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。

石膏是一种常见的矿物,一般呈白色或者灰、红、褐色,主要分布在北美、欧洲、亚洲、非洲和澳大利亚等地。石膏根据其成分可以分为生石膏(二水硫酸钙)、硬石膏(无水硫酸钙)和半水石膏(半水硫酸钙)。经过加热煅烧等方式,生石膏可以制备出硬石膏和半水石膏。

在建筑材料领域,石膏可直接作为建筑粘接材料使用,也可在内墙及吊顶上进行装饰,由其制成的天花板和墙面装饰具有防火、隔音、保温等多种功能。在医疗方面,石膏常用于治疗断骨、骨折等疾病,使用石膏固定患处可有效促进康复。在艺术领域,已被多种文化用于雕塑材料,包括古埃及、美索不达米亚、古罗马、拜占庭帝国和中世纪的英格兰等。

本页面主要目录有关于石膏的:形成原因、分类、矿物组成、物理性质、结构特征、化学性质、分布区域、矿物开采、历史、品质鉴定、制备方法、应用领域、环境影响等介绍

中文名

石膏

英文名

Gypsum

别名

生石膏

主要成分

硫酸钙

分布区域

美国、加拿大、法国、中国

应用产业

建筑、医用、艺术等

分子量

172

晶系

单斜晶系

颜色

白色或灰、红、褐色

透明度

透明到半透明

密度

2.3-2.7 g/cm³

硬度

具弯性

形成原因

石膏的形成过程主要包括溶解沉淀和蒸发沉淀两种机制。

溶解沉淀机制

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。

蒸发沉淀机制

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。

分类

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。

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。

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。

石膏

矿物组成

主要成分

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。

结晶水

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。

化学成分占比

石膏(生石膏)的理论组成及占比如表所示:

石膏

矿物开采

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。

历史

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。

品质鉴定

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。

制备方法

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:

石膏熟料法

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。

醇法制备

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。

干燥石膏法

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。

应用领域

建筑材料领域

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。

医疗领域

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。

艺术领域

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。

农业领域

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。

食品领域

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。

环境影响

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。

废弃物处理

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。

污染物释放

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。

资源浪费

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。

注释

[a]

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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