硅石（Silicon   rock）是脈石英、石英巖、燧石和應(yīng)時砂巖統(tǒng)稱。它的主要化學(xué)成分是二氧化硅，一般含鐵、鋁、鉻和鈦的氧化物等雜質(zhì)是地球上最常見的礦物之一并且可以在許多巖石和土壤中找到。可用做玻璃原料、冶金溶劑、石料和制造硅質(zhì)耐火材料等。

硅石（不含風(fēng)化的應(yīng)時砂巖）是用于冶金熔劑、耐火材料、生產(chǎn)工業(yè)硅的主要原料等。由于其硬度高，加工成本高，除了硅資源稀缺的地區(qū)，玻璃生產(chǎn)中很少使用原料。工業(yè)硅作為現(xiàn)代新能源和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要原材料，被大規(guī)模廣泛應(yīng)用、超大規(guī)模集成電路、光纖、太陽能電池、激光、航天、軍事等行業(yè)成為信息時代的基本支柱。二氧化硅是影響國家發(fā)展戰(zhàn)略的重要礦產(chǎn)資源。

2022年全球硅產(chǎn)量排名前五的國家是：中國、俄羅斯、巴西、挪威和美國。

硅石的歷史可以追溯到古代文明早期人類已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了含有硅的石頭，并將它們用于工藝品和裝飾。在古埃及文明中，硅石的使用可以追溯到公元前3000年左右。古埃及人發(fā)現(xiàn)了應(yīng)時，并用它來制作珠寶、雕塑和裝飾品。他們還用砂巖制造玻璃，這是早期玻璃制造的一個重要里程碑。在古希臘和古羅馬文明中，硅石的應(yīng)用也得到了發(fā)展。古希臘人將水晶和應(yīng)時作為寶石，認(rèn)為它們具有神圣的力量。古羅馬人用應(yīng)時和玻璃制作珠寶、容器和建筑材料。

在中世紀(jì)和文藝復(fù)興時期，玻璃技術(shù)得到了進(jìn)一步發(fā)展，并傳播到整個歐洲。玻璃已經(jīng)成為建筑和藝術(shù)領(lǐng)域的重要材料。

1819世紀(jì)，工業(yè)革命的推動使得二氧化硅的應(yīng)用更加廣泛。19世紀(jì)20年代，一位名叫Jons Berzelius的瑞典化學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室里設(shè)法從含硅化合物中提純出硅，為現(xiàn)代硅工業(yè)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。19世紀(jì)中葉，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了二氧化硅在化學(xué)工業(yè)中的重要性。

20世紀(jì)以來，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和工業(yè)的發(fā)展，二氧化硅的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，特別是電子工業(yè)和半導(dǎo)體工業(yè)的興起，使得二氧化硅成為制造集成電路和電子器件的關(guān)鍵材料。

化學(xué)組成

二氧化硅主要由硅和氧兩種元素組成它的化學(xué)成分是二氧化硅，化學(xué)式為SiO2，是硅和氧的化合物硅石是一種氧化物礦物。

硅石

物理性質(zhì)

二氧化硅的硬度相對較高，其硬度為7（根據(jù)莫氏硬度標(biāo)度），是自然界常見的高硬度礦物之一。因此，二氧化硅被廣泛用于研磨和拋光。硅石的密度通常為2.2至2.65克/立方厘米之間，具體數(shù)值取決于其形態(tài)和結(jié)構(gòu)。應(yīng)時的熔點(diǎn)大約是1720攝氏度。二氧化硅的顏色取決于雜質(zhì)含量，常見的顏色有無色、灰褐色、黑色、和粉紅色等幾種。

結(jié)晶形態(tài)

二氧化硅可以以多種晶體形式存在，其中最常見的是應(yīng)時。應(yīng)時具有六角形結(jié)構(gòu)，但二氧化硅也可以是無定形的（無定形）存在，如玻璃砂。其他形式包括晶體、紫水晶、瑪瑙等。二氧化硅的晶體結(jié)構(gòu)由硅氧四面體組成，硅原子和四個氧原子形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。根據(jù)晶體形態(tài)的不同，自然界中有三種不同形態(tài)的結(jié)晶二氧化硅：α石英、鱗石英和方應(yīng)時，這些不同形態(tài)的硅石有兩種變體高溫型和低溫型。因此，結(jié)晶二氧化硅實(shí)際上有六種不同的晶體形式（下面的圖片只顯示了四種不同的晶體形式）

耐火材料工業(yè)中使用的二氧化硅可分為結(jié)晶二氧化硅（再結(jié)晶石英巖）和膠結(jié)硅石（膠結(jié)石英巖）

結(jié)晶硅石

是由硅質(zhì)砂巖（石英砂巖）變質(zhì)巖是通過變質(zhì)作用重結(jié)晶而得到的。硅質(zhì)砂巖中的硅質(zhì)膠結(jié)物在地質(zhì)條件的作用下，在原應(yīng)時顆粒表面重結(jié)晶，成為應(yīng)時顆粒的放大部分。因此，其組織結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是：它由結(jié)晶的應(yīng)時顆粒組成，應(yīng)時顆粒之間沒有膠結(jié)物或非常少（3%~8%由于變質(zhì)過程中的重結(jié)晶作用，應(yīng)時顆粒緊密連接在一起，形成各種變質(zhì)構(gòu)造，如鋸齒構(gòu)造，這是原生硅質(zhì)砂巖中所沒有的、花崗巖結(jié)構(gòu)和鑲嵌結(jié)構(gòu)等。

膠結(jié)硅石

應(yīng)時顆粒由硅質(zhì)膠結(jié)物組成膠體結(jié)構(gòu)主要為隱晶次生應(yīng)時，膠結(jié)物含量通常占30左右%~75%結(jié)合二氧化硅中的應(yīng)時顆粒結(jié)晶小，雜質(zhì)多，受熱易轉(zhuǎn)化。

二氧化硅在世界上分布廣泛，主要集中在美國、中國、俄羅斯、法國、挪威、哈薩克斯坦、冰島、馬來西亞、巴西、不丹。比如美國加州、科羅拉多州、亞利桑那州、德克薩斯和其他地區(qū)生產(chǎn)大量的硅石，包括應(yīng)時、水晶等。俄羅斯 烏拉爾山脈、西伯利亞和遠(yuǎn)東也有豐富的硅石資源。巴西米納斯吉拉斯、巴拉圭和巴伊亞出產(chǎn)大量硅石，包括高質(zhì)量的應(yīng)時和水晶。中國硅石資源主要分布在云南、江西、安徽、河南甘肅兩省。中國大部分地區(qū)二氧化硅產(chǎn)品用于工業(yè)和建筑材料。

目前硅礦開采的主流技術(shù)是用小型鉆機(jī)鉆孔，采用深孔多排微差爆破法。其中，較大的礦石進(jìn)行破碎，合適的粒度裝車運(yùn)輸?shù)胶Y分場進(jìn)行破碎篩分，直至得到合適的硅礦石。

冶煉提純

硅石通常與木炭或其他含碳材料如煤一起熔煉、焦油等還原石英砂得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%~99%，稱為冶金級硅。冶金級硅又稱粗硅或硅鐵，主要含鐵、鋁、碳、硼、磷、銅和其他雜質(zhì)，這種純度的硅用于冶金工業(yè)。高溫下二氧化硅的化學(xué)反應(yīng)（1600~1800℃）碳被還原得到單質(zhì)硅和一氧化碳?xì)怏w，具體反應(yīng)式如下：

粗硅的提純是一系列物理和化學(xué)過程。由于硅不溶于酸，粗硅的初步提純一般采用酸洗的方法，先去除高鐵含量、鋁等金屬雜質(zhì)；進(jìn)一步提純一般采用蒸餾法，蒸餾法只能提純液體混合物，因此需要將酸洗后的硅轉(zhuǎn)化為液體硅化物，再將提純后的液體硅化物還原，從而獲得電子級高純多晶硅。

玻璃制造：制備玻璃的重要原料之一是二氧化硅玻璃是一種透明的無定形二氧化硅材料、耐熱、耐腐蝕等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于建筑中、家具、封裝和光學(xué)器件等領(lǐng)域。

電子和半導(dǎo)體工業(yè)：二氧化硅是制備硅的主要原料，硅是電子和半導(dǎo)體工業(yè)的關(guān)鍵材料。硅被用來制造集成電路、太陽能電池、半導(dǎo)體器件是現(xiàn)代電子產(chǎn)品的基礎(chǔ)。

珠寶和裝飾品：應(yīng)時和其他二氧化硅形式廣泛用于生產(chǎn)珠寶和裝飾品。它們被用來制作珠寶、擺件、吊墜等。

建筑和建材：石英砂和礫石常用于建筑材料的制備。硅石可以用來制造混凝土、砂漿、磚和其他建筑材料用于道路建設(shè)和房屋建設(shè)。

耐火材料：二氧化硅可用于制備高溫環(huán)境下保溫隔熱用耐火材料。

二氧化硅的應(yīng)用范圍很廣，除了上述領(lǐng)域，二氧化硅還用于化妝品、橡膠和塑料添加劑、防火材料、紡織品和懸浮劑也可用作合金添加劑，提高金屬的機(jī)械性能和耐腐蝕性。硅石是一種廣泛使用的礦物，具有重要的工業(yè)和商業(yè)價值。二氧化硅的廣泛應(yīng)用在現(xiàn)代工業(yè)和日常生活中起著重要的作用。

硅礦的開采會破壞地表植被，造成水土流失，影響土地的肥力和利用價值。同時，硅礦的開采會產(chǎn)生大量的廢棄物，如尾礦、廢渣、廢水等，如果不進(jìn)行有效的處理和處置，將會污染周圍的水源、土壤和空氣對人類和動物健康有害。硅礦石的開采還會改變地形地貌，降低區(qū)域的生態(tài)服務(wù)功能和美學(xué)價值，影響生物多樣性和景觀資源。

硅礦冶煉是高能耗生產(chǎn)，會消耗大量的電力和煤炭，造成能源浪費(fèi)和溫室氣體排放；硅礦冶煉過程中會產(chǎn)生大量粉塵、廢水、廢渣等固體廢物，如果不進(jìn)行有效收集、處理和利用會影響土壤、水和空氣造成污染；硅礦冶煉過程中會產(chǎn)生二氧化硫等有毒有害氣體、氯化氫、氫氟酸等，也對人類健康和生態(tài)環(huán)境有害。