硫酸钙

出处：按学科分类—工业技术中国轻工业出版社《制盐工业手册》第44页（5271字）

一、物理性质

硫酸钙的化学成分，按重量计算，是由70．59%的硫酸根和29．41%的钙组成的。由图1－1－7可以看出，硫酸钙溶解度与温度关系很大；在卤水中，除温度外，与卤水成分有很大关系。但硫酸钙在水或卤水中析出的结晶体含结晶水数，主要与温度高低有关。因此，利用图1－1－7说明在卤水中析出结晶中含结晶水的多少。根据井、矿盐区硫酸钙型卤水在四效蒸发罐中蒸发制盐的数据，在液温57℃以下，析出的是CaSO₄·2H₂O；在110℃以上，析出是CaSO₄；在57～110℃之间，如85℃，析出是CaSO₄·H₂O。但在稍高于57℃区也析出少量的CaSO₄·2H₂O，在稍低于110℃也析出少量的CaSO₄，这是在生产过程中的实际情况。但在CaSO₄·2H₂O加热脱水时，所含2分子结晶水中，有结晶水与硫酸钙晶体结合较松，在128℃时完全失去，转为CaSO₄·H₂O；其余半个结晶水结合紧密，须加热到163℃方能失去，变为无水硫酸钙。现将CaSO₄、CaSO₄·2H₂O和CaSO₄·H₂O的物理性质分述如下：

图1－1－7 CaSO₄－H₂O体系相图

T₁，T₂－CaSO₄水合物转化点

(一)无水硫酸钙和2水硫酸钙

无水硫酸钙为无色单斜晶系，天然产的因含有不纯物稍带青色；也有准安定单斜晶系，在1193℃时转为单斜晶系，烧热到1300℃以上，即成灰浆。解离压1200℃时为400Pa，1360℃时为5400Pa。2水盐也是无色单斜晶系，六角柱状，容易成为燕尾形双晶体；普通天然产的为微细结晶集合体，呈纤维状、叶片状、粒状等。这两种硫酸钙在水中溶解度很小，特别是无水盐基本不溶解，在酸、甘油中均溶解，在硫代硫酸钠、氨盐中，则溶解度增大。其余物理数据列下。

线膨胀系数 CaSO₄12～25℃ 0．000025／℃；

弹性模数 CaSO₄3600N／mm²，极大极小8870～3130kg／mm²；

压缩系数 CaSO₄2．45～1．53 × 10⁶MPa／cm²

磁化率 CaSO₄－49．7 CaSO₄·2H₂O －74．0×10^－6c．g．s．制电磁单位在水中溶解度

熔点 CaSO₄1297℃(1000℃易分解)；

电动势 Ca→Ca²⁺+2e+2．76V；

硫酸钙在每种盐类中溶解度

1L海水浓缩至不同浓度时CaSO₄析出情况

注：(1)d=1．0911以前，Ca²⁺析出量0．0286不以CaSO₄形式析出。在计算CaSO₄析出量时以d=1．0911时，卤水中CaSO₄量为基准，此时CaSO₄总量为1．1744g。

(2)渤海水中硫酸钙含量为1．274g／L，占总盐量的3．9%，浓度高于地中海水，当海水浓缩到比重1．099，1L海水体积为249．4ml时，硫酸钙开始析出，到氯化钠开始析出时，硫酸钙析出总量约90%，余下的量当卤水浓缩到比重1．2237时，析出64%，到比重1．2289时，析出36%。

在酸中溶解度

磁化率 CaSO₄－49．7×10^－6，CaSO₄·2H₂O－74．0×10^－6c．g．s．制电磁单位；

熔融热 J／mol 28032．8；

在卤水溶解度

几项热力学数据

电导率

L：电导率S／cm；C：浓度，mo1按CaSO₄的二分之一计。

(二)半水硫酸钙

由于加工方法不同，又分为两种：一种是α－型半水硫酸钙，又称高强度硫酸钙，是在0．2MPa蒸汽压力下，加热二水硫酸钙，再用200～240℃的热气进行干燥，并加粉碎，结晶水以液态排出；另一种是β－型半水硫酸钙，是以粉碎到一定程度的二水硫酸钙，在0．1MPa的干燥状态下，经过160～170℃温度均匀煅炒而成，其结晶水以气态排出。两种半水硫酸钙性能不同，用途也不一样。α－型半水硫酸钙吸水率较低，但制品强度较高，适于制造低吸水率模具。β－型半水硫酸钙吸水率大，适于制造吸水率较高的模具，如注浆模具。现将这两种半水硫酸钙物理性质择列如下：

(1)α－型半水硫酸钙(高强度建筑硫酸钙)，为白色粉末，有吸水性，与水混合，形成可塑性，易于浇砌的浆体，隔一定时间即固结，并伴有微量的体积膨胀及放热。

晶型为针状晶体，晶面整齐；相对密度2．72～2．73。

标准稠度的硫酸钙与水之比为100：45～55；标准稠度的浆料，初凝时间不早于5分钟，终凝时间不迟于30分钟；标准稠度的吸水率为35～4%；抗折强度为3MPa；表面显微硬度0．354kg／cm²；抗拉强度3天1．8～3．3MPa，7天2．5～5MPa；水合热α－CaSO₄H₂O=CaSO₄+H₂O 0．795kJ／mol。

热力学数据：

(2)β－型半水硫酸钙(烧硫酸钙)除吸水率低外，有些情况与α－型近似，现将不同处列下：

晶型无定型，多为屑粒状；比重2．67～2．68；

标准稠度硫酸钙与水之比为100：70～80；标准稠度灰浆，初凝时间不早于5分钟，终凝时间不迟于20分钟；标准稠度制品吸水率50～60%；抗折强度15kg／cm²；溶解热1mol溶于18℃的无限水中14．9kJ／mol；水合热CaSO₄·2H₂O=β－CaSO₄·H₂O16．84kJ／mol，CaSO4·2H₂O=γ－CaSO₄·H₂O 17．78kJ／mol，β－CaSO₄·H₂O=CaSO₄+H₂O 1．74kJ／mol，γ－CaSO₄·H₂O=CaSO₄+H₂O 2．68kJ／mol。

热力学数据

表面显微硬度0．219kg／mm²；抗拉强度(1天)8kg／cm²(7天)16kg／cm²；

二、化学性质

无水半水和2水硫酸钙，加热到1000℃即分解为SO₂和CaO；在浓硫酸中，则溶解为硫酸氢钙；与氨和二氧化碳反应，生成碳酸钙沉淀和硫酸氨溶液；在80℃温度下，与钾盐反应生成钾石膏，即K₂SO₄·CaSO₄·H₂O或K₂SO₄·5CaSO₄·H₂O；以上均是一般常见的化学反应。利用2水石膏还可生产硫酸和水泥。

CaSO₄·2H₂O+C→CaS+CO₂+2H₂O(在700℃左右)

CaSO₄·2H₂O+CaS→2CaO+2SO₂(在900℃左右)

硫酸钙与碳酸铵反应则产生碳酸钙沉淀和硫酸铵溶液

CaSO₄·2H₂O+(NH₄)₂CO₃→CaCO₃↓+(NH₄)₂SO₄

CaO在烧结区与窑中添加的SiO₂Al₂O₃和Fe₂O₃反应，得到水泥熟料，SO₂通过催化剂氧化成SO₃，吸水化合成硫酸。

三、用途

未煅烧的无水硫酸钙，可作水泥的缓凝剂，用量很多；在农业上用作肥料、动物饲料；在食品、医药中用作钙的来源；在工业上用作滤过剂、惰性稀释剂、水的净化剂，并可生产硫酸、水泥、钾盐、硫酸钙等；在玻璃生产上，用作氧化剂、精制剂、去沫剂。半水硫酸钙，用作建筑材料，如硫酸钙板条，各种模具等。煅烧的无水硫酸钙，可用作干燥剂、杀虫剂运载体2水硫酸钙，可用作生产硫酸铵原料，据建材工业规划院调研资料，到2000年我国水泥工业需用硫酸钙量达千万吨以上。此外，根据新型建筑材料公司提供的数据，建筑制品还需硫酸钙500万吨。

四、质量标准

我国1980年制定了食品添加剂硫酸钙的国家标准(GB1892－80)；1982年建筑材料工业部颁布了用在各方面的部标准；1985年又制定了用于水泥中的石膏(CaSO₄·2H₂O)和硬石膏(CaSO₄)国家标准。以上三个标准的石膏，均指天然石膏。建材工业规划院1983年研究有关试验资料后，认为制盐工业所产的盐石膏，在成分和性能方面，与天然石膏基本一样。因此以上三个标准，适用于制盐工业。现将以上三个标准分列于下，作为参考。

(一)食品添加剂硫酸钙国家标准(GB1892－80)

适用于天然石膏矿除净杂质、泥土、经煅烧磨粉的硫酸钙(又名煅石膏)，在食品加工中作凝固剂。

分子式：CaSO₄·H₂O 分子量：136．14(按1977年国际原子量)。