Silicato de cálcio: propriedades, estrutura, produção, usos

Silicato de cálcio: propriedades, estrutura, produção, usos

O silicato de cálcio é o nome atribuído a um grupo de compostos químicos formados a partir de óxido de cálcio (CaO) e sílica (SiO 2 ). A fórmula geral desses compostos é xCaO • ySiO 2 • zH 2 O.

São sólidos brancos, brancos ou amarelados. Eles pode ser anidro, ou seja, sem água (H 2 O) na sua estrutura, ou eles podem contê-la. Eles fazem parte de vários tipos de minerais na natureza.

Os silicatos de cálcio são insolúveis na água, mas, quando unidos a ela, formam géis hidratados (materiais como gelatina) que, quando coalhados, são muito duros, resistentes e quase impermeáveis.

Isso causou seu uso na indústria da construção, pois são usados ​​em cimento, tijolos e painéis isolantes de umidade. Eles também fazem parte de materiais para curar perfurações nos dentes e até foram estudados para uso na regeneração óssea, ou seja, como biomaterial.

Eles foram propostos para reduzir a poluição gerada por algumas indústrias metalúrgicas. Eles também são usados ​​como geradores de fricção em freios e embreagens de veículos.

Estrutura

O silicato de cálcio pode conter uma quantidade variável de óxido de cálcio (CaO) e sílica (SiO 2 ). Sua fórmula geral é:

xCaO • Ysio 2 • zH 2 O

onde x, ye z são números que podem ter valores diferentes.

A quantidade de CaO deve estar entre 3% e 35% (em peso, em base seca) e o teor de SiO 2 deve estar entre 50-95% (em peso, em base seca). Eles podem ser anidros (sem água em sua estrutura, ou seja, z = 0 na fórmula) ou podem ser hidratados (com água é sua conformação).

Nomenclatura

  • Silicato de cálcio
  • Sal de cálcio do ácido silícico
  • Cálcio e óxido de silício

Propriedades

Estado físico

Sólido branco ou esbranquiçado muito fino.

Peso molecular

Metassilicato de cálcio CaO • SiO 2 ou CaSiO 3 = 116,16 g / mol

Ponto de fusão

CaSiO 3 Metassilicato de cálcio = 1540 ° C

Densidade

Metassilicato de cálcio CaSiO 3 = 2,92 g / cc

Solubilidade

Insolúvel em água e etanol.

pH

Uma lama preparada com silicato de cálcio a 5% pode ter um pH de 8,4-12,5.

Outras propriedades

O silicato de cálcio pode ser hidratado (com água na molécula) ou anidro (sem água na molécula) com várias proporções de cálcio na forma de óxido de cálcio CaO e sílica na forma de dióxido de sílica SiO 2 .

Possui alta capacidade de absorção de água. O metassilicato de cálcio (CaO • SiO 2 ou CaSiO 3 ) se destaca por seu brilho e brancura, baixa umidade, baixo conteúdo volátil e boa absorção de óleo.

Entre os hidratos de silicato de cálcio, destacam-se os formados por adição de água a Ca 2 SiO 5 e Ca 3 SiO 5 . Os produtos de hidratação desses dois compostos são os mais abundantes em certos tipos de cimento.

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Obtenção

O silicato de cálcio é obtido de várias maneiras pela reação de material silicioso (como terra de diatomáceas) e compostos de cálcio (como hidróxido de cálcio (Ca (OH) 2 ).

Silicato de cálcio pode ser preparado, por exemplo, por calcinação de óxido de cálcio (CaO) com sílica (SiO 2 ) a temperaturas elevadas.

Quando a reação é realizada na proporção molar de 1: 1 (isso significa que existe o mesmo número de moléculas de CaO que o SiO 2 ), o metassilicato de cálcio CaSiO 3  ou CaO • SiO 2 resulta :

CaO + SiO 2 + calor → CaSiO 3

Formulários

Na obtenção de tijolos

Unidades ou tijolos são feitos com silicato de cálcio para construção. São obtidos com material silicioso fino e cal rápida ou cal hidratada. Pigmentos inertes podem ser adicionados para dar ao tijolo uma cor diferente.

As unidades são moldadas sob pressão e curadas em uma autoclave (forno a vapor) a 170 ° C por 4-6 horas. Durante a cura, parte da cal reage com o material silicioso para formar um hidrato de silicato de cálcio, que mantém o tijolo unido.

No entanto, os tijolos de silicato de cálcio tendem a se expandir e encolher mais do que os tijolos de argila, que às vezes podem causar rachaduras na alvenaria.

Isso chamou a atenção e foi considerado potencialmente perigoso.

Em cimento Portland

Os silicatos de cálcio fazem parte do cimento Portland, que é um material amplamente utilizado na indústria da construção.

O cimento Portland é um cimento hidráulico que é produzido por pulverização de materiais que consistem principalmente de silicatos de cálcio hidratados e CaSO 4 sulfato de cálcio (gesso).

Endurece rapidamente devido à reação de hidratação gerada por um gel de silicato de cálcio hidratado. Isso resulta em um material forte, denso e pouco permeável (que não permite a passagem da água).

Os silicatos que contém estão Ca 3 SiO 5 ou 3 CaO.SiO 2 tricálcico  silicato e Ca 2 SiO 4 ou 2CaO.SiO 2 silicato dicálcico .

Imobilizar resíduos radioativos

Os silicatos de cálcio no cimento podem variar em porcentagem em peso. A composição do cimento Portland pode mudar dependendo do tipo de estrutura de construção a que se destina.

Alguns tipos deste cimento são usados ​​para imobilizar os resíduos radioativos, para que não causem danos às pessoas ou ao meio ambiente.

Como isolamento para edifícios

O silicato de cálcio é usado para obter placas de espuma mineral ou placas de isolamento mineral.

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Estes servem para isolar as paredes da umidade. CaO e SiO 2 são misturados com água e 3-6% de celulose é adicionada, o que melhora a flexibilidade e a estabilidade das bordas.

O lodo resultante é derramado em moldes e depois aquecido com vapor a alta pressão e temperatura em um forno a vapor especial chamado autoclave.

O resultado é uma espuma rígida de poros muito fina que é cortada em folhas ou tábuas e tratada com aditivos especiais para poder repelir a água.

A espuma de silicato de cálcio é usada no setor da construção, especialmente para isolar paredes e melhorar a proteção contra a umidade, sendo especialmente útil na reforma de edifícios antigos.

Para diminuir a poluição na indústria metalúrgica

O silicato dicálcico Ca 2 SiO 4 ou 2CaO.SiO 2 encontrado na escória ou nos resíduos da produção de aço tem sido utilizado para precipitar metais dissolvidos em efluentes ácidos de outros processos metalúrgicos.

Precipitar significa que o metal dissolvido se torna parte de um composto sólido que vai para o fundo do recipiente e pode ser coletado.

O Ca 2 SiO 4 presente na escória de aço reage com a água e produz Ca (OH) 2, que tem a capacidade de neutralizar a acidez de soluções metálicas ácidas de outros processos:

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

Além de neutralizar, o composto de silicato de cálcio pode absorver alguns dos íons metálicos M2 + trocando com o íon cálcio Ca2 + . Aqui está um esboço:

≡Si-O-Ca + M 2+ → ≡Si-OM + Ca 2+

O composto contendo metal sólido pode então ser usado para outra finalidade e não é descartado. Este é um exemplo de ecologia industrial.

Em biomateriais

As cerâmicas de silicato de cálcio são testadas como biomateriais desde 1990. Elas foram estudadas quanto ao seu potencial uso na regeneração do tecido ósseo devido à sua bioatividade superior a outros materiais.

Isso é atribuído ao fato de possuírem silício (Si), que desempenha um papel essencial nos mecanismos que levam à formação de novo osso.

Cimentos à base de silicatos de cálcio têm a capacidade de induzir a formação de revestimento de fosfato de cálcio / apatita quando imersos em fluidos biológicos e promover a regeneração do tecido.

Por esses motivos, está sendo considerado um material adequado para reparo ósseo.

Na biodentina

O silicato de cálcio faz parte da biodentina. Este é um material usado para reparar perfurações dentárias, reabsorções ósseas e como preenchimento para o final das raízes dos dentes.

Biodentina é um cimento bioativo de baixa porosidade, que possui maior resistência mecânica ou dureza que outros materiais e se assemelha à dentina.

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É composto de silicato tricálcico (Ca 3 SiO 5 ), silicato dicálcico (Ca 2 SiO 5 ), carbonato de cálcio (CaCO 3 ) e óxido de zircônio. Quando misturados com água, os silicatos de cálcio formam um gel hidratado pegajoso que depois de um tempo solidifica, criando uma estrutura rígida.

Exerce um efeito positivo nas células da polpa dentária e acelera a formação de pontes na dentina, onde destaca a força de suas ligações, sua microdureza e resistência à compressão.

Outros aplicativos

Silicatos de cálcio também são usados ​​como agentes antiaglomerantes e auxiliares de filtragem.

O metassilicato de cálcio CaSiO 3 é usado em cerâmica, em dispositivos onde é necessário algum atrito, como freios e embreagens de veículos, e na produção de metais.

Devido ao seu alto brilho e brancura, o CaSiO 3 é usado para encher tintas e plásticos.

Referências

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