رسوبات سیلیکات در فیلتر ممبران

سیلیکات ها (زبان استاندارد: سیلیکات ها ) نمک ها و استرهای اسید ارتو سیلیسیک (Si(OH) 4 ) و میعانات آنها هستند . استرها تحت استرهای اسید سیلیسیک توصیف می شوند ، برای میعانات به سیلیس مراجعه کنید . همه نمک‌ها ترکیباتی هستند که از چهار وجهی SiO 4- ساخته شده‌اند که چهار وجهی آن‌ها می‌توانند به روش‌های مختلفی به یکدیگر مرتبط شوند. بخش‌های غیر متصل چهار وجهی به تعادل بار کاتیون‌های فلزی کمک می‌کنند یا ممکن است به صورت یون هیدروکسید (OH- ) وجود داشته باشند . به استثنای سیلیکات های قلیایی ، سیلیکات ها در آب یا سایر حلال ها نامحلول هستند .

سیلیکات های طبیعی ( کانی های سیلیکات ) نقش عمده ای در کانی شناسی ایفا می کنند ، زیرا کانی های زیادی را می توان به این گروه از مواد اختصاص داد. پوسته زمین از سیلیکات با کسر جرمی بیش از 90 درصد و گوشته زمین تقریباً به طور کامل تشکیل شده است. رایج ترین سیلیکات ها در پوسته زمین فلدسپات ها با کسر حجمی 50 تا 60 درصد هستند . سایر کانی های مهم سنگ ساز عبارتند از میکا ، کانی های رسی ، آمفیبول ها ، پیروکسن ها ، گارنت و الیوین . کوارتز معدنی رایج (SiO 2 ) در ادبیات آلمانی زبان به عنوان اکسید ، اما در ادبیات انگلیسی-آمریکایی به عنوان سیلیکات طبقه بندی می شود.

همه کانی‌های سیلیکات دارای یک اصل ساختاری مشترک هستند، به همین دلیل است که می‌توان آن‌ها را نسبتاً آسان در یک نظم سیستماتیک قرار داد. بلوک های ساختمانی اساسی همه سیلیکات ها چهار وجهی SiO 4 هستند . یک اتم سیلیکون توسط چهار اتم اکسیژن احاطه شده است. اتم‌های اکسیژن به دلیل اندازه‌شان با یکدیگر تماس دارند و فضایی در وسط برای اتم نسبتاً کوچک سیلیکون باقی می‌گذارند (فضای آزاد را شکاف چهار وجهی می‌گویند ).

یکی دیگر از ویژگی های سیلیکات ها توانایی اتم های اکسیژن برای مشارکت همزمان در کمپلکس های مختلف SiO 4 است. علاوه بر چهار وجهی SiO 4 ایزوله شده، این منجر به اجزای کامپوزیتی بیشتر می شود:

• چهار ضلعی های جدا شده
• چهار وجهی دوتایی
• سازه های حلقه ای
• زنجیر تک و دوتایی
• ساختارهای لایه ای
• سازه های داربست.

آلومینیوم می‌تواند جایگزین و جایگزین سیلیکون شود، که رفتار شیمیایی مشابهی دارد (به آن «جایگزینی ایزومورفیک» گفته می‌شود)، و سیلیکات‌هایی که در آنها این اتفاق می‌افتد آلومینوسیلیکات‌ها نامیده می‌شوند . هنگام ترکیب آلومینیوم (Al 3 + به جای Si 4 + ) در شبکه معدنی، بار باید با ترکیب یون‌های با بار مثبت اضافی ( کاتیون‌ها ) متعادل شود.

همانطور که قبلا ذکر شد، سیلیکات ها یک خانواده معدنی بسیار گسترده را تشکیل می دهند. تفاوت های زیادی در ترکیب شیمیایی، تقارن کریستال ، انواع پیوند و ساختار بلوک های ساختمانی اساسی وجود دارد ، به همین دلیل است که طرح های طبقه بندی متفاوتی برای کانی های سیلیکات وجود دارد. سیستم مورد استفاده در آلمان آنها را بر اساس درجه پلیمریزاسیون چهار وجهی SiO 4 تقسیم می کند .

یک فرمول شماتیک ساده سیلیکات ها به صورت زیر است:

مn[(اسمنxOy)4x-2y].

یون های هیدروکسید یا فلوراید می توانند جای کمپلکس های اکسیژن – سیلیکون را بگیرند . موقعیت “M” توسط یک یا چند یون فلزی اشغال می شود تا زمانی که بار متعادل شود. آب را می توان در شبکه سیلیکات های مشبک مخصوصاً ذخیره کرد . اگر در یک کانی خاص مقداری Siاز

الفل2[اسمن2O5|(Oاچ)4]کائولینیت .​

آب ذخیره شده به شرح زیر است:

نالف[الفلاسمن2O6]⋅اچ2O, آنالسیم .

دو کمپلکس SiO 4 از طریق یک اتم اکسیژن به هم متصل می شوند تا چهار ضلعی مضاعف را تشکیل دهند که نیمی از این اکسیژن به اصطلاح پل زدن به هر چهار وجهی SiO 4 تعلق دارد. بنابراین نسبت Si:O در سیلیکات های گروه 2:7 است. این ساختار کمتر رایج است، به عنوان مثال می توان به کانی gehlenite (Ca2 Al [(Si,Al) 2O7 ]) اشاره کرد .

در سیلیکات های حلقه، چهار وجهی SiO 4 به حلقه های سه، چهار و شش عضوی جدا شده گروه بندی می شوند. هر یون سیلیکون دارای دو یون اکسیژن با دو چهار وجهی همسایه است که در نتیجه نسبت Si:O در سیلیکات های حلقه 1:3 است. فرمول های زیر برای ساختارهای حلقه به دست می آید:

• [Si 3 O 9 ] 6-
• [Si 4 O 12 ] 8-
• [Si 6 O 18 ] 12− .

بریل (Al 2 Be 3 [Si 6 O 18 ]) و کانی های گروه تورمالین به سیلیکات های حلقه تعلق دارند.

سیلیکات های زنجیره ای شامل دو گروه مهم از کانی های سنگ ساز هستند : پیروکسن ها و آمفیبول ها . پیروکسن ها زنجیره های تک بعدی یک بعدی را تشکیل می دهند که دو یون اکسیژن به طور همزمان به دو کمپلکس چهار وجهی تعلق دارند و در نتیجه نسبت Si:O 1:3 مانند دیوپسید (CaMg[Si 2 O 6 ]) است.

آمفیبول ها نوارهای یک بعدی را تشکیل می دهند. دو زنجیر به صورت جانبی از طریق اکسیژن های پل زدن به یکدیگر متصل می شوند. در مقایسه با زنجیره‌ها، هر چهار وجهی دوم هر زنجیره نیز یک یون اکسیژن مشترک با همسایه مربوطه خود دارد. نسبت Si:O برای سیلیکات های نواری 4:11 است. در چنین نوارهای سیلیکاتی حفره هایی وجود دارد که یون های (OH) – و F- می توانند وارد شوند. این در فرمول مولکولی شیمیایی با یک خط عمودی بیان می شود. یک کانی از گروه آمفیبول ها اکتینولیت است (Ca 2 (Mg, Fe) 5 [(OH) 2 | Si 8 O 22 ]).

در درجات بالاتر پلیمریزاسیون ، ساختارهای لایه ای ساخته شده از چهار وجهی SiO 4 به جای ساختارهای زنجیره ای تشکیل می شوند . در یک لایه، هر اتم سیلیکون سه یون اکسیژن خود را با همسایگان خود به اشتراک می گذارد. نسبت Si:O سیلیکات های لایه ای 2:5 است. سیلیکات های لایه ای به سیلیکات های دو و سه لایه تقسیم می شوند. یک بخش فرعی دیگر ساختار و یون هایی را که بین دو لایه چهار وجهی قرار دارند در نظر می گیرد. حفره بین دو لایه را می توان با (-OH)، (-O – Me + ) اشغال کرد و لایه ها را با نیروهای دوقطبی-دوقطبی یا پیوندهای یونی پیوند داد .

سیلیکات‌های لایه‌ای شامل گروه‌های معدنی مانند میکا ، تالک ، سرپانتین و کانی‌های رسی مانند ورمیکولیت می‌باشند ، نمونه‌هایی از آنها مسکویت (یک سیلیکات سه لایه) (KAl 2 [(OH) 2 | AlSi 3 O 10 ]) و کائولینیت (یک دو سیلیکات لایه ای) (Al 4 [(OH ) 8 | Si 4 O 10 ]).

سیلیکات های لایه ای مصنوعی مانند SKS-6 (Na 2 Si 2 O 5 ) در مواد شوینده استفاده می شود . [ 3 ] سیلیکات های لایه ای SKS-6 خواصی مانند زئولیت های سدیم دارند . یون‌های سدیم هیدراته که لایه‌ای را پیوند می‌دهند، به طور انتخابی در سوسپانسیون‌ها ، به عنوان مثال با یون‌های کلسیم، قابل تعویض هستند و بنابراین برای نرم‌کردن آب به‌عنوان مبدل‌های یونی مناسب هستند و خواص خوبی به عنوان قلیایی‌های شستشو از خود نشان می‌دهند .

در سیلیکات های چارچوب، هر یون اکسیژن به طور همزمان به دو چهار وجهی همسایه تعلق دارد (هر چهار وجهی از طریق گوشه های خود به چهار وجهی همسایه متصل می شود). این باعث ایجاد ساختارهای شبکه سه بعدی می شود. این منجر به فرمول مولکولی شیمیایی SiO 2 می شود . کوارتز نشان داده شده در اینجا در اصلاح کوارتز β ، نماینده ترکیبات دی اکسید سیلیکون است. برای سیلیکات های چارچوب بیشتر، سیلیکون باید با آلومینیوم جایگزین شود. تعادل بار از طریق ترکیب کاتیونها اتفاق می افتد . سیلیکات های چارچوب شامل فلدسپات ها و نمایندگان فلدسپات هستند که به دلیل فراوانی گروه بسیار مهمی از کانی ها هستند. به عنوان مثال کانی هایی از سری مخلوط پلاژیوکلازها (آلبیت – آنورتیت): (NaAlSi 3 O 8 – CaAl 2 Si 2 O 8 ).

حتی مولکول های بزرگی مانند H 2 O را می توان در شبکه مشبک عریض برخی از نمایندگان فلدسپات گنجاند . در دماهای بالا، آب خارج می شود، اما در دمای پایین، در محیطی اشباع شده از بخار آب به شبکه کریستالی بازمی گردد . این مواد معدنی حاوی آب به گروه زئولیت ها تعلق دارند (مانند ناترولیت (Na 2 [Al 2 Si 3 O 10 ]·nH 2 O )).

عقیق دی اکسید سیلیکون آمورف با آب تعبیه شده (SiO 2 · n H 2 O ) است. مانند کوارتز، برخی از نویسندگان آن را به عنوان یک کانی اکسید طبقه بندی می کنند . پوسته های بسیار ساختار یافته دیاتوم ها (دیاتوم ها) و رادیولاری ها (Radiolaria) از دی اکسید سیلیکون آمورف (SiO 2 ) ساخته شده اند.

این طبقه بندی عمدتاً بر اساس ترکیب شیمیایی سیلیکات و مورفولوژی کریستالی آن است.

• بسیاری از سیلیکات ها به صورت صنعتی تولید می شوند. برجسته ترین نمونه ها در اینجا شیشه ها و سرامیک های شیشه ای و همچنین سیلیکات های زیرکونیوم به عنوان رنگدانه های رنگی هستند. اینها معمولاً از ماسه کوارتز (SiO 2 ) و اکسیدهای فلزی در یک کوره ذوب شیشه ای ساخته می شوند .

• لیوان های محلول در آب که لیوان های آب نامیده می شوند، از ماسه کوارتز و کربنات های فلزی (با سودا Na2CO3 ) در کوره ذوب شیشه ای ساخته می شوند . آنها به عنوان یک چسب ، پرکننده در صنعت کاغذ ، برای آب بندی سنگ تراشی مرطوب و افزودنی در مخلوط های گچ نفوذ پذیر به بخار استفاده می شوند . ژل ها ( سیلیکاژل )، سیلیس ، سیلیکات ها و زئولیت ها از شیشه آب در مقیاس صنعتی با واکنش با اسیدها تولید می شوند .

• تالک کاربردهای زیادی دارد. در صنایع رنگ و شیشه و به عنوان روان کننده کاربرد دارد. به عنوان یک ماده خام آسیاب شده (که در آن زمان تالک نامیده می شد ) در بسیاری از لوازم آرایشی وجود دارد.

• آزبست ( کریزوتیل ) به دلیل مقاومت در برابر آتش و مناسب بودن آن به عنوان یک ماده عایق، به ویژه در صنعت ساختمان سازی استفاده می شد، اما از سال 2005 در اتحادیه اروپا به دلیل عوارض جانبی مضر آن ممنوع شد. مواد معدنی زیرکونیوم، مسکویت ، آندالوزیت ، سیلیمانیت و دیستن نیز برای تولید مواد نسوز و مقاوم در برابر خوردگی مناسب هستند.
• کائولینیت یک ماده خام مهم برای صنعت سرامیک برای تولید بوته های نسوز و کاشی های دیوار و سقف است.
• زئولیت ها، به ویژه زئولیت مصنوعی A ، به عنوان مبدل های یونی (به اصطلاح غربال های مولکولی) استفاده می شوند و به عنوان جایگزین فسفات برای نرم کردن آب به ویژه در مواد شوینده عمل می کنند . به منظور جلوگیری از اوتروفیکاسیون استخرهای زینتی ، مواد مغذی ( ترکیبات آمونیومی ) با استفاده از زئولیت ها حذف می شوند و به ویژه رشد جلبک ها مهار می شود. علاوه بر این آلومینوسیلیکات ها، سیلیکات های لایه ای مصنوعی ( نگاه کنید به بالا ) با خواص مشابه یافت شد.

• نانو سیلیکات ها به دلیل سطح بزرگ و توانایی جذب خود به عنوان حامل مواد کاتالیست یا مواد فعال پزشکی مناسب هستند . آنها را می توان ، به عنوان مثال، از طریق سنتز استوبر [ 4 ] یا در مقیاس صنعتی به عنوان دی اکسید سیلیکون دود ( Aerosil ) تولید کرد .

• سیلیکات ها به طور گسترده ای به عنوان بازدارنده های خوردگی در تصفیه آب آشامیدنی استفاده می شوند. مخلوط‌های فسفات سیلیکات و سیلیکات‌های فعال‌شده با کربنات بدون فسفات به عنوان مهارکننده‌های مؤثر شناخته می‌شوند.

• سیلیکات ها به صورت محلول در غلظت های کم در تمام آب یافت می شوند.
• برخی از گروه های موجودات اسکلت سیلیسی تشکیل می دهند که احتمالاً تولید اصلی توسط موجودات پلانکتون مانند دیاتوم ها (دیاتومه ها) و رادیولارها (رادیولاریان) انجام می شود . برخی از اسفنج ها نیز ساختارهای چارچوب سیلیسی می سازند.
• تمام سیارات زمینی عمدتاً از سیلیکات تشکیل شده اند.

• سیلیکات جزیره گارنت , الیوین , توپاز و زیرکون با کیفیت خالص به عنوان سنگ قیمتی فروخته می شود .
• انواع کوارتز آمتیست ، کوارتز آونتورین ، کلسدونی ، سیترین و عقیق خزه از سنگ های قیمتی محبوب هستند.
• از فلدسپات‌های آمازونیت ، فلدسپات آونتورین ، لابرادوریت و سودالیت نماینده فلدسپات به عنوان سنگ‌های تزئینی استفاده می‌شود.
• سنگ های قیمتی زمرد و آکوامارین از انواع بریل هستند .

• در شیشه سیلیکات ( شیشه ساختمانی )
  • در شیشه بوروسیلیکات ( شیشه آزمایشگاهی )، همچنین به عنوان ماده ای برای ظروف شیشه ای آشپزخانه ( Duran ، Jenaer Glas ، Pyrex ) یا به عنوان پوشش نمایشگر برای وسایل فنی ( شیشه بید )
  • در شیشه آلومینوسیلیکات (به آلوموسیلیکاتها مراجعه کنید ) به عنوان شیشه با مقاومت در برابر آتش بالا (طبق DIN EN 1059) [ 5 ] و به عنوان پوشش صفحه نمایش ضد خش برای دستگاه های فنی ( گوریلا گلس )
  • در شیشه سربی
• در لایه های اکسید سیلیکون دوپ نشده و دوپ نشده، که اغلب در اینجا به عنوان شیشه سیلیکات نامیده می شود، به عنوان مثال. ب. شیشه بوروفسفوسیلیکات ، یک شیشه سیلیکات آغشته به 3 تا 5 درصد بور و فسفر، که در فناوری نیمه هادی از جمله برای مسطح کردن سطح استفاده می شود.
• در صنعت مواد شوینده
• به عنوان بستر گربه بسیار جاذب و خنثی کننده بو
• به عنوان پانل های ساختمانی ضد حریق
• در رنگ ها