國儀量子技術(shù)(合肥)股份有限公司
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二 氧 化 硅
二氧化硅
性質(zhì):SiO2又稱硅石。在自然界分布很廣,如石英、石英砂等。白色或無色,含鐵量較高的是淡黃色。密度2.2 ~2.66.熔點1670℃(鱗石英);1710℃(方石英)。沸點2230℃。不溶于水微溶于酸,微粒時能與熔融和堿類起作用。用于制玻璃、水玻璃、陶器、搪瓷、耐火材料、硅鐵、型砂、單質(zhì)硅等。
silicon dioxide
CAS號:7631-86-9分子形狀:四方晶系
摩爾質(zhì)量:60.1 g mol-1
化學式SiO2,式量60.08。也叫硅石,是一種堅硬難溶的固體。它常以石英、鱗石英、方石英三種變體出現(xiàn)。從地面往下16千米幾乎65%為二氧化硅的礦石。天然的二氧化硅分為晶態(tài)和無定形兩大類,晶態(tài)二氧化硅主要存在于石英礦中。純石英為無色晶體,大而透明的棱柱狀石英為水晶。二氧化硅是硅原子跟四個氧原子形成的四面體結(jié)構(gòu)的原子晶體,整個晶體又可以看作是一個巨大分子,SiO2是最簡式,并不表示單個分子。密度2.32g/cm3,熔點1723±5℃,沸點2230℃。無定形二氧化硅為白色固體或粉末。化學性質(zhì)很穩(wěn)定。不溶于水也不跟水反應。是酸性氧化物,不跟一般酸反應。氣態(tài)氟化氫或氫氟酸跟二氧化硅反應生成氣態(tài)四氟化硅。跟熱的強堿溶液或熔化的堿反應生成硅酸鹽和水。跟多種金屬氧化物在高溫下反應生成硅酸鹽。用于制造石英玻璃、光學儀器、化學器皿、普通玻璃、耐火材料、光導纖維,陶瓷等。二氧化硅的性質(zhì)不活潑,它不與除氟、氟化氫和氫氟酸以外的鹵素、鹵化氫和氫鹵素以及硫酸、硝酸、高氯酸作用。氟化氫(氫氟酸)是唯一可使二氧化硅溶解的酸,生成易溶于水的氟硅酸:測其二氧化硅的比表面積。則使用全自動BET比表面積測試儀F-Sorb 2400。
SiO2 + 4HF = SiF4↑ + 2H2O
二氧化硅與堿性氧化物
SiO2 + CaO =(高溫) CaSiO3
二氧化硅能溶于濃熱的強堿溶液:
SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O
(盛堿的試劑瓶不能用玻璃塞而用橡膠塞)
在高溫下,二氧化硅能被碳、鎂、鋁還原:
SiO2+2C=Si+2CO↑
二氧化硅結(jié)構(gòu)
在大多數(shù)微電子工藝感興趣的溫度范圍內(nèi),二氧化硅的結(jié)晶率低到可以被忽略。盡管熔融石英不是長范圍有序,但她卻表現(xiàn)出短的有序結(jié)構(gòu),它的結(jié)構(gòu)可認為是4個氧原子位于三角形多面的腳上。多面體中心是一個硅原子。這樣,每4個氧原子近似共價鍵合到硅原子,滿足了硅的化合價外殼。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(jié)果就成了稱為石英的規(guī)則的晶體結(jié)構(gòu)。在熔融石英中,某些氧原子,成為氧橋位,與兩個硅原子鍵合。某些氧原子沒有氧橋,只和一個硅原子鍵合。可以認為熱生長二氧化硅主要是由人以方向的多面體網(wǎng)絡組成的。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。干氧氧化層的有氧橋與無氧橋的比率遠大于濕氧氧化層。因此,可以認為,SiO2與其說是原子晶體,卻更近似于離子晶體。氧原子與硅原子之間的價鍵向離子鍵過渡。
二氧化硅是制造玻璃、石英玻璃、水玻璃、光導纖維和耐火材料的原料。
當二氧化硅結(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(a-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(b-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。
應用領域用途
玻璃
平板玻璃、浮法玻璃、玻璃制品(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,窯爐用高硅磚、普通硅磚以及碳化硅等的原料
冶金
硅金屬、硅鐵合金和硅鋁合金等的原料或添加劑、熔劑
建筑
混凝土、膠凝材料、筑路材料、人造大理石、水泥物理性能檢驗材料(即水泥標準砂)等
化工
硅化合物和水玻璃等的原料,硫酸塔的填充物,無定形二氧化硅微粉
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
高純度金屬硅、通訊用光纖等
橡膠、塑料
填料(可提高耐磨性)
涂料
填料(可提高涂料的耐候性)
二氧化硅粉塵的危害
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(全自動F-Sorb 2400比表面積儀BET方法測試),可以懸浮在空氣中,如果人長期吸入含有二氧化硅的粉塵,就會患硅肺病(因硅舊稱為矽,硅肺舊稱為矽肺)。二氧化硅比表面積研究是非常重要的,二氧化硅的比表面積檢測數(shù)據(jù)只有采用BET方法檢測出來的結(jié)果才是真實可靠的,國內(nèi)有很多儀器只能做直接對比法的檢測,現(xiàn)在國內(nèi)已經(jīng)被淘汰了。目前國內(nèi)外比表面積測試統(tǒng)一采用多點BET法,國內(nèi)外制定出來的比表面積測定標準都是以BET測試方法為基礎的,請參看我國國家標準(GB/T 19587-2004)-氣體吸附BET原理測定固態(tài)物質(zhì)比表面積的方法。比表面積檢測其實是比較耗費時間的工作,由于樣品吸附能力的不同,有些樣品的測試可能需要耗費一整天的時間,如果測試過程沒有實現(xiàn)完全自動化,那測試人員就時刻都不能離開,并且要高度集中,觀察儀表盤,操控旋鈕,稍不留神就會導致測試過程的失敗,這會浪費測試人員很多的寶貴時間。國內(nèi)幾家生產(chǎn)比表面積測定儀廠商中,只有北京金埃譜科技有限公司的F-Sorb 2400比表面積測試儀是真正能夠?qū)崿F(xiàn)BET法檢測功能的儀器(兼?zhèn)渲苯訉Ρ确ǎ匾?/span>北京金埃譜科技有限公司的F-Sorb 2400比表面積測試儀是迄今為止國內(nèi)唯一完全自動化智能化的比表面積檢測設備,其測試結(jié)果與國際一致性很高,穩(wěn)定性也很好,同時減少人為誤差,提高測試結(jié)果精確性。
硅肺是一種職業(yè)病,它的發(fā)生及嚴重程度,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,因采取嚴格的勞動保護措施,采用多種技術(shù)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。
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