سیلیسیم دی اکسید (Silicon dioxide)

معرفی اجمالی سیلیسیم دی اکسید یا Aerosil 200

سیلیسیم دی اکسید که با نام Aerosil 200 نیز شناخته می­‌شود، یک ترکیب طبیعی است که بیشتر در شن و ماسه یافت می­‌گردد. این عنصر به اندازه‌­ای رایج و فراوان است که پس از اکسیژن، دومین عنصر فراوان موجود در پوسته زمین به حساب می‌آید. سیلیس ماده­‌ای جامد و بی بو است که به شکل کریستال­‌های بی­ رنگ یا سفید قابل مشاهده می­‌باشد. این ماده طبیعی که با فرمول مولکولی سیلیس SiO₂  شناخته می­‌شود، کاربردهای بسیار زیادی در صنایع مختف دارد. تولید شیشه، تولید فولاد، استخراج و پالایش فلزات، کشاورزی، ساختمان سازی و… نمونه­‌ای از این صنایع هستند. این ماده در بازارهای جهانی بیشتر با نام­ سیلیس شناخته می­‌شود و شماره شناسایی یا شماره CAS این ماده نیز 9-86-7631 می­‌باشد. سیلیس در آب حلالیت بسیار پایینی دارد. از این رو در طبقه­ بندی مواد نامحلول در آب دسته­ بندی می‌­شود.

لازم است توجه داشته باشید که سیلیس در حالت عادی برای سلامتی انسان خطرناک نیست. اما استنشاق حالت پودری این ماده موجب تحریک دستگاه تنفسی می­‌شود.

معرفی تخصصی سیلیس

سیلیسیم دی اکسید دارای نام‌­ها و مترادف­‌های بسیاری است. سیلیکون دی اکسید، کوارتز، ژل سیلیکا و تریدیمیت نمونه­‌هایی از این مترادف‌­ها هستند. به دلیل وجود پیوند کووالانسی در مولکول سیلیس، می‌توان گفت این ماده نقطه جوش بسیار بالایی دارد. همچنین اتم­‌های این مولکول به آرایش هشت­ تایی می­‌رسند. آرایش هشت­ تایی حالتی است که تمام ظرفیت اتم‌های یک مولکول، پر شده ­است. به همین دلیل از نظر شیمیایی غیرفعال بوده و تمایل کمی به شرکت در واکنش‌­های شیمیایی دارد.  قدیمی‌­ترین و اصلی­‌ترین کاربرد سیلیسیم دی اکسید، کاربرد در صنعت شیشه می‌­باشد.

سیلیس ماده‌­ای از خانواده سیلیلکات­‌ها محسوب می‌شود. این ماده در طبیعت به صورت آزاد یا ترکیب با اکسید­های سایر مواد وجود دارد. به طور کلی سیلیس در طبیعت به سه شکل مختلف یافت می‌­شود. شکل اول یا کوارتز، یکی از پلی مورف‌­های سیلیس است. در نظر داشته باشید که ساختارهای مولکولی مختلف مواد را پلی مورف می­‌نامند. کوارتز متشکل از شبکه­‌ای منظم و پیوسته از مولکول­‌های این ماده می­‌باشد که به رنگ­‌های سفید، کهربائی، سبز و… در طبیعت یافت می­‌شود. کانی کوارتز سختی بسیار بالایی دارد و در دمای بالا مقاوم است.

شکل بعدی سیلس ماسه سنگ می‌­باشد. هنگامی که کانی کوارتز، به قسمت­‌های ریز خرد می‌­شود، این ذرات به آهک، اکسید­های آهن و خاک رس می­‌چسبند و ماسه سنگ را به وجود می‌­آورد. شکل سوم سیلیس نیز فلینت می­‌باشد. این ­ماده از ترکیب آب، بلور­های کوچک کوارتز، کلسیم کربنات و سایر مواد آلی ساخته شده ­است. این شکل از سیلیسیم دی اکسید تیره ­رنگ بوده و در صورت سوزاندن آن، رنگ آن روشن می­‌شود.

کوارتز در بیشتر سنگ ­های رسوبی و آذرین وجود دارد. در گرانیت 25 الی 40 درصد، در شیل­‌ها دارای 22 درصد، همچنین در ماسه سنگ­‌ها 67 درصد کوارتز یافت می‌­شود.

درباره نحوه تولید و فرمولاسیون سیلیسیم دی اکسید

سیلیس حاصل پیوند دوگانه‌­ی 2 اتم اکسیژن به یک اتم سیلیسیم می‌­باشد و از نگاه مولکولی به 2 شکل در طبیعت یافت می‌­شود. این شکل­‌ها دارای ترکیبات شیمیایی یکسانی هستند اما آرایش اتمی متفاوتی دارند. اشکال مختلف شیمیایی سیلیس، دو نوع هستند. این دو نوع، کریستالی (C-سیلیس) و سیلیس آمورف­‌ها (A-سیلیس یا سیلیس غیر کریستالی) می­‌باشند. گروه کریستالی دارای ساختار­هایی با الگوهای تکرار شونده منظم SiO₂  است که به هر اتم سیلیسیم 2 پیوند دوگانه و 2 پیوند کووالانسی متصل می­‌باشد. سیلیس کریستالی در برابر دمای بالا مقاوم است و به طور متوسط تا دمای 1470 درجه سانتی‌گراد، پایداری خود را حفظ می­‌کند. سیلیس آمورف­‌ها نیز مانند سیلیسیم دی اکسید کریستالی می­‌باشند. با این تفاوت که مولکول­‌ها به صورت نامنظم به یکدیگر وصل می‌­شوند (آرایش اتمی سیلیس آمورف­‌ها نامنسجم است). این ویژگی سبب می‌­شود که در صورت قرار گرفتن سیلی آمورف­‌ها در دمای بالا، ساختار آن سریعاً شکسته شود.

فرمول شیمیایی این ماده همانند فرمول مولکولی آن، SiO₂ می‌­باشد. همانطور که قبل‌تر نیز اشاره کردیم، سیلیسیم دی اکسید در معادن، شن، ماسه و… به صورت طبیعی یافت می­‌شود. سیلیس به صورت مصنوعی نیز قابل ساخت است. فرایند مرطوب یا The wet process، فرایندی است که از محلول سیلیکات (محلول فلز قلیایی)، ذرات سیلیس آمورف به صورت جامد ته­ نشین می‌­شوند. در این فرایند از اسید به عنوان خنثی‌کننده استفاده می­‌شود که معمولاً این اسید، اسید سولفوریک می‌­باشد. پس از اتمام فرایند این ذرات، بسته‌بندی شده و آماده ارسال به بازارهای جهانی می­‌شوند.

کاربرد سیلیس در صنایع مختلف

همان‌طور که قبلاً اشاره کردیم، این ماده به طور کلی در صنایع شیشه­ سازی، تولید فولاد، تصفیه آب، استخراج و پالایش فلزات و… کاربرد دارد.

در صنعت شیشه، از سیلیس آمورف­‌ها برای ساخت انواع شیشه استفاده می­‌شود. همچنین سیلیس آمورف در انواع مواد غذایی به عنوان عوامل ضد انباشتگی، مورد استفاده قرار می­‌گیرد. سیلیس آمورف در صنایع دارویی نیز کاربرد به خصوصی دارد. سیلیسیم دی اکسید به عنوان یک ماده کمکی برای داروهای مختلف و همچنین ویتامین­ سازی استفاده می­‌شود. همچنین سیلیس آمورف در سیلیکا ژل و ساخت فیبرهای نوری کاربرد گسترده‌­ای دارد.

در صنایع سنگ و مجسمه سازی، از آنجایی که مقاومت بالا لازم است، باید از سیلیس کریستالی در ساخت این مواد استفاده شود. همچنین در تولید سیمان، سرامیک و موزائیک از سیلیس ­های کریستالی استفاده می­‌شود. از آنجا که سیلیس‌­های کریستالی در دمای بالا پایداری خود را حفظ می­‌کنند، این ماده در صنعت آجر­­های نسوز و انواع سنگ که باید در دمای بالا پایداری داشته باشند، کاربرد به سزایی دارد.

سیلیسیم دی اکسید در بدن انسان نیز دارای کاربردهای موثری می‌­باشد. سیلیس به طور طبیعی در ناخن، مو، استخوان و پوست انسان و سایر موجودات وجود دارد. همین امر باعث شده سیلیس یکی از مهم­‌ترین مواد معدنی موجود در اجزای بدن باشد. البته در مواد غذایی همچون سیب‌زمینی و غلات نیز این ماده معدنی به وفور یافت می­‌شود. سیلیس برای درمان آرتروز و پوکی استخوان نیز مورد استفاده قرار می­‌گیرد.

سایر کاربرد های صنعتی این ماده

• انفجار ساینده­‌ها
• قالب­گیری و هسته­ سازی
• ذوب مس و سرب
• تولید و پالایش نفت
• دمیدن شیشه
• کشاورزی (افزودنی خوراک)
• ریخته‌گری و نسوز
• پاک­ کننده­ های صنعتی
• صنایع الکترونیک
• چسب­ سازی
• لعاب سازی
• و…

نحوه حمل و نقل و نگهداری سیلیسیم دی اکسید

برای جلوگیری از جاری شدن یا ریختن مواد سیلیس که سرطان­‌زا است، این ماده باید در بطری­‌ها یا آمپول‌­های شیشه­‌ای که پلمب شده‌­اند، حمل شود. همچنین این بطری­‌ها و آمپول­‌ها باید درون محفظه­‌ای محکم قرار بگیرند که در هنگام جابه‌جایی باز نشود. هم بطری­‌ها و هم محفظه­‌ی دربرگیرنده باید به درستی برچسب‌گذاری شوند. برچسب‌گذاری­‌ها به این خاطر است که فرد استفاده‌کننده، از نکات ایمنی هنگام استفاده از این ماده را رعایت کند. دو برچسب تحریک­‌کننده و خطر برای سلامت انسان باید بر روی ظروف حامل این ماده، درج شوند.

سیلیس از طریق دفاتر پست ملی، شرکت‌­های راه آهن، شرکت­‌های حمل و نقل جاده‌­ای و خطوط هوایی قابل انتقال است. قبل از حمل و نقل این مواد باید تاییدیه‌­هایی از مقامات این حوزه دریافت شود. از آنجایی که مجموعه اکسیزان موفق به اخذ این تائیدیه‌ها شده است، ما می‌توانیم این ماده را به سادگی از تولید کننده تحویل بگیریم و سلامت تحویل شما دهیم.

همان‌طور که اشاره کردیم، سیلیس سرطان­‌زا می­‌باشد. محل ذخیره‌سازی این محصول، باید نزدیک به یک آزمایشگاه مخصوص کار با مواد سرطان­‌زا، باشد. به طوری که برای استفاده از سیلیسیم دی اکسید، مقادیر کمی از این ماده جابه جا شود. مواد سرطان­‌زا باید در یخچال یا فریزر ضد انفجار که دارای برچسب مناسب هستند نگهداری شوند. سیلس دارای نقطه‌جوش بسیار بالایی است. نقطه‌جوش سیلیس در فشار معمولی اتمسفر، 4046 درجه فارنهایت می­‌باشد. همچنین این امر سبب شده که این ماده غیر قابل احتراق باشد. پس دمای اتاق نگهداری سیلیس از اهمیت زیادی برخوردار نیست.

نکات مربوط به حفظ ایمنی در برابر سیلیس

بر اساس گزارشات و داده‌­های EPA (سازمان حفاظت محیط زیست)، سیلیس جزو دسته مواد دایره­‌ی سبز قرار می­‌گیرد. این به آن معنا است که سیلیسیم دی اکسید، جزو دسته مواد امن‌­تر (Safer Chemical Ingredients List) قرار می‌­گیرد. ذرات این ماده در شرایطی می­‌توانند در هوا معلق شده و گرد و غبار غیر قابل انفجاری را شکل دهند. در صورت قرارگرفتن بیش از حد در معرض سیلیس کریستالی یا کوارتز، موجب افزایش خطر ابتلا به سرطان ریه می‌­شود. همچنین مطالعات حیوانی نشان داده که در صورت قرار گرفتن بیش از حد در معرض سیلیس، احتمال بروز بیماری کلیوی بسیار بالا می‌­رود. در صورت قرار گرفتن طولانی مدت در معرض سیلیس، اثرات نامطلوبی بر روی چشم و پوست قربانیان وارد می­‌شود.

برای پیشگیری از آلوده‌شدن توسط سیلیس، اقداماتی وجود دارد که رعایت آن‌­ها توسط اشخاص می­‌تواند احتمال آلوده‌شدن‌شان را به صفر برساند. برای پیشگیری از مواجهه و استنشاق این­ ماده بهتر است از محافظ­ های تنفسی استفاده شود. همچنین باید از پراکندگی گرد و غبار جلوگیری کنید و هنگام کار با سیلیس، باید در کنار استفاده از دستکش­‌های ایمنی، از لباس­‌های محافظ استفاده شود. برای اینکه چشم‌تان از گرد و غبار سیلیس در امان باشد، بهتر است از عینک ایمنی یا محافظ استفاده کنید. همچنین برای پیشگیری از بلع و برخورد سیلیسیم دی اکسید با دهان، بهتر است هنگام کار با این ماده غذا نخورید، آب ننوشید و سیگار نکشید.

نکته‌های مهم ایمنی در خصوص چشم

در صورت برخورد سیلیس با چشم، چشم‌­های قربانی را با آب فراوان بشویید. هنگام شستن چشم‌­ها، قربانی باید پلک‌­های بالا و پایین خود را باز و بسته کند تا آب تمامی قسمت­‌های چشمش را شستشو دهد. بعد از انجام این اقدامات، فوراً با بیمارستان یا مرکز درمانی تماس بگیریذ و نکات تکمیلی را دریافت کنید. سپس قربانی را به نزدیک‌­ترین درمانگاه برسانید.

نکته‌های مهم ایمنی در خصوص پوست

برخورد سیلیسیم دی اکسید با پوست خطری را برای شما ایجاد نمی­‌کند. بهتر است پس از برخورد سیلیس با پوست، سطح آلوده را با آب و صابون بشویید.

نکته‌های مهم ایمنی در خصوص استنشاق سیلیسیم دی اکسید

در صورت قرار گرفتن کوتاه مدت در معرض گرد و غبار این ماده، فقط  قربانی را به فضایی با هوای تازه ببرید تا نفس عمیق بکشد. اقدامات دیگر معمولاً غیر ضروری هستند. اما اگر قربانی به صورت طولانی مدت در معرض این ماده بود، بهتر است ابتدا قربانی را به مکانی با هوای پاک ببرید تا نفس عمیق استنشاق کند. سپس قربانی را برای احتیاط بیشتر به بیمارستان ببرید.

نکته‌های مهم ایمنی در خصوص بلع

در صورت بلع این ماده، هیچ علائم حادی پیش‌­بینی نمی­‌شود. بعد از بلع این ماده توسط قربانی، فقط کافی است دهان وی را با آب بشویید.

نکات مربوط به اطفای حریق سیلیس

همان‌طور که پیش‌تر اشاره کردیم، سیلیس ماده‌ای است که به هیچ طریقی آتش نمی‌­گیرد. هنگام صورت آتش‌­سوزی در محیط اطراف نگهداری سیلیسیم دی اکسید، می­‌توانید از انواع مواد اطفای حریق استفاده کنید.

نکته‌های مهم ایمنی در خصوص دفع

از لحاظ زیست محیطی، پیش از تصمیم برای دفع یک­ ماده، بهتر است در صورت امکان، آن را بازیافت کنیم. در نتیجه هر قسمت استفاده نشده از سیلیسیم دی اکسید را برای استفاده دوباره بازیافت کنید. باید در دفع سیلیس به چند فاکتور مهم توجه شود. تاثیر مواد بر کیفیت­ هوا، نفوذ در خاک و آب­‌های زیر زمینی و اثرات بر روی جانوران، آبزیان و گیاهان، نمونه ای از این فاکتورها هستند. شاید بتوان گفت، بهترین روش برای دفع زباله­‌های آزمایشگاهی سرطان‌زا مانند این ماده، سوزاندن آن است. زباله­‌های مایع سیلیس را، معمولاً در دمای بسیار بالا در زباله‌­سوزهای مخصوصی می‌­سوزانند. همچنین باید از احتراق کامل تمام زباله­‌های مایع اطمینان حاصل شود. همچنین زباله‌­های جامد را نیز می­‌توان از روش سوزاندن دفع کرد. باید با سوزاندن زباله سیلیس جامد در دمای بسیار بالا، از تخریب مواد سرطان­‌زا، شیمیایی یا متابولیت اطمینان حاصل شود.