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Einführung
Cristobalit ist eine homomorphe Variante von SiO₂ mit geringer Dichte, und sein thermodynamischer Stabilitätsbereich liegt bei 1470 °C bis 1728 °C (unter Normaldruck). Seine Hochtemperaturphase ist β-Cristobalit, er kann jedoch in metastabiler Form bei sehr niedrigen Temperaturen gespeichert werden, bis bei etwa 250 °C eine Phasenumwandlung zu α-Cristobalit stattfindet. Obwohl Cristobalit in seiner thermodynamischen Stabilitätszone aus SiO₂-Schmelze kristallisieren kann, entsteht der meiste Cristobalit in der Natur unter metastabilen Bedingungen. Beispielsweise wandelt sich Kieselgur während der Diagenese in Cristobalit-Hornstein oder mikrokristallinen Opal (Opal CT, Opal C) um, und ihre wichtigsten Mineralphasen sind α-Cristobalit, dessen Übergangstemperatur in der Stabilitätszone von Quarz liegt; Unter den Bedingungen der Granulitfazies-Metamorphose schied sich Cristobalit aus der NaAlSi-reichen Schmelze aus, kam als Einschluss in Granat vor und koexistierte mit Albit. Dabei bildeten sich Temperatur- und Druckbedingungen von 800 °C, 01 GPa, ebenfalls in der Stabilitätszone von Quarz. Darüber hinaus bildet sich metastabiler Cristobalit auch in vielen nichtmetallischen Mineralstoffen während der Wärmebehandlung. Die Bildungstemperatur liegt in der thermodynamischen Stabilitätszone von Tridymit.
Formationsmechanismus
Kieselgur wandelt sich bei 900–1300 °C in Cristobalit um; Opal wandelt sich bei 1200 °C in Cristobalit um; Quarz bildet sich ebenfalls bei 1260 °C in Kaolinit; das synthetische mesoporöse SiO₂-Molekularsieb MCM-41 wandelt sich bei 1000 °C in Cristobalit um. Metastabiler Cristobalit entsteht auch bei anderen Prozessen wie dem Sintern von Keramik und der Mullitherstellung. Zur Erklärung des metastabilen Bildungsmechanismus von Cristobalit gilt als vereinbart, dass es sich um einen thermodynamischen Nichtgleichgewichtsprozess handelt, der hauptsächlich durch den Reaktionskinetikmechanismus gesteuert wird. Aufgrund der oben erwähnten metastabilen Bildungsweise von Cristobalit wird fast einstimmig angenommen, dass Cristobalit aus amorphem SiO2 entsteht; sogar bei der Wärmebehandlung von Kaolinit, der Mullitherstellung und dem Sintern von Keramik entsteht Cristobalit ebenfalls aus amorphem SiO2.
Zweck
Seit der industriellen Produktion in den 1940er Jahren werden weiße Rußprodukte häufig als Verstärkungsmittel in Gummiprodukten verwendet. Darüber hinaus können sie auch in der Pharmaindustrie, bei Pestiziden, in der Tinten-, Lack-, Zahnpasta-, Papier-, Lebensmittel-, Futtermittel-, Kosmetik-, Batterie- und anderen Industriezweigen eingesetzt werden.
Die chemische Formel von weißem Ruß lautet im Herstellungsverfahren SiO₂nH₂O. Da seine Verwendung dem von Industrieruß ähnelt und er weiß ist, wird er weißer Ruß genannt. Je nach Herstellungsverfahren kann weißer Ruß in gefällten weißen Ruß (gefällte hydratisierte Kieselsäure) und pyrogenen weißen Ruß (pyrogene Kieselsäure) unterteilt werden. Die beiden Produkte haben unterschiedliche Herstellungsverfahren, Eigenschaften und Verwendungszwecke. Beim Gasphasenverfahren werden hauptsächlich Siliciumtetrachlorid und Siliciumdioxid verwendet, die durch Luftverbrennung gewonnen werden. Die Partikel sind fein und die mittlere Partikelgröße kann weniger als 5 Mikrometer betragen. Beim Fällungsverfahren wird Kieselsäure durch Zugabe von Schwefelsäure zu Natriumsilikat ausgefällt. Die mittlere Partikelgröße beträgt etwa 7–12 Mikrometer. Pyrogene Kieselsäure ist teuer und nimmt Feuchtigkeit nicht so leicht auf, weshalb sie häufig als Mattierungsmittel in Beschichtungen verwendet wird.
Die Wasserglaslösung der Salpetersäuremethode reagiert mit Salpetersäure und erzeugt Siliziumdioxid, das dann durch Spülen, Beizen, Spülen mit deionisiertem Wasser und Dehydratation zu Siliziumdioxid in Elektronikqualität verarbeitet wird.