硅石

硅石（Silicon   rock）是脉石英、石英岩、燧石和应时砂岩统称。它的主要化学成分是二氧化硅，一般含铁、铝、铬和钛的氧化物等杂质是地球上最常见的矿物之一并且可以在许多岩石和土壤中找到。可用做玻璃原料、冶金溶剂、石料和制造硅质耐火材料等。

硅石（不含风化的应时砂岩）是用于冶金熔剂、耐火材料、生产工业硅的主要原料等。由于其硬度高，加工成本高，除了硅资源稀缺的地区，玻璃生产中很少使用原料。工业硅作为现代新能源和高新技术产业的重要原材料，被大规模广泛应用、超大规模集成电路、光纤、太阳能电池、激光、航天、军事等行业成为信息时代的基本支柱。二氧化硅是影响国家发展战略的重要矿产资源。

2022年全球硅产量排名前五的国家是：中国、俄罗斯、巴西、挪威和美国。

硅石的历史可以追溯到古代文明早期人类已经发现了含有硅的石头，并将它们用于工艺品和装饰。在古埃及文明中，硅石的使用可以追溯到公元前3000年左右。古埃及人发现了应时，并用它来制作珠宝、雕塑和装饰品。他们还用砂岩制造玻璃，这是早期玻璃制造的一个重要里程碑。在古希腊和古罗马文明中，硅石的应用也得到了发展。古希腊人将水晶和应时作为宝石，认为它们具有神圣的力量。古罗马人用应时和玻璃制作珠宝、容器和建筑材料。

在中世纪和文艺复兴时期，玻璃技术得到了进一步发展，并传播到整个欧洲。玻璃已经成为建筑和艺术领域的重要材料。

1819世纪，工业革命的推动使得二氧化硅的应用更加广泛。19世纪20年代，一位名叫Jons Berzelius的瑞典化学家在实验室里设法从含硅化合物中提纯出硅，为现代硅工业的发展奠定了基础。19世纪中叶，科学家发现了二氧化硅在化学工业中的重要性。

20世纪以来，随着科学技术的进步和工业的发展，二氧化硅的应用领域不断扩大，特别是电子工业和半导体工业的兴起，使得二氧化硅成为制造集成电路和电子器件的关键材料。

化学组成

二氧化硅主要由硅和氧两种元素组成它的化学成分是二氧化硅，化学式为SiO2，是硅和氧的化合物硅石是一种氧化物矿物。

硅石

物理性质

二氧化硅的硬度相对较高，其硬度为7（根据莫氏硬度标度），是自然界常见的高硬度矿物之一。因此，二氧化硅被广泛用于研磨和抛光。硅石的密度通常为2.2至2.65克/立方厘米之间，具体数值取决于其形态和结构。应时的熔点大约是1720摄氏度。二氧化硅的颜色取决于杂质含量，常见的颜色有无色、灰褐色、黑色、和粉红色等几种。

结晶形态

二氧化硅可以以多种晶体形式存在，其中最常见的是应时。应时具有六角形结构，但二氧化硅也可以是无定形的（无定形）存在，如玻璃砂。其他形式包括晶体、紫水晶、玛瑙等。二氧化硅的晶体结构由硅氧四面体组成，硅原子和四个氧原子形成稳定的结构。根据晶体形态的不同，自然界中有三种不同形态的结晶二氧化硅：α石英、鳞石英和方应时，这些不同形态的硅石有两种变体高温型和低温型。因此，结晶二氧化硅实际上有六种不同的晶体形式（下面的图片只显示了四种不同的晶体形式）

耐火材料工业中使用的二氧化硅可分为结晶二氧化硅（再结晶石英岩）和胶结硅石（胶结石英岩）

结晶硅石

是由硅质砂岩（石英砂岩）变质岩是通过变质作用重结晶而得到的。硅质砂岩中的硅质胶结物在地质条件的作用下，在原应时颗粒表面重结晶，成为应时颗粒的放大部分。因此，其组织结构的特点是：它由结晶的应时颗粒组成，应时颗粒之间没有胶结物或非常少（3%~8%由于变质过程中的重结晶作用，应时颗粒紧密连接在一起，形成各种变质构造，如锯齿构造，这是原生硅质砂岩中所没有的、花岗岩结构和镶嵌结构等。

胶结硅石

应时颗粒由硅质胶结物组成胶体结构主要为隐晶次生应时，胶结物含量通常占30左右%~75%结合二氧化硅中的应时颗粒结晶小，杂质多，受热易转化。

二氧化硅在世界上分布广泛，主要集中在美国、中国、俄罗斯、法国、挪威、哈萨克斯坦、冰岛、马来西亚、巴西、不丹。比如美国加州、科罗拉多州、亚利桑那州、德克萨斯和其他地区生产大量的硅石，包括应时、水晶等。俄罗斯 乌拉尔山脉、西伯利亚和远东也有丰富的硅石资源。巴西米纳斯吉拉斯、巴拉圭和巴伊亚出产大量硅石，包括高质量的应时和水晶。中国硅石资源主要分布在云南、江西、安徽、河南甘肃两省。中国大部分地区二氧化硅产品用于工业和建筑材料。

目前硅矿开采的主流技术是用小型钻机钻孔，采用深孔多排微差爆破法。其中，较大的矿石进行破碎，合适的粒度装车运输到筛分场进行破碎筛分，直至得到合适的硅矿石。

冶炼提纯

硅石通常与木炭或其他含碳材料如煤一起熔炼、焦油等还原石英砂得到质量分数为98%~99%，称为冶金级硅。冶金级硅又称粗硅或硅铁，主要含铁、铝、碳、硼、磷、铜和其他杂质，这种纯度的硅用于冶金工业。高温下二氧化硅的化学反应（1600~1800℃）碳被还原得到单质硅和一氧化碳气体，具体反应式如下：

粗硅的提纯是一系列物理和化学过程。由于硅不溶于酸，粗硅的初步提纯一般采用酸洗的方法，先去除高铁含量、铝等金属杂质；进一步提纯一般采用蒸馏法，蒸馏法只能提纯液体混合物，因此需要将酸洗后的硅转化为液体硅化物，再将提纯后的液体硅化物还原，从而获得电子级高纯多晶硅。

玻璃制造：制备玻璃的重要原料之一是二氧化硅玻璃是一种透明的无定形二氧化硅材料、耐热、耐腐蚀等特点，被广泛应用于建筑中、家具、封装和光学器件等领域。

电子和半导体工业：二氧化硅是制备硅的主要原料，硅是电子和半导体工业的关键材料。硅被用来制造集成电路、太阳能电池、半导体器件是现代电子产品的基础。

珠宝和装饰品：应时和其他二氧化硅形式广泛用于生产珠宝和装饰品。它们被用来制作珠宝、摆件、吊坠等。

建筑和建材：石英砂和砾石常用于建筑材料的制备。硅石可以用来制造混凝土、砂浆、砖和其他建筑材料用于道路建设和房屋建设。

耐火材料：二氧化硅可用于制备高温环境下保温隔热用耐火材料。

二氧化硅的应用范围很广，除了上述领域，二氧化硅还用于化妆品、橡胶和塑料添加剂、防火材料、纺织品和悬浮剂也可用作合金添加剂，提高金属的机械性能和耐腐蚀性。硅石是一种广泛使用的矿物，具有重要的工业和商业价值。二氧化硅的广泛应用在现代工业和日常生活中起着重要的作用。

硅矿的开采会破坏地表植被，造成水土流失，影响土地的肥力和利用价值。同时，硅矿的开采会产生大量的废弃物，如尾矿、废渣、废水等，如果不进行有效的处理和处置，将会污染周围的水源、土壤和空气对人类和动物健康有害。硅矿石的开采还会改变地形地貌，降低区域的生态服务功能和美学价值，影响生物多样性和景观资源。

硅矿冶炼是高能耗生产，会消耗大量的电力和煤炭，造成能源浪费和温室气体排放；硅矿冶炼过程中会产生大量粉尘、废水、废渣等固体废物，如果不进行有效收集、处理和利用会影响土壤、水和空气造成污染；硅矿冶炼过程中会产生二氧化硫等有毒有害气体、氯化氢、氢氟酸等，也对人类健康和生态环境有害。