- Szerkezet
- Elnevezéstan
- Tulajdonságok
- Fizikai állapot
- Molekuláris tömeg
- Olvadáspont
- Sűrűség
- Oldhatóság
- pH
- Egyéb tulajdonságok
- beszerzése
- Alkalmazások
- Tégla előállításához
- Portlandcementben
- A radioaktív hulladék immobilizálása
- Épületek szigetelőjeként
- A kohászati ipar szennyezésének csökkentése
- Biológiai anyagokban
- Az életrajzban
- Egyéb alkalmazások
- Irodalom
A kalcium-szilikát az a név, amelyet kálcium-oxidból (CaO) és szilícium-dioxidból (SiO 2) képződő kémiai vegyületek csoportjához rendelnek. Az általános képletű E vegyületek xCaO • ySiO 2 • ZH 2 O.
Fehér vagy sárgásfehér szilárd anyag. Lehetnek vízmentes, azaz víz nélkül (H 2 O) a szerkezetükben, vagy tartalmazhatják. A természetben több ásványi anyag részét képezik.
Kalcium-szilikát ásvány. Dave Dyet http://www.shutterstone.com http://www.dyet.com / Nyilvános. Forrás: Wikimedia Commons.
A kalcium-szilikátok vízben nem oldódnak, de ha ezekhez kapcsolódnak, hidratált géleket képeznek (olyan anyagok, mint például a zselatin), amelyek az alvadás után nagyon kemények, ellenállóak és szinte vízállóak.
Ez vezetett felhasználásukhoz az építőiparban, mivel ezeket cementben, téglában és nedvességszigetelő panelekben használják. Ezenkívül a fogak perforációjának gyógyítására szolgáló anyagok, és még a csontok regenerálására, azaz biomaterjalként való felhasználásra is tanulmányozták őket.
Javasolták egyes fémipar által okozott szennyezés csökkentését. Súrlódásgenerátorként használják a járműfékekben és tengelykapcsolókban is.
Szerkezet
A kalcium-szilikát változó mennyiségű kalcium-oxidot (CaO) és szilícium-dioxidot (SiO 2) tartalmazhat. Általános képlete:
xCaO • Ysio 2 • ZH 2 O
ahol x, y és z olyan számok, amelyeknek különféle értékei lehetnek.
A CaO mennyiségének 3–35% (szárazanyagra számítva) és a SiO 2- tartalomnak 50–95% (szárazanyagra számítva) kell, hogy legyen. Lehetnek vízmentesek (szerkezetükben víz nélkül, azaz a képletben z = 0) vagy hidratáltak (konformációjuk vízzel van).
Elnevezéstan
- Kalcium-szilikát
- Kovasav-kalcium-só
- Kalcium-oxid és szilícium
Tulajdonságok
Fizikai állapot
Nagyon finom fehér vagy törtfehér szilárd anyag.
Molekuláris tömeg
Kalcium- metil- szilikát CaO • SiO 2 vagy CaSiO 3 = 116,16 g / mol
Olvadáspont
Kalcium-metaszilikát CaSiO 3 = 1540 ° C
Sűrűség
Kalcium-metaszilikát CaSiO 3 = 2,92 g / cm3
Oldhatóság
Vízben és etanolban nem oldódik.
pH
Az 5% kalcium-szilikáttal elkészített iszap pH-ja 8,4-12,5 lehet.
Egyéb tulajdonságok
A kalcium-szilikát hidratálódhat (a molekula vízével) vagy vízmentes (a molekula víz nélkül) különböző arányú kalciummal, CaO kalcium-oxid formájában és szilícium-dioxiddal, szilika-dioxid SiO 2 formájában.
Magas vízabszorpciós képességgel rendelkezik. A kalcium-metaszilikát (CaO • SiO 2 vagy CaSiO 3) kitűnő fényessége és fehérsége, alacsony páratartalma, alacsony illékony tartalma és jó olajszívása révén.
CaSiO 3 kalcium-metaszilikát. Ondřej Mangl / Nyilvános. Forrás: Wikimedia Commons.
A kalcium-szilikát-hidrátok közül megkülönböztethetők azok, amelyek víz hozzáadásával képződnek Ca 2 SiO 5 -hez és Ca 3 SiO 5-hez. E két vegyület hidratációs termékei a legtöbb cementetípusban a legelterjedtebbek.
beszerzése
A kalcium-szilikátot különféle módon állítják elő kovasav anyag (például kovaföld) és kalcium-vegyületek (például kalcium-hidroxid (Ca (OH) 2)) reakciójával.
A kalcium-szilikát előállítható például úgy, hogy kalcium-oxidot (CaO) szilícium-dioxiddal (SiO 2) kalcináljuk magasabb hőmérsékleten.
Ha a reakciót egy 1: 1 mólarányban (ez azt jelenti, hogy vannak azonos számú CaO molekulák SiO 2), a kalcium-metaszilikát CaSiO 3 vagy CaO • SiO 2 eredmények:
CaO + SiO 2 + hő → CaSiO 3
Alkalmazások
Tégla előállításához
Kalcium-szilikát elemekkel vagy téglákkal készülnek. Finom kovasav anyagból és nemes vagy hidratált mészből nyerik őket. Inert pigmentek adhatók hozzá, hogy a tégla más színű legyen.
Az egységeket nyomás alatt öntjük és autoklávban (gőzkemencében) 170 ° C-on, 4-6 órán át keményítjük. A kikeményedés során a mész egy része a kovasav anyaggal reagál, és olyan kalcium-szilikát-hidrátot képez, amely együtt tartja a téglát.
Kalcium-szilikát tégla. Holger.Ellgaard / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). Forrás: Wikimedia Commons.
A kalcium-szilikát téglák azonban inkább hajlamosak és zsugorodnak, mint az agyag téglák, ami néha a falazat repedését okozhatja.
Ez felhívta a figyelmet, és potenciálisan veszélyesnek tekintették őket.
Portlandcementben
A kalcium-szilikátok a portlandcement részét képezik, amelyet az építőiparban széles körben használnak.
A portlandcement egy hidraulikus cement, amelyet főként hidratált kalcium-szilikátokból és CaSO 4 (gipsz) kalcium-szulfátból álló anyagok porlasztásával állítanak elő.
Felület cementtel. A cement összetételében kalcium-szilikátokat tartalmaz. Szerző: Pexels. Forrás: Pixabay.
Gyorsan megszilárdul a hidratációs reakció miatt, amely hidratált kalcium-szilikát gélt hoz létre. Ez erős, sűrű és rosszul áteresztő anyagot eredményez (amely nem engedi át a vizet).
A benne lévő szilikátok a trikalcium-szilikát Ca 3 SiO 5 vagy a 3CaO.SiO 2 és a dikalcium-szilikát Ca 2 SiO 4 vagy 2CaO.SiO 2.
A radioaktív hulladék immobilizálása
A cementben található kalcium-szilikátok tömegszázaléka változhat. A portlandcement összetétele változhat attól függően, hogy milyen szerkezetű szerkezetet szántak.
A cement bizonyos típusait a radioaktív hulladék immobilizálására használják, hogy az ne okozzon kárt az embereknek vagy a környezetnek.
Épületek szigetelőjeként
A kalcium-szilikátot ásványi habos deszkák vagy szigetelő ásványi deszkák előállításához használják.
Kalcium-szilikát lemezek. Achim Hering / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0). Forrás: Wikimedia Commons.
Ezek a falak nedvességtől való szigetelésére szolgálnak. CaO és SiO 2 vegyes vízzel és 3-6% cellulózt adagolunk, amely javítja a rugalmasságot és a stabilitást az élek.
A kapott iszapot öntőformákba öntjük, majd magas nyomáson és hőmérsékleten gőzzel melegítjük egy speciális, autoklávnak nevezett gőzkemencében.
Az eredmény egy merev, nagyon finom pórusú hab, amelyet lapokra vagy táblákra vágnak, és speciális adalékanyagokkal kezelik, hogy taszítsák a vizet.
A kalcium-szilikáthabot az építőiparban használják, különösen a falak szigetelésére és a nedvesség elleni védelem javítására, különösen a régi épületek felújításánál.
A kohászati ipar szennyezésének csökkentése
A salakban vagy az acélgyártásban keletkező hulladékban található dikalcium- szilikát Ca 2 SiO 4 vagy 2CaO.SiO 2 felhasználták az oldott fémek kicsapására más kohászati folyamatokból származó savas szennyvízben.
A kicsapódás azt jelenti, hogy az oldott fém egy szilárd vegyület részévé válik, amely a tartály aljára megy és összegyűjthető.
Az acélipar egyes hulladékainak olyan kalcium-szilikátok vannak, amelyek alkalmasak fémek kicsapására savas oldatokból. Szerző: Skeeze. Forrás: Pixabay.
Az acélsalakban található Ca 2 SiO 4 reagál a vízzel és Ca (OH) 2-t állít elő , amely más folyamatok során semlegesíti a fémek savas oldatának savasságát:
2 Ca 2 SiO 4 + 4 H 2 O → 3CaO. 2SiO 2.3H 2 O + Ca (OH) 2
A semlegesítésen túl a kalcium-szilikátvegyület az M2 + fémionok egy részét adszorbeálhatja a Ca 2+ kalciumionnal cserélve. Itt van egy vázlat:
ISi-O-Ca + M 2+ → ≡Si-OM + Ca 2+
A fémöt tartalmazó szilárd vegyület ezután más célra felhasználható, és nem dobható el. Ez az ipari ökológia példája.
Biológiai anyagokban
A kalcium-szilikát kerámiákat 1990 óta kezdték biológiai anyagként vizsgálni. Vizsgálták azok potenciális felhasználására a csontszövet regenerációjában, mivel ezek jobb bioaktivitással rendelkeznek, mint más anyagok.
Ez annak tulajdonítható, hogy szilíciummal (Si) vannak ellátva, amely alapvető szerepet játszik az új csont kialakulásához vezető mechanizmusokban.
A kalcium-szilikát alapú cementek képesek indukálni a kalcium-foszfát / apatit bevonat kialakulását, ha biológiai folyadékokba merítik, és elősegítik a szövetek regenerálódását.
A kalcium-szilikátok alapjául szolgálhatnak a csontok helyrehozását lehetővé tevő biológiai anyagok számára. https://www.scationalaimations.com/ / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Forrás: Wikimedia Commons.
Ezen okok miatt a csontjavításra alkalmas anyagnak tekintik.
Az életrajzban
A kalcium-szilikát a biodentin része. Ez egy olyan anyag, amelyet a fogak perforációjának, a csontok resorpciójának javítására és a fogak végének kitöltésére használják.
A Biodentin alacsony porozitású bioaktív cement, amelynek nagyobb mechanikai szilárdsága vagy keménysége van, mint más anyagoknak, és hasonló a dentinhez.
A kalcium-szilikátok a fogak perforációjának fedezésére szolgáló anyagok részét képezik. Jak / Nyilvános. Forrás: Wikimedia Commons.
Trikalcium-szilikátból (Ca 3 SiO 5), dikalcium-szilikátból (Ca 2 SiO 5), kalcium-karbonátból (CaCO 3) és cirkónium-oxidból áll. Vízzel keverve a kalcium-szilikátok ragacsos hidratált gélt képeznek, amely egy idő után megszilárdul, és kemény szerkezetet képez.
Pozitív hatással van a fogpép sejtjeire és felgyorsítja a hidak kialakulását a dentinben, ahol a kötések szilárdsága, mikrokeménysége és a kompresszióval szembeni ellenálló képesség kiemelkedik.
Csövet kalcium-szilikáttal a fogak gyógyítására. Shaimaa Abdellatif / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Forrás: Wikimedia Commons.
Egyéb alkalmazások
A kalcium-szilikátokat pattanásgátló szerekként és szűrő segédanyagokként is használják.
A CaSiO 3 kalcium-metaszilikátot kerámiában, olyan eszközökben használják, ahol valamilyen súrlódásra van szükség, például járműfékek és tengelykapcsolók, valamint fémek előállításához.
Magas fényességének és fehérségének köszönhetően a CaSiO 3 festék- és műanyag töltőanyagokban használható.
Irodalom
- Ropp, RC (2013). 14. csoport (C, Si, Ge, Sn és Pb) alkáliföldfémek. Kalcium-szilikátok. Az alkáliföld-vegyületek enciklopédia-ban. Helyreállítva a sciencedirect.com webhelyről.
- FAO (2015). Kalcium-szilikát. A 80- as JECFA (2015) és a FAO JECFA monográfiáiban elkészített specifikációk, közzétették a 17.-ben. Visszaállítva a fao.org-ról.
- Harrisson, AM (2019). A portlandcement alkotása és specifikációja. Kalcium-szilikát-hidrát. Lea írásában a cement és a beton kémiája (ötödik kiadás). Helyreállítva a sciencedirect.com webhelyről.
- Gellert, R. (2010). Szervetlen ásványi anyagok épületek szigetelésére. Kalcium-szilikát hab és ásványi hab. Az épületek energiahatékonyságának és hőkomfortjának anyagában. Helyreállítva a sciencedirect.com webhelyről.
- Goudouri, OM. et al. (2016). A biokeramikus állványok lebontási viselkedésének jellemzése. Apatite / wollastonite állványok. A szöveti állványok jellemzése és tervezése. Helyreállítva a sciencedirect.com webhelyről.
- Rani, P. és munkatársai. (2019). Nanokompozitok lezáró fogpép. Biodentin. Nanokompozit anyagok alkalmazásában a fogászatban. Helyreállítva a sciencedirect.com webhelyről.
- Ingham, JP (2013). Beton termékek. Kalcium-szilikát egységek. Geomátrixokban mikroszkóp alatt. Helyreállítva a sciencedirect.com webhelyről.
- Ojovan, MI és Lee, WE (2005). Radioaktív hulladékok immobilizálása a cementben. Hidraulikus cementek. Bevezetés a nukleáris hulladék immobilizálásához. Helyreállítva a sciencedirect.com webhelyről.
- Ramachandra Rao, S. (2006). Forrás-visszanyerés és újrahasznosítás a kohászati hulladékokból. Kalcium-szilikát, mint csapadék az oldott fémekben. A Hulladékgazdálkodási sorozatban. Helyreállítva a sciencedirect.com webhelyről.
- Prati, C. és Gandolfi, MG (2015). Bioaktív kalcium-szilikát cement: Biológiai perspektívák és klinikai alkalmazások. Dent Mater, 2015. április; 31 (4): 351-70. Helyreállítva az ncbi.nlm.nih.gov webhelyről.