二氧化硅

二氧化硅是只含有氧和硅两种元素的化合物，化学式SiO2，俗名硅石，是硅的最普遍、最稳定的化合物。它广泛分布于自然界中，构成了各种矿物和岩石。硅石以晶体和无定形两种状态存在，晶体的硅石最重要的是石英。纯石英是无色的，常见的砂子是混有杂质的硅石。自然界还有无定形的硅，叫做硅藻土，常用做甘油炸药(硝化甘油) 的吸附体。晶态二氧化硅的硬度都很高，如石英莫式硬度为7; 无定形的硅硬度较低，其中较硬的蛋白石为5.5～6.5。

二氧化硅的化学性质非常稳定，不溶于水也不溶于一般的酸，但能与氢氟酸作用生成四氟化硅气体。二氧化硅和强碱或某些金属的碳酸盐在高温下共熔时会生成硅酸盐，把它在高温状态下熔化，然后让熔液冷却，随着温度降低，这时熔液变得越来越粘稠，最后变硬，得到石英玻璃。用石英玻璃制的容器，骤冷骤热都不易破裂。石英玻璃又能透过紫外线，因此，石英玻璃被用来制造汞蒸气紫外线灯及某些用紫外线的光学仪器和高温仪器。硅藻土则用做绝热、隔音的材料。普通的砂子是制造玻璃、陶瓷、水泥和耐火材料等的原料。每100毫升水中的溶解克数:
1.2×10-2/20℃准确称取预经105℃干燥2h后的试样约1g，放入一已称重的铂坩埚中，按灼烧失重(GT-20)的方法灼烧后，放入干燥器冷却，称重。得灼烧试样重量(W₁)。用3～4滴乙醇湿润残渣，加2滴硫酸，再加足够量的氢氟酸以盖住湿渣。在加热板上用95～105℃蒸发至干，然后加氢氟酸5ml，小心地转动坩埚，以洗下附着于边壁的物料，再蒸发至干。在煤气灯上将干燥残渣灼烧至红热，放入干燥器冷却，称重，得残渣重量(W₂)。灼烧试样与残渣的重量差(W₁- W₂)，即为灼烧试样中SiO ₂的重量。LC inhalation in rat: > 200gm/m3/1HFAO/WHO(1984)：奶粉、可可粉、加糖可可粉、食用油脂、可可脂10mg/kg；奶油粉lg/kg；涂敷用蔗糖粉和葡萄糖粉、汤粉、汤块15g/kg。
FDA，§172.480(1994)：作为抗结剂限量2%。
EEC(1990)：用于啤酒为2g/L。
GB 276011996(g/kg)：蛋粉、奶粉、可可矽、可可脂、糖粉、植脂性粉末、速溶咖啡、粉状汤料，15；粉末香料80；固体饮料0.2；粮食1.2。硬玻璃状透明或半透明颗粒，平均粒度5mm左右。具有多孔、大比表面积等特性。在较低相对湿度下，对水蒸气有强的吸附作用。对介质中的某些有害物质有选择吸附性，因呈球形，表面光滑而机械强度高，不易破碎，阻力小。不溶于水和无机酸(氢氟酸除外)，溶于苛性碱溶液。防潮吸附剂。用于食品的防潮；工业发酵过程中吸附发酵品中的高分子蛋白质；各种工业气体(CO₂、H₂、O₂等)的干燥和净化剂。作抗结剂，我国规定可用于作粉末香精，最大使用量为80g/kg；也可用于奶粉、可可粉、蛋粉、植脂性粉末和速溶咖啡等，最大使用量15.0g/kg。用于显像管、投影管、视波管等玻璃平面与荧光粉之间的粘结。白炭黑约70%用作天然橡胶和合成橡胶的补强填料，其它用于合成树脂的填料、油墨增稠剂、涂料中颜料的防沉淀剂、消光剂、车辆及金属软质抛光剂以及乳化剂中的防沉降剂。还可用作农药载体和轻量新闻纸的填料。由于白炭黑电绝缘性好、生热低、制品颜色浅和不污染等优点，也广泛用于胶管、胶带、耐热垫片、胶辊和医疗制品中。用作彩电电缆、电线套管、橡胶透明底的填料。还用作增稠剂、触变剂、抗沉淀剂、消光剂，塑料开口剂，液体药物吸附剂，化妆品及造纸填料。二氧化硅是制造玻璃的主要原料。仅由二氧化硅一种原料制造的玻璃叫石英玻璃，具有耐高温和透过紫外线等特性。二氧化硅也是制造光导纤维的重要原料。大量的二氧化硅用作橡胶的补强剂、防止塑料薄膜粘结的开口剂、颜料的防沉降剂、涂料的消光剂、黏度调节剂、医药的赋形剂、催化剂载体及用于化妆品等。制备二氧化硅分干式法、湿式法、气相法和硝酸法四种。
1. 干式法：在铁硅合金中通入氯化氢制成四氯化硅，然后在氢、氧焰中加热分解而得。
2. 湿法：硅酸钠与硫酸或盐酸反应，并凝固成硅胶，再经水洗、干燥、粉碎得产品。
Na2O·xSiO2+H2SO4→xSiO2+Na2SO4+H2O
3. 气相法：在铁硅合金中通人氯化氢制成四氯化硅，然后在氢、氧火焰(1000℃以上)中水解而得；
SiCl4+2H2O→SiO2+4HCl
生成的二氧化硅颗粒极细，与空气形成气溶胶。在聚集器中聚集成较大颗粒，然后经旋风分离器收集，再送入脱酸炉，用含氨空气吹洗气相二氧化硅至Ph值4～6即为成品。
4. 硝酸法：水玻璃溶液和硝酸反应生成二氧化硅，经漂洗、酸洗、去离子水漂洗、脱水制得电子级二氧化硅。
Na2O.mSiO2+HNO3→SiO2.Nh2o+NaNO3盐酸分解法。
Na2O·xSiO2+HCl+H2O→SiO2·nH2O+NaCl
操作方法：先将相对密度为1.100的水玻璃溶液（其中Na2O与SiO2质量比在1:2.4～1:3.4，浓度在4%～10%为宜）和相对密度为1.060的氯化钠水溶液进行盐析，再用31%的盐酸（也可用硫酸，则称硫酸分解法）分解，控制pH=6～9.5，沉淀出微粒硅胶，经水漂洗、脱水、干燥、粉碎、过筛，制得沉淀二氧化硅。
炭化法。由硅砂与纯碱高温熔融，将熔融物溶解，通入二氧化碳气（含CO2 30%～35%）进行碳化中和6～8h，用水洗涤，加入硫酸调节至pH值为6～8进行第二次洗涤，脱水，干燥至含水量≤6%，粉碎于200～350目得沉淀二氧化硅成品。
稻壳法。将稻壳在严格控制温度的条件下炭化，以除去稻壳中的有机物，并使稻壳中的水合二氧化硅不被破坏。炭化后的稻壳在一定浓度的碳酸钠水溶液中，在常压一定温度下溶煮，使炭化后稻壳中水合二氧化硅溶出，溶出率可达90%，溶出的水合二氧化硅经过滤，洗涤，喷雾干燥，得到沉淀二氧化硅成品。
燃烧法将净化后的四氯化硅、氢气与空气的均匀混合气体送人燃烧室，在1000：左右由于氢气在空气中燃烧产生的水使四氯化硅高温水解而生成二氧化硅，将含气溶胶状二氧化硅的燃烧气送入冷凝室，二氧化硅凝集成粒子，经旋风分离器分离，尾气经水洗排放，得到的二氧化硅经氨或干空气脱酸制得气相二氧化硅。其
SiCl4+2H2+O2[燃烧]→SiO2+4HCl