纯二氧化硅二氧化硅 分子形状:四方晶系 摩尔质量:601 g mol-1 化学式SiO2,式量6008。也叫硅石,是一种坚硬难溶的固体。它常以石英、鳞石英、方石英三种变体出现。 沙状二氧化硅 SiO2中Si—O键的键能很高,熔点、沸点较高(熔点1723℃,沸点2230℃)。 自然界存在的硅藻土是无定形二氧化硅,是低等水生植物硅藻的遗体,为白色固体或粉末状,多孔、质轻、松软的固体,吸附性强。 编辑本段化学性质 化学性质很稳定。不溶于水也不跟水反应。是酸性氧化物,不跟一般酸反应。气态氟化氢或氢氟酸跟二氧化硅反应生成气态四氟化硅。跟热的强碱溶液或熔化的碱反应生成硅酸盐和水。跟多种金属氧化物在高温下反应生成硅酸盐。用于制造石英玻璃、光学仪器、化学器皿、普通玻璃、耐火材料、光导纤维,陶瓷等。二氧化硅的性质不活泼,它不与除氟、氟化氢和氢氟酸以外的卤素、卤化氢和氢卤酸以及硫酸、硝酸、高氯酸作用。氟化氢(氢氟酸)是唯一可使二氧化硅溶解的酸,生成易溶于水的氟硅酸:测其二氧化硅的比表面积。 SiO2 + 4HF = SiF4↑ + 2H2O 酸氧通性: 二氧化硅与碱性氧化物 SiO2 + CaO =(高温) CaSiO3 二氧化硅能溶于浓热的强碱溶液: SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O (盛碱的试剂瓶不能用玻璃塞而用橡胶塞的原因) 在高温下,二氧化硅能被碳、镁、铝还原: SiO2+2C=(高温)Si+2CO↑ 编辑本段结构 在大多数微电子工艺感兴趣的温度范围内,二氧化硅的结晶率低到可以被忽略。 二氧化硅材料尽管熔融石英不是长范围有序,但她却表现出短的有序结构,它的结构可认为是4个氧原子位于四面体的顶点上。多面体中心是一个硅原子。这样,每4个氧原子近似共价键合到硅原子,满足了硅的化合价外壳。如果每个氧原子是两个多面体的一部分,则氧的化合价也被满足,结果就成了称为石英的规则的晶体结构。在熔融石英中,某些氧原子,成为氧桥位,与两个硅原子键合。某些氧原子没有氧桥,只和一个硅原子键合。可以认为热生长二氧化硅主要是由人以方向的多面体网络组成的。与无氧桥位相比,有氧桥的部分越大,氧化层的粘合力就越大,而且受损伤的倾向也越小。干氧氧化层的有氧桥与无氧桥的比率远大于湿氧氧化层。因此,可以认为,SiO2与其说是原子晶体,却更近似于离子晶体。氧原子与硅原子之间的价键向离子键过渡。 编辑本段矿物介绍 二氧化硅矿物是指分子表达式相同(SiO2),但结构有差异的矿物,这些矿物统称为类质异像体,主要包括石英、方石英和鳞石英。这些矿物在地球上主要存于花岗岩、砂岩和黑硅岩中,而月球上几乎缺乏,主要原因是:化学成分演化上,月球形成一个低硅、高铝的月壳,高硅的花岗质岩石极为稀少;月球在演化上缺乏像地球一样有一个可以结晶出二氧化硅矿物的水系和热水体系。尽管二氧化硅矿物在月球岩石上极为稀少,但对月球岩石的分类和成因的研究具有重要的作用。 二氧化硅抗结剂月球上的石英矿物最早是在几块类花岗岩碎处中发现的,在霏细岩中同时也充填了不少方石英矿物,从其微细结构和成分的分析表明,这些石英实际上是由方石英变化过来的。后来在粗晶状的月球花岗岩碎块中也发现有石英矿物,根据其同位素的分析结果,这些矿物是41亿年左右,在较深的环境下结晶形成的,说明这些石英不是在岩浆岩形成期间结晶形成的。 月海武岩中的二氧化硅矿物绝大多数是方石英,体积百分数最多可达5%,几乎没有石英矿物,只有在细晶状月海玄武岩中才存在少量的石英矿物,这些方石英具有典型的双晶结构表明:在熔浆冷却过程中,从高温到低温条件下形成的方石英都有。另外,在一些粗晶状的月海玄武岩中也同时存在方石英和鳞石英,但从结构特征看,方石英是由鳞石英转变的,因为鳞石英一般是镶嵌在于不规则的颗粒之间。
硅石
包括脉石英、石英岩、石英砂岩,主要分布在梁家寨乡,榆林坪乡、上社镇和西潘乡等地石英砂岩分布在仙人乡庄只一带无地质勘查资料,根据各矿点矿床出露长度和宽度,估算地质储量约5000万吨根据各矿点拣块化验分析,含二氧化硅约在96—99%之间该矿现有开采点十处年矿石采出量约3万吨硅石主要用于玻璃,陶瓷、冶炼、硅铁,工业硅、硅转等
硅石化学加工
chemical processing of silica
硅石大量用作建筑材料的原料,也是无机盐工业的重要原料用化学方法可将硅石加工成一系列硅化合物硅石一般指纯度较高的天然石英砂即二氧化硅,在自然界中分布广,储藏量大,很多国家都有大型优质矿,开采量大
加工方法硅石经化学加工,除还原生产单质硅外,首先得到硅化合物的母体产品硅酸钠(俗称水玻璃),主要有碱法和硫酸钠法两种(见图)
碱法硅石不溶于水和酸,但易与碱反应生成硅酸钠,所以碱法是硅石化学加工的主要方法碱法又分为干法(纯碱法)和湿法(烧碱法)
①干法(纯碱法) 将含二氧化硅99%以上的硅石粉碎到50~80目,与纯碱按一定比例配合,在1100~1350℃的高温下焙烧4~6h,生成熔融态物料,反应式为:
xSiO2+nNa2CO3─→nNa2O·xSiO2+nCO2
式中x和n的摩尔比称为硅酸钠的模数,工业用硅酸钠的模数一般为138选择不同的配料比可得到不同模数的产品在高温生产中碱易损失,故配碱量往往要稍高于模数要求的理论量
得到的熔融物料除含硅酸钠外,还含有未反应的硅石等水不溶物,用水溶解分离掉熔融体中不溶物,得到无色透明的粘稠液体即硅酸钠产品
干法易于制造高模数的硅酸钠产品,生产条件要求不太苛刻,易于工业生产但能耗大,操作条件差
②湿法(烧碱法) 将粉碎至120目以上的硅石粉(SiO2)含量高于99%),与烧碱按一定比例(由产品模数而定)配合,放入带搅拌的加压反应釜中,通蒸汽加热到175℃以上,压力控制在811kPa以上,反应4~6h,冷却后过滤,除去未反应的二氧化硅,即可得到液体硅酸钠产品,反应式为:
xSiO2+2nNaOH─→nNa2O·xSiO2+nH2O
湿法能耗低,操作环境较好,但不易得高模数产品
硫酸钠法将含二氧化硅达98%的硅石粉碎到80目,与硫酸钠(其配比按产品的模数定)和煤粉按一定比例配合,在反射炉内反应首先硫酸钠还原成硫化钠,后者与硅石反应得硅酸钠,同时放出二氧化硫反应式为:
Na2SO4+4C─→Na2S+4CO
nNa2S+xSiO2+3/2nO2─→nNa2O·xSiO2+nSO2
在反应中硫酸钠往往还原不完全,在高温下呈熔融态浮于硅酸钠熔体表面,称为硝水,硝水的腐蚀性极强,易腐蚀炉衬,同时遇水易爆炸并且该反应中产生二氧化硫,污染环境,故工业上很少采用
产品用途硅酸钠和二氧化硅是硅石化学加工得到的主要产品硅酸钠是硅石化学加工产品中用途最广、用量最大的产品,除用于制造多种硅化合物外,还大量用作纸板、胶合板、部分金属材料及铸造工业的粘合剂,肥皂、洗涤剂的添加剂,纸张的性能改良剂,在纺织工业中作棉布煮炼和漂白助剂、织物的防火处理剂、染料的显色剂此外,还用作水泥助凝剂、木材防腐剂及蛋类的保鲜剂等硅酸钠经改性后还可作为内外墙涂料硅酸铝可作玻璃、陶瓷的原料,也可作油漆颜料硅酸锂可作防腐油漆、金属表面保护剂
硅石在一般化妆品只是起到润滑的作用。
石英块又名硅石, 主要是生产石英砂(又称硅砂)的原料, 也是石英耐火材料和烧制硅铁的原料。 石英化学式为Si02,常含有少量杂质成分如A1203、IMO,、CaO、Mg0等。它有多种类型。日用陶瓷原料所用的有脉石英、石英砂、石英岩、砂岩、硅石、蛋白石、硅藻土等,水稻外壳灰也富含Si02。石英外观常呈白色、乳白色、灰白半透明状态。 石英是非可塑性原料,其与粘土在高温中生成的莫来石晶体赋予瓷器较高的机械强度和化学稳定性,并能增加坯体的半透明性,是配制白釉的良好原料。 无色、透明的石英的变种,希腊人称为“Krystallos”,意思是“洁白的冰”,他们确信石英是耐久而坚固的冰。中国古代人认为嘴里含上冷的水晶能够止渴。 石英是地球表面分布最广的矿物之一,它的用途也相当广泛。远在石器时代,人们用它制作石斧、石箭等简单的生产工具,以猎取食物和抗击敌人。石英钟、电子设备中把压电石英片用作标准频率;熔融后制成的玻璃,可用于制作光学仪器、眼镜、玻璃管和其它产品;还可以做精密仪器的轴承、研磨材料、玻璃陶瓷等工业原料。 石英晶体内含有细小的气泡或液体充填裂隙时,会通过干涉光产生彩虹,能制成精美的首饰。拿破仑的妻子约瑟芬皇后(Empress Josephine)拥有一个令人眼花缭乱的宝石藏品,就是彩虹石英制成的首饰。
二氧化硅是一种无机物,化学式为SiO2,硅原子和氧原子长程有序排列形成晶态二氧化硅,短程有序或长程无序排列形成非晶态二氧化硅。自然界中存在的二氧化硅如石英、石英砂等统称硅石。纯石英为无色晶体,大而透明的棱柱状石英晶体叫做水晶,含微量杂质而呈紫色的叫紫水晶,浅黄、金黄和褐色的称烟水晶。沙子是混有杂质的石英细粒。蛋白石、硅藻土则是无定形二氧化硅。
二氧化硅晶体中,硅原子位于正四面体的中心,四个氧原子位于正四面体的四个顶角上,许多个这样的四面体又通过顶角的氧原子相连,每个氧原子为两个四面体共有,即每个氧原子与两个硅原子相结合。二氧化硅的最简式是SiO2,但SiO2不代表一个简单分子(仅表示二氧化硅晶体中硅和氧的原子个数之比)。纯净的天然二氧化硅晶体,是一种坚硬、脆性、不溶的无色透明的固体。
化学性质比较稳定。不跟水反应。是酸性氧化物,不跟一般酸反应。氢氟酸跟二氧化硅反应生成气态四氟化硅。跟热的浓强碱溶液或熔化的碱反应生成硅酸盐和水。跟多种金属氧化物在高温下反应生成硅酸盐。晶态二氧化硅物理性质是,密度为22g/cm3,熔点为1723℃,沸点为2230℃,折射率为16,受热时的变化:与强碱在加热时熔化,生成硅酸盐溶解度为不溶于水,能与HF作用生成气态SiF4。
二氧化硅是制造玻璃、石英玻璃、水玻璃、光导纤维、电子工业的重要部件、光学仪器、工艺品和耐火材料的原料,是科学研究的重要材料。除此之外,二氧化硅还可以作为润滑剂,是一种优良的流动促进剂,主要作为润滑剂、抗黏剂、助流剂。特别适宜油类、浸膏类药物的制粒,制成的颗粒具有很好的流动性和可压性。还可以在直接压片中用作助流剂。作为崩解剂可大大改善颗粒流动性,提高松密度,使制得的片剂硬度增加,缩短崩解时限,提高药物溶出速度。
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