SUROVINY PRO VÝROBU KERAMIKY...Suroviny pro výrobu keramiky 4 s vyuujícím formou...

Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava

Fakulta metalurgie a materiálového inženýrství

SUROVINY PRO VÝROBU

KERAMIKY (studijní opory)

Miroslava Klárová

Ostrava 2013

Recenzent: Ing. Filip Ovčačík, Ph.D.

Název: Suroviny pro výrobu keramiky

Autor: Miroslava Klárová

Vydání: první, 2013

Počet stran: 61

Studijní materiály pro studijní obor Tepelná technika a keramické materiály (studijní program

Metalurgické inženýrství) bakalářského studia Fakulty metalurgie a materiálového

inženýrství.

Jazyková korektura: nebyla provedena.

Určeno pro projekt:

Operační program Vzděláváním pro konkurenceschopnost

Název: ModIn - Modulární inovace bakalářských a navazujících magisterských programů na

Fakultě metalurgie a materiálového inženýrství VŠB - TU Ostrava

Číslo: CZ.1.07/2.2.00/28.0304

Realizace: VŠB – Technická univerzita Ostrava

Projekt je spolufinancován z prostředků ESF a státního rozpočtu ČR

© Miroslava Klárová

© VŠB – Technická univerzita Ostrava

Suroviny pro výrobu keramiky

3

POKYNY KE STUDIU


Pro předmět Suroviny pro výrobu keramiky 6. semestru studijního oboru Tepelná technika

a keramické materiály jste obdrželi studijní balík obsahující integrované skriptum pro

kombinované studium obsahující i pokyny ke studiu.

1. Prerekvizity

Pro studium tohoto předmětu se předpokládá absolvování předmětu Keramické materiály

nebo Keramika.

2. Cíle předmětu a výstupy z učení

Cílem předmětu je seznámení se všemi druhy a typy surovin, se kterými se setkáváme

v silikátovém průmyslu, počínaje těžbou nebo přípravou surovin, přes způsoby zkoušení

a zpracování až po jejich vlastnosti a vysokoteplotní chování.

Po prostudování předmětu by měl student být schopen:

Získané znalosti:

- charakterizovat vznik a vlastnosti základních surovin používaných v silikátovém průmyslu

- umět formulovat pochody a reakce, které nastávají v surovinách při jejich zahřívání

- bude umět popsat úpravárenské postupy a zařízení používající se při přípravě surovin pro

výrobu silikátů

Získané dovednosti:

- bude umět orientovat ve způsobech přípravy pracovních směsí, způsobech tvarování

keramických výrobků a v postupech stanovení vlastností surovin a keramických výrobků

- bude umět aplikovat své teoretické poznatky k návrhům složení a úpravy pracovních směsí

podle konkrétních požadavků

Pro koho je předmět určen

Předmět je zařazen do bakalářského studia oboru Tepelná technika a keramické materiály

studijního programu Metalurgické inženýrství, ale může jej studovat i zájemce z kteréhokoliv

jiného oboru, pokud splňuje požadované prerekvizity.

Studijní opora se dělí na části, kapitoly, které odpovídají logickému dělení studované látky,

ale nejsou stejně obsáhlé. Předpokládaná doba ke studiu kapitoly se může výrazně lišit, proto

jsou velké kapitoly děleny dále na číslované podkapitoly a těm odpovídá níže popsaná

struktura.

Při studiu každé kapitoly doporučujeme následující postup:

Jednotlivé kapitoly mají vytýčené cíle, kterých by student měl po prostudování kapitoly

dosáhnout. Pochopení látky je možné si ověřit ke konci každé kapitoly, kde jsou uvedeny

pojmy, které by měl student znát a kontrolní otázky, na které by student neměl mít problém

odpovědět. V závěru každé kapitoly je přiložen seznam literatury, ze které bylo při tvorbě

opory čerpáno, a která může studentovi pomoci při studiu dané látky v širších souvislostech.

Způsob komunikace s vyučujícími:

V rámci semestru probíhá přímá kontaktní výuka předmětu v podobě několika

vícehodinových bloků, během kterých studenti mohou uplatňovat své dotazy k probírané látce

přímo k vyučujícímu. Během semestru mají také studenti možnost přímé komunikace


4

s vyučujícím formou individuálních konzultací nebo mohou s vyučujícím komunikovat

například prostřednictvím emailu. Konkrétní požadavky na studenta týkající se organizace

výuky a požadavků pro získání zápočtu, resp. zkoušky studenti obdrží na první hodině na

začátku semestru.

Kontaktní údaje na vyučující:

Ing. Miroslava Klárová, Ph.D.

Adresa: Studentská 11, Ostrava-Poruba, kancelář č.: N415

Telefon:597321525

Email: [email protected]


5

Obsah

1. ZÁKLADNÍ POJMY A TERMINOLOGIE .............................................. 7 1.1. Základní pojmy........................................................................................................................ 7 1.2. Všeobecná geologie ................................................................................................................. 8 1.3. Historická geologie .................................................................................................................. 9 1.4. Dynamická geologie ................................................................................................................ 9 1.5. Všeobecná mineralogie – krystalografie ............................................................................... 10

2. VŠEOBECNÁ A SYSTEMATICKÁ MINERALOGIE ......................... 12 2.1. Fyzikální vlastnosti................................................................................................................ 12 2.2. Chemické vlastnosti .............................................................................................................. 15 2.3. Voda v nerostech ................................................................................................................... 16 2.4. Dělení a charakteristika tříd mineralogického systému ......................................................... 17 2.5. VIII. Křemičitany (silikáty) ................................................................................................... 19

3. PETROLOGIE ............................................................................................ 22 3.1. Vyvřelé horniny ..................................................................................................................... 22 3.2. Usazené horniny .................................................................................................................... 24 3.3. Přeměněné horniny ................................................................................................................ 25

4. KERAMICKÉ SUROVINY ....................................................................... 27 4.1. Plastické suroviny.................................................................................................................. 27 4.2. Neplastické suroviny ............................................................................................................. 33 4.3. Syntetické suroviny ............................................................................................................... 35 4.4. Pomocné suroviny ................................................................................................................. 36 4.5. Druhotné suroviny ................................................................................................................. 37

5. TĚŽBA, DOPRAVA A ÚPRAVA KERAMICKÝCH SUROVIN ......... 39 5.1. Těžba, doprava a skladování surovin .................................................................................... 39 5.2. Úprava plastických surovin ................................................................................................... 40 5.3. Úprava neplastických surovin ............................................................................................... 41

6. TVAROVÁNÍ KERAMICKÝCH VÝROBKŮ, PŘÍPRAVA

PRACOVNÍCH SMĚSÍ, ZÁKLADNÍ ZKOUŠKY ................................. 43 6.1. Tvarování keramických výrobků ........................................................................................... 43 6.2. Příprava pracovních směsí ..................................................................................................... 44 6.3. Odběr a úprava vzorků .......................................................................................................... 45 6.4. Základní zkoušky .................................................................................................................. 45

7. SUROVINY PRO VÝROBU GLAZUR, SMALTŮ A KERAMICKÝCH

POVLAKŮ ................................................................................................... 47 7.1. Glazura .................................................................................................................................. 47 7.2. Rozdělení glazur .................................................................................................................... 47 7.3. Suroviny pro výrobu glazur ................................................................................................... 48 7.4. Suroviny pro výrobu smaltů .................................................................................................. 50 7.5. Suroviny pro výrobu keramických povlaků .......................................................................... 50


6

8. SUROVINY PRO VÝROBU SKLA A SKLOKERAMIKY................... 52 8.1. Sklo ........................................................................................................................................ 52 8.2. Suroviny pro výrobu skla ...................................................................................................... 52 8.3. Sklokeramika ......................................................................................................................... 54 8.4. Základní typy sklokeramických systémů .............................................................................. 54

9. SUROVINY PRO VÝROBU ANORGANICKÝCH POJIV .................. 56 9.1. Rozdělení anorganických pojiv ............................................................................................. 56 9.2. Sádrová pojiva ....................................................................................................................... 56 9.3. Hořečnatá maltovina .............................................................................................................. 57 9.4. Cement .................................................................................................................................. 57 9.5. Vápno .................................................................................................................................... 57 9.6. Fosfátová pojiva .................................................................................................................... 58 9.7. Vodní sklo ............................................................................................................................. 58

Základní pojmy a terminologie

7

1. Základní pojmy a terminologie

1.1. Základní pojmy

Mineralogie

Mineralogie je nauka o minerálech (nerostech). Zabývá se jejich vznikem, přeměnami,

výskytem, vlastnostmi a využitím. Mineralogii je dále možné členit na:

všeobecnou – studuje obecné vlastnosti nerostů, jejich vnitřní strukturu, vnější tvar

a způsob vzniku

systematickou – studuje nerosty podle chemického složení.

Ve všeobecné mineralogii je možné zabývat se krystalografií, která studuje vnější tvar

nerostů a jejich strukturu nebo studovat chemické a fyzikální vlastnosti nerostů.

Minerál (nerost) – je anorganická stejnorodá přírodnina, jejíž složení lze vyjádřit chemickou

značkou nebo vzorcem.

Petrologie

Petrologie je nauka o horninách. Zabývá se jejich vznikem, přeměnami, výskytem atd.

Hornina – je přírodnina, která se obvykle skládá z několika nerostů, je nehomogenní.

Horniny tvoří Zemskou kůru (ZK). 99 % všech hornin je tvořeno přibližně pouhými 30

minerály. Tyto minerály se označují jako horninotvorné a patří k nim například křemen,

živce nebo slídy.

Pro představu, jaký je rozdíl mezi horninou a nerostem následuje obr. 1. Je na něm

žula jako hornina, která se skládá z minerálů křemene, živců (plagioklas a ortoklas) a slídy

(biotit).

Čas ke studiu: 2 hodiny

Cíl Po prostudování tohoto odstavce budete umět

definovat rozdíl mezi vědními obory mineralogie, petrologie a geologie

vysvětlit pojmy nerost a hornina, krystal, krystalová struktura, krystalová mřížka,

krystalografie

specifikovat, čím se zabývají výše uvedené vědní obory v bližších souvislostech

Výklad


8

Obr. 1. Příklad horniny složené z několika minerálů. Zdroj: http://www.natur.cuni.cz/ugmnz/mineral

Geologie

Geologie je věda, která se zabývá stavbou, složením a vývojem Zemské kůry i celé

Země. Geologie se dále člení na:

všeobecnou – viz definice

dynamickou – zabývá se silami a změnami v ZK

historickou – zabývá se vývojem ZK a vývojem života na Zemi

regionální – studuje geologické poměry určitého území.

1.2. Všeobecná geologie

Planeta Země má tvar geoidu (osa otáčení je o 21, 4 km kratší než rovníkový průměr –

je mírně zploštělá). Rovníkový poloměr je 6378 km. Průměrná hustota Země je 5,5 g.cm-3

.

Doba oběhu Země kolem Slunce je 1 astronomický rok, což je 365 dní, 5 hodin, 49 minut.

Oběžná dráha je téměř kruhová. Roční období se střídají proto, že zemská osa je ukloněná na

66°, tzn. že v různých místech oběhu kolem Slunce svítí Slunce na jižní a severní polokouli

Země s různou intenzitou.

Zemská kůra (ZK)

Tloušťka Zemské kůry je 30 – 40 km, pod Himálají je až 70 km, naopak pod oceány

pouze 10 km. Od pláště je oddělena Mohorovičičovou diskontinuitou. Složení ZK je

následující a graficky je znázorněno na obrázku 2:

sedimenty (usazeniny, nánosy) – jíly, písky

granitová vrstva – vytváří dna oceánů, žula

bazaltová vrstva - čedič

Mohorovičičova diskontinuita (MD)

http://www.natur.cuni.cz/ugmnz/mineral


9

Obr. 2. Složení Zemské kůry.

Plášť – v plášti dochází k většině sopečných a zemětřesných procesů.

Jádro – je složeno převážně ze železa se 7 % niklu a je tuhé. Jeho maximální teplota je do

6000 °C. Jádro je tuhé vlivem vysokých tlaků, které v něm panují.

1.3. Historická geologie

Planety byly původně studené. Vlivem tlaku, rozpadu radioaktivních prvků

a smršťování se celá Země roztavila. Těžké prvky klesly do jádra. A před 4 mld. let vznikla

ochlazováním povrchu Zemská kůra. Ta je porušována sopečnou a tektonickou činností –

vznikají plyny: H2, CO2, H2O, NH3, CH4. Došlo ke srážení vody z ovzduší – déšť – vznik

oceánů. Před 3,5 mld. let začal vznikat život. Život Země dělíme na jednotlivá období:

Prahory

Starohory

Prvohory – kambrium, ordovik , silur, devon, karbon, perm

V tomto období vznikají horniny vyvřelé (čedič, žula), usazené (břidlice, pískovce, vápence,

lupky), černé uhlí, ložiska solí, sádrovce.

Druhohory – trias, jura, křída

Období poměrně klidné, vznikají vápence, sádrovce, pískovce, ložiska křídy.

Třetihory – starší, mladší

Toto období bylo velmi bouřlivé a je charakteristické velkou horotvornou činností – Alpy,

Himálaj, Karpaty, Kavkaz, Andy, Rocky mountains. Kromě vzniku pohoří se objevuje také

hnědé uhlí, ve starším období zpevněné usazeniny jako pískovce a břidlice, v mladším období

potom sypké usazeniny jako štěrky, písky.

Čtvrtohory.

1.4. Dynamická geologie

Dynamická geologie se zabývá změnami v ZK a činiteli a silami, které tyto změny

způsobují. Geologické síly dělíme na vnitřní a vnější.

endogenní změny – jsou vyvolány vnitřními silami, vznikají v plášti a projevují se:

pevninotvornými pochody (stoupání a klesání ZK, mění se rozměry a tvar světadílů,

příkladem je stoupání pobřeží Finska a klesání Egypta), horotvornými pochody

PLÁŠŤ

MOŘE

SEDIMENTY

GRANITOVÁ VRSTVA

BAZALTOVÁ VRSTVA

MD


10

(dochází k bočním tlakům, k vrásnění, příkladem jsou hluboké zlomy v mořích kolem

vysokých pohoří) a vulkanismem (vulkanickou činností).

izogenní změny – jsou doprovázeny častým zemětřesením, příkladem jsou 2 oblasti

(pásy) častých zemětřesení: 1. pás tvoří Amerika – Andy, Kordiléry, Rocky

Mountains, Aljaška, Japonsko, Filipíny, Nový Zéland a Antarktida; 2. pás tvoří

Pyreneje, Alpy, Turecko, Afghánistán, Himálaj, Malajsie a zde se napojí na 1. pás.

exogenní změny – jsou vyvolány vnějšími silami, například působením tekoucí vody

větru, ledovců, zvětráváním apod., probíhají na zemském povrchu.

Zemětřesení – doprovází většinu horotvorných a vulkanických pochodů. Vzniká mezi

pláštěm a Zemskou kůrou. Rozlišují se dva základní typy zemětřesení:

tektonické – toto zemětřesení je nejčastější a nejničivější, vzniká náhlým uvolněním

nahromaděné energie v tektonicky aktivních oblastech, tedy v místech s poruchami

zemské kůry, kde dochází k pohybu jednotlivých horninových bloků. Velká většina

takovýchto zlomů je umístěna při okrajích tektonických desek, kde dochází k jejich

vzájemné interakci.

vulkanické – toto zemětřesení doprovází sopečnou činnost a není zdaleka tak ničivé.

1.5. Všeobecná mineralogie – krystalografie

Nerosty v krystalovém tvaru jsou ohraničeny pravidelnými stěnami. Toto ohraničení

může být dokonalé nebo méně dokonalé. Někdy nerost nemusí mít ani jednu krystalovou

plochu, přesto má ale krystalovou strukturu.

Krystalová struktura

Krystalová struktura znamená pravidelné uspořádání částic, atomů, iontů, molekul,

atd., a jestliže to vnější podmínky dovolí, může vznikat krystal. Krystaly narůstají od středu

směrem k vnějšímu povrchu.

Krystalová mřížka

Krystalová mřížka je modelem uspořádání částic v krystalu. Mezi částicemi působí

jako spojnice přitažlivé síly. Podle velikosti těchto přitažlivých sil pak mají nerosty například

vysoký nebo nízký bod tání, velkou nebo malou tvrdost apod.

Krystal

Krystal je mnohostěn omezený pravidelnými přirozenými hladkými plochami.

Krystaly mohou vyrůst jako:

monokrystaly – všechny částice jsou v jedné krystalové struktuře, která je neporušená,

vlastnosti se mohou v určitých směrech lišit – anizotropní – polovodiče

z monokrystalů Si a Ge

polykrystaly – jsou tvořeny větším počtem malých krystalů, vlastnosti mají ve všech

směrech stejné – izotropní – kovy.

Podle dokonalosti krystalizace se nerosty dělí na:

krystalované – mají dokonalý tvar na všech nebo na většině ploch, mohou to být

samostatné krystaly, drůzy (krystaly vyrostlé na ploché podložce) nebo geody

(krystaly rostou dovnitř dutiny)

http://cs.wikipedia.org/wiki/Zemsk%C3%A1_k%C5%AFra

http://cs.wikipedia.org/wiki/Tektonick%C3%A1_deska


11

krystalické – jejich vnější tvar není patrný, protože to nedovolily vnější podmínky (je

tu omezení jinými plochami), například došlo k prudkému poklesu teploty, částice

neměly čas se uspořádat do pravidelných tvarů, přesto je vnitřní struktura uspořádaná

(zjišťuje se pomocí RTG)

nekrystalické – jsou to nerosty, které nemají schopnost uspořádat mřížku a vytvořit

nerost, mohou se sem řadit i nerosty, které za vhodných podmínek krystaly vytvářejí,

ale za nepříznivých podmínek nestačily uspořádat vnitřní strukturu (nejčastěji velmi

rychlé ochlazení).

Krystalografie

Krystaly rozdělujeme podle jejich souměrnosti do 6 soustav: kosočtverečná, čtverečná,

krychlová, jednoklonná, trojklonná a šesterečná. Tyto soustavy se od sebe liší vzájemnou

délkou jednotlivých os nebo úhlem, který tyto osy svírají, nebo počtem os.

Shrnutí pojmů kapitoly

Po prostudování kapitoly by vám měly být jasné následující pojmy:

mineralogie, petrologie, geologie

nerost a hornina, části planety Země

granit a bazalt

změny endogenní, izogenní a exogenní

typy zemětřesení

izotropní a anizotropní.

Otázky k probranému učivu

1. Jaký je rozdíl mezi všeobecnou a systematickou mineralogií?

2. Jakým nerostům říkáme horninotvorné a které to jsou?

3. Jak se ve svých vlastnostech liší minerály izotropní a anizotropní?

4. Co je drůza nebo geoda a o jakých nerostech mluvíme podle dokonalosti jejich

krystalizace?

5. Jaká bude struktura nerostu, při jehož vzniku došlo k prudkému ochlazení?

6. Jak vznikají nekrystalické nerosty?

Použitá literatura, kterou lze čerpat k dalšímu studiu

CHVÁTAL, M. Úvod do systematické mineralogie. Praha: Silikátový svaz, 2005.

SLIVKA, V. a kol. Těžba a úprava silikátových surovin. Praha: Silikátový svaz, 2002.

Mineralogie pro školy. In: Přírodovědecká fakulta UK v Praze [on-line]. [cit. 2013-05-07].

Dostupné z: http://www.natur.cuni.cz/ugmnz/mineral

Geologie. [cit. 2013-06-28]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/Geologie


Všeobecná a systematická mineralogie

12

2. Všeobecná a systematická mineralogie

2.1. Fyzikální vlastnosti

Mezi základní fyzikální vlastnosti nerostů patří těchto 12 následujících:

tvrdost

hustota

štěpnost

lom

pružnost

lesk

barva

propustnost světla

vryp

žárovzdornost

elektrické vlastnosti

magnetismus.

Tvrdost

Tvrdost je odpor minerálu proti vniknutí cizího tělesa. Závisí na pevnosti vazby mezi

částicemi v krystalové struktuře nerostu. Čím je vzdálenost částic menší, tím je vazba

zpravidla pevnější a nerost tvrdší.

Pro srovnání tvrdosti minerálů existuje 10 členná stupnice tvrdosti, která se nazývá

Mohsova stupnice tvrdosti (viz obr. 3).

Tvrdost jako charakteristický znak minerálů má i praktický význam. Nejtvrdší minerál

diamant se používá na výrobu vrtáků, speciálních nožů apod. měkké minerály jako grafit,

jílové minerály se používají k výrobě maziv.

Nevýhody stupnice jsou tři základní:

nestejný tvrdostní interval mezi jednotlivými stupni (největší je před diamantem)

stejné nerosty mohou být různě tvrdé (podle nalezišť)


Cíl Po prostudování tohoto odstavce budete

se umět orientovat ve vlastnostech minerálů a budete znát jejich význam pro praktické

aplikace

chápat princip polymorfie a izomorfie, také rozdíl mezi vodou v nerostech vázanou

a volnou

vědět, co jsou silikáty z hlediska jejich struktury, jak se podle struktury dělí a budete

znát jejich nejvýznamnější zástupce

Výklad


13

některé nerosty neexistují v čistém stavu.

STUPEŇ MINERÁL POZNÁMKA

1 Mastek můžeme rýpat nehtem

2 Halit (sůl kamenná, sádrovec)

3 Kalcit (vápenec)

můžeme rýpat nožem 4 Fluorit (kazivec)

5 Apatit

6 Živec

rýpe do skla

7 Křemen

8 Topaz

9 Korund

10 Diamant

Obr. 3. Mohsova stupnice tvrdosti.

Tvrdost je nejčastěji určována Zkouškou tvrdosti podle Vickerse, která spočívá ve

vnikání zkušebního tělesa (diamantového čtyřbokého jehlanu) do zkoumaného materiálu,

přičemž je zjišťována míra deformace tohoto materiálu.

Hustota

Hustota určuje, kolikrát je určitý objem nerostu těžší než stejný objem destilované

vody 20 °C teplé. Vypočte se podle následujícího vztahu V

m a udává se v jednotkách

g.cm-3

, resp. kg.m-3

.

Jak vyplývá ze vztahu, jednoduchým porovnáním hmotností minerálů lze odhadnout,

jakou budou mít hustotu. Malou hustotu má například sádrovec, střední hustotu má křemen

a velkou hustotu mají například sulfidy nebo kovové prvky.

Určení hustoty provádíme pyknometrickou metodou, hustoměrem, Mohrovými

vážkami nebo v odměrném válci.

Štěpnost

Štěpnost je schopnost nerostů štípat se podle rovných lesklých štěpných ploch ve

směrech, kde je nejmenší soudržnost. Počet směrů (rovin) štěpnosti může být u různých

minerálů různý. Záleží to na vzájemné přitažlivosti atomů v jednotlivých směrech. Jestliže

jsou atomy v jedné vrstvě mřížky přitahovány většími silami než atomy ze dvou různých

vrstev, je štěpnost dobrá. Jestliže je přitažlivost mezi všemi atomy stejná je štěpnost špatná.

Nerosty mohou mít štěpnost:

výbornou – slída, sádrovec

dokonalou – NaCl (sůl kamenná, halit), kalcit

dobrou – živec, fluorit

nedokonalou (špatnou) – síra, granát


14

velmi nedokonalou (minerály neštěpné) – korund, křemen.

Lom

Lom mají nerosty s nulovou štěpností. Čím dokonalejší je štěpnost minerálu, tím méně

se u něj projevuje lom a naopak. Některé nerosty se lámou podle nerovných ploch. Lomové

plochy nejsou závislé na struktuře. Podle vzhledu lomové plochy rozeznáváme lom:

miskovitý, lasturnatý – opál, křemen

vláknitý

hákovitý

nerovný – pyrit.

Zvláštní skupinou jsou kujné nerosty, patří mezi ně většina kovů – Au, Ag, Cu, které se

nerozpadají, ale lze je rozklepat do tenkých plíšků.

Pružnost

Pružnost je schopnost látky měnit svůj tvar pod působením síly bez porušení

celistvosti a po uvolnění tlaku se vracet do původního tvaru. Nerosty pak dělíme:

pružné – slída

křehké – sůl

plastické – horniny – jíly

kujné – zlato, stříbro.

Lesk

Lesk je schopnost odrážet světlo z přirozených ploch. Rozlišuje se lesk:

diamantový – je charakteristický pro průhledné minerály se silným lomem světla –

diamant, sfalerit

kovový – je charakteristický pro opakní neprůhledné minerály, které odrážejí většinu

dopadajícího světla, například sulfidy a ryzí kovy, jako jsou pyrit nebo galenit

perleťový – při vzniku tohoto lesku dochází k lomu a odrazu dopadajícího světla –

slídy, sádrovec

hedvábný – vyskytuje se nejčastěji u vláknitých minerálů – azbest

skelný – je typický u průhledných minerálů a vyskytuje se ze všech lesků nejčastěji –

křemen, fluorit

matný – je velmi slabý – kaolinit

mastný – mastek, tuha.

Barva

Barva je důležitou vlastností minerálů a podle příčiny, která způsobuje zbarvení

minerálů je dělíme na:

barevné – barva je způsobena druhem a uspořádáním atomů, barevný nerost má vždy

stejné zabarvení, stejnou barvu jako nerost mívá obvykle i jeho vryp, například –

magnetit – černý, malachit – zelený, atd.

bezbarvé – čiré nerosty, které mají bílý vryp – křemen, sůl kamenná bez příměsí

zbarvené – barva je ovlivněna příměsemi (i vzduchovými bublinami), ale jejich vryp

zůstává bílý, šedý nebo jen slabě zabarvený.


15

Minerály mohou mít 2 i více barev. Typickým příkladem je minerál křemen, který existuje

jako čirý – křišťál, bílý – obecný, hnědý – záhněda, žlutý – citrín, fialový – ametyst, růžový –

růženín, atd.

Propustnost světla

Podle propustnosti světla rozlišujeme nerosty:

průhledné – čiré – křišťál, barevné – ametyst

průsvitné – propouštějí světlo jen částečně, jsou neprůhledné – dají se rozlišovat jen

nejasné kontury nebo světlo/tma – mléčný křemen

neprůsvitné – nepropouštějí světlo vůbec – magnetovec.

Vryp

Vryp je barva nejjemnějšího prášku nerostu, který nerost zanechá rýpnutím, otřením

o bílou neglazovanou porcelánovou destičku. U zbarvených nerostů bývá světlý, křemen má

vryp bílý. Barva vrypu nemusí souhlasit s barvou nerostu barevného, pyrit, který je žlutý má

vryp černozelený.

Žárovzdornost

Žárovzdornost je schopnost některých minerálů odolávat vysokým teplotám.

Například muskovit, který se používá jako izolační materiál – žárovzdorná okénka do kamen,

grafit (tuha) – bod tání 3500 °C.

Elektrické vlastnosti

Dobrými vodiči elektrického proudu jsou kovy (Cu, Ag, Au) a grafit. Nevodivé jsou

jílové minerály nebo uhličitany.

Magnetismus

feromagnetické nerosty – mají pozorovatelné magnetické vlastnosti, přitahují Fe

(magnetit)

paramagnetické nerosty – magnetismus se projevuje jen za přítomnosti vnějšího

magnetického pole, paramagnetické látky jsou také přitahovány magnetickým polem,

ale nedokážou udržet magnetismus bez přítomnosti vnějšího pole (rutil, beryl, siderit)

diamagnetické nerosty – magnetismus se projevuje jen za přítomnosti vnějšího

magnetického pole, při vložení diamagnetické látky do vnějšího pole, dojde v látce

k zeslabení magnetického pole (diamant, halit, křemen).

2.2. Chemické vlastnosti

Mezi základní chemické vlastnosti nerostů patří těchto 5 následujících:

chemické složení

polymorfie

izomorfie

reakce s kyselinami

rozpustnost ve vodě


16

Chemické složení

Minerály jsou složeny z malých částic – atomů, iontů, molekul. Chemické složení

minerálů se vyjadřuje chemickou značkou (síra – S) nebo chemickým vzorcem (galenit –

PbS). Minerály se podle chemického složení a vnitřní stavby rozdělují do devíti tříd

mineralogického systému.

Polymorfie

Polymorfní nerosty mají stejné chemické složení, ale vznikly za různých podmínek.

Mohou proto krystalovat v různých soustavách. Typickým příkladem je:

diamant C – tvrdost 10, čirý, šesterečná soustava, nevodivý

grafit (tuha) C – tvrdost 1, šedý, krychlová soustava, vodivý.

Izomorfie

Izomorfní nerosty mají různé složení, ale stejné nebo velmi podobné vlastnosti.

Izomorfní nerosty tvoří přirozené řady, například uhličitany kalcitové řady:

Vápenec (kalcit) CaCO3, který přichází do styku s vodou s obsahem Mg iontů se

postupně mění na dolomit CaCO3.MgCO3, dále pak na magnezit MgCO3, pak na siderit

FeCO3. Dochází k postupné záměně Ca iontů za Mg ionty a pak za Fe ionty.

Podmínkou izomorfie je:

stejný anion (například CO3-II

)

kationty v obou nerostech mají mít přibližně stejný poloměr a stejný náboj

oba nerosty mají mít stejnou soustavu a podobný krystalový tvar.

Reakce s kyselinami

Nejčastěji se používá reakce se zředěnou kyselinou chlorovodíkovou (HCl) k důkazu

uhličitanů. U některých uhličitanů reakce probíhá za studena, u jiných za zvýšené teploty.

Zlato se rozpouští v lučavce královské, což je směs HNO3+HCl.

Rozpustnost ve vodě

Ve vodě je rozpustný halit (sůl kamenná – NaCl).

2.3. Voda v nerostech

Rozlišujeme tři základní druhy vody, která se vyskytuje v nerostech. Její druh

a množství v minerálech lze zjistit metodami termické analýzy.

Voda chemicky vázaná

Voda chemicky vázaná je součástí sloučeniny, bývá přítomna ve formě hydroxylových

OH skupin. Odchází při teplotách nad 400 °C a je to změna nevratná. To znamená, že se mění

chemická podstata sloučenin. Ke ztrátě této vody dochází při zvýšení teploty skokem –

dehydroxylace.

Mastek Mg(OH)4Si2O10 (3MgO.4SiO2.H2O)

Voda krystalová

Voda krystalová je vázána slabými silami. Její množství není přesně dáno. Při

odchodu se mění uspořádání, barva a další fyzikální a chemické vlastnosti. Je to změna


17

vratná. Při zahřátí uniká po částech – dehydratace. Molekuly vody se píší nakonec vzorce za

tečkou.

Sádrovec CaSO4.2H2O

Voda volná

Voda volná se neúčastní stavby krystalové mřížky. Je jí proměnlivé množství, je

vázána velmi slabými silami. Uniká postupně, často v závislosti na vlhkosti prostředí. Je to

změna vratná. Značí se na konci vzorce symbolem nH2O za tečkou.

Křemen SiO2 – Opál SiO2.nH2O

Vodu vázanou a vodu volnou nelze někdy zcela přesně odlišit. Proto byla pro odlišení přijata

konvenční hranice 110 °C. Vodu, která unikne do 110 °C, považujeme za volnou (v analýzách

je označována H2O-). Vodu, která unikne nad touto hranicí, považujeme za vodu vázanou

(označení H2O+).

2.4. Dělení a charakteristika tříd mineralogického systému

Jednotlivé druhy nerostů byly uspořádány do přehledného systému a to účelně podle

jejich chemického složení a vnitřní stavby. Základní jednotky systému jsou třídy (9), skupiny,

minerální druhy a jejich odrůdy. Počty minerálních druhů v jednotlivých třídách jsou různé.

Druhově nejbohatší jsou křemičitany, dále fosforečnany, sulfidy atd. Druhově nejchudší jsou

organické minerály a prvky.

Třídy mineralogického systému

I. Prvky

II. Sulfidy

III. Halogenidy

IV. Oxidy a hydroxidy

V. Uhličitany

VI. Sírany

VII. Fosforečnany

VIII. Křemičitany

IX. Organické nerosty

Přírodní skla (nepatří do mineralogického systému)

I. Prvky

V přírodě existuje přes 20 nerostů tvořených samostatnými prvky. Dělí se na kovy:

především jsou to měď, zlato, stříbro, železo, platina, nekovy: uhlík, síra, a polokovy: bismut,

arsen, antimon. Ryzí kovy jsou v přírodě nápadné barvou, vysokou hustotou, mají kovový

lesk, a jsou ohebné a kujné. Často jsou dobrými vodiči elektrického proudu.

Nejvýznamnější nerosty: diamant, grafit (tuha), měď, stříbro, zlato, platina, síra.


18

II. Sulfidy (sirníky)

Sulfidy jsou soli kyseliny sirovodíkové (H2S). Sulfidy tvoří důležité rudy všech kovů.

Mají většinou kovový lesk a vyšší hustotu. Vznikly většinou z horkých roztoků, často tvoří

rudní žíly a poměrně snadno se rozkládají. Od ryzích kovů se liší hlavně tím, že nejsou kujné,

jsou křehké.

Nejvýznamnější nerosty: pyrit, sfalerit, galenit, rumělka, antimonit, chalkopyrit,

markazit.

III. Halogenidy (halovce)

Halogenidy jsou sloučeniny fluoru, chloru, bromu a jodu. Halogenidy mají podobné

vlastnosti: mají slanou nebo hořkou chuť, většinou jsou dobře rozpustné ve vodě a jejich

vodné roztoky vedou velmi dobře elektrický proud. Mají vyšší teplotu tání, nemají kovový

vzhled a mají dokonalou štěpnost. Nacházejí se nejčastěji v rozpuštěném stavu v moři. Při

geologickém vývoji Země došlo k oddělení mořských zálivů od moře, tyto zálivy vyschly

a vznikla obrovská solná ložiska. Fluorit vzniká také z horkých roztoků a nachází se v rudních

žilách. Tudíž vznikají vysrážením z mořské vody nebo z hydrotermáních roztoků.

Nejvýznamnější nerosty: sůl kamenná (halit), fluorit.

IV. Oxidy a hydroxidy

Oxidy jsou sloučeniny kyslíku. Patří sem nerosty navzájem odlišné vlastnostmi

i způsobem vzniku a výskytu. V přírodě vznikají vylučováním z tavenin i roztoků. Tyto

nerosty se vyznačují poměrně vysokou tvrdostí a hustotou. Hydroxidy ve své struktuře

obsahují hydroxylové skupiny (OH-) nebo molekuly vody. Z toho vyplývá i přítomnost

mnohem slabších vazeb než je tomu u oxidů, a proto mají hydroxidy nižší tvrdost i hustotu.

Nejvýznamnější nerosty: křemen, opál, korund, rutil, hematit, magnetit, uraninit,

kasiterit (cínovec), chromit, limonit; hydrargillit (gibbsit), brucit, dispor, böehmit.

V. Uhličitany (karbonáty)

Uhličitany jsou soli kyseliny uhličité. Patří mezi běžné nerosty Zemské kůry. Lze je

rozdělit na bezvodé a vodnaté. Mají výrazně nekovový vzhled. Nejdůležitějším zástupcem

této skupiny je kalcit, který se vyskytuje také jako hornina (vápenec, mramor). Uhličitany

jsou poměrně lehké a mají většinou světlé barvy, jen výjimečně jsou výrazně barevné

(malachit, azurit). Zředěnými kyselinami se snadno rozkládají. Při reakci se uvolňuje CO2.

vznikají vylučováním z chladných i horkých roztoků (najdeme je v rudních žilách).

Nejvýznamnější nerosty: kalcit, magnezit, dolomit, aragonit, siderit, malachit, azurit.

VI. Sírany (sulfáty)

Sírany jsou soli kyseliny sírové. Bývají obvykle světlé, průhledné nebo průsvitné

a poměrně měkké. Obvykle je dělíme na bezvodé a vodnaté. Nerosty této třídy jsou v naprosté

většině produkty zvětrávání. Vyskytují se jako usazeniny moří nebo jezer. V pouštích

krystalují sírany ze vzlínající podzemní vody poblíž zemského povrchu a tvoří tak známé

pouštní růže ze sádrovce. Výjimku tvoří baryt, který se vyskytuje v rudních žilách.

Nejvýznamnější nerosty: anhydrit, baryt, modrá skalice, sádrovec.


19

VII. Fosforečnany (fosfáty)

Fosforečnany jsou soli kyseliny fosforečné. Minerály této skupiny lze rozdělit na

bezvodé a vodnaté. Apatit a několik dalších minerálů fosforu jsou magmatického původu.

Nejvýznamnější nerosty: apatit.

2.5. VIII. Křemičitany (silikáty)

Křemičitany jsou sloučeniny oxidu křemičitého. Tyto minerály jsou největší třídou

nerostů a jsou také nejdůležitější součástí ZK. Tvoří ji z 85 %. Jsou také součástí kamenných

meteoritů. Důležité křemičitany jsou živce, slídy, granáty, amfiboly a pyroxeny (tedy téměř

všechny horninotvorné nerosty). V přírodě jsou hojné a rozšířené především jako součást

hornin. Křemičitany mohou mít velmi komplikované složení a strukturu. Mají rozmanité

vlastnosti, nekovový vzhled, jsou zbarvené, a v tenkých lupíncích průhledné. Většinou jsou

lehké, tvrdé (výjimka je mastek) a těžko tavitelné. V kyselinách se rozkládají jen málo nebo

vůbec. Vznikají z magmatu nebo také zvětráváním jiných křemičitanů (kaolinit).

Struktura křemičitanů

Základní strukturní jednotkou jsou čtyřstěny. Jedná se o velmi pevnou vazbu, proto

jsou to sloučeniny chemicky odolné, s vysokým bodem tání a většinou tvrdé. Na kyslících ve

čtyřstěnech mohou být navázány další kationty (Ca, Mg, Fe, Na, K).

Čtyřstěn neboli tetraedr (4 kyslíky okolo křemíku) představuje strukturu nesosilikátů.

Pokud jsou ve struktuře tetraedry spojeny po dvou, jedná se o sorosilikáty, polymerizací do

skupin vznikají cyklosilikáty, do řetězců pak inosilikáty, do vrstev fylosilikáty a prostorově

polymerizují tektosilikáty.

Rozdělení křemičitanů na podtřídy

A Nesosilikáty

B Sorosilikáty

C Cyklosilikáty

D Inosilikáty

E Fylosilikáty

F Tektosilikáty

Charakteristika jednotlivých podtříd

Keramicky nejzajímavější jsou podtřídy fylosilikáty a tektosilikáty, protože do těchto

skupin patří jílové minerály plastických surovin a také minerály neplastických surovin.

8.A Nesosilikáty

Nesosilikáty mají tetraedry v krystalové struktuře navzájem uloženy nezávisle.

Nerosty této třídy se vyznačují poměrně velkou hustotou, vysokým indexem lomu a relativně

vysokou tvrdostí (6,5 – 8). Patří sem většinou nerosty velmi stálé, chemicky a mechanicky

nejodolnější.

Nejvýznamnější nerosty: granát, olivín, topaz, mullit, zirkon, andaluzit, kyanit,

sillimanit.


20

8.B Sorosilikáty

Tetraedry sorosilikátů se spojují do dvojic nebo jiných malých skupin tak, že sdílejí po

jednom rohu, obsazeném jedním kyslíkem. Sorosilikáty mají spíše význam jako

horninotvorné nerosty. Jejich průmyslové využití je spíše výjimečné.

Nejvýznamnější nerosty: epidot, melilit.

8.C Cyklosilikáty

Cyklosilikáty mají tetraedry spojeny do prstenců, které mohou být tří, čtyř

a šestičlenné. Nejvýznamnější nerosty mají strukturu šestičlennou.

Nejvýznamnější nerosty: beryl, cordierit, turmalín.

8.D Inosilikáty

Inosilikáty mají tetraedry spojené vždy protilehlými rohy se dvěma dalšími tetraedry

tak, že vytváří nekonečné řetězce, které mohou být jednoduché nebo dvojité, vzácněji

i vícenásobné a ve struktuře jsou uloženy navzájem rovnoběžně. Podle typu řetězce

rozeznáváme nerosty skupiny pyroxenů, které mají jednoduché řetězce, a nerosty skupiny

amfibolů s dvojitými řetězci. Tyto nerosty se vyznačují zpravidla protáhlým, sloupcovitým,

stéblovitým až vláknitým tvarem. Jednotlivé nerosty inosilikátů jsou si značně podobné.

Inosilikáty jsou především významné horninotvorné nerosty a jejich průmyslové využití je

velmi omezené.

Nejvýznamnější nerosty: amfibol, augit, enstatit, spodumen.

8.E Fylosilikáty

Tetraedry fylosilikátů polymerizují tak, že mají tři vrcholové kyslíky navzájem

společné a vznikne tak rovinná síť tetraedrů. Pevná vazba mezi Si a O v tetraedrech

a poměrně slabé vazby mezi vrstvami tetraedrů jsou příčinou některých fyzikálních

vlastností – fylosilikáty jsou výborně štěpné a to rovnoběžně s vrstvami tetraedrů. Až na

výjimky mají u fylosilikátů všechny tetraedry v síti shodnou orientaci.

Nejvýznamnější nerosty: biotit, muskovit, mastek, kaolinit, halloysit, montmorilonit,

pyrofylit, vermikulit.

8.F Tektosilikáty

Tektosilikáty mají tetraedry vázány do prostorové stavby sdílením všech vrcholů

s dalšími tetraedry. Charakter vazby tetraedrů do prostorové struktury dává prostor vzniku

dutin relativně velkých rozměrů, což se projevuje i na fyzikálních vlastnostech jako je

poměrně nízká hustota a nízké hodnoty indexu lomu.

Nejvýznamnější nerosty: albit, anortit, ortoklas, křemen, zeolity.

IX. Organické minerály

Organické minerály se liší od všech předchozích tříd původem, protože vznikly

rozkladem organismů. Nejvýznamnějším zástupcem je jantar, který vznikl zkameněním

pryskyřic třetihorních stromů.

Přírodní skla

Přírodní skla jsou látky sklovité povahy, které nemají jednotné chemické složení.

Nejvýznamnější z nich jsou tektity – skla spojovaná s kosmickými tělesy. České tektity se

nazývají vltavíny, podle Vltavy, v jejímž povodí se nalézá většina jejich lokalit.


21



fyzikální a chemické vlastnosti minerálů

silikáty, jejich dělení, vlastnosti a zástupce.


7. Jaké jsou metody stanovení hustoty?

8. Jaký je vztah mezi štěpností a lomem?

9. Jaký je rozdíl mezi pružností a plastičností?

10. Co je polymorfie a izomorfie, můžete uvést příklad takových nerostů?

11. Jak poznáme, že voda v nerostu je volná nebo vázaná?

12. Pro který z nerostů je typické, že se může vyskytovat také jako hornina?

13. Které minerály obsahuje ZK především?

14. Podle čeho přiřazujeme minerály do tříd mineralogického systému?

15. Jaká je základní struktura křemičitanů a jak se podle ní dále rozdělují?

16. Jaký význam mají v keramickém průmyslu fylosilikáty a tektosilikáty?


BERNARD, J.H., ROST, R. Encyklopedický přehled minerálů. Praha: Academia, 1992.

HLAVÁČ, J. Základy technologie silikátů. Praha: SNTL, 1988.

CHVÁTAL, M. Úvod do systematické mineralogie. Praha: Silikátový svaz, 2005.

Mineralogie pro školy. In: Přírodovědecká fakulta UK v Praze [on-line]. [cit. 2013-05-07].

Dostupné z: http://www.natur.cuni.cz/ugmnz/mineral

Zkouška tvrdosti podle Vickerse. [cit. 2013-06-28]. Dostupné z:

http://cs.wikipedia.org/wiki/Geologie


Petrologie

22

3. Petrologie

Podle způsobu vzniku a původu rozdělujeme horniny na:

vyvřelé (vyvřeliny, eruptiva, magmatit) – tvoří 95 % ZK

usazené (sedimenty) – pokrývají většinu povrchu Země

přeměněné (metamorfity).

Vyvřeliny – vznikají krystalizací ze žhavotekuté taveniny, zvané magma.

Minerály vyvřelin jsou křemen, živce, amfiboly, pyroxeny.

Sedimenty – vznikají zvětráváním již existujících hornin a následným přenosem a usazením

zvětralého materiálu.

Minerály usazenin jsou jílové minerály – například kaolinit, vápenec, sádrovec.

Přeměněné horniny – se tvoří strukturní či minerální přestavbou již existujících hornin pod

vlivem změny teploty nebo tlaku.

Tvar a omezení minerálů v horninách

vlastní omezení – všechny nebo převážná většina ploch krystalu jsou dokonale

vyvinuty, krystalizovaly jako první

částečně cizí omezení – některé plochy se nevyvinuly (vadily jim ostatní krystaly)

cizí omezení – nejsou vyvinuty žádné krystaly, plochy jsou tvořeny cizími krystaly,

krystalizovaly jako poslední

3.1. Vyvřelé horniny

Vyvřeliny jsou produktem sopečné činnosti a vznikají z magmatu. Magma je roztok

roztavených hornin uvnitř Země, který se po vylití na povrch se nazývá láva.

Podle barvy dělíme lávu (vyvřeliny) následovně:

světlá – obsahuje větší procento SiO2 – je kyselá, má vysokou viskozitu, vytváří

homole, má vyšší bod tání

tmavá – obsahuje méně SiO2, hlavně živce, pyroxeny, amfiboly – je zásaditá, má

nízkou viskozitu, vytváří kupy, má nízký bod tání.

Existují dva způsoby, kterými láva vytéká na povrch a s tím souvisí také typ sopky, který

vzniká:


Cíl Po prostudování tohoto odstavce budete

vědět, jak vznikají horniny a jak je podle jejich vzniku dělíme

umět rozlišovat a definovat pojmy vulkanismus a magmatismus a jejich podstatu

chápat, jak vznikají základní keramické suroviny

Výklad

Petrologie

23

bez výbuchu – láva obsahuje málo bublin (efuzivní vulkanismus), vznikají při tom

víceméně ploché sopky o velkém průměru, tzv. štítové sopky

s výbuchem – láva je rozmetána do okolí tlakem plynů, obsahuje bubliny, vznikají

pyroklastika (explozivní vulkanismus), vznikají sopky vulkánového typu.

Sopka, jejíž kužel je tvořen vyléváním lávy a hromaděním pyroklastik se nazývá stratovulkán.

Pyroklastika představují lávový materiál, roztříštěný sopečnou explozí na částice rozmanité

velikosti.

Mezi vyvřelé horniny se řadí žula, gabro, pegmatity, čedič, znělec.

Vyvřeliny podle velikosti krystalů a zástupci jednotlivých skupin

horniny hlubinné – magma tuhlo velmi pomalu, velké krystaly, tvoří rozsáhlá

podpovrchová tělesa – plutony, typickým příkladem jsou žuly, gabra

horniny podpovrchové – magma zpočátku tuhlo v hloubce pomalu, a když se dostalo

na povrch tuhlo rychle, vzniká porfyrická struktura, tzn. velké krystaly jsou obklopeny

krystaly menšími nebo dokonce sklovinou, tvoří doprovod hlubinných těles, vznikají

v menších hloubkách pod povrchem, tvoří žíly, lakolity, příkladem jsou pegmatity

horniny výlevné – jsou tvořeny malými krystalky nebo sklovitou strukturou,

příkladem jsou znělec a čedič

Magmatismus

Tavením hornin za vysokých teplot a tlaků ve spodní kůře a svrchním plášti vzniká

tavenina – magma, jejíž hustota je nižší než hustota hornin ve stejné hloubce v tuhém stavu.

Magma proto postupně vystupuje k povrchu. Tento proces označujeme jako intruzivní

magmatismus (intruze), pokud magma nedosáhne zemského povrchu.

Intruzivní tělesa

lakolity – žilná, bochníkovitá tělesa, vzniklá vyklenutím pláště pod tlakem většinou

kyselého magmatu

žíly – pravé, nepravé

pně – malá intruzivní tělesa, která mají suboválný obrys a u nichž, podobně jako

u batolitů, zpravidla není známo podloží

batolity a plutony – největší a nejdůležitější hlubinná tělesa, většinou granitoidních

hornin, petrograficky i strukturně značně nejednotná, zakořeněná jsou v hlubších

částech ZK, takže je jejich podloží neznámé

Pokud magma na zemský povrch vystoupí, jedná se o extruzivní magmatismus –

vulkanismus.

Extruzivní tělesa

lávové příkrovy, lávové proudy, pyroklastika, vulkanické a výtlačné kupy

Projevy sopečné činnosti

plynné – H2S, SO2, páry síry, chlor, HCl, CO2, CO, páry vody

kapalné – láva

pevné – sopečné bomby, lapilli, sopečný písek a popel

Zbytkovými projevy sopečné činnosti jsou vřídla a gejzíry.

Petrologie

24

3.2. Usazené horniny

Na rozdíl od vyvřelin, které jsou horninami prvotními, se usazeniny a ostatní typy

hornin z nich odvodily až druhotně. Usazeniny vznikly větráním vyvřelých, přeměněných

a jiných usazených hornin. Podle posouzení plošného rozšíření typů hornin na zemském

povrchu jsou převládající horninou sedimenty.

Mezi usazeniny se řadí následující horniny: suť, štěrk, brekcie, slepenec, písek,

pískovce, křemence, spraš, jíly, lupky a další.

Ke vzniku sedimentu je třeba několika na sebe navazujících pochodů.

Vznik sedimentu

zvětrávání

odnos

usazování

zpevňování

Zvětrávání

Zvětrávání zahrnuje pochody vedoucí na zemském povrchu k rozpadu již existujících

hornin. Existuje několik typů zvětrávání:

mechanické – hornina se rozpadá, aniž se mění její chemické složení, způsobují ho

rozdíly teplot (roztavování + smršťování, mráz + voda ve skulinách, otěr, voda, vítr,

písek)

biologické – způsobují ho kořeny rostlin, živočichové – žížaly, podíl mají i bakterie a

nejnižší živočichové

chemické – dochází ke změnám složení samotné horniny, účinky chemického

zvětrávání se zvyšující s teplotou, je vyvoláno především vodou a látkami v ní

rozpuštěnými (zejména CO2, O2, hydratací vodou), ke vzniku usazenin dochází i

odpařováním vody (ložiska soli) nebo změnou pH vody, velkou roli při tomto způsobu

zvětrávání hraje i hydrolýza, chemický proces, při kterém se složité chemické

sloučeniny štěpí vlivem disociační schopnosti vody, štěpí se tak i prakticky

nerozpustné minerály jako jsou silikáty – například ve vlhkém klimatu vznikají ze

živců vodnaté hlinitokřemičitany – kaolinit.

Odnos

vlastní vahou – pád shora, sesouvání

větrem, vodou, ledem

Usazování

dochází k němu, když pominou síly unášecí, síly způsobující odnos (zpomalení

proudu vody, větru)

bezprostředně po usazení bývá materiál sypký, tvárlivý, nezpevněný

Zpevňování

dochází ke slehávání hlavně tlakem nadložních vrstev, což je spojené se snižováním

pórovitosti, případně dochází ke snižování množství vody nebo může docházet ke

stmelování úlomků.

Petrologie

25

Tmely

jílový

vápencový

železitý

křemičitý – nejpevnější

Uložení usazených hornin

Primární struktury sedimentů jsou vrstvy a soubory vrstev. Typickým znakem většiny

sedimentárních hornin je vrstevnatost, což je schopnost členění na víceméně zřetelná

deskovitá tělesa – vrstvy.

Vrstva

Vrstva je deskovité těleso, víceméně stejného složení, které je Vůči svému nadloží a

spodní vrstvě přibližně v horizontální poloze. Vrstvu mohou tvořit horniny vyvřelé, usazeniny

i metamorfované.

Mocnost

Označuje tloušťku vrstvy.

Souvrství

Opakují-li se vrstvy přibližně stejného složení, mluvíme o souborech vrstev neboli

souvrství. Komplexu vrstev, postupně na sebe uložených, říkáme vrstevní sled. Uložení vrstev

v souvrství pak může být souhlasné nebo nesouhlasné, které vzniká tak, že po usazení prvních

vrstev došlo k pohybu v ZK – vrstvy jsou šikmé, pak usazování pokračovalo.

Nadloží

Vrstva nebo těleso nad danou vrstvou se označuje jako nadloží. Opakem nadloží je

podloží.

Rozdělení sedimentů

Podle velikosti částic:

úlomkovité (nad 2 mm)

písčité (0,05-2 mm)

prachové (0,002-0,05 mm)

jílovité (menší než 0,002 mm).

Podle vzniku:

mechanické – písek

chemické – sádrovec

biologické (organogenní) – křemelina, křída.

3.3. Přeměněné horniny

Přeměněné horniny (metamorfity) vznikají z vyvřelin i usazenin všesměrnými tlaky

a vysokými teplotami. Při všesměrném tlaku nemůže být hornina rozdrcena. I když je hornina

pevná, dochází k přeskupování vazeb a hornina se chová jako plastická.

Textura je uspořádání částic v horninách. Uspořádání částic bývá většinou

rovnoběžné, což vede k odlučnosti v deskách, plástech, vrstvách, někdy je i stébelnatá.

Petrologie

26

Přeměněné horniny jsou především ortobřidlice a parabřidlice.



vyvřelina, sediment a metamorfit

magma, láva, vulkanismus, magmatismus

druhy zvětrávání


17. Jak vznikají vyvřeliny, usazeniny a přeměněné horniny a jaké jsou jejich hlavní minerály?

18. Jaké rozeznáváme druhy lávy, respektive vyvřelin podle barvy?

19. Jak vzniká štítová nebo vulkánová sopka?

20. K čemu dochází při procesu zvětrávání?

21. Vyjmenujte alespoň jednoho zástupce každého druhu sedimentu podle jejich vzniku.

22. Které horniny označujeme jako prvotní, a které jako druhotné a proč?



KONTA, J. Keramické a sklářské suroviny. Praha: Univerzita Karlova, 1982.

Keramické suroviny

27

4. Keramické suroviny

Keramické suroviny jsou minerály nebo horniny, které se používají k výrobě

keramických výrobků.

Základní rozdělení keramických surovin je na:

plastické – jíly, hlíny, kaoliny

neplastické – ostřiva, taviva.

První dvě skupiny zahrnují vesměs suroviny přírodní, ke kterým díky rostoucím

nárokům na kvalitu a čistotu surovin přibyly suroviny vyrobené průmyslově. Neodmyslitelné

jsou také materiály, které nejsou přímo součástí výrobní hmoty nebo nemají po výpalu

výrobku rozhodující vliv na jeho vlastnosti. V současnosti je také aktuální trend ve zpracování

odpadních surovin z jiných průmyslových odvětví. Proto můžeme dále rozlišit ještě tyto

suroviny:

syntetické – oxidy, neoxidové materiály

pomocné – sádra, šelak, mýdla, epoxidové pryskyřice, voda, atd.

druhotné – vysokopecní struska, elektrárenský popílek, keramický výmět.

4.1. Plastické suroviny

Plastické suroviny tvoří po přídavku určitého množství vody plastické těsto. Plastické

těsto se dá vnějšími silami trvale deformovat bez porušení celistvosti. Tedy působením

vnějších sil je lze tvarovat, a jakmile vnější síly přestanou působit, zachová si tvar, který mu

byl těmito silami dán.

Čas ke studiu: 12 hodin

Cíl Po prostudování tohoto odstavce

pochopíte, proč rozdělujeme keramické suroviny prvotně na plastické a neplastické

dozvíte se, jakou podobnost mají jíly, hlíny a písky

budete umět vysvětlit, proč právě jílové minerály mají zásadní význam pro výrobu

keramiky, a které jsou ty nejdůležitější

budete vědět, jakou mají jílové minerály strukturu a jak vznikají

dozvíte se, jakou funkci jednotlivé druhy surovin při výrobě keramiky zastávají

pochopíte, jaké pochody a reakce se dějí se surovinami při jejich zahřívání

budete se orientovat v surovinách přírodních, umělých, pomocných a druhotných

Výklad

Keramické suroviny

28

Klasifikace plastických surovin

Podmínkou plastických vlastností surovin je vysoká disperznost (jemnost) materiálu a

přítomnost jílových minerálů (pro jejich schopnost vázat na svém povrchu vodu a různé ionty

a vyměňovat je s ionty okolního prostředí. Plastické suroviny patří z hlediska zrnitosti do

skupiny jemnozemí. Jemnozemě jsou zeminy, které vznikly zvětráváním hornin a mají částice

o velikosti do 2 mm. Jsou tvořeny třemi podíly, které jsou vymezeny velikostí částic.

pískovina – 2 mm až 0,05 mm

prachovina – 0,05 mm až 0,002 mm

jílovina – menší než 0,002 mm (2 m)

Jílovina je nejjemnější podíl jemnozemí a je tvořena především částicemi jílových

minerálů. Její obsah je z hlediska klasifikace plastických surovin nejdůležitějším faktorem. Ze

surovin zahrnutých v diagramu jemnozemí, patří mezi plastické suroviny jíly, hlíny a spraše.

Jíly

Jíly jsou jemnozemě s obsahem jíloviny vyšším než 50 %.

Hlíny a spraše

Hlíny a spraše jsou jemnozemě s 20 – 50 % jíloviny. Liší se od sebe obsahem

ostatních podílů. Spraše obsahují více prachoviny, hlíny obsahují více pískoviny.

Písky a prachy

Písky a prachy jsou jemnozemě s 20 % jíloviny a vzájemně se liší podílem pískoviny

a prachoviny. V píscích převažuje pískovina, prachy mají naopak vysoký podíl prachoviny.

Schematicky lze jemnozemě znázornit a rozdělit následujícím způsobem (viz obr. 4).

Obr. 4. Schematické rozdělení jemnozemí.

Keramické suroviny

29

Jílové minerály

Jílové minerály rozdělujeme do 3 základních skupin utvořených podle chemického

a mineralogického složení minerálů v ní zařazených. Jejich přehled uvádí obrázek 5.

Z hlediska keramického jsou nejdůležitější nerosty sialitické, protože z nich především

jsou složeny hlíny, jíly a kaoliny.

skupina nerost vzorec výskyt

SIALITY (Si-Al)

vodnaté křemičitany

hlinité

Illity - Illitické jíly

slídy

Kaolinit Al2O3.2SiO2.2H2O

surový kaolin

jíly

jílovce (lupky)

Halloysit Al2O3.2SiO2.4H2O halloysit

halloysitický jíl

Montmorillonit Al2O3.4SiO2.nH2O bentonit

montmorilonitický jíl

ALITY (Al)

hydráty hlinité

Böhmit, Diaspor,

Hydrargylit Al2O3.3H2O

bauxit

laterity

SIMGITY (Si-Mg)

vodnaté křemičitany

hořečnaté

Mastek 3MgO.4SiO2.H2O -

Obr. 5. Přehled jílových minerálů.

Struktura jílových minerálů

Jílové minerály jsou charakteristickou složkou plastických keramických surovin. Jsou

nositeli vlastností typických pro plastické suroviny – plastičnost, ztekutitelnost, pevnost

a bobtnavost. Mají vrstevnatou strukturu a velmi jemné částice. Po chemické stránce jsou to

hlinitokřemičitany, které mají ve struktuře hydroxidové skupiny. Druh a struktura jílového

minerálu obsaženého v plastické surovině a velikost a tvar částic určují vlastnosti suroviny.

Struktura jílových minerálů je tvořena vrstvami tetraedrů, v nichž je křemíkový atom

obklopen čtyřmi atomy kyslíku, a vrstvami oktaedrů, kde je hliníkový atom obklopen šesti

atomy kyslíku. Jílové minerály mají obvykle strukturu dvojvrstvou nebo trojvrstvou.

U dvouvrstvých minerálů se střídá vždy jedna vrstva tetraedrů a jedna vrstva oktaedrů

(dvojvrství), u trojvrstvých minerálů je vždy obklopena jedna vrstva oktaedrů vrstvami

tetraedrů (trojvrství).

Základní dvojvrství nebo trojvrství jsou uvnitř vázána pevnými iontově kovalentními

vazbami, zatímco jednotlivá souvrství jsou mezi sebou vázána jen slabými Van der

Wallsovými silami. To je důvod, proč mají jílové minerály charakteristický destičkovitý tvar

částic a štěpnost po vrstvách. Voda je v jílových minerálech vázána v podobě hydroxidových

skupin nebo molekulárně v prostorách mezi souvrstvími.

Podle uspořádání základních útvarů se jílové minerály dělí na:

dvojvrstvé – kaolinit, halloysit, (dickit, nakrit)

trojvrstvé – montmorillonit, illity.

Keramické suroviny

30

Vznik jílových minerálů

Jílové minerály vznikají jako produkty zvětrávání vyvřelin (žula, čedič), metamorfitů

(rula, svor) i sedimentů (živcové arkózy). Hlavními složkami zmíněných hornin jsou živce,

křemen, slída.

Zrna křemene jsou naleptávána alkalickými roztoky, draslík může být navázán na

mřížku vznikajícího illitu, sodík je odnášen a hromadí se v mořích (NaCl). Dále se uvolňuje

hořčík a vápník, které se částečně váží na vznikající montmorillonit, křemík vstupuje do

struktury uvedených minerálů a kaolinitu. Slídy postupně přecházejí na illit.

Podle podmínek zvětrávání a typu horniny vznikají tyto základní jílové minerály:

skupina kaolinitu – minerály vznikají zvětráváním živců (především draselných), žul

a rul v kyselém prostředí (pH 4-5) při poměru Al2O3:SiO2 1:2

skupina montmorillonitu – minerály vznikají zvětráváním živců (sodnovápenatých)

ze sopečných vyvřelin a tufů (láva+popel) v zásaditém prostředí a poměru Al2O3:SiO2

1:3 až 4

skupina illitu – minerály vznikají v počátečním stádiu zvětrávání živců na kaolinit

nebo montmorillonit.

Kaolinizace

Kaolinizace je proces vzniku kaolinitu, který můžeme vyjádřit pomocí rovnice takto:

2322232222322 42226 SiOCOKOHSiOOAlOHCOSiOOAlOK Draselný živec Kaolinit

Nejprve dochází k hydrataci živce – vznikají jako přechodná fáze nerosty příbuzné

slídám, vyplavuje se K2CO3. Po další hydrataci dochází k dalšímu vyluhování K2CO3

a vzniku kaolinitu.

Surový kaolin je přeměněná hornina, bílá až žlutá, která obsahuje 20 – 50 % kaolinitu

(výplav bývá okolo 30 %). Převážnou část tvoří křemičitý písek, který se po vyplavení

používá ve stavebnictví. Příměsi, které jsou v surovém kaolinu přítomny, jsou 50 – 80 %

písek, slída, sloučeniny železa.

Uložení a těžba kaolinu

Kaolin je uložen ve třech zónách. Základ tvoří žula, která je směrem k povrchu stále

více kaolinizovaná.

spodní zóna – v kaolinu zde zůstávají částečně živcová zrna a biotit

druhá zóna – zůstávají jen největší zrna živců, biotit je rozložen a je zdrojem Fe

horní zóna – živce a biotit jsou rozloženy

Kaolin se těží z nejvrchnější zóny. Nad nejvrchnější zónou může být vyplavený kaolin

(nejkvalitnější) a nad ním je ještě nadloží tvořené ornicí.

Vysokoteplotní reakce jílových minerálů

Všechny jílové minerály prodělávají při zahřívání na vysoké teploty postupně četné

chemické a strukturní přeměny. Zjišťují se pomocí DTA – diferenční termické analýzy.

Zjednodušeně řečeno se porovnává teplota ve vzorku kaolinu s teplotou vzorku Al2O3, ve

kterém neprobíhá žádná reakce. Při endotermické reakci roste teplota kaolinu pomaleji, tzn.

prodlévá směrem dolů, při exotermické reakci je tomu naopak.

Keramické suroviny

31

Zvlášť zřetelné a typické jsou tyto změny u kaolinitu:

První nevýrazná změna nastává při teplotě 100 °C, kdy odchází adsorbovaná voda,

která není součástí struktury kaolinitu a její množství v dané surovině kolísá s vlhkostí

prostředí.

Nejvýraznější efekt se projevuje při teplotě 600 °C, kdy dochází k odchodu

krystalové vody (dehydroxylace kaolinitu), projevuje se to silnou endotermickou

reakcí, provázenou ztrátou hmotnosti a malým smrštěním, kaolinit přechází na

metakaolinit.

Při dalším růstu teploty v rozmezí 950 – 1000 °C dochází k ostře exotermické reakci,

které neodpovídá žádná změna hmotnosti, ale dochází ke zřetelnému smrštění,

postupně vzniká spinel a uvolňuje se SiO2 ve formě cristobalitu.

Dalším zahříváním se tento spinel rozpadá a při teplotě minimálně 1200 °C vzniká

jako konečný produkt mullit a další cristobalit.

2232223222322232 23322222 SiOSiOOAlSiOSiOOAlOHSiOOAlOHSiOOAl

kaolinit metakaolinit spinel+cristobalit mullit+cristobalit

Ostatní jílové minerály, se kterými se setkáváme v keramických surovinách,

prodělávají při zvýšení teploty obdobné změny jako kaolinit.

Illity a zejména montmorillonity vážou více adsorbované vody a tato vazba

v prostorách mezi souvrstvími je pevnější než u vody adsorbované na povrchu kaolinitu, což

se projevuje výraznějším efektem na křivkách DTA a posunem křivek k vyšším teplotám při

odchodu této vody. U montmorillonitů jde o maximum při teplotě 150 – 170 °C.

Dehydroxylační reakce bývá méně výrazná než u kaolinitu a bývá u montmorilonitů posunuta

výše až k teplotě 700 °C, což ukazuje na pevnější vazbu hydroxylové skupiny. Illity se na

rozdíl od kaolinitu v oblasti dehydroxylace nesmršťují, naopak mírně expandují.

Druhy plastických surovin

Podle stupně plastičnosti

mastné – plastičtější s větším obsahem jílových částic

hubené (neboli krátké) – méně plastické s menším obsahem jílových částic nebo

s hrubozrnnějšími jílovými částicemi

Podle hlavního jílového minerálu

kaolinitické

montmorilonitické

illitické atd.

Podle charakteristické příměsi

například vápenaté, železité, křemičité apod.

Podle použití (nejdůležitější)

kaoliny

cihlářské hlíny a jíly

kameninové jíly

pórovinové jíly

Keramické suroviny

32

hrnčířské a kamnářské jíly

žárovzdorné / žáruvzdorné jíly

jílovce

bentonitické jíly

Vlastnosti plastických surovin

plastičnost

vaznost

průtažnost

chování při sušení

chování při výpalu

barva po výpalu

Naleziště plastických surovin v České republice

Kaoliny

Kaoliny pro keramický průmysl se u nás nacházejí v oblasti Karlových Varů, Plzně

a Podbořan.

Karlovarské kaoliny – nejkvalitnější kaoliny a od roku 1924 tvoří jeden z nich kaolin

Sedlec Ia světový standard. Potřebné vlastnosti (chemické složení, ztekutitelnost, plastičnost,

pevnost po vysušení, bělost a další) se získávají mísením kaolinů z jednotlivých lokalit

především kolem Božíčan a Sadova. Používají se hlavně pro výrobu porcelánu a glazur.

Podbořanské kaoliny – kaoliny hůře až obtížně ztekutitelné (což způsobuje asi vyšší

obsah montmorillonitu), ale díky tomu mají vysokou pevnost v ohybu po vysušení. Proto se

používají na vytváření z plastického těsta a část do sanitární keramiky. V současnosti se těží

ložisko Krásný Dvůr.

Plzeňské kaoliny – hrubozrnné kaoliny používající se pro výrobu dlaždic, obkladaček,

zdravotnické keramiky, pro výrobu izolačních minerálních vláken. Nalézají se zde ve třech

oblastech: Kaznějov, Horní Bříza, Chlumčany.

Jíly

Jíly se v ČR nacházejí v celé řadě oblastí, z nichž některé jsou známé rozsahem,

širokým sortimentem a kvalitou surovin.

Chebská pánev – je nejvýznamnější dodavatel jílů vhodných pro všechny druhy

keramiky. Těží se tu jíly pórovinové, kameninové, žárovzdorné. Ložiska jsou v okolí Skalné:

Suchá, Nová Ves, Vackov a další.

Křídová oblast v okolí Prahy – Kostelec nad Černými lesy – žárovzdorné jíly (oblast

Brník), pórovinové jíly (ložisko Zadní Kopanina).

Kladensko-Rakovnická oblast – jílovce pro výrobu šamotových ostřiv (Nové Strašecí,

Lubná), jíly pro výrobu obkladaček (Hostomice), červené kameninové jíly (Kačírov

u Rakovníka).

Severočeská pánev – bentonity (Kadaň, Most).

Plzeňsko – jíly pro výrobu obkladaček (Kyšice), kameninové jíly (Břasy), červené

kameninové jíly (Žilov, Ledce).

Keramické suroviny

33

Jihočeská pánev – jíly pro výrobu kanalizační kameniny (Borovany), středně

žárovzdorné jíly (Jehnědno, Zliv), dále jíly cihlářské, hrnčířské, kamnářské.

Morava – žárovzdorné jíly a jílovce pro výrobu šamotu (Březina, Mladějov).

4.2. Neplastické suroviny

Neplastické suroviny s vodou netvoří plastické těsto. Přidávají se k plastickým

surovinám pro dosažení vhodných vlastností hmoty důležitých při sušení a výpalu i pro

vlastnosti konečného výrobku. Neplastické suroviny nemají takové jednotící pojítko, jakým

jsou jílové minerály u plastických surovin. Patří sem látky zcela odlišných struktur, takže

nejlepší rozlišovací kritérium pro neplastické suroviny je funkce, jakou surovina plní

v keramické hmotě nebo ve výrobním procesu.

Základní rozdělení neplastických surovin:

ostřiva

taviva.

Ostřiva

Ostřivo je neplastická surovina odolávající vysokým teplotám. Za syrova snižuje

plastičnost těsta a tedy i smrštění sušením. Tím omezuje riziko vzniku vad při sušení. Ostřivo

při výpalu tvoří kostru keramického výrobku a omezuje sklon k deformaci za vysokých teplot.

Ostřiva dělíme je do několika skupin:

křemičitá

hlinitokřemičitá (šamotová)

spalitelná

uhlíkatá.

Účinky ostřiva jsou opačné než u pojiva. Jako ostřiva nejčastěji slouží písek a křemen

(rozemleté), v žárovzdorných hmotách bývá ostřivo nositelem žáruvzdornosti: SiC, šamot.

Spalitelnými ostřivy jsou piliny, sláma.

Funkce ostřiva

Ostřivo má v pracovní hmotě nejen snížit přílišnou plastičnost jílů a zmenšit tak

smrštění při sušení a výpalu, ale také má dosáhnout zpevnění střepu dobrým spojením ostřiva

s pojivem při výpalu. Ostřivo tedy vytváří kostru výrobku, zvyšuje poréznost a žáruvzdornost.

Pro správné spojení ostřiva s pojivem je důležitý poměr velikosti zrn ostřiva a jejich tvar.

Ostřivo má rovnoměrně vyplňovat celý prostor a nejvýhodnějším tvarem jsou ostrohranná

zrna.

Křemičitá ostřiva

Hlavní složkou křemičitých ostřiv je křemen (SiO2). Používá se žilný křemen (zřídka),

křemenné písky, křemence. Vysoký obsah SiO2 má také křemelina.

Zvláštností křemičitých ostřiv je jejich chování při výpalu. Krystalické modifikace

SiO2 prodělávají při zahřívání a chlazení modifikační přeměny spojené s objemovým

nárůstem při zahřívání či objemovou kontrakcí při chlazení.

Písky sklářské, nejvhodnější pro keramickou výrobu, jsou těženy především

v oblastech Střeleč (Mladějov) a Provodín.

Keramické suroviny

34

Hlinitokřemičitá ostřiva

Hlinitokřemičitá ostřiva (šamotová), jsou materiály, které již jednou prošly výpalem.

Všechny fyzikální a chemické změny v nich již proběhly, proto jsou tato ostřiva při výpalu

výrobku stálá, a to až do teploty, kterou byla vypálena.

Jako nejkvalitnější šamotová ostřiva se používají vypálené jíly, kaoliny nebo lupky.

Suroviny se vypalují v rotačních nebo šachtových pecích. Často se také zužitkovává výmět

z vlastní výroby, tj. pálené střepy. Vlastní střepy se používají jako ostřivo do hmot pro

obkladačky, dlaždice, zdravotnickou keramiku nebo šamot.

Spalitelná ostřiva

Spalitelná ostřiva jsou taková, která za syrova snižují plastičnost těsta, při výpalu

ovšem vyhoří, takže ve střepu vzniknou póry. Lze je tedy označit za lehčiva. Používají se

zejména tehdy, chceme-li docílit zvýšení tepelně izolačních vlastností střepu.

Nejběžnější spalitelná ostřiva jsou dřevěné piliny, uhelný prach, sláma apod. Lze

použít také suroviny, které mají určitý tvar a velikost částic, jako kuličkový polystyren. Při

vyhořívání spalitelných ostřiv mohou vznikat plynné zplodiny, které jsou škodlivé. Je proto

nutné zajistit, aby se nebezpečné látky nedostaly do ovzduší.

Uhlíkatá ostřiva

Pro výrobu některých keramických materiálů se používají ostřiva, jejichž hlavní nebo

podstatnou součástí je uhlík.

Taviva

Taviva jsou suroviny přidávané do keramických hmot slinujících za účasti kapalné

fáze, jejichž účelem je vytvoření potřebného množství taveniny. V syrovém stavu se téměř

neprojevují nebo snižují plastičnost, hlavně se však vyznačují tavicím účinkem při výpalu,

kdy spojují jednotlivé části hmoty. Během výpalu roztávají a jsou zdrojem skloviny, která

reaguje jak s povrchem ostřiv, tak s pojivy a dalšími jemnými částicemi. Zvyšují transparenci

výrobků, snižují jejich žárovzdornost a pórovitost.

Podle tavicího účinku je dělíme na:

taviva živcová (základní, přímá, I. skupiny)

taviva neživcová (eutektická, nepřímá, II. skupiny).

Taviva živcová

Jsou to suroviny s nižší teplotou tání, než je teplota slinutí dané hmoty, které tedy tvoří

taveninu beze změny složení.

Mezi živcová taviva patří živec sodný (albit) – Na2O.Al2O3.6SiO2, živec draselný

(ortoklas) – K2O.Al2O3.6SiO2 , živec vápenatý (anortit) – CaO.Al2O3.2SiO2 (v keramice se

používá málo) a jejich směsi. Živcová taviva se do hmot dodávají živcovými surovinami.

Zásadité oxidy se mohou vzájemně zastupovat, proto živce v těchto čistých formách

neexistují. Mohou se vyskytovat živce sodnodraselné – oligoklasy, a živce sodnovápenaté –

plagioklasy, nemohou existovat živce draselnovápenaté.

Těžba a použití živců

Živcové suroviny se u nás těží v lokalitách Poběžovice, Halámky, Krásno u Horního

Slavkova. Protože se u nás nevyskytují čisté živce, těžíme suroviny s jejich obsahem, ke

Keramické suroviny

35

kterým patří živcové pegmatity, usazené živcové štěrkopísky, nízko procentní živcovou

surovinu vznikající při plavení kaolinů, tzv. pegraf.

Živce se jako taviva používají především při výrobě porcelánu, zdravotnické

keramiky, dlaždic a pro přípravu glazur.

Taviva neživcová

Jsou to suroviny, které reakcí s některými složkami základního materiálu tvoří

taveninu o nižší teplotě tání, než je teplota tání těchto složek v čistém stavu. Při výpalu

dochází k jejich rozkladu a interakci vzniklých oxidů s dalšími složkami hmoty. Vznikají tak

zpravidla nízkotavitelné eutektické směsi. Jejich účinek je podmíněn celkovým složením

hmoty. Patří mezi ně vápenec, dolomit, magnezit a mastek.

Při výpalu samotných uhličitanů vápenatých a hořečnatých nad 1000 °C vznikne

slínek, který se pak stává hlavní surovinou pro výrobu žárovzdorných hmot.

4.3. Syntetické suroviny

V současnosti již keramická výroba nevystačí s přírodními surovinami. Neustále

rostoucí nároky na kvalitu a vlastnosti výrobků, zejména v oblasti technické a speciální

keramiky zpřísňují i požadavky na vstupní suroviny. Je vyžadována vysoká čistota,

homogenita, přesně definované granulometrické a mineralogické složení atd.

Takové suroviny se připravují průmyslově nebo chemickou cestou a patří k nim

zejména suroviny pro výrobu oxidové a neoxidové keramiky.

Jsou to Al2O3, TiO2, ZrO2, MgO, CaO, Y2O3, BeO, SiC, Si3N4, B4C a další.

Syntetické suroviny dělíme na:

oxidy

neoxidové materiály.

Oxid hlinitý Al2O3

Oxid hlinitý je v keramice nejpoužívanějším oxidem. Průmyslově je vyráběn

především zpracováním přírodního bauxitu takzvaným Bayerovým postupem.

Bauxit je hornina, která obsahuje hydroxid hlinitý - gibbsit Al(OH)3 nebo některé

z hydroxidů-oxidů hlinitých jako je böhmit -AlOOH, diaspor -AlOOH.

Oxid zirkoničitý ZrO2

Surovinami pro přípravu oxidu zirkoničitého jsou minerály zirkon ZrSiO4 a baddeleyit

ZrO2. Zirkonový koncentrát, který je produktem několika stupňového čištění zirkonu, je

základem pro výrobu žárovzdorných hmot. Baddeleyit se těží jen ojediněle.

Oxid titaničitý TiO2

Pro průmyslové účely se TiO2 vyrábí z přírodního ilmenitu FeTiO3. Ilmenit se

rozkládá kyselinou sírovou v autoklávu, následuje hydrolýza vzniklého TiOSO4 (síran

titanylu) na TiO(OH)2 oxid-hydroxid titaničitý. Kalcinace oxidu-hydroxidu titaničitého se pak

provádí v rotační peci při teplotě asi 900 °C, kdy vznikne TiO2.

Keramické suroviny

36

Karbid křemíku SiC

Karbidy se připravují redukcí oxidu kovu s uhlíkem. Jsou vysoce tvrdé, stabilní,

s dobrou tepelnou a elektrickou vodivostí. Nejvýznamnější je SiC, který se připravuje

syntézou SiO2 s koksem v elektrické odporové peci při teplotě 2200 °C.

Mezi další významné karbidy patří B4C, UC a WC.

Nitrid křemíku Si3N4

Nejvýznamnějším nitridem je nitrid křemíku, lze ho připravit několika způsoby.

Například reakcí křemíku s dusíkem při teplotě 1000 – 1200 °C, nebo může vzniknout

reakčním slinováním přímo ve výrobku (výpal výrobku z SiC s přídavkem Si v dusíkové

atmosféře).

Boridy a silicidy

Boridy jsou velmi stabilní a použitelné do 3000 °C. MoSi2 se používá v elektrických

odporových pecích jako ochranný povlak topných článků z SiC, 1650 °C, v oxidační

atmosféře.

4.4. Pomocné suroviny

V keramice se používá řada materiálů, které nejsou přímo součástí výrobní hmoty,

nebo se do ní používají, ale nemají po výpalu rozhodující vliv na vlastnosti konečného

výrobku.

K těmto materiálům patří zejména sádra, šelak, mýdla, fermež, sírografit, epoxidové

pryskyřice, ztekucovadla, oleje, plastifikátory a také voda.

Sádra

Sádra je jednou z nejdůležitějších pomocných surovin v keramice. Základní surovinou

pro její výrobu je sádrovec CaSO4.2H2O.

Sádra se používá k výrobě modelů a forem pro výrobu porcelánu a sanitární keramiky,

kde se využívá jejích vhodných vlastností, kterými jsou zejména pevnost a schopnost odsávat

vodu. Používá se také jako anorganické sádrové pojivo, patří mezi maltoviny, které jsou

hlavní součástí malt, betonů.

Šelak

Při výrobě sádrových forem a rozmnožovacích zařízení se velmi často nalévá na jeden

sádrový kus (například model) další vrstva sádry. Roztok šelaku slouží jako separační vrstva,

která umožňuje oddělení sádrových kusů od sebe. Šelak je pryskyřice, kterou vylučuje určitý

druh indického tropického hmyzu k ochraně svých larev. Rozpouští se v lihu nebo acetonu.

Roztokem se natírá sádra v několika vrstvách tak, aby se vytvořila kompaktní vrstva a povrch

sádry se uzavřel.

Fermež

Fermež je v podstatě zahuštěný lněný olej. Používá se opět jako separační materiál

například k natírání rozmnožovacích zařízení. Poskytuje pevnější vrstvu než šelak.

Mýdla

Mýdla se připravují rozvařená našlehaná s olejem. Použití totéž.

Keramické suroviny

37

Sírografit

Sírografit je hmota, připravená tavením síry s grafitem 4:1 při teplotě 120 °C. Tato

hmota je velmi houževnatá, a proto se používá k odlévání modelů, které v sádrovém

provedení často praskají, například ouška. Používá se také jako tmel pro spojení keramiky

a kovu (porcelánový izolátor s kovovou armaturou).

Epoxidová pryskyřice

Protože sádra je málo pevná jako materiál pro výrobu rozmnožovacích zařízení, hledal

se nějaký trvanlivější materiál. Nyní se rozmnožovací zařízení a často i modely vyrábějí

z epoxidové pryskyřice. Jsou to dvousložkové organické materiály a podle poměru mísení je

lze připravit například jako tvrdší nebo pružnější.

Ztekutiva

Při lití vodních suspenzí je nutné převést keramickou hmotu do tekutého stavu při co

nejnižším obsahu vody (kolem 30 – 40 %), přičemž zároveň nesmí docházet k sedimentaci.

K tomu slouží ztekutiva. Jsou to látky, které do keramické směsi dodávají kationty, obsazující

povrch jílových částic (nejčastěji Na+) namísto kationtů původně přítomných (většinou Ca

2+,

Mg2+

). Tím dojde ke změně poměrů v rozdělení elektrických nábojů ve hmotě. Vzniklé

micely, jílové částice s vodním obalem s ionty se vzájemně odpuzují. Jako ztekutiva se

používají například soda, vodní sklo. Tyto látky obalují povrch jílových částic a brání jim ve

vzájemné interakci. Při ztekucování dojde k tomu, že jednotlivé jílové částice, které se

původně přitahovaly (koagulace a následná sedimentace), se při použití vhodného ztekutiva

odpuzují (deflokulace).

Plastifikátory

Plastifikátory jsou látky dodávané do hmoty v malém množství. Prudce zvyšují

plastičnost, pevnost – fungují jako lepidlo. Většinou se jedná o látky spalitelné, například

karboxymethylcelulóza, sulfitový louh, dextrin.

Voda

Voda slouží jak k přípravě hmot, tak i glazur a k rozdělávání sádry. Nároky na čistotu

vody jsou kladeny hlavně tam, kde by obsah některých nečistot mohl způsobit nežádoucí

zabarvení střepu nebo jiné vady. Důležitá je i tvrdost vody, protože obsah vápenatých nebo

hlinitých solí může například bránit ztekucení hmot. Voda by neměla obsahovat sírany

a chloridy. S ohledem na pH vody, voda s nízkým pH podporuje koagulaci jílových částic

v suspenzích. Je nutné také věnovat pozornost čistotě vypouštěných odpadních vod.

4.5. Druhotné suroviny

Tak jako v jiných oborech i v keramice se setkáváme se snahou zužitkovat druhotné

suroviny. K těm v keramice patří například vysokopecní struska, která se používá

granulovaná, protože taková je převážně skelná s minimálním obsahem krystalických fází.

Díky převážně sklovité struktuře pak napomáhá při hydratačních procesech při výrobě

cementu.

Další využívanou druhotnou surovinou je elektrárenský popílek, který slouží jako

lehčivo v tepelně izolačních materiálech, kde má za úkol vytvořit ve výrobku po výpalu póry.

Keramické suroviny

38

Poslední je keramický výmět, neboli střepy z vlastní výroby, u kterých je důležité, že

již prošly výpalem, takže již mají konečné mineralogické složení. Používají se jako ostřivo

a díky jejich zpracování se šetří přírodní zdroje a snižuje se procento odpadu.



plastické a neplastické suroviny

pojivo, ostřivo, tavivo

druhy, vzorce, struktura a výskyt vodnatých křemičitanů hlinitých

kaolinit, kaolinizace, kaolín

tavivo přímé a nepřímé

eutektická směs

Bayerův postup

ztekutivo / ztekucovadlo, plastifikátor, lehčivo


23. Co je základem plastických surovin a jako funkci plní ve hmotě?

24. Jaké známe druhy sialitických minerálů podle struktury?

25. Jaký je rozdíl mezi kaolínem a kaolinitem?

26. Jaký je rozdíl mezi surovým a plaveným kaolínem?

27. Jak se chová kaolinit při zahřívání a jak to lze zjistit?

28. Jak dělíme plastické suroviny podle použití?

29. Jaké suroviny používáme nejčastěji jako ostřivo a jaké suroviny jako tavivo?

30. Jak funguje ve hmotě při zahřívání tavivo základní a jak tavivo eutektické?

31. Kdy použijeme pro výrobu keramiky suroviny syntetické?

32. Jaký je princip ztekucování?

33. Jaké znáte druhotné suroviny využívané v keramickém průmyslu?



POSPÍŠIL, Z., KOLLER, A. a kol. Jemná keramika. Praha: SNTL, 1981.

ZÁDRAPA, K. Keramické suroviny a jejich úprava. Praha: SNTL, 1971.

HERAINOVÁ, M. Keramické suroviny a jejich úprava. Praha: Silikátový svaz, 2003.

SMOLOVÁ, I. Těžba nerostných surovin na území ČR a její geografické aspekty. Olomouc:

UP Olomouc, 2008.

ŠPÍS, J. Modelářství porcelánu a keramiky. Karlovy Vary, 2004.

Těžba, doprava a úprava keramických surovin

39

5. Těžba, doprava a úprava keramických surovin

5.1. Těžba, doprava a skladování surovin

Česká republika má i při své rozloze světově významná ložiska nerudních surovin, a to

především kaolinu, živcových surovin, bentonitu a sklářských písků. Jedná se o důležité

keramické suroviny, díky kterým je výroba keramiky a sklářství v naší zemi tradiční. Nachází

se u nás také ložiska kvalitních vápenců, ekonomický význam mají také ložiska stavebního

kamene, štěrkopísků a cihlářských surovin. Většina keramických surovin se těží povrchovým

způsobem. Hlubinně se těží pouze některé druhy žárovzdorných jílovců a kaolinů.

Průzkum a hodnocení ložiska

Ložiska keramických surovin se nejlépe hledají pomocí vrtů. Pozemek se rozdělí na

čtverce a v rozích čtverců se provádějí vrty. Vrtné práce jsou prováděny soupravami pomocí

trubkových vrtáků s vrtnou korunkou. Hornina uvnitř vrtáku se nazývá vrtné jádro, které je

postupně ukládáno pro rozbory a vyhodnocuje a zjišťuje se kvalita ložiska, jeho mocnost,

hloubka pod povrchem a jeho kvalita (ta se může měnit ve svislém i vodorovném směru).

Následuje doprůzkum ložiska opět pomocí vrtů, kdy je síť vrtů zhuštěna. Účelem je

nalezení nejbohatších partií a ujasnění stavby ložiska. Posuzuje se kvalita surovin, jejich

chemické a technologické vlastnosti, a kvantita surovin, mocnost a plocha ložiska.

Na základě těchto informací se zhotoví tzv. technologické mapy, kdy je v místě vrtu

na mapě zakreslen sloupec s vyznačenou mocností suroviny a hloubkou uložení.

Pro otevření ložiska se berou v úvahu následující faktory:

kvalita suroviny

zásoba suroviny (vydatnost ložiska)

hloubka uložení suroviny (náročnost odkryvu)

umístění ložiska v terénu (přístupnost)

kvalita nadloží a podloží (například nebezpečí pronikání spodních vod)

ekologická hlediska (rekultivace)

majetkoprávní vztahy (vlastník pozemku, přístupové cesty)

Čas ke studiu: 2 hodin


si ozřejmíte postup při průzkumu a hodnocení ložiska budoucí suroviny

se dozvíte, jaký je rozdíl v těžbě plastických a neplastických surovin

budete vědět, jaké úpravárenské postupy a jaká zařízení se používají při přípravě

surovin pro výrobu keramiky

Výklad


40

vzdálenost od továrny.

Teprve po posouzení nejdůležitějších faktorů se rozhodne o otevření ložiska a zahájení těžby.

Těžba plastických surovin

Těžba plastických surovin se provádí povrchově lžícovými, lopatovými, kolesovými

nebo korečkovými rypadly. Nejprve se provádí skrývka ornice a nadložních vrstev buldozery

a bagry.

Různé vrstvy v ložisku mohou mít různé vlastnosti a účel použití. Proto se suroviny

zařazují do obchodních značek s vymezenými parametry. V jednom ložisku bývá několik

obchodních značek, které se liší například nějakým vizuálně rozlišitelným parametrem

(především písčitostí, barvou a pevností).

Těžba neplastických surovin

Vzhledem k tomu, že se jedná o suroviny tvrdé, těží se většinou odstřelem v lomech

pomocí trhavin. Písky se těží pomocí vodních děl, která rozrušují pískovou stěnu a zároveň

splavují písek k třídičkám. Voda při těžbě současně písek promývá.

Doprava surovin

Doprava surovin z místa těžby se provádí pásovými dopravníky (pokud je ložisko

v těsné blízkosti závodu), nákladními auty, železnicí (na větší vzdálenosti), nebo i lanovkou

(při velkých výškových rozdílech).

Suroviny se přepravují buď volně ložené v uzavřených vagónech (tzv. rajky), z nichž

se do skladu přemisťují pneumaticky, v kontejnerech nebo pytlované.

Skladování surovin

Některé suroviny, které nejsou znehodnocovány povětrnostními vlivy, je možné

skladovat volno prostorově na haldách. U některých druhů surovin je dokonce působení

povětrnostních vlivů žádoucí. Například u jílů a hlín se zlepšuje plastičnost a může docházet

k rozkladu některých nežádoucích příměsí, jako jsou pyrity a organické zbytky.

Suroviny, které lze skladovat na haldách, se skladují v krytých skladech v oddělených

boxech. Ty musí být řádně označeny a nesmí docházet k nekontrolovanému promíchání.

Zvlášť choulostivé a drahé suroviny, jako jsou glazury a barvítka se skladují v kontejnerech

nebo barelech.

5.2. Úprava plastických surovin

Plastické suroviny jsou značně nestejnorodé a bývají v ložisku silně znečištěny

přimíšeninami, které zhoršují technologické vlastnosti. V takových případech je nutné

surovinu upravit. Smyslem úpravy je zlepšit zpracovatelnost a stejnorodost, čímž se zvýší

pevnost výrobků za syrova.

Rozplavování

Rozplavování je rozptyl pevných částic do suspenze, tedy vzájemné oddělování

jednotlivých částic suroviny za nadbytku vody zpravidla mechanickými nástroji. Je to

operace, která předchází plavení kaolinu, ale provádí se také při přípravě hmot, zejména

licích, kde zajišťuje homogenizaci hmoty za mokra. K rozplavování dochází také při mletí

surovin v bubnových mlýnech za mokra.


41

Pro rozplavování slouží různé typy rozplavovačů s periodickým nebo kontinuálním

provozem. Používají se především tyto typy: planetový, vrtulový, bubnový, korytový.

Míchání

K míchání se používá většinou vrtulový míchač, který slouží k promíchávání suspenzí

v zásobních nádržích. Hřídel s vrtulí je často umístěna šikmo. V porovnání s rozplavovačem,

je rychlost otáčení podstatně menší.

Plavení

Plavení je oddělování hrubých nečistot od jemných částic suroviny ve vodní suspenzi.

Plavením se upravují i jíly a hlíny, které jsou určené pro přípravu glazur. Především se ale

plaví kaolin.

Kaolin se těží jako surový. Je to surovina s obsahem kaolinitu 20 – 80 %,

s proměnlivým množstvím příměsí, kterými jsou zbytky matečné horniny (křemen, živce,

slída) a také sloučeniny železa a organické látky. Plavení je proces, jehož cílem je získat co

nejčistší kaolin s vysokým obsahem kaolinitu.

5.3. Úprava neplastických surovin

Hlavní druhy neplastických surovin se těží odstřelem v lomech. Získají se tak značně

velké kusy, které musí být upraveny, aby mohly být použity ve výrobě. To znamená, že je

převádíme na jemnozrnné suroviny, které se používají pro výrobu pracovních hmot.

Drcení

Pro drcení velkých kusů surovin (například živců, pálených střepů nebo šamotu) se

používají čelisťové drtiče. Tyto drtiče jsou dvouvzpěrné nebo jednovzpěrné. Velikost

nadrceného zrna je nastavitelná a je dána velikostí mezery v dolní části tlamy. Kuželové drtiče

se používají k drcení tvrdých a křehkých materiálů. Drtící prostor je tvořen vnitřním

a vnějším kuželem. Rozlišujeme drtiče ostroúhlé nebo tupoúhlé. Kladivové drtiče se používají

k drcení živců, šamotu, suchých jílů, kaolinu a střepů. Jsou to nárazové drtiče, kde ke

zmenšování částic dochází úderem nebo nárazem.

Mletí

Válcové mlýny jsou složeny ze dvou válců, které se otáčejí proti sobě. Surovina je

mleta ve štěrbině mezi válci a velikost zrn produktu je dána nastavitelnou šířkou štěrbiny.

Kolíkové mlýny neboli dezintegrátory slouží k mletí měkčích křehčích surovin. Mohou být

jednorotorové nebo dvourotorové. Kolové mlýny se používají běžně k mletí předdrcených

ostřiv i dalších surovin. Každý kolový mlýn má mlecí dráhu, po níž se pohybují dvě velká

těžká kola, zvaná běhouny, která vlastní vahou melou materiál. Kulové mlýny se používají na

nejjemnější mletí za mokra i za sucha. Surovina v nich se mele pomocí mlecích těles, která

mají nejčastěji tvar koulí. K mletí dochází narážením mlecích těles na částice meliva a třením.

Nejčastějším typem kulového mlýna bývá mlýn bubnový.

Třídění

Třídění je dělení disperzních (částicových) soustav podle částic na zrnitostní frakce.

Zrnitostní frakce je podíl s částicemi, jejichž velikost se pohybuje v určitém rozmezí. Účelem

třídění je odstranění částic větších než je určitá maximální velikost a rozdělení disperzní

směsi na frakce, aby bylo možné ze získaných frakcí sestavit směs určitého


42

granulometrického složení. Nejčastěji používaným třídicím zařízením jsou síta. Síta

rozeznáváme rotační, vibrační nebo ruční a třídit na nich lze za sucha i za mokra. Suroviny lze

třídit také bezsítně a to například proudem vzduchu nebo kapaliny. Třídí se na základě

odstředivé nebo gravitační síly. Zařízením pro tento způsob třídění bývají nejčastěji cyklony.

Oddělování

Oddělování je dělení podle skupenství (především odvodňování) nebo podle druhu

materiálu (například odstraňování nečistot).

Odvodňování – při přípravě hmot nebo úpravě surovin se k surovinám pro usnadnění

mletí nebo třídění přidává voda, kterou je nutné následně odstranit. Způsob odvodnění závisí

na obsahu vody v surovině nebo surovinové směsi a na požadované vlhkosti konečného

produktu. Pro získání plastického těsta z vodné suspenze keramické suroviny se nejčastěji

používá kalolis. Nejběžnějším typem kalolisu je komorový kalolis. Pro získání suchého nebo

téměř suchého produktu přímo ze suspenze se používají rozprašovací sušárny.

K oddělování nečistot používáme především magnetickou separaci. Ve většině hmot

jsou totiž magnetické nečistoty nežádoucí, protože zhoršují kvalitu výrobků nebo je zcela

znehodnocují.



technologická mapa, vydatnost ložiska plavení, oddělování


34. V čem spočívá rozplavování a v čem plavení?

35. Jaký je rozdíl mezi kolovým a kulovým mlýnem?

36. Jaká zařízení se používají při oddělování podle skupenství?


SLIVKA, V. a kol. Těžba a úprava silikátových surovin. Praha: Silikátový svaz, 2002.

ZÁDRAPA, K. Keramické suroviny a jejich úprava. Praha: SNTL, 1971.

HERAINOVÁ, M. Keramické suroviny a jejich úprava. Praha: Silikátový svaz, 2003.

HANYKÝŘ, V., KUTZENDÖRFER, J. Technologie keramiky. Praha: Vega, 2000.

Tvarování keramických výrobků, příprava pracovních směsí, základní zkoušky

43

6. Tvarování keramických výrobků, příprava pracovních směsí, základní

zkoušky

6.1. Tvarování keramických výrobků

Způsob tvarování volíme podle následujících kritérií:

tvar a velikost výrobku

požadovaná hutnost a pevnost

požadavky na rozměrovou přesnost

množství vyráběných výrobků

charakter zpracovávaného materiálu.

Za normální teploty se používají tyto způsoby tvarování:

lití ze suspenze – suspenze obsahuje 20 – 40 % vody, lije se do pórovitých sádrových

nebo polymerních forem, pokud suspenze obsahuje jinou kapalinu než vodu

(organické rozpouštědlo), lije se na hladkou nepórovitou podložku

tvarování z plastického těsta – těsto obsahuje 15 – 25 % vody nebo organický

plastifikátor, dva základní způsoby:

o tažení (protlačování) – na šnekovém nebo pístovém lisu (cihly)

o točení – vytáčení na sádrové formě (talíře), zatáčení do sádrových forem (šálky,

izolátory)

lisování

o z vlhkých směsí s obsahem vody 15 – 18 % nebo s organickými pojivy

o z polosuchých směsí s obsahem vody 8 – 15 % nebo s organickými pojivy

o ze suchých směsí s obsahem vody do 8 % (izostatické lisování).

Za vyšších teplot se používají tyto způsoby tvarování:

Čas ke studiu: 1 hodina


si ozřejmíte způsoby tvarování keramických výrobků za normálních a zvýšených

teplot

budete vědět, jak se připravují pracovní směsi v hrubé a jak v jemné keramice

dozvíte se, jakými postupy stanovujeme vlastnosti surovin a keramických výrobků

Výklad


44

vstřikování, horké lití – lití směsí s organickým pojivem, směs se ohřívá na teplotu

tání pojiva, lije se do kovových forem (teplota asi do 150 °C)

žárové lisování – pístové nebo izostatické – materiál je tvarován při teplotě slinování.

Zvláštní způsoby tvarování:

vibrování nebo vibrolisování

tvarování tlakovou vlnou (explozí).

6.2. Příprava pracovních směsí

Způsoby tvarování i používané druhy směsí se liší podle druhu výrobku, který chceme

z dané směsi vytvořit. Obecně se keramika dělí na hrubou a jemnou, proto i způsoby přípravy

pracovních hmot rozdělujeme podobně.

Příprava pracovních směsí v hrubé keramice

V hrubé keramice se jako základní typická zařízení používají k dávkování surovin

podavače (skříňové nebo talířové) a k mletí kolové a válcové mlýny. Převažuje tu výroba

z plastického těsta a drolenky.

Plastické těsto

V hrubé keramice se plastické těsto připravuje zpravidla společným mletím surovin

v kolových mlýnech za mokra, případně se směs domílá ve válcových mlýnech. Konečná

homogenizace a případná úprava vlhkosti se provádí například v korytovém mísíči. Plastické

těsto je vhodné nechat před tvarováním odležet.

Lisovací směsi (drolenka)

Drolenku připravíme drcením, mletím, vlhčením a homogenizací vstupních surovin,

podobně jako u plastického těsta. Podle požadované vlhkosti připravujeme drolenku pro

polosuché lisování (8 – 15 % vody), nebo pro suché lisování (4 – 8 % vody). Při výrobě

drolenky kromě vody přidáváme další přísady jako pojiva, plastifikátory, látky zvyšující

pevnost výlisku atd. Postup může být komplikovaný ještě v tom, že některé suroviny pro

výrobu žáromateriálů se před použitím kalcinují.

Příprava směsí v jemné keramice

Při přípravě pracovních směsí v jemné keramice je základním zařízením pro mletí

bubnový mlýn. Suroviny se do něj odvažují. S výjimkou speciálních hmot se v jemné

keramice vytváří především litím, točením a lisováním.

Licí suspenze

K výrobě licí suspenze se používá buď rozplavený vratný odpad z točírny, vylévárny

nebo se připravuje suspenze čerstvá. Hlavní výroba spočívá v mletí neplastických surovin

v kulových mlýnech s malým přídavkem plastické suroviny a v rozplavení plastické suroviny

v rozplavovači. Obě složky hmoty plastická a neplastická, se setkávají a smíchají v míchači,

který slouží i jako zásobní nádrž. V míchači se upravují reologické vlastnosti licí suspenze,

která je tu udržována v neustálém pohybu.

Řada surovin je dodávána v mikromletém stavu, takže může odpadat mletí a suroviny

se pouze rozplavují. Aby byla zaručena dostatečná jemnost suspenze a nevyskytovaly se v ní

magnetické příměsi, je hmota z mlýnů do rozplavovače přepouštěna přes síta a magnetickou

separaci.


45

Plastické těsto

Při přípravě plastického těsta se suroviny melou v bubnových mlýnech za mokra

s přídavkem ztekutiv. Ztekutiva umožňují použít menší množství vody, než by tomu bylo

nutné bez ztekutiv. Lze tak objem bubnu využít pro větší množství surovin. Vzniklá suspenze

se z mlýnů přepouští přes síta a magnety do rozplavovače, kam se přidávají suroviny, které

nevyžadují mletí (například kaolin). Vzniklá suspenze je čerpána do kalolisu, kde dojde

k jejímu odvodnění, a získané kalolisované koláče se zhomogenizují a odvzdušní ve

vakuovém šnekovém lisu. Plastické těsto ve tvaru hublů se nechává odležet.

Granulát

Pro lisování se v jemné keramice používá většinou granulát, získaný rozprašovacím

sušením. Výroba granulátu spočívá v mísení surovin mletých za mokra v rozplavovačích

spolu se ztekutivy, plastifikátory a lisovacími přísadami a v následném sušení takto vzniklé

suspenze v rozprašovací sušárně. Suspenze je přiváděna do sušárny, kde je rozstřikována nebo

rozmetána a vzniklé kapičky jsou prudce usušeny. Vzniká kuličkový granulát.

6.3. Odběr a úprava vzorků

Znalost surovin, jejich složení a vlastnosti jsou důležité pro dodržování

technologického postupu, a tím tedy i pro vlastnosti konečného výrobku. Zkoušením,

posuzováním a kontrolou surovin se v závodě zabývá technická kontrola. Technická kontrola

se dělí na vstupní a výstupní. Zkoušení, posuzování a kontrolu surovin provádí kontrola

vstupní.

Nejdůležitějším základním úkonem je správné odebírání vzorku. Jen správně odebraný

vzorek zaručí směrodatné hodnoty pro správné a zdárné použití suroviny k výrobě.

Keramické suroviny jsou svým složením značně nestejnorodé, a tudíž vyžadují

bezpodmínečně správné odebrání vzorku, který musí odpovídat celkovému složení suroviny.

Například při dodávce ve vagónech se odebírá surovina z několika míst vagónu,

v celkovém množství 10 až 15 kg, které se rozprostře v místnosti na papír v tenké vrstvě

a nechá se při normální teplotě proschnout.

Úprava vzorku

proschlá surovina se promísí a vytvoří se z ní hromádka kruhové základny

rozdělením hromádky dvěma navzájem kolmými čarami se vytvoří čtyři kruhové

výseče

dvě protilehlé výseče se odstraní a zbylé množství vzorku se promíchá a celý postup

se opakuje

Tento postup se nazývá kvartování a opakujeme ho tak dlouho, až zbude pouze množství

potřebné ke zkouškám. Tím se získá rovnoměrný vzorek.

6.4. Základní zkoušky

fyzikální

vypalovací

fyzikálně chemické

chemické


46

Zkoušky fyzikální

stanovení zrnitosti – sítový rozbor, sedimentační rozbor

stanovení plastičnosti

stanovení pórovitosti

Zkoušky vypalovací

(stanovení smrštění sušením)

stanovení smrštění výpalem

stanovení ztráty žíháním

posouzení celkového vzhledu, barvy a zvuku výrobku

stanovení žárovzdornosti

stanovení únosnosti v žáru

Zkoušky fyzikálně chemické

diferenční termická analýza

Zkoušky chemické

chemický rozbor křemičitanů



lití, točení, lisování

plastické těsto, licí suspenze, drolenka, granulát

kvartování

jednotlivé druhy zkoušek


37. Jaké způsoby točení využíváme při výrobě keramiky?

38. Jaké vlhkosti jsou typické pro licí suspenzi, plastické těsto, drolenku nebo granulát?

39. V čem se liší drolenka a granulát?

40. Co je kvartování?

41. Co je možné stanovit pomocí vypalovacích zkoušek?



ŠAŠEK, L. a kol. Laboratorní metody v oboru silikátů. Praha: SNTL, 1981.

HANYKÝŘ, V., KUTZENDÖRFER, J. Technologie keramiky. Praha: Vega, 2000.

Suroviny pro výrobu glazur, smaltů a keramických povlaků

47

7. Suroviny pro výrobu glazur, smaltů a keramických povlaků

7.1. Glazura

Glazura je skelný povlak na povrchu keramického výrobku, který má pro výrobek

estetický i technický význam. Z hlediska estetického glazura zlepšuje celkový vzhled výrobku

a může zakrývat drobnější vady na povrchu výrobku. Z technického hlediska glazura zajišťuje

nepropustnost výrobku pro kapaliny a plyny – uzavírá otevřené póry, zvyšuje jeho pevnost

a chemickou odolnost.

Ve srovnání se skly má často odlišné vlastnosti. Je nehomogenní, často obsahuje také

krystalické fáze.

7.2. Rozdělení glazur

Podle teploty tání:

nízkotavné (880 – 1200 °C)

vysokotavné (nad 1200 °C)

Podle vzhledu:

transparentní, krycí, barevné, krystalické, lesklé, matné, trhlinkované a další

Podle charakteristické složky:

olovnaté, bezolovnaté, borité, zirkonové a další

Podle účelu:

umělecké

užitkové

Podle druhu výrobku:

pórovinové, kamnářské, pro kameninu, porcelán a další

Podle způsobu přípravy:

surové – jsou sestaveny ze surovin nerozpustných ve vodě a připravují se mletím

a mísením směsi surovin s vodou na suspenzi

fritové – část surovin se frituje (suroviny rozpustné, toxické), frita se mele společně se

surovinami, které se nefritovaly



budete vědět, co glazura, smalt nebo keramický povlak a z čeho se připravují

ozřejmíte si význam pojmů frita, kalivo, odstínivo

seznámíte se základními druhy glazur, smaltů a keramických povlaků

Výklad


48

K vyjádření složení glazur se obvykle používá Segerův vzorec, ve kterém se složky

udávají v molárním poměru, vztaženém k jednomu molu jednomocných a dvojmocných

oxidů. Z hlediska Segerova vzorce lze glazurové suroviny rozdělit takto:

zdroje zásaditých oxidů (Na2O, K2O, Li2O, CaO, MgO, BaO, SrO, PbO, ZnO)

zdroje amfoterních oxidů (především Al2O3)

zdroje kyselých oxidů (SiO2, B2O3).

4.1. Suroviny pro výrobu glazur

K přípravě glazur se používají většinou suroviny přírodní, ale také uměle připravené.

Základním požadavkem je vždy maximální čistota. Lze je rozdělit na suroviny základní,

které jsou pro tvorbu glazury nezbytné (křemen, kaolin, živce a ostatní taviva), a suroviny

vedlejší, které se používají pouze v menší míře (kaliva, odstíniva).

Křemen

Křemen je základní surovina pro výrobu glazur. Vnáší oxid křemičitý, který je

sklotvorným oxidem. S jeho obsahem roste teplota tavení, ale klesá sklon k trhlinkování.

V glazuře bývá SiO2 50 – 70 %. Jako zdroj se používají především sklářské písky.

Kaolin

Kaolinem se do glazur vnáší Al2O3 a SiO2. Používá se kaolin nekalcinovaný

i kalcinovaný. Nekalcinovaný kaolin tvoří plastickou složku za syrova, stabilizuje glazurový

kal, zvyšuje pevnost za syrova, ale ve velkém množství může díky velkému smrštění způsobit

odlupování glazury za syrova. Proto se přidává kaolin kalcinovaný nebo pálené střepy. Al2O3

zvyšuje pružnost, lesk, pevnost, snižuje teplotní roztažnost a vyluhovatelnost olova z glazury.

Nejčastěji se jako zdroj používají karlovarské kaoliny.

Živce

Živce se do glazur používají jako taviva a kromě vysoké čistoty se u nich požaduje

konstantní složení. Nejrozšířenější živce jsou ortoklas a albit. Živce vnášejí do glazur jak

alkalické oxidy, tak Al2O3 a SiO2. Alkalické oxidy zvyšují teplotní roztažnost glazury.

Většinou se používají živcové suroviny s obsahem ortoklasu i albitu a na jejich poměru závisí

kolísání vlastností glazury.

CaO

CaO působí jako tavivo v glazurách nad 1000 °C a u nízkotavných glazur je žádoucí

v alkalických glazurách, kde zabraňuje trhlinkování. CaO snižuje teplotní roztažnost, zvyšuje

lesk, mechanickou pevnost, pružnost, chemickou odolnost glazur. Zdrojem CaO je nejčastěji

vápenec CaCO3, společně s MgO se dodává dolomitem.

MgO

MgO snižuje teplotní roztažnost a jako jeho zdroj se používá magnezit MgCO3 nebo

dolomit CaCO3.MgCO3, který zároveň vnáší CaO. Dolomit dodává glazuře vysoký lesk.

Další surovinou je mastek 3MgO.4SiO2.H2O.

ZnO

ZnO působí jako tavivo a kalivo i jako krystalizační prostředek. Odstiňuje a rozptyluje

barvy, zvyšuje lesk, ve větším množství zakaluje a může způsobit i krystalizaci. Surovinou je

zinková běloba.


49

B2O3

B2O3 je stejně jako SiO2 sklotvorný. Snižuje teplotu tavení, dává glazury čiré, lesklé,

odolné proti trhlinkování, zvyšuje pružnost, zlepšuje chemickou odolnost, usnadňuje

rozpouštění barev. Je důležitou složkou fritových glazur. Při větším obsahu vlastnosti

zhoršuje. Suroviny, kterými je dodáván, jsou kyselina boritá, borax.

PbO

Nejstarším a nejpoužívanějším tavivem pro nízkotavné glazury jsou sloučeniny olova.

Vnesením PbO jsou glazury snadno tavitelné, roztékavé a dobře probarvují. Všechny

sloučeniny olova jsou ale toxické. Nesmí se používat do glazur pro užitkovou keramiku,

protože může docházet k vyluhování olova.

Na2O

Do glazur s nižší teplotou tání není možné vnášet Na2O ve větším množství živcem,

proto se používají jiné sloučeniny: nefelinický syenit – dává snadno tavitelné, průhledné,

dobře roztékavé glazury s velkým sklonem k trhlinkování, dobře se probarvují; soda, sůl

kamenná – solné glazury. Sodu je nutné vzhledem k její rozpustnosti spolu s dalšími

surovinami fritovat.

K2O

Podobně jako se vnáší Na2O do nízkotavných glazur jinak než živcem, tak i K2O lze

dodávat kromě živcem také dalšími surovinami jako je potaš, ledek draselný.

BaO

BaO je dalším tavivem. Zvyšuje lesk, tvrdost, odolnost proti povětrnostním vlivům.

Surovinou pro vnášení je witherit BaCO3. BaCO3 je při požití zdraví škodlivý.

Li2O

Li2O je intenzivnější tavivo než ostatní alkalické oxidy. Zvyšuje lesk. Suroviny, které

ho vnáší jsou: spodumen, lepidolit a cinvaldit.

Frity

Frity jsou granulovaná skla, která tvoří jednu ze složek glazury a působí jako tavivo.

Vyrábějí se z některých výše uvedených surovin, které jsou rozpustné ve vodě nebo jsou

toxické, aby bylo možné je použít do glazur.

Kaliva

Kaliva se používají pro přípravu polokrycích a krycích glazur a patří sem: SnO2 –

nejstarší kalivo, TiO2 – anatas nebo rutil (obchodně titanová běloba), ZrO2 – minerál

baddeleyit, ZrSiO4 – minerál zirkon.

Odstíniva

Jako odstíniva se označují látky, které sice samy nebarví, ale mohou ovlivnit barevný

odstín nebo intenzitu zabarvení glazury.

Má-li glazura plnit svou technickou a estetickou funkci, je třeba kontrolovat její

vlastnosti, které vypočítáme nebo vhodnými metodami změříme. Mezi tyto vlastnosti patří

chemická odolnost, odskelnění a krystalizace, pevnost, pružnost, tvrdost, povrchové napětí,

viskozita, tavitelnost a další. Jedním z nejdůležitějších parametrů, který je rozhodující pro

výběr glazury na určitý střep, je koeficient délkové teplotní roztažnosti (KTR, ). Při


50

nesouladu mezi koeficientem teplotní roztažnosti střepu stř a glazury gl vznikají při chlazení

výrobku vady glazury. Při nerovnosti obou koeficientů může dojít k trhlinkování nebo

odprýskávání glazury. Záleží na tom, zda se při výpalu ve fázi chlazení glazura smršťuje více

než střep nebo naopak.

7.4. Suroviny pro výrobu smaltů

Smalty jsou podobně jako glazury tenké povlaky na podkladovém materiálu, které

chrání tento materiál před vlivy okolního prostředí i za zvýšených teplot a často zlepšují

mechanické vlastnosti a estetický vzhled kovu. Nejčastěji se používají povlaky na bázi

silikátů. Pojem smalt se užívá pro povlaky na kovovém podkladě (ocel, litina, hliník apod.).

Smalt se obvykle na povrch materiálu nanáší dvojí. První je tzv. základní smalt, který

zprostředkuje adhezi a na něj přijde smalt krycí, který má požadované ochranné a estetické

vlastnosti.

Obecně se pro smalty používají podobné suroviny jako ve sklářství, ale s nižšími

nároky na čistotu.

Základní smalt tvoří adhezní oxidy CoO nebo NiO, které se fritují.

Bílé krycí smalty mají základ ve fluoridech, fosforečnanech, ZrO2 a TiO2, které jsou

také součástí frity.

Barvicí látky se přidávají buď přímo do směsi surovin k tavení frity, nebo až s dalšími

složkami při mletí frity. Prvním způsobem se připravují transparentní smalty, druhým

způsobem, který je obvyklejší, se připravují smalty s barevným základem. Barvicí látky:

Fe2O3 – hnědočervená, Cr2O3 – zelená, spinel CoO.Al2O3 – modrá, CdS – žlutá, CdS+CdSe –

červená. Při mokrém způsobu se do mletí přidávají ještě:

křemen, živec, MgO – k úpravě vypalovacího intervalu

barvicí a kalicí látky

NaNO2 – k zamezení rezivění kovu pod vlhkým nánosem

jílové zeminy a elektrolyty – ovlivňují reologické vlastnosti suspenze, elektrolyty:

KCl, K2CO3 NaNO3 borax atd., nositel reologických vlastností, který zajišťuje

stabilitu suspenze je jílová složka.

7.5. Suroviny pro výrobu keramických povlaků

Oxidové povlaky stříkané žárově se uplatnily nejdříve u kovových lopatek

a spalovacích komor leteckých turbín, u trysek raketových motorů, kde se kromě ochrany

proti oxidaci využívají také ke zvýšení otěruvzdornosti. Později se využití povlaků stříkaných

žárově začalo využívat i v dalších oblastech jako je sklářský průmysl, povlaky na pomůckách

pro odlévání oceli – zátkové tyče, šoupátkové uzávěry, dále se uplatňují i jako obaly

palivových článků jaderných reaktorů a další.

Nejvíce rozšířené jsou nástřiky z Al2O3. Korundové povlaky se vyznačují vysokou

odolností proti otěru i za vysokých teplot, elektrickou izolačností a odolností vůči korozi.

Vlastnosti korundových povlaků lze ještě vylepšit, například přídavkem TiO2 se zlepšuje

hutnost, odolnost proti změnám teploty i proti korozi. Cr2O3 působí podobně, zvyšuje hutnost

a otěruvzdornost. U ZrO2 se dosahuje spolehlivé ochrany podkladového kovu proti oxidaci.

Další využívané jsou nástřiky zirkonové, spinelové, chrommagnezitové a jiné.


51

Karbidy se obvykle nanášejí v kombinaci s kovem, například WC+Co. Široké

uplatnění má i Si3N4, který má vynikající odolnost proti změnám teploty. MoSi2 se používá

jako ochranný povlak snadno oxidovatelných kovů.



glazura, smalt, keramický povlak

surová glazura a frita

základní a krycí smalt

korundové a karbidové keramické povlaky


42. Jaký je rozdíl mezi glazurou, smaltem a keramickým povlakem?

43. Co všechno řadíme při výrobě glazur mezi suroviny základní?

44. V čem spočívá příprava fritové glazury a jaký je obvykle důvod její přípravy?

45. Co vyjadřuje Segerův vzorec a k čemu nám slouží?

46. Jakou funkci má smalt základní a jakou smalt krycí?



HERAINOVÁ, M. Glazury, keramické barvy a dekorační techniky. Praha: Silikátový svaz,

2003.

Suroviny pro výrobu skla a sklokeramiky

52

8. Suroviny pro výrobu skla a sklokeramiky

8.1. Sklo

Sklo je amorfní pevná látka, která vzniká obvykle utuhnutím taveniny bez

krystalizace. Na rozdíl od krystalů postrádá struktura skla pravidelné uspořádání na delší

vzdálenosti, odpovídající několikanásobku rozměrů elementárních stavebních jednotek.

8.2. Suroviny pro výrobu skla

K tavení skla se používají suroviny přírodní i syntetické. Podle použití při výrobě skla

je lze rozdělit na hlavní (sklotvorné) a vedlejší.

Sklotvorné suroviny základní

Základními surovinami pro výrobu skla jsou písek, soda nebo potaš a vápenec.

SiO2

Zdrojem SiO2 je přírodní křemenný písek (-křemen), který musí mít vysokou čistotu

a přesně danou zrnitost. Používají se sklářské písky (Střeleč, Adršpach). Nežádoucí jsou

jemné jílové podíly, které se odstraňují praním. Písek také nesmí obsahovat větší množství

barvicích složek, hlavně oxidy Fe, Cr2O3 a TiO2. Písek představuje hlavní sklářskou surovinu

a běžná skla obsahují 60 – 80 % SiO2.

Na2O

Zdrojem Na2O je uhličitan sodný neboli soda, který má být poměrně hrubozrnný, aby

při mísení a dávkování vsázky nevznikaly ztráty prášením. Část alkálií lze také do skla zavést

živcem, znělcem nebo nefelinsyenitem. Současně se však vnáší i Al2O3 a oxidy Fe. Soda

i potaš slouží jako taviva.

K2O

K2O se vnáší do vsázky jako kalcinovaný uhličitan draselný K2CO3 (potaš) nebo jeho

hydrát. Kalcinovaný i hydratovaný K2CO3 jsou hygroskopické, což způsobuje problémy při

mísení vsázky, kdy se tvoří hrudky.

CaO a MgO



poznáte, v čem se liší sklo a sklokeramika

budete vědět, z jakých surovin se vyrábí sklo, jaký je rozdíl mezi sklářským kmenem a

vsázkou do sklářské pece

seznámíte se základními sklokeramickými systémy

Výklad


53

Zdrojem CaO a MgO jsou přírodní vápenec a dolomit, také s nízkým obsahem oxidů

Fe. CaO i MgO slouží jako stabilizátory, zvyšují chemickou odolnost skel. Tyto suroviny se

podílejí na zlepšení tavitelnosti skla a způsobují, že výsledná sklovina se dá lépe tvarovat.

Sklotvorné suroviny ostatní

Mezi ostatní sklotvorné suroviny lze řadit suroviny, které se používají pro některé

zvláštní druhy skel nebo které slouží jako náhrada surovin základních.

PbO

Základní surovinou pro vnášení PbO do skla je Pb3O4 (suřík, minium) nebo čistý

syntetický oxid olovnatý zvaný klejt. Olovnaté sklo je ve světě známé jako český křišťál

(obsah olova 24 %). Olovnatá skla jsou snadno tavitelná, jsou těžší, měkčí, mají vysoký třpyt

a jiskru, vysoký index lomu, což je výhodné pro broušení.

B2O3

Hlavními boritými surovinami jsou borax a kyselina boritá H3BO3. Oxid boritý působí

jako tavivo a zvyšuje odolnost skla proti mechanickému poškození i proti chemikáliím.

Zlepšuje také barvení skla.

BaO

BaO se zavádí do skla jako BaCO3 nebo BaSO4. Oxid barnatý má podobné vlastnosti

jako sloučeniny olova a vápníku, při tavbě je může do určité míry nahrazovat. Barnaté sklo je

pružné a při úderu dobře zní. Je vhodné pro výrobu kalíškoviny a dalších typů foukaného

skla, používá se také na výrobu obrazovek a speciálních optických vláken.

Al2O3

Malé množství Al2O3 se do vsázky dostává jako doprovodná složka písku a vápence.

Pokud je požadován vyšší obsah Al2O3, používá se hydroxid hlinitý, nefelinový syenit, živec,

kaolin, znělec a další. Kromě jiných oxidů také Al2O3 podporuje tavbu oxidu křemičitého.

Živec a znělec

Živec a znělec měly v minulosti nahrazovat potaš či drahou sodu, ale v současnosti se

používají jen v omezeném množství.

Výše uvedené suroviny tvoří tzv. sklářský kmen a patří k nim ještě některé vedlejší

suroviny, kterými jsou čeřiva, kaliva, barvicí, odbarvovací oxidy, odstíniva, urychlovače,

oxidační a redukční činidla, vysokopecní struska a další. Vsázka do sklářské pece je pak

tvořena sklářským kmenem a drcenými střepy.

Vedlejší suroviny

Za vedlejší suroviny se považují různé látky se specifickými účinky, které se přidávají

obvykle jen v malém množství. Například fosforečnany a fluoridy (kazivec CaF2) způsobují

zákal. Dále se může jednat o různá čeřiva (ledek sodný NaNO3 a draselný KNO3), barviva

(například na bázi Co, Ni, Fe, Mn, Cr, Ag, Au, Cu, a další), látky odbarvující, oxidační

a redukční činidla atd.

Určitý podíl vsázky tvoří i drcené střepy. Dosahuje se tím úspory v surovinách,

zužitkování odpadu a také zrychlení tavicího procesu, pokud střepů ve vsázce není více než

30 – 40 %. Při větším množství se obvykle prodlužuje doba čeření. Ve snaze o likvidaci


54

odpadních vysokopecních strusek lze zaznamenat její využití pro tavení například obalového

skla.

8.3. Sklokeramika

Sklokeramika je polykrystalický materiál vyrobený řízenou krystalizací skla.

Krystalizace probíhá v celém objemu skla podle přísně regulovaného režimu za účasti látek

urychlujících nukleaci. Získá se tak produkt se stejnoměrnou a jemnozrnnou strukturou,

obsahující pouze malé množství zbytkové skelné fáze.

Sklokeramika je vyráběna sklářskou technologií, ze sklářských surovin.

8.4. Základní typy sklokeramických systémů

Soustava Li2O.SiO2.Al2O3

Tento systém je nejrozšířenějším typem vyráběné sklokeramiky. Jako nukleátor se

používají kovy Au, Ag, Cu, Pt nebo TiO2. Hlavní složkou je SiO2, dále Al2O3 a Li2O.

tepelným zpracováním se vytvářejí nové fáze, které zajišťují, že materiál je s teplotou

rozměrově stálý a odolný proti teplotním šokům.

Soustava MgO.Al2O3.5SiO2

Další krystalickou látkou, která má nízkou teplotní roztažnost, je cordierit

2MgO.2Al2O3.SiO2. Je základem cordieritové sklokeramiky, která neobsahuje alkalické

oxidy. Hlavní složky jsou SiO2, Al2O3 a MgO. Jako nukleátor se používá TiO2. Po

vykrystalizování jsou to materiály odolné proti teplotním šokům, s vysokou pevností

vysokým elektrickým odporem a nízkými dielektrickými ztrátami.

Většina typů sklokeramiky představuje poměrně drahé materiály, protože jsou

vyrobeny z drahých surovin (Li2O, TiO2, B2O3). Pro použití ve stavebnictví a v průmyslu lze

ale připravit sklokeramiku z méně náročných surovin, například na bázi hornin (čedič, znělec,

s nukleátorem CaF2), nebo průmyslových odpadů, především vysokopecních strusek.

V případě strusek se taví struska s přísadou písku, hlíny, malého množství Na2SO4, uhlíku

a s nukleátory například MnS+FeS, Cr2O3+MgO a další. Desky z tohoto bezporézního

materiálu se používají jako obklady ve stavebnictví.



sklo, sklokeramika

sklotvorné suroviny, sklářský kmen

řízená krystalizace


47. Jaký je rozdíl mezi sklem a sklokeramikou?

48. Co všechno obsahuje sklářský kmen?

49. Jakým způsobem získáme ze skloviny sklokeramiku?


55



VONDRUŠKA, V. Sklářství. Praha: Grada Publishing a.s., 2002.

KONTA, J. Keramické a sklářské suroviny. Praha: Univerzita Karlova, 1982.

Kolektiv autorů. Sklářské suroviny. Ústí nad Labem: Dům techniky ČSVTS, 1989.

Suroviny pro výrobu anorganických pojiv

56

9. Suroviny pro výrobu anorganických pojiv

9.1. Rozdělení anorganických pojiv

Z praktického hlediska dělíme anorganická pojiva na:

stavební pojiva, zvaná maltoviny, protože jsou hlavní funkční součástí malt (cement,

vápno)

technická pojiva (například fosfátová, tzv. vodní sklo a jiné)

Maltoviny pak podle použití dělíme na:

hydraulické maltoviny – po počátečním zatuhnutí na vzduchu dále tuhnou a tvrdnou

na vzduchu i pod vodou, přitom vznikají produkty ve vodě prakticky nerozpustné,

takže tato pojiva trvale odolávají působení vody - cement

vzdušné maltoviny – tuhnou vlivem různých chemických procesů (včetně hydratace),

produkty jsou však částečně rozpustné ve vodě, takže tyto maltoviny lze trvale použít

pouze na vzduchu – sádra, vápno.

9.2. Sádrová pojiva

K výrobě sádrových pojiv se používají jednak suroviny přírodní a jednak odpady

z chemického průmyslu. Základní surovinou pro výrobu sádrových pojiv je sádrovec

CaSO4.2H2O neboli dihydrát síranu vápenatého. V bezvodé formě jako CaSO4 se nazývá

anhydrit. V přírodě se vyskytují poměrně čistá ložiska dihydrátu a anhydritu, která vznikla

postupným vylučováním solí z mořské vody podle jejich rozpustnosti. Dále je možné dihydrát

získat jako odpad při čištění vod obsahujících sírany. Dihydrát bývá také přímým odpadem

z některých chemických výrob.

Sádrová pojiva se uplatňují v různých oborech. Rychle tuhnoucí sádra se používá na

keramické formy, pro modelářské a štukatérské práce. Dále to mohou být ve stavebnictví

například stavební dílce na vnitřní příčky. Pomalu tuhnoucí sádra se používá hlavně na

podlahy a podkladové vrstvy. Anhydritová maltovina slouží pro malty na zdění a omítání

apod.



budete vědět, jaké druhy anorganických pojiv existují a v čem se jednotlivé druhy liší

po technologické stránce

ozřejmíte si, z čeho se připravují cement, sádra, vápno, vodní sklo apod.

seznámíte se s chováním vstupních surovin za vysokých teplot

Výklad


57

9.3. Hořečnatá maltovina

Hořečnatá maltovina, zvaná podle svého objevitele Sorelův cement je směsí

kaustického magnezitu (tedy reaktivního MgO získaného kalcinací magnezitu na 700 až

900 °C) a vodného roztoku MgCl2. Jako plnivo se do směsi přidává dřevěná vlna, dřevěné

piliny, nebo třeba křemičitý písek a mastek.

Hořečnatá maltovina se používá zejména k výrobě xylolitových podlah,

dřevovláknitých desek apod.

9.4. Cement

Cement je hydraulické práškové pojivo. Základními surovinami pro výrobu jeho

slínku jsou vápence, hlíny nebo jíly, nejčastěji kaolinitické, které vnášejí do směsi SiO2

a Al2O3. Nejvýhodnější surovinou je vápenec, který je těmito složkami prostoupen. Pokud

však nejsou v surovině složky v žádaném poměru, přidává se podle potřeby jemný křemen

nebo bauxit nebo suroviny obsahující oxidy železa (kyzové výpalky, Fe rudy).

Jako nežádoucí lze označit obsah MgO vyšší než 6 %, neboť tato složka je příčinou

rozpínání po ztuhnutí cementu, a tím snížení pevnosti. Dále škodí přítomnost P2O5, PbO,

ZnO, při větším množství i alkalické oxidy a sírany.

Portlandský cement

K přípravě portlandského cementu se používá slínek, sádrovec zpomalující tuhnutí,

povrchově aktivní látky.

Přechodem k této maltovině (portlandskému cementu) jsou směsné strusko-

portlandské nebo vysokopecní cementy.

Struskoportlandský cement

Struskoportlandský cement je vyroben z portlandského cementu s příměsí až 40 %

strusky.

Vysokopecní cement

Ve vysokopecním cementu je převládající složkou vysokopecní struska (40 – 80 %),

minoritní složkou je portlandský cement.

Portlandský cement se používá hlavně k výrobě betonu, což je materiál skládající se

z velkých částic plniva jemné pojivové hmoty – cementu.

Hlinitanový cement Výchozími surovinami pro výrobu hlinitanového cementu jsou vápenec

(nebo vápno) a bauxit. Suroviny mají obsahovat málo SiO2.

Hlinitanový cement se používá pro vysoce speciální účely, zejména k výrobě

žárobetonů, je vhodný také pro havarijní opravy betonových konstrukcí, na nádrže na

síranové a minerální vody.

9.5. Vápno

Všeobecně se rozlišují dva hlavní druhy vápna pro stavební účely:

Vzdušné vápno – má vysoký obsah CaO a malý obsah MgO (pokud je obsah MgO nad

7 %, jde o dolomitické vápno); tuhne a je stálé pouze na vzduchu.


58

Hydraulické vápno – vzniká z méně čistých vápenců s obsahem nad 10 %

hydraulických složek (SiO2, Al2O3 a Fe2O3); tuhne i pod vodou za tvorby nerozpustných

produktů.

Hlavní surovinou je přírodní vápenec. Nejčastějšími doprovodnými oxidy jsou SiO2,

Al2O3 a Fe2O3. Hlavním minerálem je kalcit, jehož obsah ve vápenci nemá být menší než

75 %.

9.6. Fosfátová pojiva

Fosfátová pojiva jsou směsi některých oxidů s kyselinou fosforečnou H3PO4, které

vytvářejí pojiva tuhnoucí za nízkých teplot. Typy oxidů:

Kyselé oxidy – s H3PO4 nereagují

Zásadité oxidy – reagují tak silně, že vzniká pórovitá a křehká struktura

Slabě zásadité a amfoterní oxidy – jako pojivo působí ty z nich, které tvoří

hydrogenfosforečnany, neboť jsou účinnou složkou při tuhnutí a tvrdnutí.

Fosfátová pojiva se používají pro výrobu žárovzdorných materiálů, krom toho se

používají jako základ zubních cementů.

9.7. Vodní sklo

Vodní sklo je koloidní roztok alkalických křemičitanů, vznikající rozpuštěním

alkalickokřemičitého skla, nejčastěji sodného, ve vodě. Jedním z možných postupů přípravy

je pomocí sklářské technologie. Sodnokřemičité sklo se taví z písku a sody asi při 1400 °C.

takto vyrobené sodnokřemičité sklo s přesně definovaným složením, je rozpustné ve vodě.

Rozpouštění je však pomalé, proto se mu pomáhá rozdrcením skla a rozpouštěním

v autoklávu.

Vodní sklo lze využít jako lepidla pro papír, dřevo apod., chemicky tvrzené směsi pro

slévárenské formy, tmely pro zvýšené teploty, ochranné a zpevňující nátěry pórovitých

stavebních hmot atd.



stavební a technické pojivo

vzdušná a hydraulická maltovina

slínek


50. Jaký je rozdíl mezi stavebním a technickým pojivem?

51. Jaký je princip působení vzdušné a hydraulické maltoviny?

52. Co je slínek a jakých pojiv se týká jeho příprava?

53. Pro jaká pojiva je typická tvorba organické, chemické, hydraulické, resp. keramické

vazby?


59



ŠAUMAN, Z. Maltoviny I. Brno: VUT, 1993.

ŠKVÁRA, F. Technologie anorganických pojiv I, II. Praha: VŠCHT, 1995.

1

10.

Date post:	02-Feb-2020
Category:	Documents
Upload:	others
View:	5 times
Download:	0 times

SUROVINY PRO VÝROBU KERAMIKY...Suroviny pro výrobu keramiky 4 s vyuujícím formou...

Documents