二氧化硅

　　二氧化硅是一種無機物，化學(xué)式為SiO?，硅原子和氧原子長程有序排列形成晶態(tài)二氧化硅，短程有序或長程無序排列形成非晶態(tài)二氧化硅。二氧化硅晶體中，硅原子位于正四面體的中心，四個氧原子位于正四面體的四個頂角上，許多個這樣的四面體又通過頂角的氧原子相連，每個氧原子為兩個四面體共有，即每個氧原子與兩個硅原子相結(jié)合。二氧化硅的最簡式是SiO2，但SiO2不代表一個簡單分子(僅表示二氧化硅晶體中硅和氧的原子個數(shù)之比)。純凈的天然二氧化硅晶體，是一種堅硬、脆性、不溶的無色透明的固體，常用于制造光學(xué)儀器等。

理化性質(zhì)

　　物理性質(zhì)

　　晶態(tài)二氧化硅

　　密度：2.2 g/cm3

　　熔點：1723℃

　　沸點：2230℃

　　折射率：1.6

　　受熱時的變化:與強堿在加熱時熔化，生成硅酸鹽

　　溶解度：不溶于水，能與HF作用生成氣態(tài)SiF4

　　化學(xué)性質(zhì)

　　化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定。不跟水反應(yīng)。是酸性氧化物，不跟一般酸反應(yīng)。氫氟酸跟二氧化硅反應(yīng)生成氣態(tài)四氟化硅。跟熱的濃強堿溶液或熔化的堿反應(yīng)生成硅酸鹽和水。跟多種金屬氧化物在高溫下反應(yīng)生成硅酸鹽。二氧化硅的性質(zhì)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）。[2]

　　常見的濃磷酸（或者說焦磷酸）在高溫下即可腐蝕二氧化硅，生成雜多酸，高溫下熔融硼酸鹽或者硼酐亦可腐蝕二氧化硅，鑒于此性質(zhì)，硼酸鹽可以用于陶瓷燒制中的助熔劑，除此之外氟化氫也可以可使二氧化硅溶解的酸，生成易溶于水的氟硅酸。

　　SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O

　　6HF+SiO2=H2SiF6+2H2O

　　SiO2+2NaOH（濃）=Na2SiO3+H2O

　　SiO2+Na2CO3=Na2SiO3+CO2↑（高溫）

　　SiO2+CaO=CaSiO3

　　SiO2+2C=2CO↑+Si

制備方法

　　非晶態(tài)二氧化硅的制備方法

　　非晶態(tài)二氧化硅的制備包含五步，分別是制備二氧化硅質(zhì)的凝膠、造粒工序、燒結(jié)工序、清洗工序、干燥工序。

　　1：制備二氧化硅質(zhì)的凝膠

　　使四氯化硅水解而生成二氧化硅質(zhì)的凝膠、或使四甲氧基硅烷等有機硅化合物水解而生成二氧化硅質(zhì)的凝膠、或者使用氣相二氧化硅生成二氧化硅質(zhì)的凝膠。

　　2：造粒工序

　　通過干燥該二氧化硅質(zhì)的凝膠而成為干燥粉，粉碎該干燥粉后，進行分級，由此得到所期望平均粒徑的二氧化硅粉末。

　　3：燒結(jié)工序

　　對造粒工序中所得到的二氧化硅粉末在800℃~1450℃的溫度進行燒結(jié)，利用熱等離子體的球化工序，在以預(yù)定的流量導(dǎo)入氬氣并以預(yù)定的高頻輸出功率產(chǎn)生等離子體的等離子體炬內(nèi)，以預(yù)定的供給速度投入燒結(jié)工序得到的二氧化硅粉末，在從2000℃至二氧化硅的沸點的溫度加熱并熔融。

　　4：清洗工序

　　去除附著于上述球化工序后的球化二氧化硅粉末表面上的微粉。

　　5：干燥工序

　　干燥上述清洗工序后的二氧化硅粉末。

　　晶態(tài)二氧化硅的制備方法

　　將含有二氧化硅的原料（硅源）、水、結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑、堿或酸按一定的比例混合均勻，投入耐壓反應(yīng)釜內(nèi)密封，然后升溫至100-220℃，恒溫5小時至10天，反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)釜迅速冷卻，反應(yīng)產(chǎn)物用水或稀酸洗滌至pH為8-11，烘干得到原粉，原粉或加入粘結(jié)劑成型后的產(chǎn)物在馬弗爐或管式爐中焙燒活化。

物質(zhì)簡介

　　二氧化硅的化學(xué)式為SiO2。二氧化硅有晶態(tài)和無定形兩種形態(tài)。自然界中存在的二氧化硅如石英、石英砂等統(tǒng)稱硅石。純石英為無色晶體，大而透明的棱柱狀石英晶體叫做水晶，含微量雜質(zhì)而呈紫色的叫紫水晶，淺黃、金黃和褐色的稱煙水晶。玉髓、瑪瑙和碧玉都是含有雜質(zhì)的有色石英晶體。沙子是混有雜質(zhì)的石英細粒。蛋白石、硅藻土則是無定形二氧化硅。二氧化硅用途很廣泛，主要用于制玻璃、水玻璃、陶器、搪瓷、耐火材料、氣凝膠氈、硅鐵、型砂、單質(zhì)硅、水泥等，在古代，二氧化硅也用來制作的釉面和胎體。一般的石頭主要由二氧化硅、碳酸鈣構(gòu)成。

　　晶態(tài)二氧化硅的熔點1723℃，沸點2230℃，不溶于水。除氟氣和氫氟酸外，二氧化硅跟鹵素、鹵化氫和均不反應(yīng)，但能溶于熱的濃堿、熔融的強堿或碳酸鈉中。此外，高溫時二氧化硅能被焦炭、鎂等還原。常溫時強堿溶液與SiO2會緩慢反應(yīng)生成硅酸鹽，故貯存強堿溶液的玻璃瓶不能用磨口玻璃塞（玻璃中含SiO2），否則會生成有黏性的硅酸鈉Na2SiO3，使瓶塞和瓶口黏結(jié)在一起。由于SiO2能與氫氟酸反應(yīng)，因此不能用玻璃容器盛放氫氟酸。

物質(zhì)結(jié)構(gòu)

　　硅和碳的性質(zhì)相似，但它們氧化物的性質(zhì)卻有很大差異。CO2是分子晶體，而SiO2是原子晶體。SiO2是以硅氧四面體為基本結(jié)構(gòu)形成的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在晶體結(jié)構(gòu)中，硅原子的4個價電子與4個氧原子形成4個共價鍵，Si原子處在正四面體中心，O原子位于四面體頂點。每個硅原子與四個氧原子相連，每個氧原子與兩個硅原子相連。晶體中最小環(huán)由12個原子（6個硅原子和6個氧原子）構(gòu)成，每個硅被6個環(huán)所共用，晶體中硅氧原子個數(shù)比為1:2。

礦物分類

　　在沉積巖中，二氧化硅礦物主要出現(xiàn)在碎屑巖和硅質(zhì)巖中。它既可以作為陸源礦物，也可以呈自生礦物出現(xiàn)。這兩種二氧化硅礦物的成因極不相同，必須把它們區(qū)分開來。

　　陸源礦物

　　陸源礦物即碎屑石英顆粒。有些碎屑石英顆粒含有包裹體，其包裏體可以分為氣液包裏體和礦物包裹體兩類。礦物包裹體又可根據(jù)礦物的晶形分為粒狀、針狀和片狀礦物等。包裹體的類型與石英的來源有關(guān)。一般地說，氣液包裹體多者（乳狀石英）幾乎都是來自石英脈；片巖及其他高級變質(zhì)巖中的石英少見氣液包裹體；火山巖中的石英常清澈如水，很少含包裹體；而具金紅石針狀包裹體者多來自花崗巖。但是，由于包裹體在母巖中的產(chǎn)狀比較復(fù)雜，顆粒非常細小，又難，故其應(yīng)用頗受限制。

　　根據(jù)石英的消光特征，可以將它分為無波狀消光石英和波狀消光石英兩類。波狀消光是一種應(yīng)變晶體的簡單的光性表現(xiàn)，大多數(shù)巖石無論在結(jié)晶過程中或是在晶體形成之后，都會遭受某種變形。據(jù)統(tǒng)計，在深成侵入巖和變質(zhì)巖中，無波狀消光的石英是很少的，一般不到10%；反之，在火山巖中，則很少見到波狀消光的石英，一般也不到10%。而且隨著時代的變老，波狀消光石英的含量也相應(yīng)增加，因此石英的消光特征并不是母巖類型的可靠標(biāo)志，甚至有人認為，用波狀消光來確定母巖性質(zhì)是無效的。

　　根據(jù)石英的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，又可將它分為單晶石英和多晶石英（又稱復(fù)晶石英）。單晶石英指的是由單個晶體所組成的顆粒，而多晶石英指的是兩個或更多個晶體的集合體，包括來自火成巖、變質(zhì)巖和沉積巖的顆粒。一般來說，多晶石英的顆粒都比較大，且多晶形式是比較不穩(wěn)定的。

　　自生礦物

　　自生二氧化硅礦物有三種變體，即蛋白石、玉髓和石英。此類礦物既可以單獨組成巖石，又可以呈膠結(jié)物產(chǎn)出。

　　1、蛋白石

　　蛋白石是直接從水溶液析出SiO2，膠體脫水而成的，因而是非晶質(zhì)的，含水量很高（可達10%）。在薄片中，蛋白石無色透明，具負高突起。由于色散效應(yīng)，在蛋白石與樹膠或石英接觸處顯黃色。無解理。正交鏡下全消光。蛋白石易與火山玻璃碎屑相混，但玻屑具特殊外形，其折光率不會低于1.490。蛋白石也容易和方沸石相混，但方沸石具有解理。與螢石的區(qū)別是，螢石有晶形且具解理。蛋白石是準(zhǔn)穩(wěn)定礦物，容易重結(jié)晶向玉髓轉(zhuǎn)變。因此，它僅存在于年輕地層中。

　　2、玉髓

　　玉髓是隱晶質(zhì)的SiO2礦物，是由蛋白石結(jié)晶而成的，故其是介于蛋白石和石英之間的過渡類型。在薄片中，玉髓無色透明，負低突起。正交鏡下可見纖維狀晶體，呈花瓣或扇狀集合體，轉(zhuǎn)動物臺，玉髓纖維依次達到消光位，消光影呈波浪狀移動，這種消光特點稱扇狀消光。有時玉髓為球狀集合體，十字消光。Ⅰ級灰干涉色，主要為平行消光。?？嗽岢鲆貏e注意碳酸鹽巖中一種自生玉髓的類型，它可以用以判斷沉積環(huán)境和成巖環(huán)境。福克將這類玉髓分為負延性玉髓（負玉髓）、正延性玉髓（正玉髓）、水玉髓和斑狀玉髓。前者為淡水環(huán)境沉積或交代的產(chǎn)物，一般玉髓多屬此類。后三種玉髓可能是在蒸發(fā)環(huán)境中SiO2直接沉淀的，或是SiO2交代蒸發(fā)礦物形成的。

　　3、石英

　　自生石英多是由蛋白石經(jīng)玉髓階段重結(jié)晶而來，也有從溶液中直接緩慢沉淀而成的。自生石英的主要特征是外形沒有任何磨蝕痕跡，彼此間常呈鑲嵌狀，有時呈自形晶體，有時外形與其所在空間相適應(yīng)。自生石英呈次生加大邊產(chǎn)出，次生加大邊光潔透亮，與所圍繞的石英顆粒的成分、光性方位相同，但它們之間常有一圈鐵或黏土的薄膜分隔。

物質(zhì)用途

　　二氧化硅是制造玻璃、石英玻璃、水玻璃、光導(dǎo)纖維、電子工業(yè)的重要部件、光學(xué)儀器、工藝品和耐火材料的原料，是科學(xué)研究的重要材料。

　　當(dāng)二氧化硅結(jié)晶完美時就是水晶；二氧化硅膠化脫水后就是瑪瑙；二氧化硅含水的膠體凝固后就成為蛋白石；二氧化硅晶粒小于幾微米時，就組成玉髓、燧石、次生石英巖。物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)均十分穩(wěn)定的礦產(chǎn)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）。石英塊又名硅石，主要是生產(chǎn)石英砂(又稱硅砂)的原料，也是石英耐火材料和燒制硅鐵的原料。

　　除此之外，二氧化硅還可以作為潤滑劑，是一種優(yōu)良的流動促進劑，主要作為潤滑劑、抗黏劑、助流劑。特別適宜油類、浸膏類藥物的制粒，制成的顆粒具有很好的流動性和可壓性。還可以在直接壓片中用作助流劑。作為崩解劑可大大改善顆粒流動性，提高松密度，使制得的硬度增加，縮短崩解時限，提高藥物溶出速度。制造中可作內(nèi)干燥劑，以增強藥物的穩(wěn)定性。還可以作助濾劑、澄清劑、消泡劑以及液體制劑的助懸劑、增稠劑。

食用建議

　　FAO/WHO（2001）規(guī)定使用量用于乳粉、可可粉、加糖可可粉、食用納脂、可可脂，用量10mg/kg；奶油脂為1g/kg；涂敷用蔗糖粉和粉、湯粉、湯塊15g/kg；美國FDA規(guī)定本品作為抗結(jié)劑限量為2%。GB 2760—2011《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定將其用于蛋粉、乳粉、可可制品、脫水蛋白制品、糖粉、植脂性粉末、固體飲料、孕產(chǎn)婦配方食品，使用量為15g/kg；香辛料類、固體復(fù)合調(diào)味料使用量為20g/kg；豆制品加工使用量0.025g/kg。

　　除以上之外，我國還有磷酸三鈣做抗結(jié)劑，常用于乳粉和奶油粉，使用量10.0g/kg；小麥粉，使用量0.03g/kg；復(fù)合調(diào)味料，使用量20.0g/kg；固體飲料，使用量8.0g/kg；油炸小食品，使用量2.0g/kg。

健康危害

　　二氧化硅在日常生活、生產(chǎn)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。二氧化硅的粉塵極細，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硅的粉塵，就會患硅肺?。ㄒ蚬枧f稱為矽，硅肺舊稱為矽肺）。

　　硅肺是一種職業(yè)病，它的發(fā)生及嚴(yán)重程度，取決于空氣中粉塵的含量和粉塵中二氧化硅的含量，以及與人的接觸時間等。長期在二氧化硅粉塵含量較高的地方，如采礦、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(yīng)采取嚴(yán)格的勞動保護措施，采用多種技術(shù)和設(shè)備控制工作場所的粉塵含量，以保證工作人員的身體健康。