的硅酸钙是分配给一组从氧化钙(CaO)和二氧化硅形成(SIO化学化合物的名称2)。这些化合物的通式是xCaO•ySiO 2 • ZH 2 O.
它们是白色或淡黄色白色固体。它们可以是无水的,即结构中无水(H 2 O),也可以包含水。它们是自然界中几种矿物质的一部分。
硅酸钙矿物。Dave Dyet http://www.shutterstone.com
硅酸钙不溶于水,但当与水结合时,会形成水合凝胶(明胶之类的材料),凝结后非常坚硬,耐水且几乎防水。
这导致它们在建筑行业中的使用,因为它们用于水泥,砖块和隔热板。它们也是治愈牙齿穿孔的材料的一部分,甚至已经被研究用于骨骼的再生,即作为生物材料。
已经提出它们是为了减少某些冶金工业产生的污染。它们还用作车辆制动器和离合器中的摩擦发生器。
结构体
硅酸钙可以包含可变数量的氧化钙(CaO)和二氧化硅(SiO 2)。其一般公式为:
xCaO•Ysio 2 •ZH 2 Ø
其中x,y和z是可以具有各种值的数字。
CaO的量必须在3%至35%(以干重计)之间,而SiO 2含量必须在50%至95%(以干重计)之间。它们可以是无水的(结构中无水,即公式中的z = 0),也可以是水合的(水是其构象)。
命名法
- 硅酸钙
- 硅酸钙盐
- 氧化钙和硅
物产
物理状态
非常细的白色或灰白色固体。
分子量
偏硅酸钙CaO•SiO 2或CaSiO 3 = 116.16 g / mol
熔点
偏硅酸钙CaSiO 3 = 1540°C
密度
偏硅酸钙CaSiO 3 = 2.92 g / cc
溶解度
不溶于水和乙醇。
pH值
用5%硅酸钙制备的泥浆的pH可以为8.4-12.5。
其他性质
硅酸钙可以以各种比例的氧化钙CaO形式的钙和二氧化硅SiO 2形式的二氧化硅水合(分子中有水)或无水(分子中无水)。
它具有高吸水能力。偏硅酸钙(CaO•SiO 2或CaSiO 3)以其高亮度和白度,低湿度,低挥发物含量和良好的吸油性而著称。
CaSiO 3偏硅酸钙。OndřejMangl /公共领域。资料来源:维基共享资源。
在硅酸钙水合物中,区分了通过向Ca 2 SiO 5和Ca 3 SiO 5中加水而形成的水合物。在某些类型的水泥中,这两种化合物的水合产物含量最高。
取得
通过使硅质材料(例如硅藻土)和钙化合物(例如氢氧化钙(Ca(OH)2))反应,硅酸钙可以通过各种方式制备。
硅酸钙可以例如通过在升高的温度下用二氧化硅(SiO 2)煅烧氧化钙(CaO)来制备。
当反应以1:1的摩尔比进行时(这意味着CaO分子的数量与SiO 2相同),偏硅酸钙CaSiO 3或CaO•SiO 2产生:
CaO + SiO 2 +热量→CaSiO 3
应用领域
在获得砖头
用硅酸钙单元或砖头制成。它们由细硅质材料和生石灰或熟石灰制得。可以添加惰性颜料使砖具有不同的颜色。
单元在压力下模压并在高压釜(蒸汽烤箱)中于170°C固化4-6小时。在固化过程中,一些石灰与硅质材料反应形成硅酸钙水合物,将砖块固定在一起。
硅酸钙砖。Holger.Ellgaard / CC BY-SA(https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)。资料来源:维基共享资源。
但是,硅酸钙砖比粘土砖更容易膨胀和收缩,这有时会导致砖石破裂。
这引起了人们的注意,它们被认为具有潜在的危险。
在波特兰水泥
硅酸钙是硅酸盐水泥的一部分,硅酸盐水泥是建筑行业中广泛使用的材料。
波特兰水泥是一种水硬性水泥,其通过将主要由水合硅酸钙和硫酸钙CaSO 4(石膏)形成的材料粉碎而制成。
表面用水泥。水泥在其组成中包含硅酸钙。作者:Pexels。资料来源:
由于产生水合硅酸钙凝胶的水合反应,它迅速硬化。这会导致结实,致密且渗透性差的材料(不会让水通过)。
它包含的硅酸盐是硅酸三钙Ca 3 SiO 5或3CaO.SiO 2和硅酸二钙Ca 2 SiO 4或2CaO.SiO 2。
固定放射性垃圾
水泥中的硅酸钙的重量百分比可以变化。波特兰水泥的成分可以根据其预期的建筑结构类型而变化。
某些类型的这种水泥用于固定放射性废物,因此不会对人或环境造成伤害。
作为建筑物的绝缘体
硅酸钙用于获得矿物泡沫板或绝缘矿物板。
硅酸钙片。Achim Hering / CC BY(https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)。资料来源:维基共享资源。
这些用于使壁与水分隔离。将CaO和SiO 2与水混合,并添加3-6%的纤维素,从而改善了边缘的柔韧性和稳定性。
将生成的污泥倒入模具中,然后在称为高压釜的特殊蒸汽炉中用高压和高温的蒸汽加热。
结果得到了坚硬,非常细孔的泡沫,将其切成片或板,并用特殊的添加剂处理,从而可以排斥水。
硅酸钙泡沫用于建筑领域,尤其是用于使墙壁绝缘并改善防潮性能,尤其适用于旧建筑的翻新。
减少冶金行业的污染
在钢铁生产的炉渣或废料中发现的硅酸二钙Ca 2 SiO 4或2CaO.SiO 2已用于使溶解的金属沉淀在其他冶金工艺的酸性废水中。
沉淀是指溶解的金属成为进入容器底部并可以收集的固体化合物的一部分。
钢铁行业的一些废物中含有硅酸钙,可用于从酸性溶液中沉淀出金属。作者:Skeeze。资料来源:
钢渣中存在的Ca 2 SiO 4与水反应并生成Ca(OH)2,该Ca(OH)2具有中和来自其他过程的金属酸溶液的酸性的能力:
2 Ca 2 SiO 4 + 4 H 2 O→3CaO.2SiO 2.3H 2 O + Ca(OH)2
除了中和之外,硅酸钙化合物还可以通过与钙离子Ca 2+交换来吸附一些M 2+金属离子。这里是一个大纲:
≡Si-O-Ca+ M 2 + →≡Si-OM+ Ca 2+
然后可以将包含金属的固体化合物用于其他目的,并且不将其丢弃。这是工业生态学的一个例子。
在生物材料中
自1990年以来,硅酸钙陶瓷就开始作为生物材料进行测试。由于它们具有比其他材料优越的生物活性,因此已经对其在骨组织再生中的潜在用途进行了研究。
这归因于它们具有硅(Si)的事实,硅在导致新骨骼形成的机制中起着至关重要的作用。
当浸入生物流体中时,硅酸钙基水泥具有诱导磷酸钙/磷灰石涂层形成的能力,并能促进组织再生。
硅酸钙可以用作可修复骨骼的生物材料的基础。https://www.scientificaimations.com// CC BY-SA(https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)。资料来源:维基共享资源。
由于这些原因,它被认为是用于骨修复的合适材料。
在生物医学
硅酸钙是生物齿质的一部分。这是一种用于修复牙齿穿孔,骨吸收以及用作牙根末端的填充物的材料。
Biodentin是一种低孔隙度的生物活性水泥,与其他材料相比具有更高的机械强度或硬度,与牙本质相似。
硅酸钙是用于覆盖牙齿穿孔的材料的一部分。Jak /公共领域。资料来源:维基共享资源。
它由硅酸三钙(Ca 3 SiO 5),硅酸二钙(Ca 2 SiO 5),碳酸钙(CaCO 3)和氧化锆组成。与水混合时,硅酸钙会形成粘性的水合凝胶,一段时间后会凝固,形成坚硬的结构。
它对牙髓的细胞产生积极的作用,并加速了牙本质中牙桥的形成,其结合强度,显微硬度和抗压性突出。
用硅酸钙管治疗牙齿。Shaimaa Abdellatif / CC BY-SA(https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)。资料来源:维基共享资源。
其他应用
硅酸钙也用作抗结块剂和助滤剂。
偏硅酸钙CaSiO 3用于陶瓷,需要摩擦的设备(如汽车制动器和离合器)中,以及用于获得金属时。
由于其高亮度和白度,CaSiO 3用于填充油漆和塑料。
参考文献
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