二氧化矽:礦物介紹,理化性質,物理性質,化學性質,用途,套用領域,危害,

二氧化矽，化學術語，純的二氧化矽無色，常溫下為固體，化學式為SiO₂，不溶於水。不溶於酸，但溶於氫氟酸及熱濃磷酸，能和熔融鹼類起作用。自然界中存在有結晶二氧化矽和無定形二氧化矽兩種。二氧化矽用途很廣泛，主要用於制玻璃、水玻璃、陶器、搪瓷、耐火材料、氣凝膠氈、矽鐵、型砂、單質矽、水泥等，在古代，二氧化矽也用來製作瓷器的釉面和胎體。一般的石頭主要由二氧化矽、碳酸鈣構成。

基本介紹

中文名：二氧化矽
外文名：Silicon dioxide
分子式：SiO2
分子量：60.084
CAS：14808-60-7
毒性和危險性：無毒，但長期吸入易得矽肺病
管制類型：不管制
密度（室溫）：2.2 g/cm3
熔點：1650(±50)℃
沸點：2230℃
溶解度：0.012g/100ml(水中)

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礦物介紹

二氧化矽廣泛存在於自然界中，與其他礦物共同構成了岩石。天然二氧化矽稱為矽石，約占地殼質量的12%，其存在形式有結晶態和無定形態兩種。石英晶體是結晶的二氧化矽，具有不同的晶型和色彩。石英中無色透明的晶體是通常所說的水晶。具有彩色環帶狀或層狀的稱為瑪瑙（含有雜質）。

二氧化矽礦物是指化學式相同(SiO₂)，但結構有差異的礦物，這些礦物統稱為類質異像體，主要包括石英、方石英和鱗石英。這些礦物在地球上主要存於花崗岩、砂岩和黑矽岩中，而月球上幾乎缺乏，主要原因是：化學成分演化上，月球形成一個低矽、高鋁的月殼，高矽的花崗質岩石極為稀少；月球在演化上缺乏像地球一樣有一個可以結晶出二氧化矽礦物的水系和熱水體系。儘管二氧化矽礦物在月球岩石上極為稀少，但對月球岩石的分類和成因的研究具有重要的作用。

月球上的石英礦物最早是在幾塊類花崗岩碎處中發現的，在霏細岩中同時也充填了不少方石英礦物，從其微細結構和成分的分析表明，這些石英實際上是由方石英變化過來的。後來在粗晶狀的月球花崗岩碎塊中也發現有石英礦物，根據其同位素的分析結果，這些礦物是41億年左右，在較深的環境下結晶形成的，說明這些石英不是在岩漿岩形成期間結晶形成的。

月海武岩中的二氧化矽礦物絕大多數是方石英，體積百分數最多可達5%，幾乎沒有石英礦物，只有在細晶狀月海玄武岩中才存在少量的石英礦物，這些方石英具有典型的雙晶結構表明：在熔漿冷卻過程中，從高溫到低溫條件下形成的方石英都有。另外，在一些粗晶狀的月海玄武岩中也同時存在方石英和鱗石英，但從結構特徵看，方石英是由鱗石英轉變的，因為鱗石英一般是鑲嵌在於不規則的顆粒之間。

理化性質

物理性質

二氧化矽又稱矽石，化學式SiO₂。自然界中存在有結晶二氧化矽和無定形二氧化矽兩種。結晶二氧化矽因晶體結構不同，分為石英、鱗石英和方石英三種。純石英為無色晶體，大而透明稜柱狀的石英叫水晶。若含有微量雜質的水晶帶有不同顏色，有紫水晶、茶晶等。普通的砂是細小的石英晶體，有黃砂（較多的鐵雜質）和白砂（雜質少、較純淨）。二氧化矽晶體中，矽原子的4個價電子與4個氧原子形成4個共價鍵，矽原子位於正四面體的中心，4個氧原子位於正四面體的4個頂角上，SiO₂是表示組成的最簡式，僅是表示二氧化矽晶體中矽和氧的原子個數之比。二氧化矽是原子晶體。

自然界存在的硅藻土是無定形二氧化矽，是低等水生植物硅藻的遺體，為白色固體或粉末狀，多孔、質輕、鬆軟的固體，吸附性強。

不溶於水。

化學性質

化學性質比較穩定。不跟水反應。是酸性氧化物，不跟一般酸反應。氣態氟化氫跟二氧化矽反應生成氣態四氟化矽。跟熱的濃強鹼溶液或熔化的鹼反應生成矽酸鹽和水。跟多種金屬氧化物在高溫下反應生成矽酸鹽。用於製造石英玻璃、光學儀器、化學器皿、普通玻璃、耐火材料、光導纖維，陶瓷等。二氧化矽的性質不活潑，它不與除氟、氟化氫以外的鹵素、鹵化氫以及硫酸、硝酸、高氯酸作用（熱濃磷酸除外）。

常見的濃磷酸（或者說焦磷酸）在高溫下即可腐蝕二氧化矽，生成雜多酸，高溫下熔融硼酸鹽或者硼酐亦可腐蝕二氧化矽，鑒於此性質，硼酸鹽可以用於陶瓷燒制中的助熔劑，除此之外氟化氫也可以可使二氧化矽溶解的酸，生成易溶於水的氟矽酸： 6HF+SiO₂=H₂SiF₆+2H₂O

二氧化矽一般情況下不與水反應，即與水接觸不生成矽酸，但人為規定二氧化矽為矽酸的酸酐。

在大多數微電子工藝感興趣的溫度範圍內，二氧化矽的結晶率低到可以被忽略。儘管熔融石英不是長範圍有序，但它卻表現出短的有序結構，它的結構可認為是4個氧原子位於四面體的頂點上。多面體中心是一個矽原子。

這樣，每4個氧原子近似共價鍵合到矽原子，滿足了矽的化合價外殼。如果每個氧原子是兩個多面體的一部分，則氧的化合價也被滿足，結果就成了稱為石英的規則的晶體結構。

在熔融石英中，某些氧原子，成為氧橋位，與兩個矽原子鍵合。某些氧原子沒有氧橋，只和一個矽原子鍵合。

可以認為熱生長二氧化矽主要是由任意方向的多面體網路組成的。與無氧橋位相比，有氧橋的部分越大，氧化層的粘合力就越大，而且受損傷的傾向也越小。乾氧氧化層的有氧橋與無氧橋的比率遠大於濕氧氧化層。

用途

二氧化矽用於製造平板玻璃，玻璃製品，鑄造砂，玻璃纖維，陶瓷彩釉，防鏽用噴砂，過濾用砂，熔劑，耐火材料以及製造輕量氣泡混凝土。二氧化矽的用途很廣。自然界裡比較稀少的水晶可用以製造電子工業的重要部件、光學儀器和工藝品。二氧化矽是製造光導纖維的重要原料。一般較純淨的石英，可用來製造石英玻璃。石英玻璃膨脹係數很小，相當於普通玻璃的1/18，能經受溫度的劇變，耐酸性能好（除HF外），因此，石英玻璃常用來製造耐高溫的化學儀器。石英砂常用作玻璃原料和建築材料。

二氧化矽是製造玻璃、石英玻璃、水玻璃、光導纖維、電子工業的重要部件、光學儀器、工藝品和耐火材料的原料，是科學研究的重要材料。

當二氧化矽結晶完美時就是水晶；二氧化矽膠化脫水後就是瑪瑙；二氧化矽含水的膠體凝固後就成為蛋白石；二氧化矽晶粒小於幾微米時，就組成玉髓、燧石、次生石英岩。物理性質和化學性質均十分穩定的礦產資源，晶體屬三方晶系的氧化物礦物，即低溫石英（α-石英），是石英族礦物中分布最廣的一個礦物種。廣義的石英還包括高溫石英（β-石英）。石英塊又名矽石，主要是生產石英砂(又稱矽砂)的原料，也是石英耐火材料和燒制矽鐵的原料。

食品工業用作抗結劑、消泡劑、增稠劑、助濾劑、澄清劑。我國《食品添加劑使用衛生標準》(GB2760-2011)規定：可用於蛋粉、糖粉、奶粉、可可粉、可可脂、植物性粉末、速溶咖啡、湯料粉等，最大使用量為15g/kg，粉末香精，最大使用量為80g/kg；固體飲料，最大使用量為0.2g/kg；糧食，1.2g/kg。

套用領域

玻璃

二氧化矽

平板玻璃、浮法玻璃、玻璃製品（玻璃罐、玻璃瓶、玻璃管等）、光學玻璃、玻璃纖維、玻璃儀器、導電玻璃、玻璃布及防射線特種玻璃等的主要原料

陶瓷及耐火材料

瓷器的胚料和釉料，窯爐用高矽磚、普通矽磚以及碳化矽等的原料

冶金

矽金屬、矽鐵合金和矽鋁合金等的原料或添加劑、熔劑

建築

混凝土、膠凝材料、築路材料、人造大理石、水泥物理性能檢驗材料（即水泥標準砂）等

化工

矽化合物和水玻璃等的原料，硫酸塔的填充物，無定形二氧化矽微粉

機械

鑄造型砂的主要原料，研磨材料（噴砂、硬研磨紙、砂紙、砂布等）

電子

高純度單晶矽（非金屬）、通訊用光纖等

橡膠、塑膠

填料（可提高耐磨性）

塗料

填料（可提高塗料的耐候性）

醫學

新加坡國立大學工程學院生物工程系的研究人員研製出一種新技術，能夠通過二氧化矽納米粒子將紅外光轉化為紫外光和可見光，為深層腫瘤的非侵入性療法鋪平了道路。據稱，該技術能夠抑制腫瘤生長，控制其基因表達，是世界上首個使用納米粒子治療深層腫瘤的非侵入性光動力療法。

危害

二氧化矽在日常生活、生產和科研等方面有著重要的用途，但有時也會對人體造成危害。二氧化矽的粉塵極細，比表面積達到100m²/g以上可以懸浮在空氣中，如果人長期吸入含有二氧化矽的粉塵，就會患矽肺病（因矽舊稱為矽，矽肺舊稱為矽肺）。

矽肺是一種職業病，它的發生及嚴重程度，取決於空氣中粉塵的含量和粉塵中二氧化矽的含量，以及與人的接觸時間等。長期在二氧化矽粉塵含量較高的地方，如採礦、翻砂、噴砂、制陶瓷、制耐火材料等場所工作的人易患此病。

因此，在這些粉塵較多的工作場所，應採取嚴格的勞動保護措施，採用多種技術和設備控制工作場所的粉塵含量，以保證工作人員的身體健康。