Propriétés du silicate de calcium, structure, obtention, utilisations

le silicate de calcium est le nom donné à un groupe de composés chimiques formés à partir d'oxyde de calcium (CaO) et de silice (SiO_deux). La formule générale de ces composés est xCaO • ySiO_deux• zH_deuxOU ALORS.

Ce sont des solides blancs ou blancs jaunâtres. Ils peuvent être anhydres, c'est-à-dire sans eau (H_deuxO) dans sa structure, ou peut le contenir. Ils font partie de plusieurs types de minéraux dans la nature.

Les silicates de calcium sont insolubles dans l'eau, mais lorsqu'ils se joignent à celle-ci, ils forment des gels hydratés (matériaux comme la gélatine) très durs, résistants et presque imperméables lorsqu'ils durcissent.

Cela a conduit à leur utilisation dans l'industrie de la construction, car ils sont utilisés dans le ciment, les briques et les panneaux isolants contre l'humidité. Ils font également partie de matériaux pour cicatriser les perforations des dents et il a même été étudié de les utiliser dans la régénération des os, c'est-à-dire comme biomatériau..

Ils ont été proposés pour réduire la pollution générée par certaines industries métallurgiques. Ils sont également utilisés comme générateurs de friction dans les freins et les embrayages de véhicules..

Index des articles

• 1 Structure
• 2 Nomenclature
• 3 propriétés
  • 3.1 État physique
  • 3.2 Poids moléculaire
  • 3.3 Point de fusion
  • 3.4 Densité
  • 3.5 Solubilité
  • 3,6 pH
  • 3.7 Autres propriétés
• 4 Obtention
• 5 utilisations
  • 5.1 En obtenant des briques
  • 5.2 Dans le ciment Portland
  • 5.3 Immobiliser les déchets radioactifs
  • 5.4 Comme isolant pour les bâtiments
  • 5.5 Réduire la pollution dans l'industrie métallurgique
  • 5.6 Dans les biomatériaux
  • 5.7 En biodentine
  • 5.8 Autres applications
• 6 Références

Structure

Le silicate de calcium peut contenir une quantité variable d'oxyde de calcium (CaO) et de silice (SiO_deux). Sa formule générale est:

xCaO • ySiO_deux• zH_deuxOU ALORS

où x, y et z sont des nombres qui peuvent avoir différentes valeurs.

La quantité de CaO doit être comprise entre 3% et 35% (en poids sur une base sèche) et la teneur en SiO_deux Il devrait être de 50 à 95% (en poids sur une base sèche). Ils peuvent être anhydres (sans eau dans sa structure, c'est-à-dire z = 0 dans la formule) ou ils peuvent être hydratés (avec de l'eau est sa conformation).

Nomenclature

• Silicate de calcium
• Sel de calcium d'acide silicique
• Oxyde de calcium et silicium

Propriétés

État physique

Solide très fin blanc ou blanc cassé.

Poids moléculaire

Métasilicate de calcium CaO • SiO_deux ou CaSiO₃ = 116,16 g / mol

Point de fusion

Métasilicate de calcium CaSiO₃ = 1540 ° C

Densité

Métasilicate de calcium CaSiO₃ = 2,92 g / cm3

Solubilité

Insoluble dans l'eau et l'éthanol.

pH

Une boue préparée avec 5% de silicate de calcium peut avoir un pH de 8,4 à 12,5.

Autres propriétés

Le silicate de calcium peut être hydraté (avec de l'eau dans la molécule) ou anhydre (sans eau dans la molécule) avec diverses proportions de calcium sous forme d'oxyde de calcium CaO et de silice sous forme de dioxyde de silice SiO_deux.

Il a une capacité d'absorption d'eau élevée. Métasilicate de calcium (CaO • SiO_deux ou CaSiO₃) se distingue par sa brillance et sa blancheur, sa faible humidité, sa faible teneur en matières volatiles et sa bonne absorption d'huile.

Parmi les hydrates de silicate de calcium sont ceux formés en ajoutant de l'eau à Ca_deuxOui₅ et à Ca₃Oui₅. Les produits d'hydratation de ces deux composés sont les plus abondants dans certains types de ciment..

Obtention

Le silicate de calcium est obtenu de diverses manières en faisant réagir un matériau siliceux (comme la terre de diatomées) et des composés de calcium (comme l'hydroxyde de calcium (Ca (OH)_deux).

Le silicate de calcium peut être préparé par exemple par calcination de l'oxyde de calcium (CaO) avec de la silice (SiO_deux) à des températures élevées.

Lorsque la réaction est effectuée à un rapport molaire de 1: 1 (cela signifie qu'il y a le même nombre de molécules de CaO que SiO_deux) donne du métasilicate de calcium CaSiO₃ o CaO • SiO_deux:

CaO + SiO_deux + chaleur → CaSiO₃

Applications

En obtenant des briques

Avec du silicate de calcium, des unités ou des briques pour la construction sont fabriquées. Ils sont obtenus avec de la matière siliceuse fine et de la chaux vive ou de la chaux hydratée. Des pigments inertes peuvent être ajoutés pour donner à la brique une couleur différente.

Les unités sont moulées sous pression et durcies dans un autoclave (four à vapeur) à 170 ° C pendant 4 à 6 heures. Pendant le durcissement, une partie de la chaux réagit avec le matériau siliceux pour former un hydrate de silicate de calcium, qui maintient la brique ensemble..

Cependant, les briques de silicate de calcium ont tendance à se dilater et à rétrécir davantage que les briques d'argile, ce qui peut parfois provoquer des fissures de la maçonnerie..

Cela a attiré l'attention et ils ont été considérés comme potentiellement dangereux.

Dans le ciment Portland

Les silicates de calcium font partie du ciment Portland, qui est un matériau largement utilisé dans l'industrie de la construction.

Le ciment Portland est un ciment hydraulique produit par pulvérisation de matériaux formés principalement de silicates de calcium hydratés et de sulfate de calcium CaSO₄ (jeter).

Il durcit rapidement en raison de la réaction d'hydratation qui génère un gel de silicate de calcium hydraté. Il en résulte un matériau solide, dense et peu perméable (qui ne laisse pas passer l'eau).

Les silicates qu'il contient sont du silicate tricalcique Ca₃Oui₅ o 3CaO.SiO_deux et silicate dicalcique Ca_deuxOui₄ ou 2CaO.SiO_deux.

Pour immobiliser les déchets radioactifs

Les silicates de calcium dans le ciment peuvent varier dans leur pourcentage en poids. La composition du ciment Portland peut changer en fonction du type de structure de construction pour lequel il est destiné..

Certains types de ce ciment sont utilisés pour immobiliser les déchets radioactifs afin qu'ils ne nuisent pas aux personnes ou à l'environnement..

Comme isolation pour les bâtiments

Le silicate de calcium est utilisé pour obtenir des panneaux de mousse minérale ou des panneaux minéraux isolants.

Ceux-ci servent à isoler les murs de l'humidité. CaO et SiO sont mélangés_deux avec de l'eau et 3-6% de cellulose est ajouté, ce qui améliore la flexibilité et la stabilité des bords.

La boue résultante est versée dans des moules puis chauffée à la vapeur à haute pression et température dans un four à vapeur spécial appelé autoclave..

Le résultat est une mousse rigide, à pores très fins, découpée en feuilles ou en panneaux et traitée avec des additifs spéciaux pour repousser l'eau..

La mousse de silicate de calcium est utilisée dans le secteur de la construction, notamment pour isoler les murs et améliorer la protection contre l'humidité, étant utile notamment dans la rénovation de bâtiments anciens.

Réduire la pollution dans l'industrie métallurgique

Silicate bicalcique Ca_deuxOui₄ ou 2CaO.SiO_deux trouvé dans le laitier ou les déchets de la production d'acier a été utilisé pour précipiter les métaux dissous dans les effluents acides d'autres procédés métallurgiques.

La précipitation signifie que le métal dissous devient une partie d'un composé solide qui va au fond du récipient et peut être collecté.

La CA_deuxOui₄ présent dans le laitier d'acier réagit avec l'eau et produit du Ca (OH)_deux qui a la capacité de neutraliser l'acidité des solutions acides de métaux provenant d'autres processus:

2 Ca_deuxOui₄ + 4 heures_deuxO → 3CaO.2SiO_deux.3H_deuxO + Ca (OH)_deux

En plus de neutraliser, le composé de silicate de calcium peut adsorber certains des ions métalliques M^deux+ par échange avec l'ion calcium Ca^deux+. Voici un aperçu:

≡Si-O-Ca + M^deux+ → ≡Si-O-M + Ca^deux+

Le composé solide contenant le métal peut alors être utilisé dans un autre but et n'est pas jeté. Ceci est un exemple d'écologie industrielle.

Dans les biomatériaux

Les céramiques de silicate de calcium ont commencé à être testées comme biomatériaux depuis 1990. Elles ont été étudiées pour leur utilisation potentielle dans la régénération du tissu osseux en raison de leur bioactivité supérieure aux autres matériaux..

Ceci est attribué au fait qu'ils contiennent du silicium (Si), qui joue un rôle essentiel dans les mécanismes qui conduisent à la formation d'un nouvel os..

Les ciments à base de silicate de calcium ont la capacité d'induire la formation d'un revêtement de phosphate de calcium / apatite lorsqu'ils sont immergés dans des fluides biologiques et de favoriser la régénération tissulaire..

Pour ces raisons, il est considéré comme un matériau approprié pour la réparation osseuse..

Dans la Biodentine

Le silicate de calcium fait partie de la biodentine. Il s'agit d'un matériau utilisé pour réparer les perforations dentaires, les résorptions osseuses et comme obturation de l'extrémité des racines des dents..

La Biodentine est un ciment bioactif à faible porosité qui a une plus grande résistance mécanique ou dureté que les autres matériaux et ressemble à la dentine.

Il est composé de silicate tricalcique (Ca₃Oui₅), silicate dicalcique (Ca_deuxOui₅), carbonate de calcium (CaCO₃) et l'oxyde de zirconium. Lorsqu'ils sont mélangés à de l'eau, les silicates de calcium forment un gel hydraté collant qui, après un certain temps, se solidifie en créant une structure dure..

Il exerce un effet positif sur les cellules de la pulpe dentaire et accélère la formation de ponts dans la dentine, où la force de ses liaisons, sa microdureté et sa résistance à la compression sont mises en évidence..

Autres applications

Les silicates de calcium sont également utilisés comme agents anti-agglomérants et auxiliaires de filtration..

Métasilicate de calcium CaSiO₃ utilisé dans la céramique, dans les dispositifs nécessitant une friction, tels que les freins et les embrayages de véhicules, et dans l'obtention de métaux.

En raison de sa luminosité et de sa blancheur élevées, CaSiO₃ Il est utilisé pour remplir les peintures et les plastiques.

Les références

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