- Structure
- Nomenclature
- Propriétés
- État physique
- Poids moléculaire
- Point de fusion
- Densité
- Solubilité
- pH
- Autres propriétés
- Obtention
- Applications
- En obtenant des briques
- Dans le ciment Portland
- Pour immobiliser les déchets radioactifs
- Comme isolant pour les bâtiments
- Réduire la pollution dans l'industrie métallurgique
- Dans les biomatériaux
- Dans la Biodentine
- Autres applications
- Références
Le silicate de calcium est le nom attribué à un groupe de composés chimiques formés à partir d'oxyde de calcium (CaO) et de silice (SiO 2). La formule générale de ces composés est xCaO • ySiO 2 • zH 2 O.
Ce sont des solides blancs ou jaunâtres. Ils peuvent être anhydres, c'est-à-dire sans eau (H 2 O) dans leur structure, ou ils peuvent en contenir. Ils font partie de plusieurs types de minéraux dans la nature.
Minéral de silicate de calcium. Dave Dyet http://www.shutterstone.com http://www.dyet.com / Domaine public. Source: Wikimedia Commons.
Les silicates de calcium sont insolubles dans l'eau, mais lorsqu'ils s'y joignent, ils forment des gels hydratés (matériaux comme la gélatine) qui, après caillage, sont très durs, résistants et presque étanches.
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 des matériaux pour cicatriser les perforations des dents et ont même été étudiés pour être utilisés 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.
Structure
Le silicate de calcium peut contenir une quantité variable d'oxyde de calcium (CaO) et de silice (SiO 2). Sa formule générale est:
xCaO • Ysio 2 • zH 2 O
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 base sèche) et la teneur en SiO 2 doit être comprise entre 50-95% (en poids sur 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
Méta- silicate de calcium CaO • SiO 2 ou CaSiO 3 = 116,16 g / mol
Point de fusion
Métasilicate de calcium CaSiO 3 = 1540 ° C
Densité
Métasilicate de calcium CaSiO 3 = 2,92 g / cc
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 différentes proportions de calcium sous forme d'oxyde de calcium CaO et de silice sous forme de dioxyde de silice SiO 2.
Il a une capacité d'absorption d'eau élevée. Le métasilicate de calcium (CaO • SiO 2 ou CaSiO 3) se distingue par sa brillance et sa blancheur, sa faible humidité, sa faible teneur en matières volatiles et sa bonne absorption d'huile.
Métasilicate de calcium CaSiO 3. Ondřej Mangl / Domaine public. Source: Wikimedia Commons.
Parmi les hydrates de silicate de calcium, on distingue ceux formés par addition d'eau à Ca 2 SiO 5 et Ca 3 SiO 5. Les produits d'hydratation de ces deux composés sont les plus abondants dans certains types de ciment.
Obtention
Le silicate de calcium est fabriqué 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) 2).
Le silicate de calcium peut être préparé par exemple par calcination de l' oxyde de calcium (CaO) avec de la silice (SiO 2) 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 2), le métasilicate de calcium CaSiO 3 ou CaO • SiO 2 résulte:
CaO + SiO 2 + chaleur → CaSiO 3
Applications
En obtenant des briques
Avec des unités de silicate de calcium ou des briques pour la construction sont fabriquées. Ils sont obtenus avec de la matière siliceuse fine et de la chaux vive ou 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.
Briques de silicate de calcium. Holger.Ellgaard / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). Source: Wikimedia Commons.
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 qui est produit par pulvérisation de matériaux constitués principalement de silicates de calcium hydratés et de sulfate de calcium CaSO 4 (gypse).
Surface avec du ciment. Le ciment contient des silicates de calcium dans sa composition. Auteur: Pexels. Source: Pixabay.
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 le silicate tricalcique Ca 3 SiO 5 ou 3CaO.SiO 2 et le silicate bicalcique Ca 2 SiO 4 ou 2CaO.SiO 2.
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 auquel 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 isolant pour les bâtiments
Le silicate de calcium est utilisé pour obtenir des panneaux de mousse minérale ou des panneaux minéraux isolants.
Feuilles de silicate de calcium. Achim Hering / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0). Source: Wikimedia Commons.
Ceux-ci servent à isoler les murs de l'humidité. CaO et SiO 2 sont mélangés avec de l'eau et 3-6% de cellulose sont ajoutés, 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
Le silicate bicalcique Ca 2 SiO 4 ou 2CaO.SiO 2 trouvé dans les scories ou les déchets de la production d'acier a été utilisé pour précipiter les métaux dissous dans les effluents acides d'autres procédés métallurgiques.
Le fait de précipiter signifie que le métal dissous devient une partie d'un composé solide qui va au fond du récipient et peut être collecté.
Certains déchets de l'industrie sidérurgique contiennent des silicates de calcium utiles pour précipiter les métaux à partir de solutions acides. Auteur: Skeeze. Source: Pixabay.
Le Ca 2 SiO 4 présent dans les scories d'acier réagit avec l'eau et produit du Ca (OH) 2 qui a la capacité de neutraliser l'acidité des solutions acides de métaux provenant d'autres procédés:
2 Ca 2 SiO 4 + 4 H 2 O → 3CaO.2SiO 2.3H 2 O + Ca (OH) 2
En plus de neutraliser, le composé de silicate de calcium peut adsorber une partie des ions métalliques M 2+ par échange avec l'ion calcium Ca 2+. Voici un aperçu:
≡Si-O-Ca + M 2+ → ≡Si-OM + Ca 2+
Le composé solide qui contient le métal peut ensuite 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 car elles possèdent une bioactivité supérieure à celle des autres matériaux.
Ceci est attribué au fait qu'ils contiennent du silicium (Si), qui joue un rôle essentiel dans les mécanismes menant 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.
Les silicates de calcium peuvent servir de base aux biomatériaux qui permettent de réparer les os. https://www.scientificaimations.com/ / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Source: Wikimedia Commons.
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 à l'extrémité des racines des dents.
La biodentine est un ciment bioactif de faible porosité qui a une plus grande résistance mécanique ou dureté que les autres matériaux et est similaire à la dentine.
Les silicates de calcium font partie des matériaux utilisés pour recouvrir les perforations des dents. Jak / Domaine public. Source: Wikimedia Commons.
Il est composé de silicate tricalcique (Ca 3 SiO 5), de silicate bicalcique (Ca 2 SiO 5), de carbonate de calcium (CaCO 3) et d'oxyde de zirconium. Lorsqu'ils sont mélangés à de l'eau, les silicates de calcium forment un gel hydraté collant qui se solidifie après un certain temps, 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, là où la force de ses liaisons, sa microdureté et sa résistance à la compression ressortent.
Tube avec silicate de calcium pour guérir les dents. Shaimaa Abdellatif / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Source: Wikimedia Commons.
Autres applications
Les silicates de calcium sont également utilisés comme agents anti-agglomérants et auxiliaires de filtration.
Le métasilicate de calcium CaSiO 3 est utilisé dans les céramiques, dans les dispositifs nécessitant un certain frottement, tels que les freins et les embrayages de véhicules, et dans l'obtention de métaux.
En raison de sa brillance et de sa blancheur élevées, CaSiO 3 est utilisé pour remplir les peintures et les plastiques.
Références
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