- Structuur
- Nomenclatuur
- Eigendommen
- Fysieke toestand
- Molecuulgewicht
- Smeltpunt
- Dichtheid
- Oplosbaarheid
- pH
- Andere eigenschappen
- Het verkrijgen van
- Toepassingen
- Bij het verkrijgen van stenen
- In Portlandcement
- Om radioactief afval te immobiliseren
- Als isolator voor gebouwen
- Om vervuiling in de metallurgische industrie te verminderen
- In biomaterialen
- In de biodentine
- Andere apps
- Referenties
Het calciumsilicaat is de naam die wordt toegekend aan een groep chemische verbindingen gevormd uit calciumoxide (CaO) en silica (SiO 2 ). De algemene formule van deze verbindingen is xCaO • ySiO 2 • zH 2 O.
Het zijn witte of geelwitte vaste stoffen. Ze kunnen watervrij zijn, dat wil zeggen zonder water (H 2 O) in hun structuur, of ze kunnen het bevatten. Ze maken deel uit van verschillende soorten mineralen in de natuur.
Calciumsilicaatmineraal. Dave Dyet http://www.shutterstone.com http://www.dyet.com / Openbaar domein. Bron: Wikimedia Commons.
Calciumsilicaten zijn onoplosbaar in water, maar als ze zich ermee verbinden, vormen ze gehydrateerde gels (materialen zoals gelatine) die na stremmen zeer hard, resistent en bijna waterdicht zijn.
Dit heeft geleid tot hun toepassing in de bouwsector, zoals ze worden gebruikt in cement, bakstenen en vochtisolerende panelen. Ze maken ook deel uit van materialen om perforaties in de tanden te genezen en zijn zelfs bestudeerd voor gebruik bij de regeneratie van botten, dat wil zeggen als biomateriaal.
Ze zijn voorgesteld om de vervuiling te verminderen die wordt gegenereerd door sommige metallurgische industrieën. Ze worden ook gebruikt als wrijvingsgeneratoren in remmen en koppelingen van voertuigen.
Structuur
Calciumsilicaat kan een variabele hoeveelheid calciumoxide (CaO) en silica (SiO 2 ) bevatten. De algemene formule is:
xCaO • Ysio 2 • zH 2 O
waarbij x, y en z getallen zijn die verschillende waarden kunnen hebben.
De hoeveelheid CaO moet tussen 3% en 35% (in gewicht op droge basis) liggen en het SiO 2- gehalte moet tussen 50-95% (in gewicht op droge basis) liggen. Ze kunnen watervrij zijn (zonder water in de structuur, dat wil zeggen, z = 0 in de formule) of ze kunnen worden gehydrateerd (met water is de conformatie).
Nomenclatuur
- Calciumsilicaat
- Kiezelzuur calciumzout
- Calciumoxide en silicium
Eigendommen
Fysieke toestand
Zeer fijne witte of gebroken witte vaste stof.
Molecuulgewicht
Calciummetasilicaat CaO • SiO 2 of CaSiO 3 = 116,16 g / mol
Smeltpunt
Calciummetasilicaat CaSiO 3 = 1540 ° C
Dichtheid
Calciummetasilicaat CaSiO 3 = 2,92 g / cc
Oplosbaarheid
Onoplosbaar in water en ethanol.
pH
Een modder bereid met 5% calciumsilicaat kan een pH hebben van 8,4-12,5.
Andere eigenschappen
Calciumsilicaat kan worden gehydrateerd (met water in het molecuul) of watervrij (zonder water in het molecuul) met verschillende verhoudingen calcium in de vorm van calciumoxide CaO en silica in de vorm van siliciumdioxide SiO 2 .
Het heeft een hoge wateropname capaciteit. Calciummetasilicaat (CaO • SiO 2 of CaSiO 3 ) valt op door zijn glans en witheid, lage vochtigheid, laag gehalte aan vluchtige stoffen en goede olieabsorptie.
CaSiO 3 calciummetasilicaat . Ondřej Mangl / Openbaar domein. Bron: Wikimedia Commons.
Onder de calciumsilicaathydraten worden die gevormd door water toe te voegen aan Ca 2 SiO 5 en Ca 3 SiO 5 . De hydratatieproducten van deze twee verbindingen komen het meest voor in bepaalde soorten cement.
Het verkrijgen van
Calciumsilicaat wordt op verschillende manieren gemaakt door kiezelhoudend materiaal (zoals diatomeeënaarde) en calciumverbindingen (zoals calciumhydroxide (Ca (OH) 2 ) te laten reageren .
Calciumsilicaat kunnen worden bereid door het calcineren van calciumoxide (CaO) met siliciumdioxide (SiO 2 ) bij verhoogde temperaturen.
Wanneer de reactie wordt uitgevoerd met een molaire verhouding van 1: 1 (dit betekent dat er hetzelfde aantal CaO-moleculen is als SiO 2 ), resulteert het calciummetasilicaat CaSiO 3 of CaO • SiO 2 :
CaO + SiO 2 + warmte → CaSiO 3
Toepassingen
Bij het verkrijgen van stenen
Met kalkzandsteen worden eenheden of bouwstenen gemaakt. Ze worden verkregen met fijn kiezelhoudend materiaal en ongebluste kalk of gehydrateerde kalk. Inerte pigmenten kunnen worden toegevoegd om de steen een andere kleur te geven.
Eenheden worden onder druk gevormd en gedurende 4-6 uur bij 170 ° C in een autoclaaf (stoomoven) uitgehard. Tijdens het uitharden reageert een deel van de kalk met het siliciumhoudende materiaal om een calciumsilicaathydraat te vormen, dat de steen bij elkaar houdt.
Calciumsilicaatstenen. Holger.Ellgaard / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). Bron: Wikimedia Commons.
Calciumsilicaatstenen hebben echter de neiging om meer uit te zetten en te krimpen dan bakstenen, wat soms kan leiden tot scheuren van het metselwerk.
Dit heeft de aandacht getrokken en ze worden als potentieel gevaarlijk beschouwd.
In Portlandcement
Calciumsilicaten maken deel uit van portlandcement, een veel gebruikt materiaal in de bouwsector.
Portlandcement is een hydraulisch cement dat wordt geproduceerd door het verpulveren van materialen die voornamelijk bestaan uit gehydrateerde calciumsilicaten en calciumsulfaat CaSO 4 (gips).
Oppervlak met cement. Cement bevat in zijn samenstelling calciumsilicaten. Auteur: Pexels. Bron: Pixabay.
Het hardt snel uit door de hydratatiereactie die een gehydrateerde calciumsilicaatgel genereert. Dit resulteert in een sterk, dicht en slecht doorlatend materiaal (dat geen water doorlaat).
De silicaten die het bevat zijn tricalciumsilicaat Ca 3 SiO 5 of 3CaO.SiO 2 en dicalciumsilicaat Ca 2 SiO 4 of 2CaO.SiO 2 .
Om radioactief afval te immobiliseren
De calciumsilicaten in cement kunnen variëren in hun gewichtspercentage. De samenstelling van Portland-cement kan veranderen afhankelijk van het type constructiestructuur waarvoor het is bedoeld.
Sommige soorten van dit cement worden gebruikt om radioactief afval te immobiliseren, zodat het geen schade toebrengt aan mens of milieu.
Als isolator voor gebouwen
Calciumsilicaat wordt gebruikt om mineraalschuimplaten of isolerende minerale platen te verkrijgen.
Calciumsilicaatplaten. Achim Hering / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0). Bron: Wikimedia Commons.
Deze dienen om de muren te isoleren tegen vocht. CaO en SiO 2 worden gemengd met water en er wordt 3-6% cellulose toegevoegd, wat de flexibiliteit en stabiliteit van de randen verbetert.
Het resulterende slib wordt in vormen gegoten en vervolgens met stoom onder hoge druk en temperatuur verwarmd in een speciale stoomoven, een autoclaaf genaamd.
Het resultaat is een hard schuim met zeer fijne poriën dat in platen of platen wordt gesneden en behandeld met speciale toevoegingen zodat het water kan afstoten.
Calciumsilicaatschuim wordt gebruikt in de bouwsector, vooral om muren te isoleren en de bescherming tegen vocht te verbeteren, wat vooral nuttig is bij de renovatie van oude gebouwen.
Om vervuiling in de metallurgische industrie te verminderen
Dicalciumsilicaat Ca 2 SiO 4 of 2CaO.SiO 2 gevonden in slakken of afval van de staalproductie is gebruikt om opgeloste metalen neer te slaan in zure effluenten van andere metallurgische processen.
Neerslag betekent dat het opgeloste metaal onderdeel wordt van een vaste stof die naar de bodem van de container gaat en kan worden opgevangen.
Sommige afvalstoffen van de staalindustrie bevatten calciumsilicaten die nuttig zijn voor het neerslaan van metalen uit zure oplossingen. Auteur: Skeeze. Bron: Pixabay.
Het Ca 2 SiO 4 aanwezig in staalslak reageert met water en produceert Ca (OH) 2, dat het vermogen heeft om de zuurgraad van zure oplossingen van metalen uit andere processen te neutraliseren:
2 Ca 2 SiO 4 + 4 H 2 O → 3CaO.2SiO 2 .3H 2 O + Ca (OH) 2
Naast neutralisatie kan de calciumsilicaatverbinding een deel van de M 2 + -metaalionen adsorberen door uitwisseling met het calciumion Ca 2 + . Hier is een overzicht:
≡Si-O-Ca + M 2+ → ≡Si-OM + Ca 2+
De vaste verbinding die het metaal bevat, kan dan voor een ander doel worden gebruikt en wordt niet weggegooid. Dit is een voorbeeld van industriële ecologie.
In biomaterialen
Calciumsilicaatkeramiek werd sinds 1990 getest als biomaterialen. Ze zijn onderzocht op hun potentiële gebruik bij de regeneratie van botweefsel omdat ze een superieure bioactiviteit bezitten dan andere materialen.
Dit wordt toegeschreven aan het feit dat ze silicium (Si) hebben, dat een essentiële rol speelt in de mechanismen die leiden tot de vorming van nieuw bot.
Cementen op basis van calciumsilicaat hebben het vermogen om bij onderdompeling in biologische vloeistoffen de vorming van een calciumfosfaat / apatietcoating te induceren en weefselregeneratie te bevorderen.
Calciumsilicaten kunnen dienen als basis voor biomaterialen die botherstel mogelijk maken. https://www.scientificaimations.com/ / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Bron: Wikimedia Commons.
Om deze redenen wordt het beschouwd als een geschikt materiaal voor botherstel.
In de biodentine
Calciumsilicaat is een onderdeel van biodentine. Dit is een materiaal dat wordt gebruikt om tandperforaties, botresorpties en als vulling voor het uiteinde van de wortels van de tanden te herstellen.
Biodentine is een bioactief cement met een lage porositeit dat een grotere mechanische sterkte of hardheid heeft dan andere materialen en vergelijkbaar is met dentine.
Calciumsilicaten maken deel uit van materialen die worden gebruikt om perforaties in tanden te bedekken. Jak / Openbaar domein. Bron: Wikimedia Commons.
Het bestaat uit tricalciumsilicaat (Ca 3 SiO 5 ), dicalciumsilicaat (Ca 2 SiO 5 ), calciumcarbonaat (CaCO 3 ) en zirkoniumoxide. Bij vermenging met water vormen calciumsilicaten een kleverige gehydrateerde gel die na verloop van tijd stolt en een harde structuur creëert.
Het oefent een positief effect uit op de cellen van de tandpulpa en versnelt de vorming van bruggen in het dentine, waar de sterkte van de bindingen, de microhardheid en de weerstand tegen compressie opvallen.
Tube met calciumsilicaat om tanden te genezen. Shaimaa Abdellatif / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Bron: Wikimedia Commons.
Andere apps
Calciumsilicaten worden ook gebruikt als antiklontermiddelen en filterhulpmiddelen.
Calciummetasilicaat CaSiO 3 wordt gebruikt in keramiek, in apparaten waar enige wrijving vereist is, zoals remmen en koppelingen van voertuigen, en bij het verkrijgen van metalen.
Vanwege zijn hoge glans en witheid wordt CaSiO 3 gebruikt om verf en kunststoffen te vullen.
Referenties
- Ropp, RC (2013). Groep 14 (C, Si, Ge, Sn en Pb) alkalische aardeverbindingen. Calciumsilicaten. In Encyclopedia of the Alkaline Earth Compounds. Opgehaald van sciencedirect.com.
- FAO (2015). Calciumsilicaat. Specificaties opgesteld op de 80 ste JECFA (2015) en FAO JECFA Monografieën gepubliceerd in 17. Hersteld van fao.org.
- Harrisson, AM (2019). Grondwet en specificatie van Portland Cement. Calciumsilicaathydraat. In Lea's Chemistry of Cement and Concrete (vijfde editie). Opgehaald van sciencedirect.com.
- Gellert, R. (2010). Anorganische minerale materialen voor isolatie in gebouwen. Calciumsilicaatschuim en mineraalschuim. In materialen voor energie-efficiëntie en thermisch comfort in gebouwen. Opgehaald van sciencedirect.com.
- Goudouri, OM. et al. (2016). Het afbraakgedrag van biokeramische steigers karakteriseren. Apatiet / wollastoniet steigers. In karakterisering en ontwerp van weefselsteigers. Opgehaald van sciencedirect.com.
- Rani, P. et al. (2019). Nanocomposieten voor het afdekken van tandpulp. Biodentin. In toepassingen van nanocomposietmaterialen in de tandheelkunde. Opgehaald van sciencedirect.com.
- Ingham, JP (2013). Concrete producten. Calciumsilicaat-eenheden. In geomaterialen onder de microscoop. Opgehaald van sciencedirect.com.
- Ojovan, MI en Lee, WE (2005). Immobilisatie van radioactief afval in cement. Hydraulische cement. In een inleiding tot immobilisatie van kernafval. Opgehaald van sciencedirect.com.
- Ramachandra Rao, S. (2006). Terugwinning van hulpbronnen en recycling van metallurgisch afval. Calciumsilicaat als neerslagmiddel voor opgeloste metalen. In de serie afvalbeheer. Opgehaald van sciencedirect.com.
- Prati, C. en Gandolfi, MG (2015). Calciumsilicaat bioactieve cementen: biologische perspectieven en klinische toepassingen. Dent Mater, april 2015; 31 (4): 351-70. Opgehaald van ncbi.nlm.nih.gov.