所谓硅酸盐渣指的是
硅、
氧与其它化学元素(主要是铝、铁、钙、镁、钾、钠等)结合而成的化合物的总称。它在地壳中分布极广,是构成多数岩石(如
花岗岩)和土壤的主要成分。由于其结构上的特点,种类繁多(硅酸盐渣矿物的基本结构是硅――氧四面体;在这种四面体内,
硅原子占据中心,四个氧原子占据四角。这些四面体,依着四面体,依着不同的配合,形成了各类的硅酸盐渣)。
它们大多数
熔点高,
化学性质稳定,是硅酸盐渣工业的主要原料。硅酸盐渣制品和材料广泛应用于各种
工业、科学研究及日常生活中。
在普通情况下,最稳定的硅酸盐渣是
二氧化硅(SiO2)--俗称
石英,和类似的化合物。
二氧化硅经常有微量的
硅酸(H4SiO4)处于平衡状态。化学家认为石英是不可溶解的,但在长时间尺度下,它是可以流动的。此外,在
碱性条件下,会出现H2SiO42-。大部分硅酸盐渣都是不可溶解的。
在地质学和
天文学上,硅酸盐渣指一种由
硅和
氧组成的
岩石(通常为SiO2或SiO4),有时亦包括一或多种金属和或氢。此类
岩石包括
花岗岩及
辉长岩等。地球及其他类地行星的大部分
地壳均以硅酸盐渣组成。
由图1及图2所示可知,硅——氧离子半径比值和配位数是产生硅——氧四面体结构的重要条件,在[SiO4]四面体中,氧原子还有未饱和的4个价。 因此,它还可以与金属离子或其他硅离子结合。其离子结构如图3所示。 这种结构在冶金炉渣,特别是铜转炉渣中最为常见,如
铁橄榄石(Fe2SiO4)、
镁橄榄石(Mg2SiO4)和钙橄榄石(Ca2SiO4)或者它们互相溶解的橄榄石晶体等。
这一类型是以独立四面体为基础,通过共有氧连接成2,3,4或6个四面体;例如双四面体结构的离子团[Si2O7]6-在铝方柱石中由钙离子连接;三个四面体结构的离子团常见于炉渣中的有硅灰石结构[Si2O9]6-。两个以上四面体连接的结构通常称为双环状结构、三环状结构。
以硅—氧四面体为基础通过共有氧原子连成无尽止的链状结构,这些链状结构可用[SiO3]n2-来表示,n可以取任意数。链状结构尚有余价的未共用的氧可组成更复杂的带,例如在角闪石结构中的带内每个环节就有一个[Si4O11]6-离子团。
硅酸盐渣矿的复杂性在其
阴离子,而
阴离子的基本结构单元和
二氧化硅一样,是
硅氧四面体。硅氧四面体通过以下几种方式组成了各种不同的硅酸根阴离子。