yleinen kaava on:

xCaO • Ysio ₂ • zH ₂ O

missä x, y ja z ovat lukuja, joilla voi olla erilaisia ​​arvoja.

CaO-määrän on oltava 3 - 35 painoprosenttia (painosta kuiva-aineena) ja SiO _2- pitoisuuden on oltava välillä 50 - 95 painoprosenttia (painosta kuiva-aineena laskettuna). Ne voivat olla vedettömiä (ilman rakenteessa vettä, ts. Z = 0 kaavassa) tai ne voivat hydratoitua (veden kanssa on sen rakenne).

nimistö

• Kalsiumsilikaatti
• Piihappo kalsiumsuola
• Kalsiumoksidi ja pii

ominaisuudet

Fyysinen tila

Erittäin hieno valkoinen tai luonnonvalkoinen kiinteä aine.

Molekyylipaino

Kalsiummetasilikaatti CaO • SiO ₂ tai CaSiO ₃ = 116,16 g / mol

Sulamispiste

Kalsiummetasilikaattikuituja Casio ₃ = 1540 ° C: ssa

Tiheys

Kalsiummetasilikaattikuituja Casio ₃ = 2,92 g / cm

Liukoisuus

Liukenematon veteen ja etanoliin.

pH

Mutaa, joka on valmistettu 5-prosenttisesta kalsiumsilikaatista, voi olla pH 8,4 - 12,5.

Muut ominaisuudet

Kalsiumsilikaatti voi olla hydratoitunut (veden kanssa molekyylissä) tai vedetön (ilman vettä molekyylissä) erilaisilla kalsiumosuuksilla kalsiumoksidin CaO muodossa ja piidioksidilla piidioksididioksidin SiO _{2 muodossa}.

Sillä on korkea veden imeytymiskyky. Kalsiummetasilikaatti (CaO • SiO ₂ tai CaSiO ₃) erottuu kirkkaudeltaan ja valkoisuudeltaan, alhaiselta kosteudeltaan, matalalta haihtuvalta pitoisuudeltaan ja hyvältä öljyn imeytyvyydestään.

CaSiO ₃ -kalsiummetasilikaatti. Ondřej Mangl / Julkinen. Lähde: Wikimedia Commons.

Niistä kalsiumsilikaattihydraatit, jotka on muodostettu lisäämällä vettä Ca ₂ SiO ₅ ja Ca ₃ SiO ₅ erotetaan. Näiden kahden yhdisteen hydraatiotuotteet ovat runsaimpia tietyntyyppisissä sementteissä.

Saada

Kalsiumsilikaattia valmistetaan eri tavoin antamalla reagoida piipitoisen materiaalin (kuten piimaan kanssa) ja kalsiumyhdisteiden (kuten kalsiumhydroksidin (Ca (OH) ₂)) kanssa.

Kalsiumsilikaatti voidaan valmistaa esimerkiksi kalsinoimalla kalsiumoksidi (CaO) kanssa piidioksidia (SiO ₂) korotetuissa lämpötiloissa.

Kun reaktio suoritetaan moolisuhteella 1: 1 (tämä tarkoittaa, että CaO-molekyylejä on sama määrä kuin SiO ₂), kalsiummetasilikaatti CaSiO ₃ tai CaO • SiO _{2 tuottaa}:

CaO + SiO ₂ + lämpö → CaSiO ₃

Sovellukset

Tiilien saamisessa

Kalsiumsilikaatin avulla valmistetaan yksiköitä tai rakennustiilet. Niitä saadaan hienolla piipitoisella materiaalilla ja sammutetulla kalvolla tai hydratoidulla kalkilla. Inerttejä pigmenttejä voidaan lisätä antamaan tiilelle erilainen väri.

Yksiköt muovataan paineen alaisena ja kovetetaan autoklaavissa (höyryuunissa) 170 ° C: ssa 4-6 tunnin ajan. Kovettumisen aikana osa kalkista reagoi piipitoisen materiaalin kanssa muodostaen kalsiumsilikaattihydraatin, joka pitää tiilin yhdessä.

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

Kalsiumsilikaattitiilet kuitenkin pyrkivät paisumaan ja kutistumaan enemmän kuin savitiilet, mikä voi joskus aiheuttaa muurin halkeilua.

Tämä on herättänyt huomiota, ja niitä on pidetty mahdollisesti vaarallisina.

Portlandsementissä

Kalsiumsilikaatit ovat osa portlandsementtiä, joka on laajalti käytetty materiaali rakennusteollisuudessa.

Portlandsementti on hydraulinen sementti, jota tuotetaan jauhamalla materiaaleja, jotka muodostuvat pääasiassa hydratoiduista kalsiumsilikaateista ja kalsiumsulfaatista CaSO ₄ (kipsi).

Pinta sementin kanssa. Sementti sisältää koostumuksessaan kalsiumsilikaatteja. Kirjoittaja: Pexels. Lähde: Pixabay.

Se kovettuu nopeasti johtuen hydraatioreaktiosta, joka synnyttää hydratoidun kalsiumsilikaattigeelin. Tuloksena on vahva, tiheä ja huonosti läpäisevä materiaali (joka ei päästä vettä läpi).

Sen sisältämät silikaatit ovat trikalsiumsilikaattia Ca ₃ SiO ₅ tai 3CaO.SiO ₂ ja dikalsiumsilikaattia Ca ₂ SiO ₄ tai 2CaO.SiO ₂.

Radioaktiivisen jätteen pysäyttäminen

Sementissä olevat kalsiumsilikaatit voivat vaihdella niiden painoprosentteina. Portlandsementin koostumus voi muuttua sen mukaan, minkä tyyppisestä rakenteesta se on tarkoitettu.

Joitakin tämän sementin tyyppejä käytetään radioaktiivisen jätteen immobilisointiin, jotta se ei aiheuta haittaa ihmisille tai ympäristölle.

Rakennusten eristeenä

Kalsiumsilikaattia käytetään mineraalivaahtolevyjen tai eristävien mineraalilevyjen valmistukseen.

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

Ne eristävät seinät kosteudelta. CaO: n ja SiO ₂ sekoitetaan vedellä ja 3-6% selluloosaa lisätään, mikä parantaa joustavuutta ja vakautta reunat.

Saatu liete kaadetaan muotteihin ja kuumennetaan sitten höyryllä korkeassa paineessa ja lämpötilassa erityisessä höyryuunissa, jota kutsutaan autoklaaviksi.

Tuloksena on jäykkä, erittäin hienohuokoinen vaahto, joka leikataan levyiksi tai levyiksi ja käsitellään erityisillä lisäaineilla, jotta se voi hylätä veden.

Kalsiumsilikaattivaahtoa käytetään rakennusalalla, erityisesti seinien eristämiseen ja kosteussuojan parantamiseen, ja se on hyödyllinen erityisesti vanhojen rakennusten kunnostuksessa.

Metallurgisen teollisuuden pilaantumisen vähentämiseksi

Kuonasta tai terästuotannon jätteistä löytyvää kalsiumsilikaattia Ca ₂ SiO ₄ tai 2CaO.SiO ₂ on käytetty saostuneiden metallien saostamiseen happojätteistä muista metallurgisista prosesseista.

Saostaminen tarkoittaa, että liuenneesta metallista tulee osa kiinteää yhdistettä, joka menee säiliön pohjalle ja voidaan kerätä.

Joillakin terästeollisuuden jätteillä on kalsiumsilikaatteja, jotka ovat hyödyllisiä metallien saostamiseksi happamista liuoksista. Kirjoittaja: Skeeze. Lähde: Pixabay.

Teräksessä esiintyvä Ca ₂ SiO ₄ reagoi veden kanssa ja tuottaa Ca (OH) _{2: ta,} jolla on kyky neutraloida metallien happoliuosten happamuus muista prosesseista:

2 Ca ₂ SiO ₄ + 4 H ₂ O → 3CaO. 2SiO ₂.3H ₂ O + Ca (OH) ₂

Neutraloinnin lisäksi kalsiumsilikaattiyhdiste voi adsorboida joitain M ²⁺ -metalli-ioneja vaihtamalla kalsiumionin Ca2 ^{+ kanssa}. Tässä on ääriviivat:

≡Si-O-Ca + M ²⁺ → ≡Si-OM + Ca ²⁺

Kiinteää yhdistettä, joka sisältää metallin, voidaan sitten käyttää toiseen tarkoitukseen, eikä sitä hävitetä. Tämä on esimerkki teollisuusökologiasta.

Biomateriaaleissa

Kalsiumsilikaattikeramiikkaa on alettu testata biomateriaalina vuodesta 1990. Niiden potentiaalista käyttöä luukudoksen uudistamisessa on tutkittu, koska niiden bioaktiivisuus on parempi kuin muiden materiaalien.

Tämä johtuu siitä, että heillä on piitä (Si), jolla on oleellinen merkitys mekanismeissa, jotka johtavat uuden luun muodostumiseen.

Kalsiumsilikaattipohjaisilla sementeillä on kyky indusoida kalsiumfosfaatti / apatiittipinnoitteen muodostumista upotettuna biologisiin nesteisiin ja edistää kudosten uudistumista.

Kalsiumsilikaatit voivat toimia pohjana biomateriaaleille, jotka mahdollistavat luiden korjaamisen. https://www.sc Scientificaimations.com/ / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Lähde: Wikimedia Commons.

Näistä syistä sitä pidetään sopivana materiaalina luun korjaamiseen.

Biodentine

Kalsiumsilikaatti on osa biodentinia. Tätä materiaalia käytetään hampaan rei'itysten, luun resorptioiden korjaamiseen ja hampaiden juurten täyteaineeksi.

Biodentin on bioaktiivinen sementti, jolla on matala huokoisuus ja jolla on suurempi mekaaninen lujuus tai kovuus kuin muilla materiaaleilla ja se muistuttaa dentiiniä.

Kalsiumsilikaatit ovat osa materiaaleja, joita käytetään hampaiden reikien peittämiseen. Jak / Julkinen. Lähde: Wikimedia Commons.

Se koostuu trikalsiumsilikaatista (Ca ₃ SiO ₅), dikalsiumsilikaatista (Ca ₂ SiO ₅), kalsiumkarbonaatista (CaCO ₃) ja zirkoniumoksidista. Veteen sekoitettuna kalsiumsilikaatit muodostavat tahmean hydratoidun geelin, joka jähmettyy jonkin ajan kuluttua, jolloin muodostuu kova rakenne.

Se vaikuttaa positiivisesti hammasmassan soluihin ja nopeuttaa siltojen muodostumista dentiinissä, jossa sidosten lujuus, mikrokovuus ja puristuskestävyys erottuvat.

Putki kalsiumsilikaatilla hammasten parantamiseksi. Shaimaa Abdellatif / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Lähde: Wikimedia Commons.

Muut sovellukset

Kalsiumsilikaatteja käytetään myös paakkuuntumisenestoaineina ja suodatusapuaineina.

Kalsiummetasilikaattia CaSiO ₃ käytetään keramiikassa, laitteissa, joissa tarvitaan jonkin verran kitkaa, kuten ajoneuvojen jarrut ja kytkimet, sekä metallien valmistukseen.

Korkean kirkkauden ja valkoisuuden vuoksi CaSiO _3: ta käytetään maalien ja muovien täyttämiseen.

Viitteet

1. Ropp, RC (2013). Ryhmä 14 (C, Si, Ge, Sn ja Pb) maa-alkaliyhdisteet. Kalsiumsilikaatit. Maa-alkaliyhdisteiden tietosanakirjassa. Palautettu osoitteesta sciencedirect.com.
2. FAO (2015). Kalsiumsilikaatti. Tekniset tiedot valmistetaan 80 ^{: nnen} JECFA (2015) ja FAO JECFA Monographs julkaistu 17. palautunut fao.org.
3. Harrisson, AM (2019). Portlandsementin rakenne ja erittely. Kalsiumsilikaattihydraatti. Lehen sementin ja betonin kemiassa (viides painos). Palautettu osoitteesta sciencedirect.com.
4. Gellert, R. (2010). Epäorgaaniset mineraalimateriaalit rakennusten eristykseen. Kalsiumsilikaattivaahto ja mineraalivaahto. Materiaaleissa rakennusten energiatehokkuutta ja lämpömukavuutta varten. Palautettu osoitteesta sciencedirect.com.
5. Goudouri, OM. et ai. (2016). Biokeraamisten rakennustelineiden hajoamiskäyttäytymisen luonnehdinta. Apatiitti / wollastoniittitelineet. Kudostelineiden karakterisoinnissa ja suunnittelussa. Palautettu osoitteesta sciencedirect.com.
6. Rani, P. et ai. (2019). Nanokomposiittien peittäminen hammasmassaa. Biodentin. Nanokomposiittimateriaalien sovelluksissa hammaslääketieteessä. Palautettu osoitteesta sciencedirect.com.
7. Ingham, JP (2013). Betonituotteet. Kalsiumsilikaattiyksiköt. Geomateriaaleissa mikroskoopin alla. Palautettu osoitteesta sciencedirect.com.
8. Ojovan, MI ja Lee, WE (2005). Radioaktiivisten jätteiden immobilisointi sementtiin. Hydrauliset sementit. Johdannossa ydinjätteiden immobilisointiin. Palautettu osoitteesta sciencedirect.com.
9. Ramachandra Rao, S. (2006). Resurssien hyödyntäminen ja kierrätys metallurgisista jätteistä. Kalsiumsilikaatti saostuneena liuenneille metalleille. Waste Management -sarjassa. Palautettu osoitteesta sciencedirect.com.
10. Prati, C. ja Gandolfi, MG (2015). Bioaktiiviset kalsiumsilikaattisementit: Biologiset näkökulmat ja kliiniset sovellukset. Dent Mater, huhtikuu 2015; 31 (4): 351 - 70. Palautettu osoitteesta ncbi.nlm.nih.gov.