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當前位置：首頁 > 技術支(zhi)持 > 基礎(chu)資料類(lei) > 石膏的脫水(shui)、 水(shui)化(hua)與凝結硬(ying)化(hua)機理
1. 石膏及其脫(tuo)水相的構成和特征
1.1 石膏及其(qi)脫水相
從(cong)熱(re)力學(xue)來說， 石(shi)(shi)(shi)膏(gao)(gao)(gao)及其脫水產物均是CaSO4---H2O系統(tong)中(zhong)的一個相(xiang)，它們在特(te)定條(tiao)件(jian)下同處于CaSO4---H2O的平衡系統(tong)中(zhong)。對(dui)此系統(tong)中(zhong)的相(xiang)已進行了長(chang)期的研究， 時至今日， 有(you)關相(xiang)的數量、 各變體的晶體結構與(yu)物理化學(xue)特(te)性等仍(reng)有(you)異議， 目(mu)前比(bi)較公認的有(you)五個相(xiang)， 七個變體。它們是： 二水石(shi)(shi)(shi)膏(gao)(gao)(gao)（CaSO4·2H2O）α型(xing)與(yu)β型(xing)半(ban)水石(shi)(shi)(shi)膏(gao)(gao)(gao)（αCaSO4-·1/2H2O、βCaSO4·1/2H2O）α型(xing)與(yu)β型(xing)硬(ying)(ying)(ying)石(shi)(shi)(shi)膏(gao)(gao)(gao)Ⅲ（α--CaSO4、β--CaSO4）硬(ying)(ying)(ying)石(shi)(shi)(shi)膏(gao)(gao)(gao)Ⅱ（CaSO4Ⅱ）硬(ying)(ying)(ying)石(shi)(shi)(shi)膏(gao)(gao)(gao)Ⅰ（CaSO4Ⅰ）。其中(zhong)硬(ying)(ying)(ying)石(shi)(shi)(shi)膏(gao)(gao)(gao)也稱(cheng)無水石(shi)(shi)(shi)膏(gao)(gao)(gao)。所謂脫水半(ban)水石(shi)(shi)(shi)膏(gao)(gao)(gao)就是硬(ying)(ying)(ying)石(shi)(shi)(shi)膏(gao)(gao)(gao)Ⅲ。
1.1.1二水石膏（calcium sulfate dehydrate）
二水石(shi)膏又(you)稱(cheng)石(shi)膏(gypsum)、生(sheng)石(shi)膏(raw gypsum)， 是(shi)自然界中穩定存在(zai)的(de)一個相。多數(shu)工業副產石(shi)膏(industrial by-product gypsum)也是(shi)二水石(shi)膏， 均(jun)歸屬(shu)此類。它們既是(shi)脫(tuo)水產物(wu)的(de)原始(shi)材料(liao)， 又(you)是(shi)脫(tuo)水產物(wu)再水化的(de)最終(zhong)產物(wu)，這種最終(zhong)產物(wu)也稱(cheng)為再生(sheng)石(shi)膏(reproductive gypsum)。
1.1.2半水(shui)石膏（calcium sulfate hemihydrate）
根(gen)據形成(cheng)條(tiao)件不同分(fen)為(wei)α型(xing)(xing)半(ban)(ban)水(shui)(shui)(shui)(shui)石(shi)(shi)(shi)(shi)膏(gao)(gao)(gao) （αCaSO4-·1/2H2O α-hemihydrate）） 與β型(xing)(xing)半(ban)(ban)水(shui)(shui)(shui)(shui)石(shi)(shi)(shi)(shi)膏(gao)(gao)(gao) （βCaSO4·1/2H2O β-hemihydrate） 兩個(ge)變體。當二水(shui)(shui)(shui)(shui)石(shi)(shi)(shi)(shi)膏(gao)(gao)(gao)在(zai)(zai)(zai)飽(bao)和水(shui)(shui)(shui)(shui)蒸(zheng)氣條(tiao)件下， 或(huo)在(zai)(zai)(zai)酸、 鹽的(de)溶液中(zhong)(zhong)加熱(re)脫水(shui)(shui)(shui)(shui)， 即可形成(cheng)α半(ban)(ban)水(shui)(shui)(shui)(shui)石(shi)(shi)(shi)(shi)膏(gao)(gao)(gao)； 如果在(zai)(zai)(zai)缺少水(shui)(shui)(shui)(shui)蒸(zheng)氣的(de)干(gan)燥環境中(zhong)(zhong)脫水(shui)(shui)(shui)(shui)則形成(cheng)β半(ban)(ban)水(shui)(shui)(shui)(shui)石(shi)(shi)(shi)(shi)膏(gao)(gao)(gao)。α型(xing)(xing)和β型(xing)(xing)半(ban)(ban)水(shui)(shui)(shui)(shui)石(shi)(shi)(shi)(shi)膏(gao)(gao)(gao)被認(ren)為(wei)是該相的(de)兩個(ge)極端狀態， 它們之間(jian)還可能存(cun)在(zai)(zai)(zai)某(mou)種中(zhong)(zhong)間(jian)狀態的(de)半(ban)(ban)水(shui)(shui)(shui)(shui)石(shi)(shi)(shi)(shi)膏(gao)(gao)(gao)。曾做過這(zhe)(zhe)方面的(de)研究(jiu)工作， 他們將二水(shui)(shui)(shui)(shui)石(shi)(shi)(shi)(shi)膏(gao)(gao)(gao)先在(zai)(zai)(zai)干(gan)燥氣氛中(zhong)(zhong)脫水(shui)(shui)(shui)(shui)， 再在(zai)(zai)(zai)聚集著潮濕蒸(zheng)氣中(zhong)(zhong)繼續脫水(shui)(shui)(shui)(shui)， 爾(er)后在(zai)(zai)(zai)干(gan)燥蒸(zheng)氣中(zhong)(zhong)就形成(cheng)了(le)這(zhe)(zhe)種具有α型(xing)(xing)與β型(xing)(xing)之中(zhong)(zhong)間(jian)性質的(de)半(ban)(ban)水(shui)(shui)(shui)(shui)石(shi)(shi)(shi)(shi)膏(gao)(gao)(gao)，并把(ba)它命名為(wei)低壓(ya)α型(xing)(xing)半(ban)(ban)水(shui)(shui)(shui)(shui)石(shi)(shi)(shi)(shi)膏(gao)(gao)(gao)， 寫成(cheng)(αBPCaSO4-·1/2H2O)。
1.1.3硬石(shi)膏Ⅲ (anhydriteⅢ)
硬石膏Ⅲ也稱可(ke)溶性硬石膏 （solbule anhydrite） 。有些(xie)文獻中命名的脫水半水石膏和г-硬石膏也歸屬于(yu)此類。
硬石膏(gao)Ⅲ一般也(ye)分(fen)為α型(xing)與(yu)β型(xing)兩(liang)個(ge)變體， 它們分(fen)別由(you)α型(xing)與(yu)β型(xing)半水(shui)石膏(gao)脫水(shui)而成。硬石膏(gao)Ⅲ的(de)(de)變體最早由(you)Lehmann等人確定， 他們認為除α-硬石膏(gao)Ⅲ與(yu)β-硬石膏(gao)Ⅲ以外， 還存(cun)在(zai)β-硬石膏(gao)Ⅲ′。這種硬石膏(gao)Ⅲ′是在(zai)水(shui)蒸氣壓極低的(de)(de)狀態下迅速排除水(shui)分(fen)， 越過CaSO4-·1/2H2O的(de)(de)中間階段直接形成， 其比(bi)表面積約是β-硬石膏(gao)Ⅲ的(de)(de)10倍。
1.1.4硬石(shi)膏Ⅱ（anhydriteⅡ）
硬石(shi)(shi)膏Ⅱ又(you)稱β-硬石(shi)(shi)膏， 或(huo)稱不溶(rong)性硬石(shi)(shi)膏(insoluble anhydrite)。它是(shi)二水(shui)石(shi)(shi)膏、 半水(shui)石(shi)(shi)膏和(he)硬石(shi)(shi)膏"經(jing)高溫脫(tuo)水(shui)后在(zai)常溫下穩定的最終(zhong)產物。在(zai)自然界(jie)中穩定存在(zai)的天然硬石(shi)(shi)膏也屬此(ci)類。另外(wai),Bensted等人(ren)在(zai)400-600C下加熱CaSO4Ⅲ時(shi)， 從(cong)紅外(wai)吸收光譜(pu)上發(fa)現有不同于CaSO4Ⅲ和(he)CaSO4Ⅱ的中間相(xiang)， 稱為低溫型(xing)CaSO4Ⅱ′其(qi)折(zhe)射率為1.54-1.56不同于以往CaSO4Ⅱ（他(ta)們稱為高溫型(xing)） 所折(zhe)射率1.54-1.61， 此(ci)相(xiang)的其(qi)他(ta)情況尚不清楚(chu)。
1.1.5硬石膏Ⅰ(anhydriteⅠ)
硬(ying)石(shi)膏(gao)(gao)Ⅰ也(ye)稱α硬(ying)石(shi)膏(gao)(gao)，是一種在(zai)1180C以上的(de)(de)高溫條件(jian)下才(cai)能存在(zai)的(de)(de)相，低于該溫度時， 硬(ying)石(shi)膏(gao)(gao)Ⅰ又(you)轉變為硬(ying)石(shi)膏(gao)(gao)Ⅱ。所以硬(ying)石(shi)膏(gao)(gao)Ⅰ在(zai)常溫下是不存在(zai)的(de)(de)， 也(ye)是沒有什么實際意(yi)義的(de)(de)相。
綜上(shang)所述，在(zai)(zai)(zai)常溫常壓(ya)條件下能夠獨立(li)存在(zai)(zai)(zai)的(de)相(xiang)只(zhi)有(you)(you)(you)(you)四個， 即(ji)二水(shui)石(shi)膏(gao)(gao)、半水(shui)石(shi)膏(gao)(gao)、 硬(ying)(ying)石(shi)膏(gao)(gao)Ⅲ和硬(ying)(ying)石(shi)膏(gao)(gao)Ⅱ。第五個相(xiang)---硬(ying)(ying)石(shi)膏(gao)(gao)Ⅰ，只(zhi)能在(zai)(zai)(zai)約1180C以上(shang)才能存在(zai)(zai)(zai)。這五個相(xiang)都有(you)(you)(you)(you)各(ge)自的(de)晶(jing)體(ti)結(jie)構特(te)征(zheng)，用 X射線(xian)相(xiang)分析即(ji)可將它們區(qu)(qu)別(bie)開來。變(bian)體(ti)(Modification)公(gong)認的(de)有(you)(you)(you)(you)七個，即(ji)在(zai)(zai)(zai)半水(shui)石(shi)膏(gao)(gao)相(xiang)和硬(ying)(ying)石(shi)膏(gao)(gao)Ⅲ相(xiang)中各(ge)有(you)(you)(you)(you)α與(yu)β兩個變(bian)體(ti)或(huo)兩種形態(tai) (form)。這就(jiu)是說， 石(shi)膏(gao)(gao)的(de) “變(bian)體(ti)” 具有(you)(you)(you)(you)特(te)殊的(de)涵義，它包含(han)了相(xiang)與(yu)形態(tai)兩個概念， 區(qu)(qu)別(bie)它們時， 有(you)(you)(you)(you)的(de)取決(jue)(jue)于晶(jing)體(ti)結(jie)構特(te)征(zheng)， 有(you)(you)(you)(you)的(de)則取決(jue)(jue)于亞微(wei)觀(guan)結(jie)構的(de)特(te)征(zheng)， 如晶(jing)粒的(de)形態(tai)、 排列(lie)以及與(yu)比表面積有(you)(you)(you)(you)關的(de)能量(liang)狀態(tai)等(deng)。
2. 石膏各相(xiang)的晶體結(jie)構與特性
2.1石膏各相(xiang)的晶體結構與特性
晶(jing)(jing)(jing)體(ti)(ti)結(jie)(jie)構(gou)(gou)(crystal structure)是(shi)(shi)分子、 原(yuan)子層次(ci)上的(de)(de)(de)(de)結(jie)(jie)構(gou)(gou)。它(ta)是(shi)(shi)結(jie)(jie)晶(jing)(jing)(jing)物質(zhi)(zhi)內部的(de)(de)(de)(de)微(wei)粒 （離子、 原(yuan)子或分子） 排列的(de)(de)(de)(de)格子構(gou)(gou)造，簡稱晶(jing)(jing)(jing)格(crystal lattice) 。成(cheng)晶(jing)(jing)(jing)格的(de)(de)(de)(de)基(ji)本單位(wei)(wei)叫晶(jing)(jing)(jing)胞(cell), 形狀呈六面體(ti)(ti)， 它(ta)是(shi)(shi)按一定(ding)原(yuan)則選取出來的(de)(de)(de)(de)最小(xiao)結(jie)(jie)構(gou)(gou)單位(wei)(wei)， 因此它(ta)能充分反映整個晶(jing)(jing)(jing)體(ti)(ti)結(jie)(jie)構(gou)(gou)的(de)(de)(de)(de)特征(zheng)。一個晶(jing)(jing)(jing)體(ti)(ti)結(jie)(jie)構(gou)(gou)的(de)(de)(de)(de)特征(zheng)表現(xian)在三(san)個方面： 一是(shi)(shi)晶(jing)(jing)(jing)胞的(de)(de)(de)(de)形狀和(he)大小(xiao)；二是(shi)(shi)晶(jing)(jing)(jing)胞內原(yuan)子的(de)(de)(de)(de)種(zhong)類(lei)、 數量和(he)位(wei)(wei)置； 三(san)是(shi)(shi)各(ge)(ge)原(yuan)子間的(de)(de)(de)(de)結(jie)(jie)合力(li)—鍵型和(he)鍵能。像前(qian)面介紹的(de)(de)(de)(de)五種(zhong)獨立(li)的(de)(de)(de)(de)石(shi)膏相， 其(qi)晶(jing)(jing)(jing)體(ti)(ti)結(jie)(jie)構(gou)(gou)各(ge)(ge)具(ju)特色， 各(ge)(ge)有各(ge)(ge)的(de)(de)(de)(de)特征(zheng)。它(ta)既是(shi)(shi)分析鑒定(ding)的(de)(de)(de)(de)依據(ju)，又是(shi)(shi)決(jue)定(ding)各(ge)(ge)相特性(xing)的(de)(de)(de)(de)根本因素， 加(jia)密度、 溶解性(xing)質(zhi)(zhi)、 光學性(xing)質(zhi)(zhi)、 電學性(xing)質(zhi)(zhi)、 熱學性(xing)質(zhi)(zhi)和(he)力(li)學性(xing)質(zhi)(zhi)等都與晶(jing)(jing)(jing)體(ti)(ti)結(jie)(jie)構(gou)(gou)的(de)(de)(de)(de)特征(zheng)有關.
2.1.1二水石(shi)膏(gao)的(de)晶體(ti)結(jie)構與特性
運用X射線結(jie)構(gou)分析、 中子(zi)衍射分析等方法已十分精確地測定出二水石(shi)膏的晶(jing)系、 空間群、 晶(jing)胞(bao)參數以(yi)及(ji)晶(jing)胞(bao)內部各(ge)個原子(zi)的間距和(he)鍵角.
二水石膏的晶體結構是由Ca2＋和SO42-離子結合成垂直于b軸方向而平行于 （010） 面的雙層和不分子層交替排列形成的一種層狀格子構造。離子結合層的內部是由正、 負離子相互作用而產生的結合力； 水分子層的內部是由偶極子與偶極子的相互作用而產生的結合力；離子結合層與水分子層之間則是由離子與偶極子的相互作用而產生的結合力。硫與周圍的四個氧原子結合成絡陰離子SO42-呈四面體形。Ca2＋( 的配位數為8 )， 與相鄰的四個SO42-中的 6個氧原子和2個水分子中的氧原子相聯結。因此, Ca2＋ 、SO42-之間的(de)結合遠較同水分(fen)(fen)子(zi)結合要(yao)牢固得(de)多(duo)， 這便是(shi)石(shi)膏(gao)具有｛010｝極(ji)完(wan)全(quan)解理和加熱二水石(shi)膏(gao)時水分(fen)(fen)子(zi)較易沿c軸方向從晶(jing)格中脫出的(de)根本(ben)原因。
根據核磁共振 NMR 和(he)紅外吸(xi)收光譜 IR分析證實： 二水(shui)石膏(gao)(gao)中的(de)(de)結(jie)晶水(shui)至(zhi)少由兩種結(jie)合狀態的(de)(de)水(shui)， 即結(jie)構水(shui)和(he)沸石水(shui)所(suo)組成(cheng)。一般(ban)認(ren)為(wei)， 結(jie)構水(shui)是在二水(shui)石膏(gao)(gao)轉變為(wei)半水(shui)石膏(gao)(gao)時脫出(chu)(chu)的(de)(de)水(shui)，而沸石水(shui)則(ze)保留(liu)在半水(shui)石膏(gao)(gao)中， 只有在半水(shui)石膏(gao)(gao)轉變為(wei)硬石膏(gao)(gao)Ⅲ時才被脫出(chu)(chu)。因此(ci)說(shuo)， 半水(shui)石膏(gao)(gao)的(de)(de)形成(cheng)量與(yu)這兩種水(shui)的(de)(de)比例有關(guan)。
晶(jing)體結構(gou)對石膏晶(jing)體的(de)形(xing)態(tai)(tai)生(sheng)長(chang)也起著控制作用(yong)，決定著各晶(jing)面(mian)的(de)生(sheng)長(chang)速度。但(dan)同(tong)時也不(bu)能忽略(lve)形(xing)態(tai)(tai)生(sheng)長(chang)還取決于(yu)環境條件， 如(ru)溫度、 壓(ya)力(li)、 濃度、 粘(zhan)度、pH值(zhi)、 渦流、雜(za)質(zhi)或外加離子等因素的(de)作用(yong)。
再(zai)生石膏(gao)與天然石膏(gao)的(de)晶體結構(gou)相同，但兩者的(de)性(xing)能差(cha)異較(jiao)大(da)(da)， 而(er)且再(zai)生石膏(gao)隨著再(zai)生次數的(de)增加(jia)其強度則(ze)逐漸(jian)下(xia)降。再(zai)生石膏(gao)性(xing)能的(de)變化， 如熱穩(wen)定性(xing)差(cha)、 硬化體強度低等(deng)， 其根本(ben)原因在于用(yong)再(zai)生石膏(gao)制(zhi)成的(de)半水石膏(gao)顆粒(li)細小、分散度高、 比表(biao)面積大(da)(da)、 比表(biao)面能高所致(zhi)。從而(er)引起標稠(chou)用(yong)水量大(da)(da)、 形成硬化體的(de)結構(gou)疏(shu)松多孔， 使孔隙率大(da)(da)幅度提高， 強度及(ji)熱穩(wen)定性(xing)則(ze)大(da)(da)大(da)(da)降低。
2.1.2半水石膏的晶體結構(gou)與特(te)性
半水石膏有(you)!型與(yu)"型兩種。由于人工制備單晶的(de)(de)條件不(bu)同， 至今對它們所屬的(de)(de)晶系(xi)和晶胞(bao)參數尚未取得一致結果(guo). 多引用(yong)測(ce)得的(de)(de)三方晶系(xi)的(de)(de)數據(ju)。α型與(yu)β型在(zai)晶體結構上的(de)(de)差異還未得到充分的(de)(de)證據(ju)， 就目前而言(yan)， 它們在(zai)晶體結構上是沒有(you)本質差別(bie)的(de)(de)。
當二水石膏轉變成半水石膏后， 其結構發生了兩個變化： 一是在兩個離子層之間的水分子層失去3/4的水； 二是Ca2＋ 與SO42-離子彼此錯動了位置， 形成鈣硫交錯層。根據二水石膏中Ca2＋ --SO42-間距為0.31nm,Ca—O=0.257-0.259nmCa--Ca間距為0.628nm即可從錯開的Ca2＋ --SO42-層推導得知， 半水(shui)石膏(gao)中將有直徑約為(wei)0.3nm:的水(shui)溝成為(wei)水(shui)分子的通(tong)道， 這便(bian)是半水(shui)石膏(gao)比較容易(yi)水(shui)化(hua)的原因。
半水石膏中結晶水的含量可以波動在0.15-0.66nm之間,0.5H2O的水化物被認為是固體溶液的一種特殊形態。其中水分子的排列與二水石膏相同，皆平行于 （010） 面， 不過殘留的水分子卻被Ca2＋ N 和SO42-離(li)子(zi)(zi)成等(deng)價狀(zhuang)態(tai)包圍著(zhu)，因(yin)此這(zhe)(zhe)種(zhong)(zhong)結(jie)(jie)合(he)不(bu)像一(yi)般結(jie)(jie)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)那樣松弛。根據NMR譜(pu)線(xian)的(de)(de)(de)(de)推斷,α半(ban)(ban)(ban)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)石(shi)(shi)膏(gao)(gao)具(ju)有寬(kuan)度較(jiao)大的(de)(de)(de)(de)吸收峰， 表明(ming)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)格(ge)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)分子(zi)(zi)存(cun)在(zai)(zai)剛性(xing)聯系(xi)， 可以認(ren)為是(shi)近似于結(jie)(jie)構水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)的(de)(de)(de)(de)形(xing)(xing)(xing)態(tai)； 而β半(ban)(ban)(ban)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)石(shi)(shi)膏(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)峰， 寬(kuan)度較(jiao)小(xiao)，形(xing)(xing)(xing)狀(zhuang)窄狹， 表明(ming)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)格(ge)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)分子(zi)(zi)沒(mei)有剛性(xing)固(gu)定(ding)， 而具(ju)有一(yi)定(ding)的(de)(de)(de)(de)活動度， 并認(ren)為這(zhe)(zhe)種(zhong)(zhong)易于流動的(de)(de)(de)(de)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)是(shi)一(yi)種(zhong)(zhong)近似于沸(fei)石(shi)(shi)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)的(de)(de)(de)(de)形(xing)(xing)(xing)態(tai)。這(zhe)(zhe)說明(ming)，α型比(bi)(bi)(bi)β型的(de)(de)(de)(de)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)體(ti)要(yao)穩定(ding)得多。α半(ban)(ban)(ban)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)石(shi)(shi)膏(gao)(gao)是(shi)由致(zhi)密的(de)(de)(de)(de)、粗(cu)(cu)大的(de)(de)(de)(de)、 完整(zheng)的(de)(de)(de)(de)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)體(ti)組成， 晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)體(ti)形(xing)(xing)(xing)態(tai)多呈(cheng)棒狀(zhuang)、 柱狀(zhuang)和(he)(he)粒(li)狀(zhuang)， 也有呈(cheng)針狀(zhuang)和(he)(he)纖維狀(zhuang)形(xing)(xing)(xing)態(tai); β半(ban)(ban)(ban)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)石(shi)(shi)膏(gao)(gao)則(ze)由疏松的(de)(de)(de)(de)、細(xi)小(xiao)的(de)(de)(de)(de)、 不(bu)規(gui)則(ze)的(de)(de)(de)(de)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)粒(li)組成， 晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)粒(li)形(xing)(xing)(xing)態(tai)多呈(cheng)鱗片狀(zhuang)、 少量(liang)呈(cheng)薄板狀(zhuang)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)形(xing)(xing)(xing)。這(zhe)(zhe)些(xie)特征正是(shi)由于它(ta)們的(de)(de)(de)(de)形(xing)(xing)(xing)成條件不(bu)同所產生(sheng)， 像β半(ban)(ban)(ban)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)石(shi)(shi)膏(gao)(gao)因(yin)在(zai)(zai)過熱非飽(bao)和(he)(he)蒸氣下快速脫(tuo)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)而形(xing)(xing)(xing)成，所以晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)體(ti)疏松、 細(xi)小(xiao)， 有著(zhu)非常發育的(de)(de)(de)(de)內表面(mian)； 而α半(ban)(ban)(ban)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)石(shi)(shi)膏(gao)(gao)則(ze)在(zai)(zai)有液態(tai)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)存(cun)在(zai)(zai)的(de)(de)(de)(de)環境中(zhong)(zhong)脫(tuo)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)、 重結(jie)(jie)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)形(xing)(xing)(xing)成， 具(ju)備形(xing)(xing)(xing)成致(zhi)密粗(cu)(cu)大晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)體(ti)的(de)(de)(de)(de)條件。因(yin)此， 兩種(zhong)(zhong)變體(ti)在(zai)(zai)比(bi)(bi)(bi)表面(mian)積上(shang)相差甚(shen)大（β比(bi)(bi)(bi)α約大2-8倍）,也因(yin)此使密度、 折射(she)率(lv)、 膨脹率(lv)、 水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)化熱、標稠用水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)量(liang)和(he)(he)強(qiang)度等(deng)性(xing)能呈(cheng)現(xian)明(ming)顯差別。β半(ban)(ban)(ban)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)石(shi)(shi)膏(gao)(gao)因(yin)結(jie)(jie)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)細(xi)小(xiao)， 結(jie)(jie)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)格(ge)子(zi)(zi)有一(yi)定(ding)數量(liang)的(de)(de)(de)(de)缺(que)陷和(he)(he)畸變， 才使其(qi)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)分子(zi)(zi)類似于沸(fei)石(shi)(shi)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)的(de)(de)(de)(de)結(jie)(jie)合(he)； 而α半(ban)(ban)(ban)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)石(shi)(shi)膏(gao)(gao)則(ze)因(yin)結(jie)(jie)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)粗(cu)(cu)大，晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)格(ge)比(bi)(bi)(bi)較(jiao)完整(zheng)， 所以水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)分子(zi)(zi)結(jie)(jie)合(he)得比(bi)(bi)(bi)較(jiao)牢固(gu)， 類似于結(jie)(jie)構水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)的(de)(de)(de)(de)結(jie)(jie)合(he)。綜上(shang)可知，α與β半(ban)(ban)(ban)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)石(shi)(shi)膏(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)體(ti)形(xing)(xing)(xing)態(tai)、 分散(san)度和(he)(he)內表面(mian)積的(de)(de)(de)(de)不(bu)同乃是(shi)引(yin)起(qi)其(qi)性(xing)能差別的(de)(de)(de)(de)原(yuan)因(yin)所在(zai)(zai)。
2.1.3硬(ying)石膏 Ⅲ的晶體結構與特性
硬(ying)(ying)石(shi)(shi)(shi)膏(gao)Ⅲ可(ke)(ke)(ke)分(fen)為α與(yu)(yu)β兩種形(xing)態， 分(fen)別由α與(yu)(yu)β半(ban)水(shui)石(shi)(shi)(shi)膏(gao)脫(tuo)水(shui)而形(xing)成。它們(men)的(de)(de)(de)(de)晶(jing)體結(jie)構(gou)還不(bu)十(shi)分(fen)清楚(chu)， 這是由于硬(ying)(ying)石(shi)(shi)(shi)膏(gao)Ⅲ的(de)(de)(de)(de)純(chun)晶(jing)體的(de)(de)(de)(de)制備十(shi)分(fen)困難，稍有(you)不(bu)慎即會形(xing)成含有(you)半(ban)水(shui)石(shi)(shi)(shi)膏(gao)或硬(ying)(ying)石(shi)(shi)(shi)膏(gao)Ⅲ的(de)(de)(de)(de)混合物。它與(yu)(yu)半(ban)水(shui)石(shi)(shi)(shi)膏(gao)的(de)(de)(de)(de)主要(yao)差別在于層(ceng)間的(de)(de)(de)(de)半(ban)個水(shui)分(fen)子已被脫(tuo)出(chu)，結(jie)構(gou)從三方晶(jing)系轉變(bian)為六方晶(jing)系。硬(ying)(ying)石(shi)(shi)(shi)膏(gao)!垂直于 7 軸的(de)(de)(de)(de)晶(jing)體結(jie)構(gou)投影， 可(ke)(ke)(ke)以(yi)從中(zhong)看到有(you)近圓形(xing)的(de)(de)(de)(de)干枯溝(gou)道(dao)， 這種密(mi)布的(de)(de)(de)(de)干溝(gou)道(dao)形(xing)成了大量的(de)(de)(de)(de)內表面，使(shi)硬(ying)(ying)石(shi)(shi)(shi)膏(gao)!親水(shui)性極(ji)強， 穩定(ding)性很差， 甚至可(ke)(ke)(ke)從潮濕的(de)(de)(de)(de)空氣中(zhong)吸收水(shui)分(fen)轉變(bian)成半(ban)水(shui)石(shi)(shi)(shi)膏(gao)。
一(yi)般認為其中(zhong)仍殘(can)留(liu)了(le)微量的(de)(de)水(shui)分。α型(xing)殘(can)留(liu)水(shui)分為0.02-0.05% β型(xing)為0.6-0.9%并認為它們都是與結構無(wu)關的(de)(de)沸石(shi)(shi)型(xing)結晶水(shui)。硬石(shi)(shi)膏(gao)(gao)Ⅲ由于(yu)結構疏松，有(you)廣大的(de)(de)比表(biao)面(mian)積， 所以初始水(shui)化速度極(ji)快， 形(xing)成硬化體(ti)時強度較低。在(zai)熟石(shi)(shi)膏(gao)(gao)中(zhong)， 硬石(shi)(shi)膏(gao)(gao)Ⅲ是造(zao)成性(xing)能不(bu)穩定的(de)(de)主要因(yin)素之一(yi)， 因(yin)此均需(xu)經過陳化， 而(er)使其轉變(bian)成半水(shui)石(shi)(shi)膏(gao)(gao)后，性(xing)能才會趨于(yu)穩定。硬石(shi)(shi)膏(gao)(gao)Ⅲ的(de)(de)α與β形(xing)態(tai)， 在(zai)特性(xing)上也有(you)一(yi)定差別，這些(xie)差別很可(ke)能是因(yin)為α與β半水(shui)石(shi)(shi)膏(gao)(gao)的(de)(de)結晶形(xing)態(tai)和比表(biao)面(mian)積不(bu)同而(er)引起的(de)(de).
2.1.4硬石(shi)膏的晶(jing)體結構(gou)與特(te)性
硬石膏Ⅱ的晶體結構和天然硬石膏相同, Ca2＋與SO42-交錯排列， 一個Ca2＋離子與相鄰的四個SO42-四面體相連接， 每個四面體中有兩個O2-與Ca2＋結合， 故Ca2＋的配位數為 8。在（100）和（010）面上，Ca2＋與SO42-分布成平整的層， 但在（001）面上SO42-四面體就(jiu)不能(neng)形成平整的(de)層， 這就(jiu)是硬(ying)石(shi)膏(gao)Ⅱ為(wei)(wei)什(shen)么有｛100｝ 及｛010｝的(de)完全(quan)解理， 而沿(yan)｛001｝ 方(fang)向則表(biao)現為(wei)(wei)中(zhong)(zhong)等(deng)解理的(de)原因(yin).硬(ying)石(shi)膏(gao)Ⅱ的(de)Ca—O=0.252-0.255nm Ca—Ca=0.624nm S—O=0.143-0.145nm這些數(shu)據(ju)都比二水石(shi)膏(gao)、半水石(shi)膏(gao)和硬(ying)石(shi)膏(gao)Ⅲ中(zhong)(zhong)相(xiang)應的(de)原子間距短(duan)而緊密(mi)。硬(ying)石(shi)膏(gao)Ⅱ的(de)晶體結構(gou)較其他(ta)種類的(de)石(shi)膏(gao)要(yao)牢(lao)固(gu)， 因(yin)此也表(biao)現出它有較高的(de)熱穩(wen)定性、 較慢的(de)溶解速度(du)和較差的(de)水化(hua)(hua)硬(ying)化(hua)(hua)能(neng)力等(deng)特性。
硬(ying)(ying)石(shi)(shi)(shi)(shi)膏(gao)(gao)Ⅱ是在(zai)40-1180C惟一穩(wen)定的(de)相。在(zai)工業生(sheng)產(chan)(chan)中，隨著煅燒(shao)溫度的(de)不同， 可產(chan)(chan)生(sheng)與水(shui)的(de)反(fan)(fan)應能(neng)力不同的(de)硬(ying)(ying)石(shi)(shi)(shi)(shi)膏(gao)(gao)Ⅱ， 即：硬(ying)(ying)石(shi)(shi)(shi)(shi)膏(gao)(gao)Ⅱ-S 稱慢(man)溶硬(ying)(ying)石(shi)(shi)(shi)(shi)膏(gao)(gao)(slowly soluble anhydrite)于(yu)(yu)360-500 C產(chan)(chan)生(sheng)。其水(shui)化反(fan)(fan)應能(neng)力隨溫度升高、 內(nei)表面積的(de)減少(shao)而(er)逐(zhu)漸(jian)減弱，它比半水(shui)石(shi)(shi)(shi)(shi)膏(gao)(gao)的(de)水(shui)化速度要緩(huan)慢(man)得多(duo)。硬(ying)(ying)石(shi)(shi)(shi)(shi)膏(gao)(gao)Ⅱ--U， 稱不溶硬(ying)(ying)石(shi)(shi)(shi)(shi)膏(gao)(gao)(insoluble anhydrite)， 于(yu)(yu)500-700C產(chan)(chan)生(sheng)。它與天然硬(ying)(ying)石(shi)(shi)(shi)(shi)膏(gao)(gao)的(de)性(xing)能(neng)基本一致，在(zai)沒有激發(fa)劑的(de)情(qing)況(kuang)下， 幾(ji)乎沒有水(shui)化反(fan)(fan)應能(neng)力。硬(ying)(ying)石(shi)(shi)(shi)(shi)膏(gao)(gao)Ⅱ--E， 因(yin)是澆注地板用的(de)石(shi)(shi)(shi)(shi)膏(gao)(gao)， 故稱澆注石(shi)(shi)(shi)(shi)膏(gao)(gao)(estrichips)或地板石(shi)(shi)(shi)(shi)膏(gao)(gao)(flooring faster)，于(yu)(yu)700-1000C產(chan)(chan)生(sheng)。由于(yu)(yu)硫(liu)酸鈣逐(zhu)漸(jian)分(fen)解成(cheng) Ca +SO3，而(er)形成(cheng)硬(ying)(ying)石(shi)(shi)(shi)(shi)膏(gao)(gao)Ⅱ與CaO的(de)混合物。CaO分(fen)子嵌入到(dao)硬(ying)(ying)石(shi)(shi)(shi)(shi)膏(gao)(gao)的(de)晶(jing)格中，使(shi)晶(jing)格發(fa)生(sheng)畸變， 從而(er)激發(fa)了硬(ying)(ying)石(shi)(shi)(shi)(shi)膏(gao)(gao)Ⅱ的(de)活性(xing)， 促進了水(shui)化反(fan)(fan)應能(neng)力的(de)提高。
2.1.5硬石膏"的晶體結構與特性(xing)
當溫(wen)度高(gao)于1800 C時(shi)， 硬石(shi)(shi)膏Ⅱ轉變(bian)為硬石(shi)(shi)膏Ⅰ。它只能在高(gao)于1180 C時(shi)才能存在， 低于此(ci)溫(wen)度時(shi)就會轉變(bian)成硬石(shi)(shi)膏Ⅱ。如果硬石(shi)(shi)膏Ⅰ繼續(xu)加熱到1145 C時(shi)， 即(ji)可(ke)全部分解為氧化鈣、二氧化硫和(he)氧氣。
