Vlastnosti, struktura, získávání, použití křemičitanu vápenatého

The křemičitan vápenatý je název skupiny chemických sloučenin vytvořených z oxidu vápenatého (CaO) a oxidu křemičitého (SiO_dva). Obecný vzorec těchto sloučenin je xCaO • ySiO_dva• zH_dvaNEBO.

Jsou to bílé nebo nažloutle bílé pevné látky. Mohou být bezvodé, to znamená bez vody (H._dvaO) ve své struktuře, nebo jej může obsahovat. Jsou součástí několika druhů minerálů v přírodě.

Křemičitany vápenaté jsou nerozpustné ve vodě, ale když se s nimi spojí, vytvoří hydratované gely (materiály, jako je želatina), které jsou velmi tvrdé, odolné a téměř vodotěsné, když tuhnou.

To vedlo k jejich použití ve stavebnictví, protože se používají v cementu, cihlách a izolačních deskách. Jsou také součástí materiálů k hojení perforací v zubech a bylo dokonce studováno jejich použití při regeneraci kostí, tj. Jako biomateriál.

Byly navrženy ke snížení znečištění generovaného některými metalurgickými průmysly. Používají se také jako generátory tření v brzdách a spojkách vozidel..

Rejstřík článků

• 1 Struktura
• 2 Názvosloví
• 3 Vlastnosti
  • 3.1 Fyzický stav
  • 3,2 Molekulová hmotnost
  • 3.3 Teplota tání
  • 3.4 Hustota
  • 3.5 Rozpustnost
  • 3,6 pH
  • 3.7 Další vlastnosti
• 4 Získání
• 5 použití
  • 5.1 Při získávání cihel
  • 5.2 V portlandském cementu
  • 5.3 Imobilizace radioaktivního odpadu
  • 5.4 Jako izolace budov
  • 5.5 Snížení znečištění v metalurgickém průmyslu
  • 5.6 V biomateriálech
  • 5.7 V biodentinu
  • 5.8 Další aplikace
• 6 Reference

Struktura

Křemičitan vápenatý může obsahovat proměnlivé množství oxidu vápenatého (CaO) a oxidu křemičitého (SiO_dva). Jeho obecný vzorec je:

xCaO • ySiO_dva• zH_dvaNEBO

kde x, yaz jsou čísla, která mohou mít různé hodnoty.

Množství CaO musí být mezi 3% a 35% (hmotnostně na suchém základě) a obsah SiO_dva Mělo by to být 50-95% (hmotnostně na suchém základě). Mohou být bezvodé (bez vody ve struktuře, tj. Z = 0 ve vzorci) nebo mohou být hydratovány (vodou je její konformace).

Nomenklatura

• Křemičitan vápenatý
• Vápenatá sůl kyseliny křemičité
• Oxid vápenatý a křemík

Vlastnosti

Fyzický stav

Velmi jemná bílá nebo bělavá pevná látka.

Molekulární váha

Metakřemičitan vápenatý CaO • SiO_dva nebo CaSiO₃ = 116,16 g / mol

Bod tání

CaSiO metasilikát vápenatý₃ = 1540 ° C

Hustota

CaSiO metasilikát vápenatý₃ = 2,92 g / cm3

Rozpustnost

Nerozpustný ve vodě a ethanolu.

pH

Bahno připravené z 5% křemičitanu vápenatého může mít pH 8,4-12,5.

Další vlastnosti

Křemičitan vápenatý může být hydratovaný (s vodou v molekule) nebo bezvodý (bez vody v molekule) s různými podíly vápníku ve formě oxidu vápenatého CaO a oxidu křemičitého ve formě oxidu křemičitého SiO_dva.

Má vysokou absorpční kapacitu. Metasilikát vápenatý (CaO • SiO_dva nebo CaSiO₃) vyniká svou brilancí a bělostí, nízkou vlhkostí, nízkým obsahem těkavých látek a dobrou absorpcí oleje.

Mezi hydráty křemičitanu vápenatého patří ty, které se tvoří přidáním vody k Ca_dvaAno₅ a do Ca₃Ano₅. Hydratační produkty těchto dvou sloučenin jsou v některých druzích cementu nejhojnější..

Získávání

Křemičitan vápenatý se získává různými způsoby reakcí křemičitého materiálu (jako je křemelina) a sloučenin vápníku (jako je hydroxid vápenatý (Ca (OH)_dva).

Křemičitan vápenatý lze připravit například kalcinací oxidu vápenatého (CaO) s oxidem křemičitým (SiO_dva) při zvýšených teplotách.

Když se reakce provádí v molárním poměru 1: 1 (to znamená, že existuje stejný počet molekul CaO jako SiO_dva) vede k metakřemičitanu vápenatému CaSiO₃ o CaO • SiO_dva:

CaO + SiO_dva + teplo → CaSiO₃

Aplikace

Při získávání cihel

Pomocí křemičitanu vápenatého se vyrábějí stavební prvky nebo cihly. Získávají se z jemného křemičitého materiálu a vápna nebo hydratovaného vápna. Lze přidat inertní pigmenty, aby cihla získala jinou barvu.

Jednotky jsou formovány pod tlakem a vytvrzovány v autoklávu (parní sušárně) při 170 ° C po dobu 4-6 hodin. Během vytvrzování část vápna reaguje s křemičitým materiálem za vzniku hydrátu křemičitanu vápenatého, který drží cihlu pohromadě..

Cihly z křemičitanu vápenatého však mají tendenci se rozpínat a smršťovat více než hliněné cihly, což může někdy způsobit praskání zdiva..

To přitahovalo pozornost a byly považovány za potenciálně nebezpečné.

V portlandském cementu

Vápenatokřemičitany vápenaté jsou součástí portlandského cementu, který je široce používaným materiálem ve stavebnictví.

Portlandský cement je hydraulický cement, který se vyrábí rozmělňováním materiálů tvořených převážně hydratovanými křemičitany vápenatými a síranem vápenatým CaSO₄ (obsazení).

Rychle ztvrdne díky hydratační reakci, která generuje hydratovaný gel křemičitanu vápenatého. Výsledkem je silný, hustý a málo propustný materiál (který nepropouští vodu).

Křemičitany, které obsahuje, jsou křemičitan vápenatý Ca₃Ano₅ o 3CaO.SiO_dva a křemičitan vápenatý Ca_dvaAno₄ nebo 2CaO.SiO_dva.

Znehybnit radioaktivní odpadky

Hmotnost křemičitanu vápenatého v cementu se může lišit. Složení portlandského cementu se může měnit v závislosti na typu stavební konstrukce, pro kterou je určen..

Některé druhy tohoto cementu se používají k imobilizaci radioaktivního odpadu tak, aby nezpůsoboval újmu lidem ani životnímu prostředí..

Jako izolace budov

Křemičitan vápenatý se používá k výrobě desek z minerální pěny nebo izolačních minerálních desek.

Slouží k izolaci stěn od vlhkosti. CaO a SiO jsou smíchány_dva vodou a přidá se 3 až 6% celulózy, což zlepšuje pružnost a stabilitu hran.

Výsledný kal se nalije do forem a poté se zahřívá párou za vysokého tlaku a teploty ve speciální parní peci zvané autokláv..

Výsledkem je tuhá pěna s velmi jemnými póry, která je nakrájena na listy nebo desky a ošetřena speciálními přísadami, aby mohla odpuzovat vodu..

Pěna křemičitanu vápenatého se používá ve stavebnictví, zejména k izolaci stěn a zlepšení ochrany proti vlhkosti, což je užitečné zejména při renovaci starých budov..

Snížení znečištění v hutním průmyslu

Dikalciumsilikát Ca_dvaAno₄ nebo 2CaO.SiO_dva nalezený ve strusce nebo v odpadu z výroby oceli byl použit k vysrážení rozpuštěných kovů v kyselých odpadech z jiných metalurgických procesů.

Srážení znamená, že rozpuštěný kov se stává součástí pevné sloučeniny, která jde na dno nádoby a může být sbírána.

Ca._dvaAno₄ přítomný v ocelové strusce reaguje s vodou a produkuje Ca (OH)_dva který má schopnost neutralizovat kyselost kyselých roztoků kovů z jiných procesů:

2 Ca_dvaAno₄ + 4 h_dvaO → 3CaO.2SiO_dva.3H_dvaO + Ca (OH)_dva

Kromě neutralizace může sloučenina křemičitanu vápenatého adsorbovat některé kovové ionty M.^dva+ výměnou s vápenatým iontem Ca^dva+. Zde je přehled:

≡Si-O-Ca + M^dva+ → ≡Si-O-M + Ca^dva+

Pevná sloučenina obsahující kov může být poté použita pro jiný účel a není zlikvidována. Toto je příklad průmyslové ekologie.

V biomateriálech

Keramika křemičitanu vápenatého začala být testována jako biomateriály od roku 1990. Byly studovány pro jejich potenciální použití při regeneraci kostní tkáně díky jejich biologické aktivitě lepší než u jiných materiálů..

To je přičítáno skutečnosti, že mají křemík (Si), který hraje zásadní roli v mechanismech, které vedou k tvorbě nové kosti..

Cementy na bázi křemičitanu vápenatého mají schopnost po ponoření do biologických tekutin vyvolat tvorbu povlaku fosforečnanu vápenatého / apatitu a podporovat regeneraci tkání..

Z těchto důvodů je považován za vhodný materiál pro opravu kostí..

V biodentinu

Křemičitan vápenatý je součástí biodentinu. Jedná se o materiál, který se používá k opravě perforace zubu, resorpci kostí a jako výplň na konci kořenů zubů..

Biodentine je bioaktivní cement s nízkou pórovitostí, který má větší mechanickou pevnost nebo tvrdost než jiné materiály a podobá se dentinu.

Je vyroben z křemičitanu vápenatého (Ca₃Ano₅), křemičitan vápenatý (Ca_dvaAno₅), uhličitan vápenatý (CaCO₃) a oxid zirkoničitý. Po smíchání s vodou tvoří křemičitany vápenaté lepkavý hydratovaný gel, který po chvíli ztuhne a vytvoří tvrdou strukturu..

Působí pozitivně na buňky zubní dřeně a urychluje tvorbu můstků v dentinu, kde jsou zvýrazněny pevnosti jeho vazeb, jeho mikrotvrdost a odolnost proti tlaku..

Další aplikace

Křemičitany vápenaté se také používají jako protispékavé látky a pomocné filtrační látky..

Metasilikát vápenatý CaSiO₃ používá se v keramice, v zařízeních, kde je vyžadováno tření, jako jsou brzdy a spojky vozidel, a při získávání kovů.

Díky vysokému jasu a bělosti CaSiO₃ Používá se k plnění barev a plastů.

Reference

1. Ropp, R.C. (2013). Skupina 14 (C, Si, Ge, Sn a Pb) sloučeniny alkalických zemin. Křemičitany vápenaté. In Encyclopedia of the Alkaline Earth Compounds. Obnoveno ze sciencedirect.com.
2. FAO (2015). Křemičitan vápenatý. Specifikace připravené na 80^th JECFA (2015) a publikováno v monografiích JECFA FAO 17. Citováno z fao.org.
3. Harrisson, A.M. (2019). Ústava a specifikace portlandského cementu. Hydrát křemičitanu vápenatého. In Lea's Chemistry of Cement and Concrete (Páté vydání). Obnoveno ze sciencedirect.com.
4. Gellert, R. (2010). Anorganické minerální materiály pro izolaci budov. Pěna křemičitanu vápenatého a minerální pěna. In Materials for Energy Efficiency and Thermal Comfort in Buildings. Obnoveno ze sciencedirect.com.
5. Goudouri, OM. et al. (2016). Charakterizuje degradační chování biokeramických lešení. Apatit / wollastonitové lešení. In Characterization and Design of the Tissue Scaffolds. Obnoveno ze sciencedirect.com.
6. Rani, P. a kol. (2019). Nanokompozity omezující zubní dřeň. Biodentin. In Aplikace nanokompozitních materiálů ve stomatologii. Obnoveno ze sciencedirect.com.
7. Ingham, J.P. (2013). Betonové výrobky. Jednotky křemičitanu vápenatého. In Geomaterials Under the Microscope. Obnoveno ze sciencedirect.com.
8. Ojovan, M.I. a Lee, W.E. (2005). Imobilizace radioaktivních odpadů v cementu. Hydraulické cementy. In An Introduction to Nuclear Waste Immobilization. Obnoveno ze sciencedirect.com.
9. Ramachandra Rao, S. (2006). Obnova zdrojů a recyklace z metalurgických odpadů. Křemičitan vápenatý jako přísada pro rozpuštěné kovy. V sérii nakládání s odpady. Obnoveno ze sciencedirect.com.
10. Prati, C. a Gandolfi, M.G. (2015). Bioaktivní cementy křemičitanu vápenatého: Biologické perspektivy a klinické aplikace. Dent Mater, 2015 duben; 31 (4): 351-70. Obnoveno z ncbi.nlm.nih.gov.