中國粉體網(wǎng)訊  提及硅，你會想到什么？石英？手表？玻璃？光伏？半導(dǎo)體？“硅”是什么？它與二氧化硅、石英又有何關(guān)系？

硅：自然界中分布很廣的一種元素

硅，英語Silicon、中國大陸譯為硅〔ɡuī〕、臺港澳譯為矽〔xī〕，是一種化學(xué)元素，其化學(xué)符號為Si，原子序數(shù)為14，原子量為28.085u。

硅是元素周期表上第三周期IVA族的非金屬元素

硅是地殼中第二豐富的元素，僅次于氧，其豐度值為27.72%。

地殼中的元素豐度

硅以元素型態(tài)分布在地殼是非常罕見的，它常以二氧化硅（Silicon dioxide）或硅酸鹽（Silicates）等多樣的形式分布于土壤和巖石中。

二氧化硅

SiO₂在地殼中所占的質(zhì)量分數(shù)高達60%-65%。SiO₂存在形態(tài)有結(jié)晶形和無定形兩大類，統(tǒng)稱硅石。

二氧化硅天然礦物通常包括結(jié)晶態(tài)二氧化硅礦物石英、脈石英、粉石英和無定形礦物硅藻土。

二氧化硅晶體結(jié)構(gòu)是SiO₄（硅-氧四面體）的連續(xù)框架，其中每個氧在兩個四面體之間共享，得到SiO₂的總化學(xué)式。

二氧化硅晶體結(jié)構(gòu)示意圖

此外，二氧化硅不僅包括天然礦物，也包括各種合成產(chǎn)品。合成產(chǎn)品主要是白炭黑（無定形二氧化硅），包括氣相白炭黑（氣相二氧化硅）、沉淀白炭黑（沉淀二氧化硅）。

硅酸鹽

由硅、氧、金屬元素等元素組成的化合物的總稱。大多數(shù)硅酸鹽都難溶于水，少數(shù)可溶，最常見的可溶的硅酸鹽是：Na₂SiO₃，俗稱水玻璃、泡花堿。

硅酸鹽組成表示：活潑金屬氧化物-較活潑金屬氧化物-二氧化硅-水。高嶺石Al(Si₂O₅)(OH)₄，鎂橄欖石Mg₂SiO₄，鈣沸石Ca(Al₂Si₃O₁₀)▪3H₂O，云母KAl₂(AlSi₃O₁₀)(OH)₂等都屬于硅酸鹽。

三大傳統(tǒng)硅酸鹽工業(yè)為：玻璃、陶瓷、水泥。

石英

地殼中二氧化硅主要以石英（Quartz）等礦物的形式存在，石英在地殼中分布是僅次于長石的礦物，占到地殼重量的12.6%。

石英依據(jù)形態(tài)分為結(jié)晶形的顯晶質(zhì)石英和隱晶質(zhì)石英/微晶質(zhì)石英以及非晶質(zhì)石英三類。

石英（SiO₂）的不同形態(tài)

依自然結(jié)晶的晶體結(jié)構(gòu)不同，石英有三種同質(zhì)多晶變體，石英、鱗石英和方石英。又根據(jù)成礦溫度的高低分成，將這三種同質(zhì)多晶變體各自分成α和β兩組、共七個變體。高溫β石英生成溫度大于（573–870℃），屬六方晶系；低溫α石英生成溫度低于573℃，屬三方晶系。

石英的多晶轉(zhuǎn)變

此外，SiO₂還有多個人工合成變體，如柯石英(Coesite)、斯石英(Stishovite)、凱石英(Keqtite)和W-SiO₂(亦稱纖維二氧化硅)等。而我們常說、也常見的石英就是低溫α石英。

α石英（左）和β石英（右）的晶體結(jié)構(gòu)圖

目前能夠作為工業(yè)應(yīng)用的石英礦物資源主要有7種礦床工業(yè)類型: 天然水晶、石英砂巖、石英巖、脈石英、粉石英、天然石英砂和花崗巖石英。

硅-石英的應(yīng)用

從自然界的沙子到生活中的石英表，從晶瑩剔透的水晶瑪瑙到古樸典雅的陶瓷，從工業(yè)到科技，從原子到航天宇宙……這些都是以硅為中心的物質(zhì)�？梢哉f硅是自然界最全能的材料。

石英硅產(chǎn)業(yè)是硅時代最重要的產(chǎn)業(yè)之一，石英是硅時代最重要的礦物資源之一。

石英礦物原料工業(yè)應(yīng)用的一個顯著特點是同時存在三種形式：利用礦物晶體固有的物理和化學(xué)性質(zhì)，如3D打印砂、結(jié)晶硅微粉等；提供有用化學(xué)成分，是硅酸鹽材料的最基本原料；冶煉提取有用元素Si，目前是金屬硅及其提純加工產(chǎn)物多晶硅和單晶硅的唯一原料。

石英工業(yè)應(yīng)用的三種形態(tài)

工業(yè)上利用石英一般是把它們磨成各種規(guī)格的“石英砂”。石英砂按品質(zhì)可分為：普通石英砂、精制石英砂、高純石英砂、熔融石英砂及硅微粉等。

由硅礦石和碳質(zhì)還原劑在礦熱爐內(nèi)冶煉成的產(chǎn)品工業(yè)硅是硅產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)材料，是光伏、有機硅、合金等下游產(chǎn)業(yè)的核心原料。

含硅材料產(chǎn)業(yè)鏈流程圖

除了傳統(tǒng)玻璃、建材、鑄造、研磨、橡膠、油漆、電子、陶瓷等領(lǐng)域的應(yīng)用，國內(nèi)重點區(qū)域安徽、新疆等均在大力發(fā)展硅基新材料產(chǎn)業(yè)，如半導(dǎo)體材料、新型顯示材料、新能源材料等。

來源：安徽省“十四五”新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃

可以說，基于硅資源深加工的硅材料產(chǎn)業(yè)是全球性的朝陽產(chǎn)業(yè)和戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，發(fā)展勢頭迅猛。

參考資料：

汪靈.石英的礦床工業(yè)類型與應(yīng)用特點

汪靈.石英礦物學(xué)與物化性質(zhì)

RockLee.硅、二氧化硅和石英

百度文庫：無機非金屬材料的主角-硅

新疆科協(xié).硅：自然界最全能的材料

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/黑金）

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