CANXI SILICAT: ĐẶC TÍNH, CẤU TRÚC, THU ĐƯỢC, SỬ DỤNG - HÓA HỌC - 2025

Các silicat canxi là tên được gán cho một nhóm các hợp chất hóa học được hình thành từ canxi oxit (CaO) và silica (SiO ₂ ). Công thức chung của các hợp chất này là xCaO • ySiO ₂ • zH ₂ O.

Chúng là chất rắn màu trắng hoặc trắng hơi vàng. Chúng có thể ở dạng khan, nghĩa là không có nước (H ₂ O) trong cấu trúc của chúng, hoặc chúng có thể chứa nó. Chúng là một phần của một số loại khoáng chất trong tự nhiên.

Khoáng silicat canxi. Dave Dyet http://www.shutterstone.com http://www.dyet.com / Tên miền công cộng. Nguồn: Wikimedia Commons.

Canxi silicat không hòa tan trong nước nhưng khi chúng kết hợp với nó sẽ tạo thành gel ngậm nước (vật liệu như gelatin), sau khi đông lại, rất cứng, bền và hầu như không thấm nước.

Điều này đã dẫn đến việc chúng được sử dụng trong ngành xây dựng, vì chúng được sử dụng trong xi măng, gạch và các tấm cách nhiệt. Chúng cũng là một phần của vật liệu để chữa lành các lỗ thủng trên răng và thậm chí đã được nghiên cứu để sử dụng trong việc tái tạo xương, tức là, như một vật liệu sinh học.

Chúng đã được đề xuất để giảm thiểu ô nhiễm do một số ngành công nghiệp luyện kim tạo ra. Chúng cũng được sử dụng làm bộ tạo ma sát trong phanh và ly hợp của xe.

Kết cấu

Canxi silicat có thể chứa một lượng thay đổi canxi oxit (CaO) và silica (SiO ₂ ). Công thức chung của nó là:

xCaO • Ysio ₂ • zH ₂ O

trong đó x, y và z là các số có thể có nhiều giá trị khác nhau.

Lượng CaO phải từ 3% đến 35% (tính theo khối lượng khô) và hàm lượng SiO ₂ phải từ 50-95% (tính theo khối lượng khô). Chúng có thể ở dạng khan (không có nước trong cấu trúc của nó, nghĩa là, z = 0 trong công thức) hoặc chúng có thể được hydrat hóa (với nước là cấu trúc của nó).

Danh pháp

• Canxi silicat
• Axit silicic muối canxi
• Canxi oxit và silic

Tính chất

Tình trạng thể chất

Chất rắn màu trắng hoặc trắng rất mịn.

Trọng lượng phân tử

Canxi meta silicat CaO • SiO ₂ hoặc CaSiO ₃ = 116,16 g / mol

Độ nóng chảy

Canxi Metasilicat CaSiO ₃ = 1540 ° C

Tỉ trọng

Canxi Metasilicat CaSiO ₃ = 2,92 g / cc

Độ hòa tan

Không hòa tan trong nước và etanol.

độ pH

Bùn được chế biến với 5% canxi silicat có thể có độ pH từ 8,4-12,5.

Các tài sản khác

Canxi silicat có thể ngậm nước (có nước trong phân tử) hoặc khan (không có nước trong phân tử) với nhiều tỷ lệ canxi ở dạng canxi oxit CaO và silica ở dạng silic đioxit SiO ₂ .

Nó có khả năng hút nước cao. Canxi metasilicat (CaO • SiO ₂ hoặc CaSiO ₃ ) nổi bật với độ sáng và trắng, độ ẩm thấp, hàm lượng bay hơi thấp và hút dầu tốt.

CaSiO ₃ canxi metasilicat . Ondřej Mangl / Miền công cộng. Nguồn: Wikimedia Commons.

Trong số các hyđrat canxi silicat, chúng được tạo thành bằng cách thêm nước vào Ca ₂ SiO ₅ và Ca ₃ SiO ₅ được phân biệt . Sản phẩm thủy hóa của hai hợp chất này có nhiều nhất trong một số loại xi măng.

Thu được

Canxi silicat được tạo ra theo nhiều cách khác nhau bằng cách phản ứng với vật liệu silic (chẳng hạn như đất tảo cát) và các hợp chất canxi (chẳng hạn như canxi hydroxit (Ca (OH) ₂ ).

Canxi silicat có thể được điều chế ví dụ bằng cách nung canxi oxit (CaO) với silica (SiO ₂ ) ở nhiệt độ cao.

Khi phản ứng được thực hiện theo tỷ lệ mol 1: 1 (điều này có nghĩa là có cùng số phân tử CaO với SiO ₂ ), canxi metasilicat CaSiO ₃ hoặc CaO • SiO _{2 cho kết quả} :

CaO + SiO ₂ + nhiệt → CaSiO ₃

Các ứng dụng

Trong việc lấy gạch

Với các đơn vị canxi silicat hoặc gạch xây dựng được thực hiện. Chúng thu được bằng vật liệu silic mịn và vôi sống hoặc vôi tôi. Bột màu trơ có thể được thêm vào để tạo cho gạch có màu sắc khác.

Các đơn vị được tạo khuôn dưới áp suất và đóng rắn trong nồi hấp (lò hấp) ở 170 ° C trong 4-6 giờ. Trong quá trình đóng rắn, một số vôi phản ứng với vật liệu silic để tạo thành hyđrat canxi silicat, giữ viên gạch lại với nhau.

Gạch silicat canxi. Holger.Ellgaard / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). Nguồn: Wikimedia Commons.

Tuy nhiên, gạch silicat canxi có xu hướng nở ra và co lại nhiều hơn gạch đất sét, đôi khi có thể gây nứt khối xây.

Điều này đã thu hút sự chú ý và chúng đã được coi là có khả năng nguy hiểm.

Trong xi măng poóc lăng

Canxi silicat là một phần của xi măng Pooclăng, là vật liệu được sử dụng rộng rãi trong ngành xây dựng.

Xi măng pooclăng là loại xi măng thủy lực được sản xuất bằng cách nghiền nguyên liệu chủ yếu là canxi silicat ngậm nước và canxi sunfat CaSO ₄ (thạch cao).

Bề mặt bằng xi măng. Xi măng có chứa silicat canxi trong thành phần của nó. Tác giả: Pexels. Nguồn: Pixabay.

Nó cứng lại nhanh chóng do phản ứng hydrat hóa tạo ra gel silicat canxi ngậm nước. Điều này dẫn đến vật liệu cứng, đặc và thấm kém (không cho nước đi qua).

Các silicat mà nó chứa là tricalcium silicate Ca ₃ SiO ₅ hoặc 3CaO.SiO ₂ và dicalcium silicate Ca ₂ SiO ₄ hoặc 2CaO.SiO ₂ .

Để cố định rác phóng xạ

Canxi silicat trong xi măng có thể thay đổi theo phần trăm khối lượng của chúng. Thành phần của xi măng poóc lăng có thể thay đổi tùy thuộc vào loại kết cấu xây dựng mà nó được sử dụng.

Một số loại xi măng này được sử dụng để cố định chất thải phóng xạ để không gây hại cho con người và môi trường.

Là chất cách nhiệt cho các tòa nhà

Canxi silicat được sử dụng để sản xuất ván bọt khoáng hoặc ván khoáng cách nhiệt.

Tấm silicat canxi. Achim Hering / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0). Nguồn: Wikimedia Commons.

Những thứ này giúp cách nhiệt các bức tường khỏi độ ẩm. CaO và SiO ₂ được trộn với nước và thêm 3-6% xenlulo, giúp cải thiện độ mềm dẻo và ổn định của các cạnh.

Bùn tạo thành được đổ vào khuôn và sau đó được làm nóng bằng hơi nước ở áp suất và nhiệt độ cao trong một lò hơi đặc biệt được gọi là nồi hấp.

Kết quả là một loại bọt cứng, rất mịn được cắt thành tấm hoặc ván và được xử lý bằng các chất phụ gia đặc biệt để có thể đẩy lùi nước.

Xốp silicat canxi được sử dụng trong lĩnh vực xây dựng, đặc biệt là để cách nhiệt tường và nâng cao khả năng bảo vệ chống lại độ ẩm, đặc biệt hữu ích trong việc cải tạo các tòa nhà cũ.

Giảm thiểu ô nhiễm trong ngành luyện kim

Dicalcium silicate Ca ₂ SiO ₄ hoặc 2CaO.SiO ₂ được tìm thấy trong xỉ hoặc chất thải từ quá trình sản xuất thép đã được sử dụng để kết tủa các kim loại hòa tan trong nước thải axit từ các quá trình luyện kim khác.

Kết tủa có nghĩa là kim loại hòa tan trở thành một phần của hợp chất rắn đi đến đáy của vật chứa và có thể được thu thập.

Một số chất thải từ ngành công nghiệp thép có canxi silicat hữu ích để kết tủa kim loại từ các dung dịch axit. Tác giả: Skeeze. Nguồn: Pixabay.

Ca ₂ SiO ₄ có trong xỉ thép phản ứng với nước và tạo ra Ca (OH) ₂ có khả năng trung hòa tính axit trong dung dịch axit của kim loại từ các quá trình khác:

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

Ngoài việc trung hòa, hợp chất canxi silicat có thể hấp phụ một số ion kim loại M ²⁺ bằng cách trao đổi với ion canxi Ca ²⁺ . Đây là một phác thảo:

≡Si-O-Ca + M ²⁺ → ≡Si-OM + Ca ²⁺

Hợp chất rắn có chứa kim loại sau đó có thể được sử dụng cho mục đích khác và không bị loại bỏ. Đây là một ví dụ về sinh thái công nghiệp.

Trong vật liệu sinh học

Gốm silicat canxi bắt đầu được thử nghiệm làm vật liệu sinh học từ năm 1990. Chúng đã được nghiên cứu về khả năng sử dụng trong việc tái tạo mô xương vì chúng có hoạt tính sinh học vượt trội hơn các vật liệu khác.

Điều này được cho là do chúng có silicon (Si), đóng một vai trò thiết yếu trong cơ chế hình thành xương mới.

Xi măng gốc canxi silicat có khả năng tạo ra lớp phủ canxi photphat / apatit khi ngâm trong chất lỏng sinh học và thúc đẩy quá trình tái tạo mô.

Canxi silicat có thể hoạt động như một cơ sở cho vật liệu sinh học cho phép sửa chữa xương. https://www.scientificaimations.com/ / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Nguồn: Wikimedia Commons.

Vì những lý do này, nó đang được coi là một vật liệu thích hợp để sửa chữa xương.

Trong biodentine

Canxi silicat là một phần của biodentin. Đây là vật liệu được sử dụng để phục hình các vết đục của răng, phục hình xương và trám bít lại phần cuối chân răng.

Biodentin là xi măng hoạt tính sinh học có độ xốp thấp, có độ bền cơ học hoặc độ cứng cao hơn các vật liệu khác và tương tự như ngà răng.

Canxi silicat là một phần của vật liệu được sử dụng để che các lỗ thủng trên răng. Jak / Miền công cộng. Nguồn: Wikimedia Commons.

Nó được tạo thành từ tricalcium silicate (Ca ₃ SiO ₅ ), dicalcium silicate (Ca ₂ SiO ₅ ), calcium carbonate (CaCO ₃ ) và zirconium oxide. Khi trộn với nước, canxi silicat tạo thành một loại gel ngậm nước dính và đông đặc lại sau một thời gian tạo ra một cấu trúc cứng.

Nó có tác động tích cực đến các tế bào của tủy răng và đẩy nhanh quá trình hình thành các cầu nối trong ngà răng, nơi mà sức mạnh của các liên kết, độ cứng siêu nhỏ và khả năng chống nén là nổi bật.

Ống có canxi silicat để chữa răng. Shaimaa Abdellatif / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Nguồn: Wikimedia Commons.

Những ứng dụng khác

Canxi silicat cũng được sử dụng làm chất chống đóng cục và chất trợ lọc.

Canxi metasilicat CaSiO ₃ được sử dụng trong gốm sứ, trong các thiết bị cần ma sát nhất định, chẳng hạn như phanh xe và ly hợp, và để lấy kim loại.

Do độ sáng và độ trắng cao, CaSiO ₃ được sử dụng để phủ sơn và chất dẻo.

Người giới thiệu

1. Ropp, RC (2013). Nhóm 14 (C, Si, Ge, Sn và Pb) Hợp chất kiềm trong đất. Canxi silicat. Trong Encyclopedia of the Alkaline Earth Compounds. Được khôi phục từ sciricalirect.com.
2. FAO (2015). Canxi silicat. Các thông số kỹ thuật được chuẩn bị tại JECFA ^{lần thứ} 80 (2015) và FAO JECFA Monographs được xuất bản năm 17. Phục hồi từ fao.org.
3. Harrisson, AM (2019). Hiến pháp và Đặc điểm kỹ thuật của Xi măng Portland. Canxi silicat Hydrat. Trong Hóa học Xi măng và Bê tông của Lea (Ấn bản thứ năm). Được khôi phục từ sciricalirect.com.
4. Gellert, R. (2010). Vật liệu khoáng vô cơ để cách nhiệt trong các tòa nhà. Bọt canxi silicat và bọt khoáng. Trong Vật liệu Hiệu quả Năng lượng và Thoải mái Nhiệt trong Tòa nhà. Được khôi phục từ sciricalirect.com.
5. Goudouri, OM. et al. (2016). Cgaracterizing hành vi xuống cấp của giàn gốm sinh học. Giàn apatit / wollastonite. Trong Đặc điểm và Thiết kế của Khăn choàng Mô. Được khôi phục từ sciricalirect.com.
6. Rani, P. và cộng sự. (2019). Nanocomposites đóng nắp tủy răng. Biodentin. Trong Ứng dụng của Vật liệu Nanocomposite trong Nha khoa. Được khôi phục từ sciricalirect.com.
7. Ingham, JP (2013). Sản phẩm bê tông. Đơn vị canxi silicat. Trong Vật liệu Địa lý Dưới Kính hiển vi. Được khôi phục từ sciricalirect.com.
8. Ojovan, MI và Lee, WE (2005). Cố định chất thải phóng xạ trong xi măng. Xi măng thủy lực. Trong phần Giới thiệu về Cố định Chất thải Hạt nhân. Được khôi phục từ sciricalirect.com.
9. Ramachandra Rao, S. (2006). Thu hồi và tái chế tài nguyên từ chất thải luyện kim. Canxi silicat làm chất kết tủa cho kim loại hòa tan. Trong Loạt bài Quản lý Chất thải. Được khôi phục từ sciricalirect.com.
10. Prati, C. và Gandolfi, MG (2015). Xi măng hoạt tính sinh học canxi silicat: Quan điểm sinh học và ứng dụng lâm sàng. Dent Mater, 2015 tháng 4; 31 (4): 351-70. Đã khôi phục từ ncbi.nlm.nih.gov.