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Articulo de referencia

Silicato de calcio

R. B. Heimann, ''Classic and Advanced Ceramics: From Fundamentals to Applications'', Wiley, 2010 {{ISBN|352763018X}} \n| Solubility = 0.01% (20 °C) \n| Density = 2.9 g/cm 3...

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El silicato de calcio puede referirse a varios silicatos de calcio, entre ellos:

  • CaO·SiO 2 , wollastonita (CaSiO 3 )
  • 2CaO·SiO 2 , larnita (Ca 2 SiO 4 )
  • 3CaO·SiO 2 , alita o (Ca 3 SiO 5 )
  • 3CaO·2SiO 2 , (Ca 3 Si 2 O 7 ).

Este artículo se centra en el Ca₂SiO₄ , también conocido como ortosilicato de calcio o por su nombre comercial abreviado Cal-Sil/Calsil. Todos los silicatos de calcio son polvos blancos de flujo libre. Al ser resistentes, económicos y no tóxicos, son componentes de importantes materiales estructurales.

Producción y ocurrencia

Los silicatos de calcio se producen mediante el tratamiento de óxido de calcio y sílice en diversas proporciones. Su formación es relevante para el cemento Portland . [ 5 ]

El silicato de calcio es un subproducto del proceso Pidgeon , una ruta principal para la obtención de magnesio metálico. El proceso convierte una mezcla de óxidos de magnesio y calcio, como se representa en la siguiente ecuación simplificada: [ 6 ]

MgO · CaO +Si → 2 Mg + Ca 2 SiO 4

El óxido de calcio se combina con el silicio, que actúa como captador de oxígeno, dando lugar al silicato de calcio, un compuesto muy estable, y liberando magnesio metálico volátil (a altas temperaturas).

Mediante el ciclo carbonato-silicato , las rocas carbonatadas se convierten en rocas silicatadas por metamorfismo y vulcanismo , y las rocas silicatadas se convierten en carbonatos por meteorización y sedimentación . [ 7 ] [ 8 ]

La producción de ácido sulfúrico a partir de sulfato de calcio anhidro produce silicatos de calcio. [ 9 ] Al mezclarse con esquisto o marga y tostarse a 1400  °C, el sulfato libera dióxido de azufre , un precursor del ácido sulfúrico . El silicato de calcio resultante se utiliza en la producción de clínker de cemento . [ 10 ]

2 CaSO 4 + 2 SiO 2 + C → 2 CaSiO 3 + 2 SO 2 + CO 2

Estructura

Celda unitaria de Ca₂SiO₄ . Código de colores: rojo (O), azul (Ca), dorado (Si) .

Como se verificó mediante cristalografía de rayos X , el silicato de calcio es un sólido denso que consta de unidades tetraédricas de ortosilicato (SiO₄⁴⁻ ) unidas a Ca²⁺ a través de puentes Si-O-Ca. Hay dos sitios de calcio. Uno es heptacoordinado y el otro es óctuple coordinado. [ 11 ]

Usar

Como componente del cemento

Los silicatos de calcio son los principales ingredientes de los cementos Portland . [ 12 ]

Aislamiento de alta temperatura

Panel de protección pasiva contra incendios de silicato de calcio que recubre una estructura de acero para lograr una clasificación de resistencia al fuego.

El silicato de calcio se utiliza comúnmente como una alternativa segura al amianto en materiales aislantes de alta temperatura. El aislamiento de tuberías y equipos industriales se fabrica a menudo con silicato de calcio. Su fabricación forma parte habitual del programa de formación de aprendices en aislamiento . En este ámbito, el silicato de calcio compite con la lana de roca y los sólidos aislantes patentados , como la mezcla de perlita y la vermiculita unida con silicato de sodio . Aunque se considera popularmente un sustituto del amianto, en sus inicios el silicato de calcio para aislamiento aún utilizaba fibras de amianto.

Protección pasiva contra incendios

Protección contra incendios de bandejas portacables en Lingen/Ems, Alemania, mediante un sistema de placas de silicato de calcio homologado según la norma DIN 4102. Otros métodos para la protección exterior de circuitos eléctricos incluyen placas de silicato de sodio , vermiculita prensada y adherida , y envolturas flexibles de fibra cerámica y lana de roca.

Se utiliza en protección pasiva contra incendios y en ignifugación como ladrillo de silicato de calcio o en tejas. Es uno de los materiales más exitosos en ignifugación en Europa debido a las regulaciones y directrices de seguridad contra incendios para códigos de construcción comerciales y residenciales. Mientras que en Norteamérica se utilizan yesos ignífugos proyectados , en Europa es más común el uso de revestimientos de silicato de calcio. Los paneles de silicato de calcio de alto rendimiento conservan su excelente estabilidad dimensional incluso en condiciones húmedas y pueden instalarse en una etapa temprana del programa de construcción, antes de que se completen los trabajos húmedos y el edificio sea impermeable. Para productos de calidad inferior, los fabricantes disponen de láminas tratadas con silicona para mitigar los posibles daños causados ​​por la alta humedad o la presencia general de agua . Los fabricantes e instaladores de silicato de calcio en protección pasiva contra incendios a menudo también instalan sellos cortafuegos .

Si bien las mejores clasificaciones posibles de reacción al fuego son A1 (aplicaciones en la construcción) y A1Fl (aplicaciones en suelos), respectivamente, que significan "no combustibles" según la norma EN 13501-1: 2007, según la clasificación de un laboratorio notificado en Europa, algunos paneles de silicato de calcio solo tienen una clasificación de fuego de A2 (combustibilidad limitada) o incluso clasificaciones inferiores (o ninguna clasificación), si es que se someten a pruebas.

remediación del drenaje ácido de minas

El silicato de calcio, también conocido como escoria , se produce cuando el hierro fundido se obtiene a partir de mineral de hierro , dióxido de silicio y carbonato de calcio en un alto horno . Cuando este material se procesa en un agregado de silicato de calcio altamente refinado y reutilizado, se utiliza en la remediación del drenaje ácido de minas (DAM) en sitios mineros activos y pasivos. [ 13 ] El silicato de calcio neutraliza la acidez activa en los sistemas de DAM al eliminar los iones de hidrógeno libres de la solución, aumentando así el pH . A medida que su anión silicato captura iones H + (elevando el pH), forma ácido monosilícico (H₄SiO₄ ) , un soluto neutro. El ácido monosilícico permanece en la solución para desempeñar otras funciones importantes en la corrección de los efectos adversos de las condiciones ácidas. A diferencia de la piedra caliza (un material de remediación popular), [ 14 ] el silicato de calcio precipita eficazmente los metales pesados ​​y no los recubre, prolongando su eficacia en los sistemas de DAM. [ 13 ] [ 15 ]

Como producto de selladores

Se utiliza como sellador en carreteras o en cáscaras de huevos frescos : cuando el silicato de sodio se aplica como sellador al hormigón curado o a las cáscaras de huevo, reacciona químicamente con el hidróxido de calcio o el carbonato de calcio para formar silicato de calcio hidratado, sellando los microporos con un material relativamente impermeable. [ 16 ] [ 17 ]

Agricultura

El silicato de calcio se usa frecuentemente en la agricultura como fuente de silicio disponible para las plantas. Se aplica ampliamente a los lodos de los Everglades y a las arenas asociadas donde se cultivan caña de azúcar y arroz [ 18 ].

Otro

El silicato de calcio se utiliza como agente antiaglomerante en la preparación de alimentos, incluida la sal de mesa [ 19 ] , y como antiácido . Está aprobado por la FAO y la OMS como aditivo alimentario seguro en una gran variedad de productos [ 20 ] . Tiene la referencia E552 .

Véase también

Referencias

  1. 1 2 3 4 5 Guía de bolsillo del NIOSH sobre riesgos químicos. "#0094" . Instituto Nacional para la Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH).
  2. ↑ RB Heimann, Cerámica clásica y avanzada: De los fundamentos a las aplicaciones , Wiley, 2010 ISBN 352763018X
  3. 1 2 Zumdahl, Steven S. (2009). Principios de química, 6.ª ed . Houghton Mifflin Company. pág. A21. ISBN  978-0-618-94690-7.
  4. ↑ "Biblioteca de hojas SDS" . Materiales de BNZ. Archivado del original el 4 de marzo de 2012. Consultado el 19 de julio de 2017 .
  5. ↑ HFW Taylor, Química del cemento , Academic Press, 1990, ISBN 0-12-683900-X, págs. 33–34.
  6. ^ Amundsen, Ketil; Aune, Terje Kr.; Bakke, Per; Eklund, Hans R.; Haagensen, Johanna Ö.; Nicolás, Carlos; Rosenkilde, cristiano; Van Den Bremt, Sia; Wallevik, Oddmund (2003). "Magnesio". Enciclopedia de química industrial de Ullmann . doi : 10.1002/14356007.a15_559 . ISBN 978-3-527-30385-4.
  7. ↑ Berner, Robert; Lasaga, Antonio; Garrels, Robert (1983). "El ciclo geoquímico carbonato-silicato y su efecto sobre el dióxido de carbono atmosférico durante los últimos 100 millones de años" . American Journal of Science . 283 (7): 641– 683. Bibcode : 1983AmJS..283..641B . doi : 10.2475/ajs.283.7.641 .
  8. ↑ Walker, James CG; Hays, PB; Kasting, JF (1981). "Un mecanismo de retroalimentación negativa para la estabilización a largo plazo de la temperatura de la superficie terrestre". Journal of Geophysical Research: Oceans . 86 (C10): 9776– 9782. Bibcode : 1981JGR....86.9776W . doi : 10.1029/JC086iC10p09776 . ISSN 2156-2202 . 
  9. ↑ Planta de cemento de Whitehaven
  10. ↑ Proceso de anhidrita
  11. ↑ Jost, KH; Ziemer, B.; Seydel, R. (1977). "Redeterminación de la estructura del silicato dicálcico β". Acta Crystallographica Sección B Cristalografía estructural y química cristalina . 33 (6): 1696– 1700. Bibcode : 1977AcCrB..33.1696J . doi : 10.1107/S0567740877006918 .
  12. ^ Surgido, Siegbert (2008). "Cemento". Enciclopedia de química industrial de Ullmann . doi : 10.1002/14356007.a05_489.pub2 . ISBN 978-3-527-30385-4.
  13. 1 2 Ziemkiewicz, Paul. "El uso de escoria de acero en el tratamiento y control del drenaje ácido de minas" . Wvmdtaskforce.com . Archivado del original el 20 de julio de 2011. Recuperado el 25 de abril de 2011 .
  14. ↑ Skousen, Jeff. "Productos químicos" . Descripción general del tratamiento de drenaje ácido de minas con productos químicos . Servicio de Extensión de la Universidad de Virginia Occidental. Archivado del original el 24 de mayo de 2011. Recuperado el 29 de marzo de 2011 .
  15. ↑ Hammarstrom, Jane M.; Philip L. Sibrell; Harvey E. Belkin. "Caracterización de la caliza que reaccionó con el drenaje ácido de minas" (PDF) . Geoquímica Aplicada (18): 1710–1714 . Archivado del original (PDF) el 5 de junio de 2013. Recuperado el 30 de marzo de 2011 .
  16. ↑ Giannaros, P.; Kanellopoulos, A.; Al-Tabbaa, A. (2016). "Sellado de grietas en cemento mediante silicato de sodio microencapsulado" . Smart Materials and Structures . 25 (8): 8. Bibcode : 2016SMaS...25h4005G . doi : 10.1088/0964-1726/25/8/084005 .
  17. ↑ Passmore, SM (1975). "Conservación de huevos". Nutrition & Food Science . 75 (4): 2– 4. doi : 10.1108/eb058634 .
  18. ↑ Gascho, Gary J. (2001). «Capítulo 12 Fuentes de silicio para la agricultura». Estudios en Ciencias Vegetales . 8 (8): 197– 207. doi : 10.1016/S0928-3420(01)80016-1 . ISBN 9780444502629.
  19. ↑Archivado el 25/12/2008 en la Wayback Machine.
  20. ↑ "Detalles del aditivo alimentario: silicato de calcio" . Archivado del original el 5 de junio de 2012. Consultado el 28 de julio de 2013 .Base de datos en línea de la Norma General del Codex para Aditivos Alimentarios (GSFA) , Normas Alimentarias del Codex Alimentarius de la FAO/OMS, publicada por la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura / Organización Mundial de la Salud, 2013.