石膏礦

主要為化學(xué)積淀作用的產(chǎn)物，常形成巨大的礦層或透鏡體，賦存于石灰?guī)r、紅色頁巖和砂巖、泥灰?guī)r及沾土巖系中，常與硬石膏、石鹽等共生。硬石膏層在近地表部位，由于外部壓力的減小，受地表水作用而轉(zhuǎn)變?yōu)槭啵篊aSO4 2H2O——CaSO4·2H2O；同時(shí)體積增大約30%，引起石膏層的破壞。

理論組成(wB%)：CaO 32.5，SQ346.6，H2O 20.9。Ca可少量地被Sr2 代替，常有粘土、有機(jī)質(zhì)等機(jī)械混入物，有時(shí)會(huì)含有SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、Na2O、CO2、Cl等雜質(zhì)，但它們的成分變化不大。

通常為白色、無色，無色透明晶體稱為透石膏，有時(shí)因含雜質(zhì)而成灰、淺黃、淺褐等色。條痕白色。透明。玻璃光澤， 解理面珍珠光澤，纖維狀集合體絲絹光澤。解理極完全，和中等，解理片裂成面夾角為66和114的菱形體。性脆。硬度1.5~2。不同方向稍有變化。相對(duì)密度2.3。

偏光鏡下：無色。二軸晶( )。2V=58。Ng=1.530，Nm=1.523，Np=1.521。隨溫度升高2V減小，在大約90℃時(shí)2V為零。

加熱時(shí)存在3個(gè)排出結(jié)晶水階段：105~180℃，首先排出1個(gè)水分子，隨后立即排出半個(gè)水分子，轉(zhuǎn)變?yōu)闊郈a[SO4]·0.5H2O，也稱熟石膏或半水石膏。200~220℃，排出剩余的半個(gè)水分子，轉(zhuǎn)變?yōu)棰笮陀彩郈a[SO4]·εH2O(0.06<ε<0.11)。約350℃，轉(zhuǎn)變?yōu)棰蛐褪郈a[SO4]。1120℃時(shí)進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)棰裥陀彩?。熔融溫?450℃。

石膏及其制品的微孔結(jié)構(gòu)和加熱脫水性，使之具優(yōu)良的隔音、隔熱和防火性能。

世界上石膏資源豐富，分布廣泛，已有100多個(gè)國家和地區(qū)勘查探明了石膏儲(chǔ)量，根據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局統(tǒng)計(jì)，石膏資源儲(chǔ)量豐富的國家主要有：俄羅斯32億t、伊朗24億t、中國13億t、巴西2.3億t、美國7億t、加拿大4.5億t，其他石膏資源儲(chǔ)量較大的國家有墨西哥、西班牙、法國、泰國、澳大利亞、印度和英國等。

中國石膏礦的規(guī)模以大、中型為主，保有儲(chǔ)量的礦產(chǎn)地中，大型礦占47%、中型礦占20%、小型礦占33%?？偙Ｓ袃?chǔ)量的98%以上分布于大型礦中，而中、小型礦的儲(chǔ)量只占近2%。在大型礦中，有26處規(guī)模特大（儲(chǔ)量大于2億t），其中規(guī)模最大的是山東大汶口盆地，與鹽類礦共生的硬石膏礦石儲(chǔ)量近300億t。在已利用和可供近期利用的礦產(chǎn)地中，大型礦占43%，中型礦占22%，小型礦占35%，保有儲(chǔ)量94%以上集中于大型礦，中、小型礦只占5%。在已利用和可供近期利用的大型礦中，儲(chǔ)量大于2億t規(guī)模特大的有16處，集中了總保有儲(chǔ)量的71%，規(guī)模最大的是內(nèi)蒙古鄂托克旗蘇級(jí)礦，保有D級(jí)儲(chǔ)量32億t，保有B C級(jí)儲(chǔ)量最多的是江蘇南京市周村硬石膏礦，B C級(jí)保有儲(chǔ)量3.4億t。

　　中國石膏礦石類型齊全，但優(yōu)質(zhì)礦石（纖維石膏）少。保有儲(chǔ)量中，硬石膏類礦床礦石儲(chǔ)量占60%，石膏類礦床礦石儲(chǔ)量占40%（其中：纖維石膏占2%、普通石膏占20%，其余為泥質(zhì)石膏、硬石膏及碳酸鹽質(zhì)石膏，占18%）；但在已利用和可供近期利用的礦產(chǎn)地中，則以石膏類礦床為主，占其保有儲(chǔ)量的80%，硬石膏類礦床礦石儲(chǔ)量只占其保有儲(chǔ)量的20%。

　　中國石膏礦石除纖維石膏和部分巨-偉晶石膏須經(jīng)選礦外，其他類型礦石一般不經(jīng)選礦，即可利用。礦石品位總體屬于中、高品位，已有探明儲(chǔ)量的礦產(chǎn)地礦石平均品位（Ca[SO₄]·2H₂O Ca[SO₄]）一般均大于55%，符合作水泥緩凝劑的質(zhì)量要求，其中已利用和可供近期利用的石膏類礦床中，平均品位大于75%的保有儲(chǔ)量有50多億t，可以滿足建筑用石膏的要求見下表。

中國石膏礦床中占88%的為單一礦產(chǎn)，也有近20處礦產(chǎn)地石膏與鹽類礦及硫、鐵、銅、鉛鋅等礦共生。與鹽類礦產(chǎn)共生規(guī)模最大的是山東大汶口盆地硬石膏礦，其次與鈣芒硝共生的石膏或硬石膏礦分布于青海西寧、互助、平安和湖南衡陽、衡南及云南祿勸等地，四川農(nóng)樂石膏礦共生雜鹵石，與鐵礦共生的硬石膏礦分布于河北武安、沙河和安徽廬江、馬鞍山、濉溪及新疆哈密市庫坶塔格等地，山東泰安朱家莊自然硫與石膏共生，安徽貴池東湖硬石膏與銅礦共生，云南蘭坪石膏與鉛鋅礦共生，這些與其他礦產(chǎn)共生的石膏礦，已利用的很少。

　　中國已利用和可供近期利用的石膏礦產(chǎn)地，交通運(yùn)輸條件一般較好，只有少數(shù)礦產(chǎn)地距鐵路或水運(yùn)線較遠(yuǎn)，礦區(qū)水文地質(zhì)、工程地質(zhì)條件多為簡(jiǎn)單—中等，部分礦床較復(fù)雜。有一些礦產(chǎn)地由于交通不便或礦區(qū)水文地質(zhì)、工程地質(zhì)條件復(fù)雜，因此近期難以利用。

　　中國西部石膏礦一般礦層厚，埋藏淺，如甘肅、寧夏、青海的一些礦山宜于露天開采，云南、四川的一些礦山可以先露天開采，再轉(zhuǎn)入地下開采；而中國中部和東部的石膏礦，一般埋藏較深，且多為薄層礦，需要地下開采，開采難度較大。

石膏屬單斜晶系，解理度很高，容易裂開成薄片。將石膏加熱至100～200°C，失去部分結(jié)晶水，可得到半水石膏。它是一種氣硬性膠凝材料，具有 α和 β兩種形態(tài)，都呈菱形結(jié)晶，但物理性能不同。 α型半水石膏結(jié)晶良好、堅(jiān)實(shí)； β型半水石膏是片狀并有裂紋的晶體，結(jié)晶很細(xì)，比表面積比 α型半水石膏大得多。

生產(chǎn)石膏制品時(shí)， α型半水石膏比 β型需水量少，制品有較高的密實(shí)度和強(qiáng)度。通常用蒸壓釜在飽和蒸汽介質(zhì)中蒸煉而成的是 α型半水石膏，也稱高強(qiáng)石膏；用炒鍋或回轉(zhuǎn)窯敞開裝置煅煉而成的是 β型半水石膏，亦即建筑石膏。工業(yè)副產(chǎn)品化學(xué)石膏具有天然石膏同樣的性能，不需要過多的加工。半水石膏與水拌和的漿體重新形成二水石膏、在干燥過程中迅速凝結(jié)硬化而獲得強(qiáng)度，但遇水則軟化。

石膏是生產(chǎn)石膏膠凝材料和石膏建筑制品的主要原料，也是硅酸鹽水泥的緩凝劑。石膏經(jīng)600～800°C煅燒后，加入少量石灰等催化劑共同磨細(xì)，可以得到硬石膏膠結(jié)料（也稱金氏膠結(jié)料）；經(jīng)900～1000°C煅燒并磨細(xì)，可以得到高溫煅燒石膏。用這兩種石膏制得的制品，強(qiáng)度高于建筑石膏制品，而且硬石膏膠結(jié)料有較好的隔熱性，高溫煅燒石膏有較好的耐磨性和抗水性。

利用建筑石膏生產(chǎn)的建筑制品主要有：

①紙面石膏板。在建筑石膏中加入少量膠粘劑、纖維、泡沫劑等與水拌和后連續(xù)澆注在兩層護(hù)面紙之間，再經(jīng)輥壓、凝固、切割、干燥而成。板厚9～25毫米，干容重750～850公斤/米3，板材韌性好，不燃，尺寸穩(wěn)定，表面平整，可以鋸割，便于施工。主要用于內(nèi)隔墻、內(nèi)墻貼面、天花板、吸聲板等，但耐水性差，不宜用于潮濕環(huán)境中。

②纖維石膏板。將摻有纖維和其他 外加劑的建筑石膏料漿，用纏繞、壓濾或輥壓等方法成型后，經(jīng)切割、凝固、干燥而成。厚度一般為8～12毫米，與紙面石膏板比，其抗彎強(qiáng)度較高，不用護(hù)面紙和膠粘劑，但容重較大，用途與紙面石膏板相同。

③裝飾石膏板。將配制的建筑石膏料漿，澆注在底模帶有花紋的?？蛑校?jīng)抹平、凝固、脫模、干燥而成，板厚為10毫米左右。為了提高其吸聲效果，還可制成帶穿孔和盲孔的板材，常用作天花板和裝飾墻面。

④石膏空心板條和石膏砌塊。將建筑石膏料漿澆注入模，經(jīng)振動(dòng)成型和凝固后脫模、干燥而成?？招臈l板的厚度一般為60～100毫米，孔洞率30～40%；砌塊尺寸一般為600×600毫米，厚度60～100毫米，周邊有企口，有時(shí)也可做成帶圓孔的空心砌塊。空心條板和砌塊均用專用的石膏砌筑，施工方便，常用作非承重內(nèi)隔墻。

編輯

石膏板，a0=0.568nm，b0=1.518nm，c0=0.629nm，β=118°23'；Z=4。晶體結(jié)構(gòu)由[SO4]2四面體與Ca2 聯(lián)結(jié)成∥(010)的雙層，雙層間通過H2O分子聯(lián)結(jié)。其完全解理即沿此方向發(fā)生。Ca2 的配位數(shù)為8，與相鄰的4個(gè)[SO4]四面體中的6個(gè)O2-和2個(gè)H2O分子聯(lián)結(jié)。H2O分子與[SO4]中的O2-以氫鍵相聯(lián)系，水分子之間以分子鍵相聯(lián)系。

斜方柱晶類，C2h-2/m（L2PC）。晶體常依發(fā)育成板狀，亦有呈粒狀。平行雙面b、p，斜方柱m、l等；晶面和常具縱紋；有時(shí)呈扁豆?fàn)睢ｋp晶常見，一種是依（100）為雙晶面的加里雙晶或稱燕尾雙晶，另一種是以（101）為雙晶面的巴黎雙晶或稱箭頭雙晶。集合體多呈致密粒狀或纖維狀。細(xì)晶粒狀塊狀稱之為雪花石膏；纖維狀集合體稱為纖維石膏。少見由扁豆?fàn)罹w形成的似玫瑰花狀集合體。亦有土狀、片狀集合體。

石膏的負(fù)低突起明顯區(qū)別于硬石膏的正中突起。石膏的雙折射率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于硬石膏。此外，硬石膏的假立方形解理（三組解理相互直交）也是二者區(qū)別特征之一。致密塊狀的石膏，以其低硬度和遇酸不起泡可與碳酸鹽區(qū)別。

石膏礦渣水泥是由基礎(chǔ)材料?；郀t礦渣、激發(fā)劑石灰或水泥熟料和增強(qiáng)劑石膏混合粉磨而成的水硬性膠凝材料。石膏增強(qiáng)劑又稱硫酸鹽增強(qiáng)劑，所以石膏礦渣水泥又稱硫酸鹽礦渣水泥。

在20世紀(jì)50年代，中國建筑材料科學(xué)研究總院繆紀(jì)生、吳兆正和成希弼等對(duì)石膏礦渣水泥的物化理論、生產(chǎn)技術(shù)和性能與應(yīng)用，做了大量研究開發(fā)工作，取得良好結(jié)果。1957年到1962年間，石膏礦渣水泥曾在全國推廣，用于多層房屋、橋梁和水壩等建設(shè)工程，取得了預(yù)期結(jié)果。進(jìn)入20世紀(jì)70年代，隨著通用硅酸鹽水泥迅速發(fā)展，高爐礦渣資源愈加緊缺，甚至發(fā)展到被列入國家原材料資源的統(tǒng)配名單，按國家計(jì)劃分配給各水泥企業(yè)。由于資源緊缺，加上性能方面的某些缺陷，石膏礦渣水泥雖然具有生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單和成本較低等優(yōu)勢(shì)，到20世紀(jì)70年代后期它開始逐漸淡出中國水泥品種名單。

石膏礦渣水泥目前在全國范圍內(nèi)雖已不再普遍使用，但它的物化理論、生產(chǎn)技術(shù)和使用經(jīng)驗(yàn)，對(duì)利用地區(qū)性工業(yè)廢渣、發(fā)展地方性無熟料或少熟料水泥具有重要價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。例如，利用化鐵爐渣、鋼渣、鋁渣、磷渣和鉻鐵渣等制造無熟料水泥或少熟料水泥。

本書以石膏礦采空區(qū)安全管理為研究對(duì)象，在石膏礦床地質(zhì)分析基礎(chǔ)上，闡述了石膏礦常用采礦方法——房柱法的技術(shù)特征；在相似模擬基礎(chǔ)上分析了大面積采空區(qū)冒落誘發(fā)動(dòng)力災(zāi)害的機(jī)理，建立了空氣沖擊氣浪風(fēng)速預(yù)測(cè)模型和冒落礦震強(qiáng)度預(yù)測(cè)模型；在總結(jié)部分礦山礦房頂板與采空區(qū)冒落失穩(wěn)規(guī)律的基礎(chǔ)上， 基于可靠性理論建立了石膏礦采空區(qū)失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，并對(duì)33個(gè)石膏礦進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)分析。運(yùn)用FLAC3D對(duì)石膏礦采空區(qū)現(xiàn)狀穩(wěn)定性進(jìn)行了評(píng)價(jià)；進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，由于石膏礦巖的特殊物理力學(xué)性質(zhì)，蠕變效用顯著，擾動(dòng)流變耦合作用加劇了礦柱與頂板圍巖的破壞進(jìn)程，更好地解釋了石膏礦采空區(qū)大冒落的周期性，提出了采空區(qū)大范圍巖移“隔離礦柱——關(guān)鍵層”控制體系，并基于此提出了石膏礦采空區(qū)處理關(guān)鍵技術(shù)，為石膏礦采空區(qū)治理奠定了基礎(chǔ)。

本書可供科研院所研究人員，礦業(yè)類本科生、研究生和礦山企業(yè)技術(shù)與安全管理人員參考使用。