二酸化ケイ素（シリカ）：性質、天然形態、用途と健康影響

構造と物理的特性

シリカには、同一の化学組成で結晶配列が異なる複数の多形のほか、結晶性をもたないガラス状の非晶質形態があります。最もよく知られる結晶形は石英であり、ほかにクリストバライトやトリディマイトがあり、それぞれ異なる温度・圧力条件下で安定です。非晶質シリカには長距離秩序がなく、多くのガラスの主成分となっています。シリカの硬さ、高い融点、化学的な不活性は、材料製造における幅広い利用の基盤です。材料に関する一般的な説明はケイ素を参照してください。

天然での産出と種類

自然界では、シリカは石英、火打石、瑪瑙、碧玉、オパールなどとして産出します。これらの天然形態は、歴史的に道具、装飾品、建築用石材に用いられてきました。細粒の火打石やチャートは初期の石器の材料として重視され、透明な石英は宝飾品や光学用途に使われてきました。天然のシリカ鉱物の例については、天然での産出、火打石、石英、オパールを参照してください。

用途と応用

二酸化ケイ素は、産業における基礎的な材料です。大半の種類のガラスの主原料であり、コンクリート、セラミックス、磁器、炻器の製造にも不可欠です。高純度シリカは半導体産業および光学産業で使用されます。主な用途には次のものがあります。

• ガラスおよびガラス繊維の製造：シリカ砂を溶融してガラスを形成します。
• セラミックスおよび陶器：シリカはガラス形成剤および結合材として作用します。
• 建設材料：シリカはコンクリートおよびモルタルの構成成分です。
• 電子工学および光学：合成された高純度形態がシリコンチップやレンズに用いられます。工業的役割については、ガラス、コンクリート、磁器、炻器を参照してください。

歴史的な注記

火打石や石英を道具や装身具に使用してきたことから、人類とシリカの関わりは先史時代まで遡ります。特定のシリカ形態がもつ優れた硬さと耐久性は歴史資料でも注目されており、シリカを多く含む砂を溶かして成形する技術の発展により、ガラス製造は数千年前に始まりました。一般的な歴史的背景については歴史的用途、文化的な関連情報については珪肺の歴史を参照してください。

健康、安全および環境面

塊状のシリカおよび大半の固体形態は化学的に不活性であり、密閉された損傷のない状態では危険性はほとんどありません。主な健康リスクは、採掘、切断、研削、解体の際に吸入可能な微細シリカ粉じんが発生する場合に生じます。結晶質シリカ粉じんを吸入すると肺組織が損傷し、十分なばく露があれば、慢性の職業性肺疾患である珪肺に至る可能性があり、肺がんリスクの上昇とも関連します。安全な作業慣行、粉じん管理、呼吸用保護具は重要です。職業上の指針については、がんリスクおよび肺への危険性を参照してください。

区別と注目すべき事実

すべてのシリカが同一ではありません。この語は、結晶質鉱物と、異なる産業で使用される非晶質形態の両方を含みます。天然の石英結晶は、溶融シリカガラスや専門的な用途に用いられる人工シリカナノ粒子とは性質が異なります。技術的または規制上の情報については、シリカの概要、ならびに関連項目である酸化ケイ素、ケイ素、ガラス、コンクリートの材料・安全性に関する要約を参照してください。