石膏矿(英文名:方石 mine),是一种以钙的硬石膏为主要组分的非金属矿产,其主要矿物成分为石膏和硫酸钙,常伴生石盐、钾石盐、光卤石等矿物,一般工业品位根据类型不同有所差异,纤维状石膏矿(含二水硫酸钙)需达95%,层状石膏矿(含二水硫酸钙加硫酸钙)需达55%,开采方式以地下开采为主,可选矿方法包括手选法、洗选法。
石膏矿在全球分布广泛,已有100多个国家和地区探明储量,俄罗斯、伊朗、中国等为资源储量较丰富的国家;中国查明资源储量可观,分布于23个省、市、自治区,山东省、内蒙古自治区、青海省等省份储量突出,但地理分布不均衡,优质纤维石膏主要集中在应城市、湖南衡山等地区。其矿物特征鲜明,石膏多呈白色、无色,有时因含杂质而成灰、浅黄、浅褐色等,具玻璃光泽,硬度1.5~2,相对密度2.3,不同成因类型的矿床矿物组成存在差异。
石膏矿应用领域广泛,在建筑行业可作为水泥缓凝剂、生产石膏板等制品;在医疗领域可用于固定骨折伤肢;还涉及化工、农业、工艺美术等多个部门。随着工业副产石膏的利用及深加工技术发展,其资源价值不断拓展,但开采中需注意规范秩序、保护优质资源以实现可持续发展。
形成及分布
石膏矿的形成与地质环境、沉积条件等密切相关,其分布在全球范围内呈现出一定的规律性。
中国
中国石膏矿资源丰富,分布十分广泛。据《中国矿产资源报告(2019)》,截至2018年底,全国石膏矿查明资源储量为824.86亿吨,较2013年的850.41亿吨略有下降,但仍居世界首位,占全球储量的主导地位。矿区数量经优化整合后,分布于23个省(市、自治区),主要分布在山东省(59%)、湖北(3%)、内蒙古自治区(5%)、青海省(5%)。
世界
世界上石膏资源丰富,分布广泛,已有100多个国家和地区勘查探明了石膏储量。根据美国地质调查局统计,石膏资源储量丰富的国家主要有俄罗斯32亿吨、伊朗24亿吨、中国13亿吨、巴西 2.3 亿吨、美国7亿吨、加拿大4.5亿吨,其他储量较大的国家有墨西哥、西班牙、法国、泰国、澳大利亚、印度和英国等。 从成矿时代来看,石膏矿床在世界各地广泛分布,经历了许多地质时期,几乎自元古代以来各个时期都有石膏矿床形成,但成矿时代主要集中于志留纪、泥盆纪、二叠和三叠纪以及第三纪 。目前,澳大利亚马德乌斯盆地分布着全球储量最大的前寒武纪石膏矿床,其沉积厚度可达260米 。
矿床类型
石膏和硬石膏矿床类型
石膏及硬石膏矿床的成因多样,主要受控于特定的地质构造背景和沉积环境。根据成矿作用和赋存特征,可划分为以下六种主要类型,每种类型在中国均有代表性的矿床实例:
安山质火山岩热液交代型硬石膏矿床:该类型矿床由热液与安山质火山岩发生交代作用形成。典型代表为庐江县罗河硬石膏矿床。
热液交代矽卡岩型硬石膏矿床:成矿与热液交代矽卡岩相关。湖北大冶金山店镇硬石膏矿床是该类型的典型例子,此外黄石市石膏矿床也属于此类。
海相碳酸盐岩硫酸盐岩沉积型石膏或硬石膏矿床:形成于海相沉积环境,与碳酸盐岩和硫酸盐岩沉积密切相关。如山西太原西山石膏矿床、江西永新鸟石山石膏矿床、江苏南京周村硬石膏矿床,以及湖北省利川市后河石膏矿床等。
滨海相碎屑岩碳酸盐岩沉积型石膏矿床:形成于滨海相沉积环境,赋存于碎屑岩和碳酸盐岩中。辽阳市灯塔石膏矿床、甘肃天祝火烧城石膏矿是该类型的代表。
湖相含盐碎屑岩沉积型石膏矿床:为内陆湖相沉积形成,与含盐碎屑岩相伴生,是中国重要的石膏矿床类型之一。应城市石膏矿床、枣庄市底阁石膏矿床、荆门市麻城铺石膏矿床、荆门革集 - 子陵铺石膏矿床、当阳高坪镇石膏矿床等均属此类。
河湖碎屑沉积型石膏矿床:形成于河湖碎屑沉积环境。澧县伍家峪石膏矿床是该类型的典型代表。
部分省份类型
湖北省
湖北省的石膏矿床主要有三种类型,均具有典型代表性。其中,湖相含盐碎屑岩沉积型石膏矿床是该省石膏矿的主要类型,如应城石膏矿床,作为中国举足轻重的纤维石膏生产和出口基地,已有四百余年历史,是埋藏浅、色白质纯的超大型纤维石膏矿床;还有荆门麻城铺石膏矿床、荆门革集 - 子陵铺石膏矿床、当阳高坪镇石膏矿床等,当阳高店子石膏矿是以雪花石膏和透明石膏为主要类型的超大型工业矿床,也是湖北省重要的石膏生产基地之一。热液交代矽卡岩型硫酸钙矿床则以大冶金山店镇硬石膏矿床、黄石石膏矿床为代表。海相碳酸盐岩硫酸盐岩沉积型石膏或硬石膏矿床的典型例子为利川市后河石膏矿床,该矿床处于南坪向斜的北西翼,矿体呈大透镜体状与围岩整合产出,矿石质量良好,规模达大型。
山东省
山东省的石膏资源主要分布在沂蒙山区的平邑县卞桥、苍山兰陵、沂源土门龙泉等地,其中平邑石膏矿和苍山兰陵石膏矿已投入开采,两处矿场年生产能力达 30 多万吨。平邑县卞桥石膏矿位于平邑盆地中部偏东,西起卞桥河,东至南近河,呈北西 - 南东向展布,区内地势较平坦,属淡水 - 半盐水沉积矿床,该矿床不仅分布面积广(东西长 4 公里,南北宽 1.5 公里,总面积约 6 平方公里),且储量规模大,现已探明 B+C+D 级矿石储量为 27235.92 万吨,远景储量达 40 亿吨,矿层呈现出明显的垂直分带特征,浅部以石膏型为主,深部则以硫酸钙型为主。
主要特征
矿物组成
石膏矿主要矿物为石膏和硬石膏外,还存在少量的杂质和不同的变种,石膏为二水磷酸钠硫酸钙(Ca(SO₄)·2H₂O),硬石膏为无水硫酸钙(Ca(SO₄))。共生矿物常有石盐、钾石盐、光卤石等 。不同成因类型的石膏矿,其矿物组成也有所不同,沉积型石膏矿石中,主要的共生和伴生矿物有石盐、钾盐、光卤石、粘土矿物、碳酸根类矿物、天青石、芒硝、石英、长石、黄铁矿、自然硫、菱铁矿、磁铁矿等;后生石膏矿石中,主要的共生伴生矿物有纤维石膏、粘土矿物、白云石、方解石,有时含石英、芒硝、绿泥石等;热液交代石膏矿石中主要伴生共生矿物有白云石、方解石、微量褐铁矿、黄铁矿、绿泥石、微量石英、重晶石、磁铁矿、自然硫、赤铁矿、蛇纹石、微量金云母、斜长石、硼镁石、电气石等。
物理特征
石膏通常为白色、无色,无色透明晶体称为透明石膏,有时因含杂质而成灰、浅黄、浅褐等色 。条痕白色,透明,玻璃光泽,解理面珍珠光泽,纤维状集合体丝绢光泽。解理极完全和中等,解理片裂成面夹角为66°和114°的菱形体,性脆,硬度1.5~2,不同方向稍有变化,相对密度2.3。偏光镜下无色。
化学特征
石膏的化学式为 CaSO₄·2H₂O,理论成分(w/%)为:CaO 32.6;SO₃ 46.5;H₂O 20.9%。硬石膏的化学式为 CaSO₄。石膏矿中的石膏不与有机化合物发生化学反应且难溶于有机物。 在地球化学特征方面,以宁夏贺家口子地区石膏矿为例,石膏和膏泥均显示明显的铕负异常、铈异常不明显、轻稀土相对富集、重稀土相对亏损的平缓右倾型特征。石膏的稀土总量明显低于膏泥,且两者的轻重稀土分异相似 。
结构特征
石膏属单斜晶系,晶体常呈板状、少数为柱状,常见燕尾双晶,集合体通常呈致密块状或纤维状 。以邳州邢楼石膏矿为例,两种石膏岩最为匹配于单斜晶系结构生石膏,其次为单斜晶系结构磷酸氢钙,且未风化石膏岩的结晶度比风化石膏岩要高。沉积型石膏矿床的矿体形态多呈层状、似层状及透镜状,单层或多层产出。后生型石膏矿床的矿体形态则因充填形式不同而有所差异,如层间裂隙充填的石膏矿床矿体呈薄层状、透镜状等 。
应用领域
建筑及建材工业
石膏广泛用于橡胶、塑料、肥料、农药、油漆、纺织、食品、医药、日用化工、工艺美术、文教等部门 。可作水泥缓凝剂、石膏建筑制品及胶结材料等,用石膏制作的板材、墙体构件等建筑制品,具有质轻、抗震、隔声、隔热、阻燃、装饰性能好的特点。中国石膏主要用于生产水泥,其用量约占总产量的80%。
医疗领域
把石膏矿中粉碎为极细的粉状,加热后即为烧石膏,熟石膏遇水后会固化,可以用来固定骨折的伤肢。在医学方面,石膏对体温调节中枢和发汗中枢有一定的抑制作用,可作为解热药,还具有镇痉、抗渗、抗过敏、抗炎药的作用。
工业领域
可用来制造硫酸,在化工工业中可以用来制作硫酸、硫酸铵化肥原料。在工业模具方面,石膏可以用作精密制造模具、金银饰品及铝合金模具,飞机、汽车、机床工业中高标准的模具和日用陶瓷模具、高级卫生陶瓷模具。
农业领域
在农业中用作土壤改良剂、肥料及农药。当用作土壤改良剂时,石膏和硬石膏可以降低含盐土壤的盐度,改善粘土的渗透性,并提供硫、钙和催化支持,从而减少肥料的使用。
其他领域
可用于工艺品的造型、铸造业的模具、首饰的模具等。在装饰方面,可生产高强、防潮、吸音、防辐射、防火又具有环保功能的石膏装饰板、石膏线条、灯盘、门柱、门窗拱眉等装饰制品。此外,石膏还可以加工为超高强材料,用作石膏晶须,制备超细粉等。
矿物开采
石膏矿一般以地下开采为主,不选矿或用手选法、洗选法 。中国石膏矿的规模以大、中型为主,大型矿占47%、中型矿占20%、小型矿占33%,总保有储量的98%以上分布于大型矿中,而中、小型矿的储量只占2%。
在开采过程中,存在一些问题需要注意,如部分优质矿点由于过度开采现已接近枯竭,部分矿点与低品位石膏混杂难以分离而造成优质资源浪费。为实现石膏矿资源的可持续开发,需要加强石膏资源的调查和评价,加强利用硫酸钙资源,规范石膏矿山开采及产品市场秩序,发展石膏深加工产品,推广使用合成石膏,减少环境污染,加大石膏产业在天然石膏开采、产品开发及合成石膏综合利用等方面的研发资金投入等。
随着脱硫石膏、磷石膏的大量生产和利用,天然石膏的开采量进入平稳增长期,甚至有的地方天然石膏已经停止开采,在实际应用中完全被工业副产石膏取代。由于湖北、河南省、山东省等地优质天然石膏资源越来越少,一些企业尝试到西部投资天然石膏资源,生产高附加值产品,近几年西部地区涌现出鄂尔多斯市鄂托克旗石膏工业园、盐池县石膏工业园、甘肃景泰石膏产业区、互助土族自治县石膏工业园等产业园区,天然石膏的开采向西部转移。
参考资料
石膏矿是什么?.www.hbxrhb.cn.2025-07-06
废弃石膏矿地下储油空间围岩 损伤演化规律及稳定性研究.废弃矿井资源开发与利用.2025-07-08
石膏建材最新研究进展!包括石膏分布、类型、产业应用现状及找矿前景分析.......中建研十膏产业分会.2025-07-08
非金属矿小贴士 第21期 石膏.非金属矿期刊.2025-07-08
浅谈石膏矿的分类及相应资源潜力.中国冶金地质总局西北地质勘查院.2025-07-08