硬石膏：蒸发作用下的天然胶凝材料

本期为大家介绍的来自于加拿大安大略省的硬石膏标本，淡淡的浅红色如少女般害羞的脸庞。此标本同样属于昆明理工大学地学博物馆珍藏的世界岩矿标本之一。

硬石膏是一种硫酸盐矿物，它的化学成分为无水硫酸钙，属斜方晶系，斜方双锥晶类，晶体为厚板状或柱状，但良好晶体形态者少见，集合体多呈纤维状、致密粒状或隐晶质块状。

硬石膏为无色或白色，常微带浅红色、浅蓝色和浅灰色等，被铁的氧化物或粘土染成红色、褐色、灰色。玻璃光泽，解理面呈珍珠光泽。具三组相互垂直的解理，可裂成长方形解理块。摩氏硬度3-3.5，比重2.98。

图示加拿大安大略省的硬石膏标本

在石膏系统中，目前一般公认存在五个相、七个变体。在生产生活中通常所称石膏泛指硬石膏和生石膏这两种变体。生石膏化学成分为二水硫酸钙（含两分子结晶水），又称二水石膏、水石膏或软石膏（自然界产出的天然二水硫酸钙矿物在矿物学上即称石膏，下文中的“石膏”即为此意）；硬石膏与石膏的不同之处在于它不含结晶水。虽然在石膏系统中存在多个变体，但自然界中硫酸钙的两种稳定形式就是硬石膏和石膏。

在自然界，硬石膏主要为化学沉积成因，是蒸发作用的产物，大量形成在盐湖中，常与石膏、石盐等共生。在有的石膏矿床中由浅到深可见以石膏为主的成分过渡到硬石膏为主要成分的情况，也常见两种石膏层呈互层产出。在热液脉和火山熔岩孔洞内偶有硬石膏出现。在某些硫化物矿床的氧化带亦可有少量硬石膏产出。

在地表的条件下石膏比硬石膏更为常见，这是因为硬石膏在接近地表的部分，由于外部压力的减低，受地表水作用吸收水分后会转变为石膏，与此同时，其体积会显著增大（约30%），这对工程建筑有危害性。

图示加拿大安大略省的硬石膏标本细节

天然硬石膏可做胶凝材料（胶凝材料指在物理、化学作用下，能从浆体变成坚固的石状体，并能胶结其他物料，制成有一定机械强度的复合固体的物质），主要用于水泥工业。将硬石膏加入适量的激发剂（如石灰、页岩灰、粒化高炉矿渣、硫酸钠、硫酸氧钠等）共同磨细而制得的气硬性胶凝材料（无水石膏水泥），可用于配制建筑砂浆、保温混凝土、抹灰、制造石膏制品和石膏板等。

硬石膏与石膏的某些用途大致相同，但由于性质差别也略有差异。石膏的最大用途是建筑材料工业，用于生产各种石膏建筑材料制品、作为水泥及胶结材料的原料。模型石膏可用于铸造、美术、陶瓷等行业。石膏还可用于制造硫酸，也可用于食品工业，亦可入药，在传统的中药和西药中都有广泛的应用。

硬石膏的世界著名产地有波兰的维利奇卡、奥地利的布莱贝格、德国的施塔斯富特、瑞士的贝城、美国的洛克波特、中国南京的周村等。我国硬石膏资源相当丰富，主要分布在长江流域，如四川、湖北、湖南、安徽、江苏等地区。

撰稿：朱俊、申岑、王雷

科学顾问：张世涛

拍摄：杨宇晨

海报：郑弼尹

依托单位：昆明理工大学国土资源工程学院