石膏（Gypsum）別稱生石膏，是一種以硫酸鈣的水合物為主要成分組成的單斜晶系礦物，廣泛存在于人類的生產和生活中。
石膏是一種常見的礦物，其自然形成的晶體在純凈狀態下呈白色，但由于含有雜質，也可能呈現黃色、紅色、棕色。主要分布在北美、歐洲、亞洲、非洲和澳大利亞等地。石膏根據其成分可以分為生石膏（二水硫酸鈣）、硬石膏（碘化鈉硫酸鈣）和半水石膏（半水硫酸鈣），硫酸鈣（CaSO?）是石膏的主要成分，但也以無水形式或半水合形式（CaSO4·?H2O，即石膏石）存在。經過加熱煅燒等方式，生石膏可以制備出硬石膏和半水石膏。
在建筑材料領域，石膏板因其優良的隔音、防火性能，以及施工簡便等優點，在現代建筑中被廣泛使用，主要用于內隔墻、內墻貼面、天花板、吸聲板等。在醫療方面，石膏常用于治療斷骨、骨折等疾病，使用石膏固定患處可有效促進康復。在藝術領域，已被多種文化用于雕塑材料，包括古埃及、美索不達米亞、古羅馬、拜占庭帝國和中世紀的英格蘭等。
形成原因
石膏的形成與沉積通常與蒸發巖相聯系，常在海水或鹽湖的蒸發過程中形成，主要集中在擁有古老鹽湖和淺海沉積環境的地區。
溶解沉淀機制
在沉積巖形成過程中，由于在地下流體中的流動和沉積環境的變化，含有石膏產生離子（硫酸根離子和鈣離子）的泥巖或鹽巖中的石膏晶體逐漸溶解，隨后，這些離子會隨著水流遷移到新的位置并下沉，這些離子逐漸聚集，形成新的石膏晶體，這個過程也就是溶解沉淀機制。
蒸發沉淀機制
石膏的另一種形成機制是蒸發沉淀，這種機制主要適用于石膏的形成和聚集比較容易的地方，如干燥的鹽湖、濱海沼澤、化學工廠的污水處理系統等。當水中的鹽濃度縮小到一定程度時，隨著水分蒸發，水中的鹽物質逐漸沉淀，這樣就能形成大量的石膏晶體。
分類
按照成分的不同，石膏可以分為生石膏、硬石膏和燒石膏三種類型。生石膏的主要成分是二水硫酸鈣， 是以石膏石為主要原料，經過破碎、煅燒、粉碎和選擇性濕法法制得的，是一種較為常見的建筑用石膏材料。
硬石膏的主要成分為硫酸鈣和氧化鈣也被稱為爐渣石膏，是在煉鐵、煉鋼、煉銅等冶金工藝中產生的，因此也被稱為爐渣石膏。由于硬石膏的強度較高，一般用于高強度的建筑石膏板、耐火材料等。
半水石膏的主要成分是半水硫酸鈣，是由生石膏或硬石膏水化后通過煅燒干燥制備的。半水石膏在適當條件下加水反應后，能形成生石膏。雖然燒石膏的強度較低，但是其可以制備其生石膏。因此半水石膏可廣泛用于制作造型復雜的建筑裝飾、雕塑、模具等。
礦物組成
主要成分
石膏礦的主要化學成分是硫酸鈣二水合物。這意味著每個石膏分子由一個鈣離子、一個硫酸根離子和兩個結晶水分子組成。這些成分的存在賦予了石膏礦其特殊的結晶結構和化學特性。
結晶水
石膏礦是一種含有結晶水的硫酸鈣礦物。結晶水以兩個水分子的形式存在于石膏礦中，與硫酸鈣分子相互結合形成穩定的晶體結構。結晶水的存在賦予了石膏礦獨特的性質，如可溶性和可塑性。而高溫或高壓的條件下，石膏礦可能失去部分或全部的結晶水，轉變為硬石膏。結晶水在石膏的形成、穩定性和化學反應中起著重要作用，對石膏礦的研究和利用具有重要意義。
化學成分占比
石膏（生石膏）的理論組成及占比如表所示：
此外石膏中還可能含有一些無機物、有機物、硫化物雜質。無機元素不僅有較高含量的鈣，還有鋁、鐵、鈉、鎂、鍍、硅等。
雜質和變種
石膏礦可能含有少量的雜質和存在不同的變種。常見的雜質包括鈉、鉀、鐵、鎂等元素，這些雜質可以與石膏礦共生或由地質過程導致。另外，石膏礦還具有多種變種，如磷石膏，其晶體結構和化學成分略有變化。此外，石膏礦還可以呈現出不同的形態變化，如絲狀、纖維狀或蝴蝶狀，這取決于形成過程和地質環境。在研究石膏礦的性質和應用時，理解其雜質、變種和形態變化對全面認識石膏礦的特性至關重要。
物理性質
密度
石膏的密度約為2.3-2.7 g/cm3。不同的石膏產品密度有所變化，例如，玻璃纖維增強石膏板密度在約為1.6 g/cm3。
熔點
生石膏在空氣中加熱至100-150°C時，會失去水分并轉化為半水合硫酸鈣，即石膏石，這一變化是可逆的，因此在建筑行業中被利用來制造石膏板和其他石膏制品。進一步加熱至200-220°C時，轉化為Ⅲ型硬石膏；加熱至約350°C時，轉化為Ⅱ型硬石膏；加熱至1120°C時，進一步轉化為Ⅰ型硬石膏。燒石膏。
莫氏硬度
石膏的莫氏硬度大約為2，屬于相對較軟的礦石，在莫氏硬度尺度上僅次于滑石。莫氏硬度是用來描述礦物或材料抵抗刮痕和磨損的能力的指標。莫氏硬度刻度從1到10，其中1代表最軟，10代表最硬。由于石膏的硬度較低，它在摩擦或外力作用下很容易被劃傷或磨損。這種相對較低的硬度也是石膏被廣泛用于建筑和裝飾領域的原因之一，因為石膏可以相對容易地被切割、雕刻和加工成各種形狀和結構。
吸濕性
因為生石膏具有較強的吸水性，所以其容易受到環境中的潮濕空氣影響，還會吸收液態水和水蒸氣，導致變軟、變脆和破裂。石膏在吸收水分后，會使其強度顯著降低。此外，石膏制品長時間被水浸泡后，二水硫酸鈣晶體會遭到破壞，使其性能進一步降低。生石膏在溫度適宜的情況下，可加水后稍微攪拌，形成具有良好可塑性的泥漿，因此被廣泛應用于建筑和裝飾領域，如墻面、天花板、雕塑以及陶瓷等。
透明性
石膏在晶體狀態下是無色的透明物質，但是由于在地殼中存在著微量的雜質和硬度不同的晶體生長，石膏會形成各種紋理和條紋，這就影響了石膏的透明性。
隔熱性
硬石膏具有較好的隔熱性和防火性能，能夠有效地保護建筑結構，在火災發生時發揮一定的護體作用。
結構特征
石膏的晶體結構屬于單斜晶系，其晶胞中包含了硫酸鈣和結晶水。石膏晶體呈現出層狀結構，每一層由硫酸鈣離子和水分子組成。在每一層中，硫酸鈣離子以平行于（010）面的方式排列，形成了硫酸鈣的分子層。這些分子層通過氫鍵與結晶水分子連接在一起。石膏的分子層之間存在著相互作用力，這主要是由于氫鍵以及鈣離子和硫酸根離子的離子作用力。這種相互作用力使得石膏具有一定的穩定性和結晶形態。
化學性質
反應性
石膏是中等水溶性的（在2 °C時約為0.2-5.25 g/L），與大多數其他鹽相比，它表現出逆行溶解度，在較高溫度下溶解度降低。石膏是一種相對穩定的物質，在常溫下可以保存很長時間而不會發生重大的變化或分解。在干燥的條件下，粉末狀的石膏可以長時間保存。石膏在高溫下（大約107~170 ℃）可以失去結晶水，變成半水硫酸鈣（燒石膏）。半水石膏進一步加熱煅燒可以制備出硬石膏。反應式有三個：
（1）
（2）
（3）
溶解性
將燒石膏與適量的水攪和可以得到具有可塑性的石膏漿體，在此過程中半水石膏將與水發生化學反應生成生石膏（二水硫酸鈣），該反應叫作石膏的水化反應，簡稱水化(Hydration)。反應式如下：
在半水石膏中加水，首先是部分石膏溶解于水，然后發生上述反應，生成生石膏。由于生石膏的溶解度較燒石膏的溶解度小，因此生石膏會在過飽和溶液中沉淀并析出，促使上述反應不斷向右進行，直至全部轉變為二水石膏為止。
分布區域
石膏是一種常見的礦物，廣泛地分布在世界各地的巖層中，是一種重要的工業原材料。 在全球范圍內，石膏主要分布在北美、歐洲、亞洲、非洲和澳大利亞等地。中國是世界上石膏資源儲量最豐富的國家之一，已探明的各類石膏總儲量約為570億噸，居世界首位，分布于23個省、市、自治區，其中儲量超過10億噸的有10個，依次是：山東、內蒙古、青海、湖南、湖北、寧夏、西藏、安徽、江蘇和四川。
礦物開采
石膏石可以在地下或地表進行開采。地下石膏礦床一般位于地下幾十米到幾百米深的地層中。開采地下石膏往往需要進行地下挖掘，使用爆破、鉆井等技術獲取礦石。地下礦床開采需要注意安全因素和環境保護。地表石膏礦床則位于地表或淺層地下，開采相對較為簡單。通常使用挖掘機等設備將石膏礦石挖掘出來，然后進行粉碎、篩分和清洗等處理。開采后的石膏通常會經過干燥處理，將其含水量降低，并轉化成石膏粉末或石膏板材。
歷史
石膏作為建筑材料和藝術用途的材料，具有悠久的歷史。早在古埃及、古希臘和古羅馬時期，人們就開始使用石膏來裝飾墓穴、神廟和建筑物。在中世紀歐洲，石膏被廣泛用于壁畫和建筑的裝飾中，而文藝復興時期更是成為了塑造雕像和雕塑的常用材料。18世紀末和19世紀初，石膏作為建筑材料得到了進一步應用，并成為了輕便且耐火的選擇。隨著工業化的發展，石膏在現代工業中得到廣泛應用，包括建筑材料、水泥和石膏板的制造、農業、醫療、食品和化學工業等領域。總的來說，石膏在各個時期都扮演著重要的角色，展現了其多樣化的用途和持久的影響力。
品質鑒定
鑒定石膏的品質涉及多個方面。首先要考慮其純度，高純度的石膏含量超過90%且沒有明顯的雜質。其次是強度，優質石膏應具備足夠的力學強度，能夠承受壓力和重量的負荷而不易破損。吸水性也是評估品質的因素之一，良好的石膏應具備適度的吸水性和釋放水分的能力。最后，適應性是鑒定石膏品質的重要考量，不同應用領域對石膏有不同的要求，如建筑材料需要良好的可加工性和粘附性，而食品添加劑需要符合衛生安全標準。鑒定石膏品質可以通過實驗室測試、物理性能測試和觀察外觀特征等方法進行，并參考相關標準和認證機構的評估。
制備方法
采用不同的原材料及制備條件，可以得到不同類型的石膏。石膏的制備方法主要有以下幾種：
石膏熟料法
將天然石膏粉或石膏礦經過粉碎和篩分后，經過高溫（1400 ℃左右）煅燒處理，脫除其結晶水，制成石膏熟料。石膏熟料與適量的水或蒸汽進行混合，形成半流質狀的石膏泥漿，根據需要進行加工、成型等處理。
醇法制備
將一定量的天然石膏粉末加入甲醇或者乙醇中，同時加入一定的過磷酸鈉及其他助劑，然后再進行高速攪拌和脫水處理，最終得到石膏粉末。
干燥石膏法
將天然石膏或石膏熟料加入一定量的水中，形成石膏泥漿，然后將其過濾后干燥，最終得到石膏粉末。
應用領域
建筑材料領域
石膏是一種重要的建筑材料，將石膏和纖維材料等復合可以制備成石膏板材，可以廣泛用于室內隔斷、吊頂、墻面裝飾及建筑物的防火隔離等。將石膏經過焙燒研磨制備而成的石膏粉，可用于室內墻體的修補和涂料的制備等。由石膏制備的石膏地板是一種無縫的、光滑的地面材料。由于石膏地板易于清潔、抗磨損、防潮等特點，可廣泛用于廠房、機房等要求場地清潔衛生的場所。
醫療領域
石膏在醫療領域也具有非常廣的應用，由于其可成型、透氣和柔韌性等特點，石膏可用于患者受傷的部位進行固定和支撐等。在口腔醫學領域，需要對牙齒進行診療治療，必須對牙齒進行印模。在印模時，需要制作出成品較為精細的石膏模型，而石膏壓紋機就可以幫助制作精密的石膏模型。此外，石膏還可用于制作假肢、石膏墊印等醫療產品。同時，石膏在中醫方面的應用也非常廣泛。由于石膏性質寒涼，常常被用于清熱解毒、消腫止痛的治療中，適用于熱病、流感、肺炎等疾病。]此外，石膏中的Fe、Cu、Zn借助白細胞內源物(LGM)的激發，協同產生抗感染免疫作用，可能與Ti、Ca等元素有關。在抗病毒方面, 石膏中的δ34S通過與ATP共存、經過APG和酶的作用，產生與S同位素的分餾，增加δ34S的血濃度，并表現出抗病毒作用。石膏復方中的金屬離子與有機成分結合，成為抗病毒的有效成分，通過進入細胞與核酸作用，使機體免受病毒侵害。
藝術領域
石膏在藝術領域的應用比較廣泛。在建筑、雕塑等領域中，可以使用石膏制品作為原型，制作輕型材料，如泡沫塑料等。再通過模制、涂漆和細節刻畫等工藝制作出石膏浮雕，具有紋理光滑、造型優美等特點。石膏大理石質地比較細膩，可以制作成顏色白皙的支持材料，經過特殊的處理后，即可用于繪制各種圖案，例如壁畫、擺設等。
農業領域
石膏在農業領域中的應用也非常廣泛。首先，石膏可以改良土壤結構，特別是黏土土壤，改善排水性和根系伸展。其次，石膏可以調節土壤的酸堿性，中和酸性土壤，提高pH值。此外，石膏還是土壤中的鈣源和硫源，促進植物生長，增加果實質量。
食品領域
石膏在食品領域有多種應用。它被廣泛用作豆腐、奶酪和酸奶等乳制品的凝固劑，能夠賦予食品所需的質地和口感。此外，石膏還被用作食品添加劑，可調節食品的酸堿度、穩定質地，延長保質期，并充當乳化劑和穩定劑。在糖果制造中，石膏有助于提供糖果的結構和口感。
環境影響
磷石膏（PG）是一種副產物，產生于磷酸濕法生產過程中。它主要由二水硫酸鈣組成，同時含有少量的磷、、重金屬和殘余酸等雜質。
廢棄物處理
磷石膏的處理方法可以包括回收和再利用、焚燒、填埋或穩定化等。回收和再利用可以將磷石膏用于土壤改良、建筑材料或水泥制造等方面。焚燒可以將磷石膏中的有機化合物和污染物進行有效處理。填埋和穩定化可以將廢棄物封存起來，以防止對土壤和水體的進一步污染。
污染物釋放
磷石膏中可能含有一些有害的化學物質，如重金屬和放射性元素。在處理和處置過程中，需要采取措施防止這些化學物質的釋放和擴散。例如，在廢棄物填埋場或儲存設施中，可以采用防滲措施，如防滲層和收集系統，以防止廢棄物中的污染物滲漏到土壤和地下水中。
資源浪費
磷石膏是一種有用的副產品，可以通過回收和再利用最大限度地減少資源浪費。例如，可以將磷石膏用于土壤改良，增加其肥力和水分保持能力。此外，磷石膏還可以在建筑材料生產中用作添加劑，用于改善材料的性能和減少環境影響。
參考資料 >