在烧结砖瓦原材料中最常见的硫酸盐矿物是石膏，偶尔也会发现重晶石（BaSO4）矿物。钙和钡的硫酸盐对砖瓦产品来讲是完全有害的矿物，因为这两种硫酸盐都是反应活性很强的矿物，在焙烧过程中都可能会与硅酸盐或铝硅酸盐矿物反应，成为含硫气体的来源。如果这类气体存在于制品内甚至于比排放到环境中更有害。石膏或多或少要溶解在搅拌水中，从而引发了干燥泛白或滞留在成品中造成后期泛霜的问题等。

在烧结砖瓦原材料中发现的天然石膏矿物有天然二水石膏（CaSO4•2H2O）及天然无水石膏（CaSO4）。天然二水石膏质地较软，故又称软石膏。天然无水石膏因质地较硬，故又称硬石膏。天然二水石膏(dihydrate gypsum)也称生石膏，是所有石膏相中最常见的一种，所以简称石膏。纯洁的石膏是透明无色或白色，但是在砖瓦原材料中的石膏因有砂、黏土矿物、碳酸盐矿物、有机质以及氧化铁等各种物质的混入和影响而呈灰色、褐色、赤色或灰黄色及淡红色等多种颜色。石膏矿常呈板状、叶片状、针状和纤维状晶形，少数呈柱状，有时也可见燕尾形的连生双晶。玻璃或丝绢光泽，解理面呈现出珍珠变彩。硬度2，性脆，密度2.30~2.33。略溶于水，温度为20℃时一升水可溶解2.6克石膏。当温度在32~34℃之间时，石膏的溶解度最大。表26给出了石膏的溶解度数据。石膏溶于盐酸但不起泡，具有很低的导热率。加热失水或完全脱水。

表26：CaSO4•2H2O在水中的溶解度

石膏的化学组成为CaSO4•2H2O，其中：CaO=32.56%；SO3=46.51%；H2O=20.93%。Ca可少量被Sr代替。二水石膏属单斜晶系，晶胞尺寸为：a0=5.76Å；bo=15.15Å；co=6.28Å；β=115º56′。图56表示了二水石膏的晶体结构。

从图56中可以看出，二水石膏具有由Ca2+离子连接[SO4]2—四面体而构成双层的结构层，H2O分子则分布在双层结构层之间，Ca2+的配位数为8，它除了与相邻的四个[SO4]2—四面体中的六个O2—相连接外，还与二个H2O分子连接。结构层平面为[010]，所以二水石膏常呈[010]的板状形态，并在这个面上有极完全的解理。

二水石膏的晶形如图57所示。图57表明石膏在结晶生长时，一般向a轴和c轴发展，形成对[010]晶面发育的板状晶体，有时也只向c轴生长延长，这时可形成柱状或针状晶体。由于二水石膏[010]面解理完全，所以在显微镜下常看到菱形薄板状、柱板状或针状晶体。必须提到的是：二水石膏的晶形也常受到微量杂质、溶液的性质、pH值及温度等因素的影响而变化。但是不同晶形的二水石膏，其折射率是一定的。

图57：二水石膏的晶形

二水石膏加热时失去结晶水，变成半水石膏和无水石膏。上述石膏相的化学组成和晶形如表27所示。

无水石膏（硬石膏）的化学组成CaSO4，常含少量Sr、Mg、Si、Al等杂质。斜方晶系，晶体呈柱状或厚板状，常为致密块状或粒状集合体。白色，含杂质时为灰白、浅灰、灰黑色，偶见无色透明晶体。玻璃光泽，解理面呈珍珠光泽。硬度3.0~3.5，性脆，密度2.8~3.1。硬石膏较二水石膏难溶于水，但在空气中易水化成二水石膏，且体积增大。硬石膏主要为盐湖中化学沉淀作用的产物，与二水石膏、石盐等共生，往往地表及浅部变为二水石膏，而深部仍为硬石膏。

应当指出，当二水石膏加热脱水时，由于加热的程度及条件不同，脱水石膏的结构和特性也不同。二水石膏在加热过程中生成的不同变体及其形成与转化的条件如图58所示。

二水石膏的差热分析曲线表明，在140℃左右有一个吸热峰，这时二水石膏失去一个半分子的水，接着在190℃左右又有一个吸热峰，这时又失去另外半个分子的水，变为脱水半水石膏（或称Ⅲ型无水石膏）。然后在360℃左右有一个放热峰，这时Ⅲ型无水石膏转变为Ⅱ型无水石膏（或称可溶性石膏）。上述Ⅱ型CaSO4在500~750℃的温度范围内转变成不溶性硬石膏（亦称Ⅰ型CaSO4），此时无显著热效应发生，即在此温度下不发生相变，只是结晶体变得更紧密和稳定，密度达2.99，难溶于水，凝结很慢，甚至完全不凝结。但是，当加入某些激发剂时，则可使它水化，转化为二水石膏。例如加入5%的硫酸钠或硫酸氢钠与1%的铁矾的混合物；1~5%的石灰与少量半水石膏

的混合物；3~8%经800~900℃煅烧过的白云石；10~15%的碱性粒状矿渣；2%的硫酸铝或硫酸锌等。这些激发剂的作用机理是：CaSO4具有组成络合物的能力，在有水和盐存在时，CaSO4表面生成把稳定的复杂水化物（盐•mCaSO4•nH2O），然后此水化物又分解为含水盐类和二水石膏。

该变化过程的反应可表示如下：

mCaSO4+盐•nH2O（激发剂）=盐•mCaSO4•nH2O（复盐）

盐•mCaSO4•nH2O= mCaSO4•2H2O+盐•（n-2m）H2O