硬石膏：蒸發(fā)作用下的天然膠凝材料

本期為大家介紹的來(lái)自于加拿大安大略省的硬石膏標(biāo)本，淡淡的淺紅色如少女般害羞的臉龐。此標(biāo)本同樣屬于昆明理工大學(xué)地學(xué)博物館珍藏的世界巖礦標(biāo)本之一。

硬石膏是一種硫酸鹽礦物，它的化學(xué)成分為無(wú)水硫酸鈣，屬斜方晶系，斜方雙錐晶類，晶體為厚板狀或柱狀，但良好晶體形態(tài)者少見(jiàn)，集合體多呈纖維狀、致密粒狀或隱晶質(zhì)塊狀。

硬石膏為無(wú)色或白色，常微帶淺紅色、淺藍(lán)色和淺灰色等，被鐵的氧化物或粘土染成紅色、褐色、灰色。玻璃光澤，解理面呈珍珠光澤。具三組相互垂直的解理，可裂成長(zhǎng)方形解理塊。摩氏硬度3-3.5，比重2.98。

圖示加拿大安大略省的硬石膏標(biāo)本

在石膏系統(tǒng)中，目前一般公認(rèn)存在五個(gè)相、七個(gè)變體。在生產(chǎn)生活中通常所稱石膏泛指硬石膏和生石膏這兩種變體。生石膏化學(xué)成分為二水硫酸鈣（含兩分子結(jié)晶水），又稱二水石膏、水石膏或軟石膏（自然界產(chǎn)出的天然二水硫酸鈣礦物在礦物學(xué)上即稱石膏，下文中的“石膏”即為此意）；硬石膏與石膏的不同之處在于它不含結(jié)晶水。雖然在石膏系統(tǒng)中存在多個(gè)變體，但自然界中硫酸鈣的兩種穩(wěn)定形式就是硬石膏和石膏。

在自然界，硬石膏主要為化學(xué)沉積成因，是蒸發(fā)作用的產(chǎn)物，大量形成在鹽湖中，常與石膏、石鹽等共生。在有的石膏礦床中由淺到深可見(jiàn)以石膏為主的成分過(guò)渡到硬石膏為主要成分的情況，也常見(jiàn)兩種石膏層呈互層產(chǎn)出。在熱液脈和火山熔巖孔洞內(nèi)偶有硬石膏出現(xiàn)。在某些硫化物礦床的氧化帶亦可有少量硬石膏產(chǎn)出。

在地表的條件下石膏比硬石膏更為常見(jiàn)，這是因?yàn)橛彩嘣诮咏乇淼牟糠郑捎谕獠繅毫Φ臏p低，受地表水作用吸收水分后會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)槭?，與此同時(shí)，其體積會(huì)顯著增大（約30%），這對(duì)工程建筑有危害性。

圖示加拿大安大略省的硬石膏標(biāo)本細(xì)節(jié)

天然硬石膏可做膠凝材料（膠凝材料指在物理、化學(xué)作用下，能從漿體變成堅(jiān)固的石狀體，并能膠結(jié)其他物料，制成有一定機(jī)械強(qiáng)度的復(fù)合固體的物質(zhì)），主要用于水泥工業(yè)。將硬石膏加入適量的激發(fā)劑（如石灰、頁(yè)巖灰、粒化高爐礦渣、硫酸鈉、硫酸氧鈉等）共同磨細(xì)而制得的氣硬性膠凝材料（無(wú)水石膏水泥），可用于配制建筑砂漿、保溫混凝土、抹灰、制造石膏制品和石膏板等。

硬石膏與石膏的某些用途大致相同，但由于性質(zhì)差別也略有差異。石膏的最大用途是建筑材料工業(yè)，用于生產(chǎn)各種石膏建筑材料制品、作為水泥及膠結(jié)材料的原料。模型石膏可用于鑄造、美術(shù)、陶瓷等行業(yè)。石膏還可用于制造硫酸，也可用于食品工業(yè)，亦可入藥，在傳統(tǒng)的中藥和西藥中都有廣泛的應(yīng)用。

硬石膏的世界著名產(chǎn)地有波蘭的維利奇卡、奧地利的布萊貝格、德國(guó)的施塔斯富特、瑞士的貝城、美國(guó)的洛克波特、中國(guó)南京的周村等。我國(guó)硬石膏資源相當(dāng)豐富，主要分布在長(zhǎng)江流域，如四川、湖北、湖南、安徽、江蘇等地區(qū)。

撰稿：朱俊、申岑、王雷

科學(xué)顧問(wèn)：張世濤

拍攝：楊宇晨

海報(bào)：鄭弼尹

依托單位：昆明理工大學(xué)國(guó)土資源工程學(xué)院