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1、经济管理学院材料科学进展课程设计学号：2010091121姓名： 刘洪岩专业;经济学任课教师：刘二宝2011年 10 月 20 日二氧化硅的简介作者：刘洪岩单位：经济管理学院摘要：SiO2又称硅石。在自然界分布很广，如石英、石英砂等。白色或无色，含铁量较高的是淡黄色。密 度2.22.66.熔点1670C（鳞石英）；1710C（方石英）。沸点2230C，相对介电常数为3.9。不溶于 水微溶于酸，呈颗粒状态时能和熔融碱类起作用。用于制玻璃、水玻璃、陶器、搪瓷、耐火材料、硅铁、 型砂、单质硅等。关键词：性能制作工艺应用领域一 性能（1）物理性质化学式SiO2，式量60.08。也叫硅石，是一种坚硬难溶
2、的固体。它常以石英、鳞 石英、方石英三种变体出现。从地面往下16千米几乎65%为二氧化硅的矿石。天然的二氧化硅分为晶态和无定形两大类，晶态二氧化硅主要存在于石英矿中。 纯石英为无色晶体，大而透明的棱柱状石英为水晶。二氧化硅是硅原子跟四个氧 原子形成的四面体结构的原子晶体，整个晶体又可以看作是一个巨大分子，SiO2 是最简式，并不表示单个分子。密度2.32g/cm3,熔点17235C,沸点2230C。 无定形二氧化硅为白色固体或粉末。二氧化硅又称硅石，化学式SiO2。自然 界中存在有结晶二氧化硅和无定形二氧化硅两种。结晶二氧化硅因 晶体结，大而透明棱柱状的石英叫 水晶。若含有微量杂质的水晶带有不
3、同颜色， 有紫水晶、茶晶、墨晶等。普通的砂是细小的 石英晶体，有黄砂（较多的铁 杂质）和白砂（杂质少、较纯净）。二氧化硅晶体中，硅原子的4个价电子与 2个氧原子形成4个共价键，硅原子位于正四面体的中心，4个氧原子位于 正四面体的4个顶角上，整个晶体是一个巨型分子，SiO2是表示组成的最 简式不表示单个二氧化硅分子，仅是表示二氧化硅晶体中硅和氧的原子个数之比。SiO2中SiO键的键能很高，熔点、沸点较高（熔点1723C，沸 点2230C）。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，吸附性英、鳞 石英和方石英三种。纯石英为无色晶体
4、强（2）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 素以及硫酸、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：SiO2 + 4HF = SiF4t + 2H2O 二氧化硅能溶于浓热的强碱溶液：SiO2 2NaOH = Na2SiO3
5、H2O 在高温下，二氧化硅能被碳、镁、铝还原：SiO2 + 2C=Si + 2COf酸性氧化物、硅酸的酸酐。化学性质很稳定。不溶于水也不跟水反应, 不跟一般的酸起作用。能与氟化氢 气体或氢氟酸反应生成四氟化硅气体。 SiO2+4HF SiF4f+2H20有酸性氧化物的其它通性，高温下能与碱（强碱溶液 或熔化的碱）反应生成盐和水。常温下强碱溶液与 SiO2 缓慢地作用生成相 应的硅酸盐。强碱溶液能腐蚀玻璃，故贮存强碱溶液的玻璃瓶不能用磨口玻璃塞，若采用玻璃塞（玻璃中含SiO2），会生成有粘性的硅酸钠，将玻璃 瓶塞和瓶口粘结在一起。玻璃瓶内不能久放浓碱液。高温下二氧化硅与碱 性氧化物或某些金属的
6、碳酸盐共熔，生成硅酸盐。SiO2+CaO CaSiO3（炼铁 造渣）将此高温下熔融状态的硅酸钠降温、冷却，可得石英玻璃，它有良好 的透过紫处线性能，可作水银灯罩、耐高温的 化学仪器、石英坩埚和光学 仪器等。来源多由岩浆 热液形成的或沉积形成。二 制备工艺制备白炭黑的传统方法是利用硅酸钠、四氯化硅、正硅酸乙酯做硅源，除 硅酸钠以外，其它成本都很高。新方法采用廉价的 非金属矿作为硅源，大 大降低了白炭黑的生产成本。传统方法（1）气相法主要为化学气相沉积（CAV ）法，又称热解法、干法或燃烧法。其原料 一般为四氯化硅、氧气（或空气）和 氢气，高温下反应而成。反应式为:SiCl4+ 2H2+ 02Si
7、02+4HCl空气和氢气分别经过加压、分离、冷却脱水、硅胶干燥、除尘过滤后送入合成水解炉。将四氯化硅原料送至精馏塔精馏后，在蒸发器中加热蒸 发，并以干燥、过滤后的空气为载体，送至合成水解炉。四氯化硅在高温 下气化（火焰温度10001800C）后，与一定量的氢和氧（或空气）在1800C 左右的高温下进行气相水解；此时生成的气相二氧化硅颗粒极细，与气体 形成气溶胶，不易捕集，故使其先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，用含氮空气吹洗气相二氧化硅至PH值为4 6即为成品。德国迪高沙（Degussa ）公司和美国卡伯特（Cabot ）公司的气相法生 产技术全球领先。他们的生
8、产装置规模大，自动化程度高，产品成本低， 牌号（尤其是应用于特殊领域的功能性专用产品牌号）多，品质好，如表 面积分布均匀、含水量低。我国沈阳化工股份有限公司及上海氯碱化工股份有限公司也采用气相法生产，但在生产规模、生产技术、自动化程度及 产品牌号等方面远不及国外大公司。广州吉必盛科技实业有限公司是目前 国内产量最大，牌号最全，技术最先进的气相二氧化硅供应商，是气相二 氧化硅国家标准GB20020-2005负责起草单位。（2）沉淀法沉淀法又叫硅酸钠酸化法，采用水玻璃溶液与酸反应，经沉淀、过滤、 洗涤、干燥和煅烧而得到白炭黑。反应式为：Na2SiO3 + 2H+ 白炭黑 + 2Na+ + H20国
9、内大部分生产企业采用沉淀法。新方法新方法主要以非金属矿及其延伸物为硅源，采用沉淀法制备白炭黑。 其技术关键是将结晶的二氧化硅和硅酸盐转变成非晶态二氧化硅。原料主 要有硅灰石、蛋白石、埃洛石、橄榄石、蛇蚊石、 咼岭土、硬质咼岭土、 煤矸石、粉煤灰等。着重介绍以高岭土或硬质高岭土、煤矸石或粉煤灰为原料制备白炭黑 的工艺技术。（1）以咼岭土或硬质咼岭土为原料先将高岭土或硬质高岭土粉碎至5060目，然后在500600C高温下 焙烧2小时，再将焙烧土与浓度30%的工业盐酸按1： 2.5 （重量）配料， 在90C左右酸浸7小时，经中和、过滤、洗涤、干燥得到白炭黑，产品质 量符合GB10507-89标准；同
10、时得到高效净水剂聚合氯化铝。焙烧及酸浸反 应式如下：焙烧：A1203 2SiO2 2H20 A12O3 2SiO2 + 2H20酸浸：A1203 2SiO2 + 6HC1 + 9H20 2AlCl3 6H20 + 2SiO2（2）以煤矸石或粉煤灰为原料先将煤矸石或粉煤灰粉碎至粒度小于 120目，然后分两步：第一步生产硅酸钠：将粉碎的煤矸石或粉煤灰与 纯碱按重量比1: 50 混合均匀，经高温冶融（14001500C, 1小时）、水萃浸溶（100C以上， 45小时）、过滤去杂质、浓缩滤液到 4546波美度即得到硅酸钠。第二步生产白炭黑：先将硅酸钠配成水玻璃溶液（模数为2.43.6,SiO2 含量为
11、410% ），然后在520%的硫酸中酸浸（2832C, 816小时），再升 温至80C，搅拌，调节PH值为57，熟化20分钟，再经过滤洗涤、干燥、 分选，得到白炭黑。该白炭黑为活性，纯度高。产能国内以沉淀法白炭黑为主，于1958年实现沉淀法白炭黑的工业化生 产，但产量小，发展较慢。1987年产量还仅有2687吨；1990年突破万吨 达到1.06万吨；1994年增长至2.81万吨，比1987年增长9.4倍；1997 年我国白炭黑产量达到了 8万吨左右；2004年上升到近30万吨。可见近十 几年来我国白炭黑产量是突飞猛进。国内白炭黑的生产分布比较广泛，一共有十几个省市生产，其中产量 较大的是福建、
12、山东、江苏、江西等省。目前国内一共有几十家白炭黑生 产企业，总产能在40万吨/年左右。其中规模较大的沉淀法白炭黑生产企 业有福建南平嘉联化工有限公司、上海九琛精细化工有限公司、株洲兴隆化工实业有限公司、罗地亚白炭黑（青岛）有限公司、无锡确成硅化学有 限公司，滕州辛绪化工有限公司等。气相法白炭黑方面，广州吉必盛科技 实业有限公司产能达到6000吨/年，是国内最大的气相二氧化硅供应商。由于看好白炭黑市场前景，目前国内一些企业正在建设或计划建设白炭黑项目，有改扩建，也有新建。如上海九琛精细化工有限公司、濮阳市光璞石化公司、湖北兴发集团等。三应用领域二氧化硅的用途很广。自然界里比较稀少的水晶可用以制造
13、电子工业的重要 部件、光学仪器和工艺品。二氧化硅是制造光导纤维的重要原料。一般较纯净的 石英，可用来制造石英玻璃。石英玻璃膨胀系数很小，相当于普通玻璃的 1/18， 能经受温度的剧变，耐酸性能好（除HF外），因此，石英玻璃常用来制造耐高 温的化学仪器。石英砂常用作玻璃原料和建筑材料。从硅石获得消光剂的方法很多，根据其制造工艺主要可以分为两类。一类是热 液法制造，生产的二氧化硅形态相对较为松软。用硅胶制造的产品质地则较硬。 经过处理后的两类产品均可制成标准的二氧化硅消光剂。处理过程是指使用有机 （石蜡）或无机材料对二氧化硅表面进行一定程度的改性。与硅胶消光剂相比，处 理过的二氧化硅拥有不同的粒径
14、、粒径分布和孔隙体积。热液法消光剂在粒径和 分布方面也不同。未处理与处理过的产品也有所不同。目前只有一种消光剂适应 于特殊场合，该消光剂采用热解法制造，拥有很强的消光效率，且特别适用于水 基涂料体系。二氧化硅的消光效果相对较强，浓度较高时可能导致粘度升高。储存过程中有沉淀的趋势，特别是未经处理的二氧化硅。为了避免积聚，我们可以 使用石蜡或热解法二氧化硅。该消光剂能够调节 45、60和85方位的消光 度。添加了二氧化硅消光剂的涂料可以进行罩涂。所有这些都是stir-in产 品。合成的硅酸铝能部分替代二氧化钛做为一种高质量增量剂使用，可应用于乳 液底漆。该产物在干燥的乳液漆膜中能表现出均衡的消光效果。在长油醇酸树脂 体系中可做为消光剂使用，但必须与颜料和填料一起进行分散。除了在粉末涂料 系统中，二氧化硅消光剂可应用于所有的涂料。自然界里比较稀少的水晶可用以 制造电子工业的重要 部件、光学仪器和工艺品。 二氧化硅是制造光导纤维的重 要原料。 一般较纯净的石英，可用来制造石英玻璃。石英玻璃膨胀系数很小， 相当于 普通玻璃的 1/18，能经受温度的剧变，耐酸性能好（除 HF 外），此石 英玻璃 常用来制造耐高温的化学仪器。 石英砂常用作玻璃原料和建筑材料。 参考文献：百度文库 有色金属
