Silices amorphes

Le terme silice désigne le dioxyde de silicium, SiO2, sous ses différentes formes, y compris cristallines ( quartz, cristobalite…) microcristallines ( terres de diatomées), vitreuses et amorphes.

Silices amorphes synthétiques
Silices amorphes sous produits de la métallurgie: fumées de silice
Toxicité de la silice amorphe

La silice constitue 60 % en masse de la croûte terrestre, telle quelle ou associée à d’autres oxydes ( silicates…).
C’est le matériau de base des verres, des céramiques et des réfractaires.

C’est également un élément essentiel des matériaux de construction, et la source du silicium élémentaire.

Il existe une grande diversité des formes et des propriétés des silices amorphes:
utilisées comme adsorbants, charges, agents de renforcement, supports de catalyseurs.

Elles sont utilisées en formulation liquide ou solide.

 

Silices amorphes synthétiques

5 principaux types de silices amorphes synthétiques

  • Silices précipitées
  • Ajout d’un acide, souvent sulfurique à une solution de silicate de sodium. Filtation, séchage et parfois broyage.
  • Granulométrie: 50 µm à 2 mm ( non broyées) et moins de 10 µm ( broyées).
  • Silices pyrogénées
  • Hydrolyse de SiCl4 et élimination du HCL formé.
  • Gels de silice
  • Ajout d’un acide à une solution de silicate de sodium formant un hydrogel (suspension de très fines particules); Fitrage et obtention d’un xérogel ( séchage et frittage) ou d’un aérogel ( séchage sans frittage).
  • Silices à l’arc
  • Fusion de sable très pur à l’arc électrique et broyage des lingots.
  • Ce ne sont pas majoritairement des particules ultra-fines, la taille dépend du broyage.
  • Silices colloïdales
  • Plusieurs modes de préparations à partir de suspensions aqueuses diluées et stables de micro-particules.

Les silices précipitées et pyrogénées peuvent recevoir des traitements chimique modifiant leurs propriétés de surface.

Applications des silices synthétiques

  • Pneumatiques: 25 %.
  • Semelles de chaussures, pièces techniques en élastomère: 25 %.
  • Dentifrices:20 %:
    • Les silices amorphes augmentent la viscosité, apportent un pouvoir abrasif.
  • Alimentation humaine et animale: 15 %:
    • Les silices amorphes sont utilisées comme support d’acidifiant, de vitamines, de matières grasses, comme agent d’écoulement.
  • Séparateurs de batteries, peintures, papiers, pharmacie…: 15 %.
  • Principale application des gels de silice:
    • Absorption de l’humidité, également comme agent de matité dans les peintures, les vernis, également utilisés dans les papiers.
  • Silices colloïdales
    • Utilisées comme liants dans les matériaux réfractaires, comme agent de clarification des vins, des boissons, dans la fonderie de précision pour réaliser des moules et dans les industries du textile, du papier.
  • Silices à l’arc
    • Principalement utilisées dans les réfractaires et comme charges de résines époxy.

Silices amorphes sous produits de la métallurgie: fumées de silice

Les fumées de silice sont produites lors de la fabrication du silicium et de ses alliages dans des fours à arc électrique, où le quartz est réduit par du carbone.
Une partie du silicium formé est vaporisé sous forme de monoxyde ( SiO) dont les vapeurs se condensent en sortie de four et s’oxydent sous forme de micro-sphères de silice.

Une partie importante des particules de fumée de silice est constituée de particules ultra-fines.

Les fumées de silice sont surtout utilisées dans les bétons à haute performance: elles optimisent la compacité de l’empilement granulaire et réagissent avec une partie de la chaux hydratée pour former des gels hydratés de silicate de calcium.

Toxicité de la silice amorphe

Chez l’animal, les particules ultra-fines de silice amorphe entraînent rapidement une inflammation pulmonaire importante mais peu durable.

Les effets à court terme des silices amorphes sont nettement plus importants que ceux d’autres Particules ultra-fines, comme le noir de carbone ou les particules diesel.

Les silices amorphes n’entraînent des lésions de type silicotique que très localisées, et au moins partiellement réversibles.

Des particules de silice amorphe sont trouvées dans les ganglions lymphatiques suite à des expositions par voie respiratoire.

Les études montrent l’importance de la réactivité de surface pour la cytotoxicité des silices amorphes.

Une diminution de la taille des particules entraîne, à masse constante une augmentation de la toxicité celulaire.

La plupart des données humaines concernent l’exposition aux fumées de silice:
certaines mettent en évidence l’apparition de fibrose, le plus souvent en présence d’expositions conjointes ou antérieures à la silice cristalline.

Il n’est pas possible de tirer des conclusions quant au pouvoir silicogène des fumées de silice. Il n’existe pas d’indication d’un pouvoir silicogène pour les silices synthétiques. Le CIRC en 1997 conclut que les données ne donnent pas d’indication adéquate relative à la cancérogénicité de la silice amorphe synthétique chez l’animal ou l’homme.

Les informations figurant dans cet article sont extraites du livre:
«Les nanoparticules: un enjeu majeur pour la santé au travail?»
Sous la direction de Benoît Hervé-Bazin
INRS, édition EDP sciences, 2007.



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