石膏

石膏（Gypsum）别称生石膏，是一种以硫酸钙的水合物为主要成分组成的单斜晶系矿物，广泛存在于人类的生产和生活中。

石膏的形成过程主要包括溶解沉淀和蒸发沉淀两种机制。

在沉积岩形成过程中，由于在地下流体中的流动和沉积环境的变化，含有石膏产生离子（硫酸根离子和钙离子）的泥岩或盐岩中的石膏晶体逐渐溶解，随后，这些离子会随着水流迁移到新的位置并下沉，这些离子逐渐聚集，形成新的石膏晶体，这个过程也就是溶解沉淀机制。

石膏的另一种形成机制是蒸发沉淀，这种机制主要适用于石膏的形成和聚集比较容易的地方，如干燥的盐湖、滨海沼泽、化学工厂的污水处理系统等。当水中的盐浓度缩小到一定程度时，随着水分蒸发，水中的盐物质逐渐沉淀，这样就能形成大量的石膏晶体。

按照成分的不同，石膏可以分为生石膏、硬石膏和半水石膏三种类型。生石膏的主要成分是二水硫酸钙， 是以石膏石为主要原料，经过破碎、煅烧、粉碎和选择性湿法法制得的，是一种较为常见的建筑用石膏材料。

图为生石膏

硬石膏的主要成分为硫酸钙和氧化钙也被称为炉渣石膏，是在炼铁、炼钢、炼铜等冶金工艺中产生的，因此也被称为炉渣石膏。由于硬石膏的强度较高，一般用于高强度的建筑石膏板、耐火材料等。

图为硬石膏

半水石膏的主要成分是半水硫酸钙，是由生石膏或硬石膏水化后通过煅烧干燥制备的。半水石膏在适当条件下加水反应后，能形成生石膏。虽然半水石膏的强度较低，但是其可以制备其生石膏。因此半水石膏可广泛用于制作造型复杂的建筑装饰、雕塑、模具等。

图为半水石膏

石膏矿的主要化学成分是硫酸钙二水合物。这意味着每个石膏分子由一个钙离子、一个硫酸根离子和两个结晶水分子组成。这些成分的存在赋予了石膏矿其特殊的结晶结构和化学特性。

石膏矿是一种含有结晶水的硫酸钙矿物。结晶水以两个水分子的形式存在于石膏矿中，与硫酸钙分子相互结合形成稳定的晶体结构。结晶水的存在赋予了石膏矿独特的性质，如可溶性和可塑性。而高温或高压的条件下，石膏矿可能失去部分或全部的结晶水，转变为硬石膏。结晶水在石膏的形成、稳定性和化学反应中起着重要作用，对石膏矿的研究和利用具有重要意义。

石膏（生石膏）的理论组成及占比如表所示：

此外石膏中还可能含有一些无机物、有机物、硫化物杂质。无机元素不仅有较高含量的钙，还有铝、铁、钠、镁、镀、硅等。

石膏矿可能含有少量的杂质和存在不同的变种。常见的杂质包括钠、钾、铁、镁等元素，这些杂质可以与石膏矿共生或由地质过程导致。另外，石膏矿还具有多种变种，如磷石膏，其晶体结构和化学成分略有变化。此外，石膏矿还可以呈现出不同的形态变化，如丝状、纤维状或蝴蝶状，这取决于形成过程和地质环境。在研究石膏矿的性质和应用时，理解其杂质、变种和形态变化对全面认识石膏矿的特性至关重要。

石膏的密度约为2.3-2.7 g/cm³。不同的石膏产品密度有所变化，例如，玻璃纤维增强石膏板密度在约为1.6 g/cm³。

生石膏的熔点约为1450 ℃，当生石膏在空气中加热时，它会失去水分并首先转化为半水石膏，如果进一步加热，则转化为硬石膏。

石膏的莫氏硬度大约为2，属于相对较软的矿石。莫氏硬度是用来描述矿物或材料抵抗刮痕和磨损的能力的指标。莫氏硬度刻度从1到10，其中1代表最软，10代表最硬。由于石膏的硬度较低，它在摩擦或外力作用下很容易被划伤或磨损。这种相对较低的硬度也是石膏被广泛用于建筑和装饰领域的原因之一，因为石膏可以相对容易地被切割、雕刻和加工成各种形状和结构。

因为生石膏具有较强的吸水性，所以其容易受到环境中的潮湿空气影响，还会吸收液态水和水蒸气，导致变软、变脆和破裂。石膏在吸收水分后，会使其强度显著降低。此外，石膏制品长时间被水浸泡后，二水硫酸钙晶体会遭到破坏，使其性能进一步降低。生石膏在温度适宜的情况下，可加水后稍微搅拌，形成具有良好可塑性的泥浆，因此被广泛应用于建筑和装饰领域，如墙面、天花板、雕塑以及陶瓷等。

石膏在晶体状态下是无色的透明物质，但是由于在地壳中存在着微量的杂质和硬度不同的晶体生长，石膏会形成各种纹理和条纹，这就影响了石膏的透明性。

硬石膏具有较好的隔热性和防火性能，能够有效地保护建筑结构，在火灾发生时发挥一定的护体作用。

石膏的晶体结构属于单斜晶系，其晶胞中包含了硫酸钙和结晶水。石膏晶体呈现出层状结构，每一层由硫酸钙离子和水分子组成。在每一层中，硫酸钙离子以平行于（010）面的方式排列，形成了硫酸钙的分子层。这些分子层通过氢键与结晶水分子连接在一起。石膏的分子层之间存在着相互作用力，这主要是由于氢键以及钙离子和硫酸根离子的离子作用力。这种相互作用力使得石膏具有一定的稳定性和结晶形态。

石膏是中等水溶性的（在2 °C时约为0.2-5.25 g/L），与大多数其他盐相比，它表现出逆行溶解度，在较高温度下溶解度降低。石膏是一种相对稳定的物质，在常温下可以保存很长时间而不会发生重大的变化或分解。在干燥的条件下，粉末状的石膏可以长时间保存。石膏在高温下（大约107~170 ℃）可以失去结晶水，变成半水硫酸钙（半水石膏）。半水石膏进一步加热煅烧可以制备出硬石膏。反应式有三个：

（1）（2）（3）

将半水石膏与适量的水搅和可以得到具有可塑性的石膏浆体，在此过程中半水石膏将与水发生化学反应生成生石膏（二水硫酸钙），该反应叫作石膏的水化反应，简称水化(Hydration)。反应式如下：

在半水石膏中加水，首先是部分石膏溶解于水，然后发生上述反应，生成生石膏。由于生石膏的溶解度较半水石膏的溶解度小，因此生石膏会在过饱和溶液中沉淀并析出，促使上述反应不断向右进行，直至全部转变为二水石膏为止。

石膏是一种常见的矿物，广泛地分布在世界各地的岩层中，是一种重要的工业原材料。 在全球范围内，石膏主要分布在北美、欧洲、亚洲、非洲和澳大利亚等地。中国是世界上石膏资源储量最丰富的国家之一，在国内主要分布在甘肃、内蒙古、山西等地区。

中国石膏资源分布地图

石膏石可以在地下或地表进行开采。地下石膏矿床一般位于地下几十米到几百米深的地层中。开采地下石膏往往需要进行地下挖掘，使用爆破、钻井等技术获取矿石。地下矿床开采需要注意安全因素和环境保护。地表石膏矿床则位于地表或浅层地下，开采相对较为简单。通常使用挖掘机等设备将石膏矿石挖掘出来，然后进行粉碎、筛分和清洗等处理。开采后的石膏通常会经过干燥处理，将其含水量降低，并转化成石膏粉末或石膏板材。

石膏作为建筑材料和艺术用途的材料，具有悠久的历史。早在古代埃及、古希腊和古罗马时期，人们就开始使用石膏来装饰墓穴、神庙和建筑物。在中世纪欧洲，石膏被广泛用于壁画和建筑的装饰中，而文艺复兴时期更是成为了塑造雕像和雕塑的常用材料。18世纪末和19世纪初，石膏作为建筑材料得到了进一步应用，并成为了轻便且耐火的选择。随着工业化的发展，石膏在现代工业中得到广泛应用，包括建筑材料、水泥和石膏板的制造、农业、医疗、食品和化学工业等领域。总的来说，石膏在各个时期都扮演着重要的角色，展现了其多样化的用途和持久的影响力。

鉴定石膏的品质涉及多个方面。首先要考虑其纯度，高纯度的石膏含量超过90%且没有明显的杂质。其次是强度，优质石膏应具备足够的力学强度，能够承受压力和重量的负荷而不易破损。吸水性也是评估品质的因素之一，良好的石膏应具备适度的吸水性和释放水分的能力。最后，适应性是鉴定石膏品质的重要考量，不同应用领域对石膏有不同的要求，如建筑材料需要良好的可加工性和粘附性，而食品添加剂需要符合卫生安全标准。鉴定石膏品质可以通过实验室测试、物理性能测试和观察外观特征等方法进行，并参考相关标准和认证机构的评估。

采用不同的原材料及制备条件，可以得到不同类型的石膏。石膏的制备方法主要有以下几种：

将天然石膏粉或石膏矿经过粉碎和筛分后，经过高温（1400 ℃左右）煅烧处理，脱除其结晶水，制成石膏熟料。石膏熟料与适量的水或蒸汽进行混合，形成半流质状的石膏泥浆，根据需要进行加工、成型等处理。

将一定量的天然石膏粉末加入甲醇或者乙醇中，同时加入一定的过磷酸钠及其他助剂，然后再进行高速搅拌和脱水处理，最终得到石膏粉末。

将天然石膏或石膏熟料加入一定量的水中，形成石膏泥浆，然后将其过滤后干燥，最终得到石膏粉末。

石膏是一种重要的建筑材料，将石膏和纤维材料等复合可以制备成石膏板材，可以广泛用于室内隔断、吊顶、墙面装饰及建筑物的防火隔离等。将石膏经过焙烧研磨制备而成的石膏粉，可用于室内墙体的修补和涂料的制备等。由石膏制备的石膏地板是一种无缝的、光滑的地面材料。由于石膏地板易于清洁、抗磨损、防潮等特点，可广泛用于厂房、机房等要求场地清洁卫生的场所。

石膏在医疗领域也具有非常广的应用，由于其可成型、透气和柔韧性等特点，石膏可用于患者受伤的部位进行固定和支撑等。在口腔医学领域，需要对牙齿进行诊疗治疗，必须对牙齿进行印模。在印模时，需要制作出成品较为精细的石膏模型，而石膏压纹机就可以帮助制作精密的石膏模型。此外，石膏还可用于制作假肢、石膏垫印等医疗产品。同时，石膏在中医方面的应用也非常广泛。由于石膏性质寒凉，常常被用于清热解毒、消肿止痛的治疗中，适用于热病、流感、肺炎等疾病。]此外，石膏中的Fe、Cu、Zn借助白细胞内源物(LGM)的激发，协同产生抗感染免疫作用，可能与Ti、Ca等元素有关。在抗病毒方面, 石膏中的δ34S通过与ATP共存、经过APG和酶的作用，产生与S同位素的分馏，增加δ34S的血浓度，并表现出抗病毒作用。石膏复方中的金属离子与有机成分结合，成为抗病毒的有效成分，通过进入细胞与核酸作用，使机体免受病毒侵害。

石膏在艺术领域的应用比较广泛。在建筑、雕塑等领域中，可以使用石膏制品作为原型，制作轻型材料，如泡沫塑料等。再通过模制、涂漆和细节刻画等工艺制作出石膏浮雕，具有纹理光滑、造型优美等特点。石膏大理石质地比较细腻，可以制作成颜色白皙的支持材料，经过特殊的处理后，即可用于绘制各种图案，例如壁画、摆设等。

石膏在农业领域中的应用也非常广泛。首先，石膏可以改良土壤结构，特别是黏土土壤，改善排水性和根系伸展。其次，石膏可以调节土壤的酸碱性，中和酸性土壤，提高pH值。此外，石膏还是土壤中的钙源和硫源，促进植物生长，增加果实质量。

石膏在食品领域有多种应用。它被广泛用作豆腐、奶酪和酸奶等乳制品的凝固剂，能够赋予食品所需的质地和口感。此外，石膏还被用作食品添加剂，可调节食品的酸碱度、稳定质地，延长保质期，并充当乳化剂和稳定剂。在糖果制造中，石膏有助于提供糖果的结构和口感。

磷石膏（PG）是一种副产物，产生于磷酸湿法生产过程中。它主要由二水硫酸钙组成，同时含有少量的磷、氟、重金属和残余酸等杂质。

磷石膏的处理方法可以包括回收和再利用、焚烧、填埋或稳定化等。回收和再利用可以将磷石膏用于土壤改良、建筑材料或水泥制造等方面。焚烧可以将磷石膏中的有机物和污染物进行有效处理。填埋和稳定化可以将废弃物封存起来，以防止对土壤和水体的进一步污染。

磷石膏中可能含有一些有害的化学物质，如重金属和放射性元素。在处理和处置过程中，需要采取措施防止这些化学物质的释放和扩散。例如，在废弃物填埋场或储存设施中，可以采用防渗措施，如防渗层和收集系统，以防止废弃物中的污染物渗漏到土壤和地下水中。

磷石膏是一种有用的副产品，可以通过回收和再利用最大限度地减少资源浪费。例如，可以将磷石膏用于土壤改良，增加其肥力和水分保持能力。此外，磷石膏还可以在建筑材料生产中用作添加剂，用于改善材料的性能和减少环境影响。

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具弯性是指材料在受力作用下，能够发生弯曲而不断变形或弯折的特性。

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