中國粉體網訊 提及硅，你會想到什么？石英？手表？玻璃？光伏？半導體？“硅”是什么？它與二氧化硅、石英又有何關系？
硅：自然界中分布很廣的一種元素
硅，英語Silicon、中國大陸譯為硅〔ɡuī〕、臺港澳譯為矽〔xī〕，是一種化學元素，其化學符號為Si，原子序數為14，原子量為28.085u。
硅是元素周期表上第三周期IVA族的非金屬元素
硅是地殼中第二豐富的元素，僅次于氧，其豐度值為27.72%。
地殼中的元素豐度
硅以元素型態分布在地殼是非常罕見的，它常以二氧化硅（Silicon dioxide）或硅酸鹽（Silicates）等多樣的形式分布于土壤和巖石中。
二氧化硅
SiO2在地殼中所占的質量分數高達60%-65%。SiO2存在形態有結晶形和無定形兩大類，統稱硅石。
二氧化硅天然礦物通常包括結晶態二氧化硅礦物石英、脈石英、粉石英和無定形礦物硅藻土。
二氧化硅晶體結構是SiO4（硅-氧四面體）的連續框架，其中每個氧在兩個四面體之間共享，得到SiO2的總化學式。
二氧化硅晶體結構示意圖
此外，二氧化硅不僅包括天然礦物，也包括各種合成產品。合成產品主要是白炭黑（無定形二氧化硅），包括氣相白炭黑（氣相二氧化硅）、沉淀白炭黑（沉淀二氧化硅）。
硅酸鹽
由硅、氧、金屬元素等元素組成的化合物的總稱。大多數硅酸鹽都難溶于水，少數可溶，最常見的可溶的硅酸鹽是：Na2SiO3，俗稱水玻璃、泡花堿。
硅酸鹽組成表示：活潑金屬氧化物-較活潑金屬氧化物-二氧化硅-水。高嶺石Al(Si2O5)(OH)4，鎂橄欖石Mg2SiO4，鈣沸石Ca(Al2Si3O10)▪3H2O，云母KAl2(AlSi3O10)(OH)2等都屬于硅酸鹽。
三大傳統硅酸鹽工業為：玻璃、陶瓷、水泥。
石英
地殼中二氧化硅主要以石英（Quartz）等礦物的形式存在，石英在地殼中分布是僅次于長石的礦物，占到地殼重量的12.6%。
石英依據形態分為結晶形的顯晶質石英和隱晶質石英/微晶質石英以及非晶質石英三類。
石英（SiO2）的不同形態
依自然結晶的晶體結構不同，石英有三種同質多晶變體，石英、鱗石英和方石英。又根據成礦溫度的高低分成，將這三種同質多晶變體各自分成α和β兩組、共七個變體。高溫β石英生成溫度大于（573–870℃），屬六方晶系；低溫α石英生成溫度低于573℃，屬三方晶系。
石英的多晶轉變
此外，SiO2還有多個人工合成變體，如柯石英(Coesite)、斯石英(Stishovite)、凱石英(Keqtite)和W-SiO2(亦稱纖維二氧化硅)等。而我們常說、也常見的石英就是低溫α石英。
α石英（左）和β石英（右）的晶體結構圖
目前能夠作為工業應用的石英礦物資源主要有7種礦床工業類型: 天然水晶、石英砂巖、石英巖、脈石英、粉石英、天然石英砂和花崗巖石英。
硅-石英的應用
從自然界的沙子到生活中的石英表，從晶瑩剔透的水晶瑪瑙到古樸典雅的陶瓷，從工業到科技，從原子到航天宇宙……這些都是以硅為中心的物質。可以說硅是自然界最全能的材料。
石英硅產業是硅時代最重要的產業之一，石英是硅時代最重要的礦物資源之一。
石英礦物原料工業應用的一個顯著特點是同時存在三種形式：利用礦物晶體固有的物理和化學性質，如3D打印砂、結晶硅微粉等；提供有用化學成分，是硅酸鹽材料的最基本原料；冶煉提取有用元素Si，目前是金屬硅及其提純加工產物多晶硅和單晶硅的唯一原料。
石英工業應用的三種形態
工業上利用石英一般是把它們磨成各種規格的“石英砂”。石英砂按品質可分為：普通石英砂、精制石英砂、高純石英砂、熔融石英砂及硅微粉等。
由硅礦石和碳質還原劑在礦熱爐內冶煉成的產品工業硅是硅產業的基礎材料，是光伏、有機硅、合金等下游產業的核心原料。
含硅材料產業鏈流程圖
除了傳統玻璃、建材、鑄造、研磨、橡膠、油漆、電子、陶瓷等領域的應用，國內重點區域安徽、新疆等均在大力發展硅基新材料產業，如半導體材料、新型顯示材料、新能源材料等。
來源：安徽省“十四五”新材料產業發展規劃
可以說，基于硅資源深加工的硅材料產業是全球性的朝陽產業和戰略性產業，發展勢頭迅猛。
參考資料：
汪靈.石英的礦床工業類型與應用特點
汪靈.石英礦物學與物化性質
RockLee.硅、二氧化硅和石英
百度文庫：無機非金屬材料的主角-硅
新疆科協.硅：自然界最全能的材料
（中國粉體網編輯整理/黑金）
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