Пигменты - это неорганические соединения, которые окрашивают глину и глазурь. Пигменты можно разделить на две группы: оксиды и красящие вещества. Оксиды - основной материал естественного происхождения, который образуется среди пород земной коры, очищается и распыляется. Чаще всего используются: медный оксид, который в окислительной среде обжига принимает зеленый цвет; оксид кобальта, образующий голубые тона; оксид железа, дающий в смеси с глазурью голубые тона, а в смеси с глиной -ангобы земляных тонов. Оксид хрома придает глине оливково-зеленый цвет, оксид магния - коричневый и пурпурный, оксид никеля - серовато-зеленые тона. Все эти оксиды можно смешивать с глиной в пропорции 0,5-6%. Если превысить их процентное содержание, то оксид будет действовать как флюс, пони жая температуру плавления глины. При окраске изделий температура не должна превышать 1020 °С, иначе обжиг не даст результата. Вторая группа - красящие вещества. Их получают промышленным способом или путем механической обработки природных материалов, которые представляют полную гамму красок. Красящие вещества смешиваются с глиной в пропорции 5-20%, отчего зависит светлый или темный тон материала. Все специализированные магазины имеют в ассортименте пигменты и красящие вещества как для глины, так и для ангобов.
Приготовление керамической массы требует большого внимания. Ее можно составить двумя способами, которые дают совершенно разные результаты. Более логичный и надежный путь: вносить красящие вещества под давлением. Более простой и, разумеется, менее надежный метод: подмешивать красители в глину рукой. Второй способ применяется, если нет точных представлений об окончательных результатах окраски или же есть необходимость повторить какие-то определенные цвета.
использованы материалы:
Долорс Росс. Керамика: техника. Приёмы. Изделия./Пер. с нем. Ю.О. Бем. - М.: АСТ-ПРЕСС КНИГА, 2003.
Искусство изготовления из глины сосудов и других предметов обихода можно считать самым древним, ставшим одним из первых видов технического производства. Что может быть обычней глины! Между тем, роль её в жизни людей велика и связана, с необычными её свойствами. На них наблюдательный ум человека обратил внимание еще в глубокой древности. Глина, обожженная в костре - первый искусственный материал, полученный человеком. Свойства этого материала раскрывались человеку постепенно. До сих пор треть человечества живет в глинобитных хилишах. И это не считая домов из обожженных кирпичей. Из глины делают не только стены, но и поды с крышами. Чтобы повысить прочность такого глинобитного пола, его время от времени поливают соленой водой. Впервые появившиеся в Месопотамии клинописные письмена выдавливали на тонких глиняных табличках. Да и в сложный состав современной бумаги обязательно входит белая глина.
Использовали глину исстари и как лечебное средство. Растяжение хил лечили пластырем из желтой глины, разведенной в уксусе. А при болях в пояснице и суставах на больные места накладывали глину, разведенную горячей водой с добавлением керосина. Знахари при ворожбе предпочитали использовать печную глину. Ей лечили от сглаза иди лихорадки. Маленькие же глиняные горшочки (махотки) ставили на тело при простудах как медицинские банки. Делали даже “кирпичные ингаляции”, раскаляя в лечи кирпич, насыпая на него сверху луковую шелуху я вдыхая дым. А посыпая такой кирпич полынью или можжевельником, распугивали мух и комаров.
Глину даже ели. Жители Севера до сих пор употребляют в пищу “земляной жир” - белую глину. Едят ее с оленьим молоком или добавляют в мясной бульон. Да и в Европе приготовляли из глины лакомство наподобие конфет. Есть старая русская загадка: “Был я на копанце, был я на топавде, был я на кружале, был я на пожаре, был я на обваре. Когда молод бил. то людей кормил, а стар стад, пеленаться стал”. До недавнего времени любой деревенский житель быстро разгадал бы ее. Это ведь обыкновенный печной горшок. А сама загадка подробно рассказывает его “жизненный путь”. “Копанцами” в русских деревнях называли ямы, где добывали глину. Гончары почтительно говорили о ней: “живая”. “Живая плота”, встречающаяся в природе, столь разнообразна по составу, что можно найти готовую смесь для изготовления любого вида керамики.
Естественно, если находят залежи ценных видов глины, то около них быстро вырастают гончарные производства. Так, например, случилось в Гжели под Москвой, где была найдена белая глина.
Глина, в отличие от песка, фильтрующего влагу, вбирает её в себя до отказа, не пропуская её глубже. При смешивании с водой глина становится пластическим "тестом", которому можно было придать любую форму. Высохнув, она сохраняет приданную "тесту" форму и после обжига делается твердой, как камень. Глина - продукт разрушения горных пород. Процесс образования глины происходит постоянно, но было время, когда образование глины совершалось в гигантском масштабе. Это явление относится к незапамятным временам, к ледниковому и дилювиальному периодам, когда механическую часть работы разрушения горных пород выполняли двигавшиеся в равнину глетчеры. В состав любой глины входит глинозем, т.е. окись алюминия, и кремнезем, а второстепенными примесями могут быть различные щелочи, известь, магнезия, окислы железа и титановая кислота.
Есть глины, состоящие преимущественно из одного минерала (например, каолинитовые огнеупорные глины - каолины), но гораздо чаще они полиминеральны, являясь смесью минералов каолинита, галлуазита и монтмориллонита. Предшествовавшие глинам породы состояли в основном из полевых шпатов и слюд. Шпаты содержатся во всех трех видах горных пород на Земле - изверженных метаморфических и осадочных. Застывшие магмы - граниты, пегматиты - родоначальники глинистого минерала каолинита. Галлуазиту обычно предшествовали диабазы и габбро; монтмориллонит - продукт разложения вулканических пеплов, туфов и лав. ??Материнские породы глин в течение тысячелетий разрушались, разлагались, выветривались, превращаясь в обломки, осыпи и, наконец, в мельчайшие частицы. Иногда они оставались на месте своего образования.
Так появились "первичные", "остаточные" залежи глин, обычно мощные (до ста метров и больше), занимающие значительные площади. В основном они состоят из каолина ("Каолин" - это искаженные китайские слова "гао лин", т.е. "высокий холм"; так называется селение в Китае, где впервые начали добывать эти глины). Из этих глин, образующих при обжиге светлый черепок, делают тонкую керамику - фарфор и фаянс. Но чаще реки, ветры, движущиеся ледники переносят глинистые материалы на большие расстояния. Постепенно они оседают в застойных водах. Осевшие илистые пласты по своему строению однородны. В пути они подвергаются природному "отмучиванию", обогащению, освобождению от неразложившихся пород и примесей. Такие месторождения (их большинство) слоисты, мощность их относительно небольшая, площадь залегания различна.
Эти повсеместно распространенные, неглубоко залегающие глины четвертичных отложений обычно используются для выделки гончарной посуды и строительного кирпича. ??Иногда глинистым частицам удается избежать встреч с водными потоками, содержащими вещества, обычно загрязняющие глину. В этом случае образуются месторождения чистых, высокоогнеупорных, маложелезистых глин. Они идут на керамические изделия с особыми свойствами, применяемые в специальных отраслях промышленности. Как в древних, так и в современных, отложениях глинистых минералов выявлена климатическая зональность. В ледовой арктической зоне преобладают такие минералы, как гидрослюда, хлорит, в умеренно-влажной, холодной - монтмориллонит, в тропической - каолинит. ??Еще одно удивительное свойство обожженной глины открыли ученые. Было обнаружено, что во время обжига глиняных изделий они намагничиваются, фиксируя особенности геомагнитного поля Земли в тот момент времени. Зная геомагнитное поле нашей планеты в древние эпохи, возраст керамики можно установить с точностью до двадцати пяти лет. Археологам в этом помогают петрография, микроскопия, спектральный анализ, рентген.
Плиний Старший в I в. н. э. в своей "Естественной истории" отличал белую глину (argilla) от рядовой, обычной глины (lutum) и от просто почвы (terra). В древнегреческом языке слово "keramos" первоначально обозначало глину, оно упоминается Гомером в "Илиаде" (VIII в. до н. э.). В древнеславянском языке слова "глина" не было, а было слово "брние", обозначающее глину, затворенную водой, отсюда, вероятно, и происходит название чешского города Брно. Понятие "гончар" в древнеславянском обозначалось словом "зьдун", корень "зьд" образует до сих пор такие слова, как создатель, создавать, здание. Слово же "глина" имеет более позднее происхождение, вероятно, от слова "глиний" - глинозем (окись алюминия), входящий в состав любой глины. Глина на нашей планете возникла давно, в межледниковый период, который сопровождался в течение многих тысячелетий таянием ледяного покрова, имевшего толщину на территории Европы до 2 км. Таяние вызывало мощные водные потоки, которые выполняли рабо ту глиновала. Они отмучивали, перемещали и переотлагали глину и песок, что приводило к их перемешиванию. С этими процессами связано образование многочисленных в Европе, в частности в России, месторождений глин с различными свойствами, чего не наблюдается на других континентах.
Если к глине подойти с научной точки зрения, то она представляет собой дисперсную, то есть состоящую из твердых частиц разных размеров, осадочную породу пластинчатых минералов, по химическому составу - гидроалюмосиликатов, и сопутствующих примесей иных минералов. Ну что такое "гидро" - понятно, "алюмо", наверное, тоже, а силикаты представляют собой соединения кремния с кислородом. Пластинчатые минералы при взаимодействии с водой делают глину пластичной, способной формоваться и сохранять заданную ей форму при высыхании. Минералы-примеси, такие как кварц (песок), карбонаты (мел, мрамор, известняк, доломит, магнезит) и полевой шпат (наиболее распространенными полевошпатовыми породами являются граниты) непластичны, и их присутствие "отощает" глину, снижает ее пластичность. Существует ряд классификаций глин по химико-минералогическому составу, происхождению, применению, но ни одна из них не охватывает всей совокупности признаков, полезных при определении пригодности глинистого сырья для того или иного производства.
Деление глин, принятое в геологии:
а) перенесенные водой, ледником, ветром (вторично отложенные);
б) оставшиеся на месте образования (первичные глины);
в) метаморфизованные камнеподобные породы.
В схеме классификации по ГОСТ 9169-59 глинистое сырье делится на четыре группы: каолины, глины, сухари (огнеупорные камнеподобные глины) и сланцевые глины (плохо размокающие в воде). Эти группы подразделяются на подгруппы:
а) по содержанию окиси алюминия в прокаленном состоянии (более 40% - высокоосновные, от 40 до 30% - основные, от 30 до 15% - полукислые, менее 15% - кислые);
б) по огнеупорности (огнеупорные - плавящиеся при температуре от 1580°С и выше; тугоплавкие - плавящиеся от 1580 до 1350°С, и легкоплавкие - плавящиеся ниже 1350°С);
в) по степени связуемости или пластичности (образующие формуемое тесто при добавке нормального песка: более 50% - связующие, от 50 до 20% - пластичные, менее 20% - тощие; вовсе не образующие теста).
Наряду с рассмотренными существует промышленная классификация глин, основанная на оценке их по совокупности некоторых признаков, таких, как цвет и внешний вид после обжига, интервал спекания - плавления, прочность изделия при ударе, стойкость при резкой смене температур. Эти признаки определяют промышленное назначение и название глин. Уже в средние века сложились и существуют до сих пор такие названия глин, как кирпичные, трубочные, кафельные, горшечные, фаянсовые, бело-жгущиеся, клинкерные и другие. Тогда глины, к слову сказать, оценивались только на ощупь, и их свойства были доступны оценке мастеров средневековья. И сейчас, я думаю, не грех вернуться к такой оценке глины, так как непосредственное соприкосновение с материалом в самом начале работы соединяет мастера и глину в одно целое, позволяет им почувствовать друг друга, ибо если инструмент - это продолжение рук гончара, то изделие - продолжение его души. Так вот, глина, применяемая в гончарном деле, должна быть тяжелой, жирной, упругой, в общем, с твердым характером - она обязана держать форму. По цвету глина может быть красной, коричневой, голубой, зеленой, серой или белой. Иногда встречаются глины шоколадного (так называемые сникерсы) или грязно-черного цвета. Но я не советую иметь с ними дело, потому что при обжиге органические примеси, большое количество которых и придает им темный цвет, дают такой дух, что хоть святых выноси. Цвет глине придают окись алюминия, окись железа и окись титана. Если оксиды железа и титана в сумме не превышают 1 процент, то глина имеет белый цвет даже после обжига, если же их более 1 процента, то глина после обжига красная, несмотря на то, что в сыром виде она зеленая или голубая.
Кварц (песок) обычно присутствует в залежах глины в виде окатанных бесцветных или окрашенных зерен. Количество его в глинах может быть различным - от нескольких процентов до нескольких десятков процентов. Песок, который добавляют в гончарные глины для их отощания, должен быть молотым (иначе глина будет тереть руки, словно наждак), и его количество не должно превышать 25 процентов (оптимально - 15%). По мере добавления молотого песка (до 15%) пластичность гончарной глины повышается, дальнейшее добавление песка уменьшает пластичность. Количество песка в глине влияет и на усадку изделия при обжиге. Поэтому, если вы захотите уменьшить усадку глины при сушке, что в свою очередь уменьшит ненужную деформацию изделий и избавит вас от коварных трещин на дне сосудов большого диаметра, то добавьте в глину до 25 процентов песка или молотого обожженного черепка. В Древней Греции, например, в глину добавляли дресву, которая представляла собой не что иное, как толченый гранит. Весьма часто, особенно в низкокачественных глинах, встречаются примеси карбонатов кальция и магния (мел и доломит) в виде крупных и мелких зерен. Они полезны и вредны одновременно. Скажу несколько слов о двоякой роли этих примесей при обжиге керамики. В мелкодисперсном состоянии эти примеси являются сильными плавнями (добавками, снижающими температуру спекания), но в то же время при температуре обжига до 1000°С они снижают прочность керамики, а при более высокотемпературном обжиге наблюдается деформация изделий. Содержание мела в гончарной глине может достигать 25 процентов, но при этом требуется равномерное его распределение и очень мелкий помол. Если карбонаты присутствуют в глине в виде крупных включений, то оставшиеся после обжига окислы кальция и магния начинают поглощать влагу из воздуха, образовывать гидроокиси, увеличиваться в объеме и в конце концов могут разорвать изделие. Эти вредные включения называют "дутиками".
Довольно распространенными примесями в глине являются гипс и пирит. Они заметны после обжига в виде мелких черных "мушек". Пирит в глине - это кристаллы с металлическим желтоватым блеском, гипс иногда образует видимые глазом скопления крупных кристаллов. Удалить их можно только вручную. Вредной примесью в глинах являются также растворимые соли - сульфаты и хлориды, которые образуют так называемые выцветы на изделиях. Растворимые соли выступают в виде солевого налета на поверхности обожженных глиняных изделий. Для борьбы с "выцветами" рекомендуют вводить в состав глины карбонат бария. В условиях небольшой гончарной мастерской с этой бедой лучше бороться правильным режимом обжига. "Выцветы" образуются главным образом при температуре 400-500°С, поэтому рекомендуется быстро поднимать температуру до 600°С. Для разложения "выцветов" в ряде случаев окажется пригодным присутствие углистых материалов в глине и восстановительный обжиг в интервале 700-800°С.
Органические примеси, как правило, выгорают при обжиге и почти не оставляют следов на поверхности изделий, если не считать мелких раковин, образующихся при сгорании частичек дерева. (Но это их свойство используют при декорировании изделий. Например, вкрапления в поверхность изделий зерен риса, пшеницы или даже гороха после обжига оставят характерный след.) Большое же количество в глине органического углерода может создать при обжиге локальную восстановительную среду, что содействует более раннему спеканию глины и при толстом слое (кирпич, например) может придать черепку местную деформацию и нежелательную окраску. Состав и гончарные качества глины окончательно выясняются только после изготовления и обжига пробного изделия. Проще всего приобрести глину на профильном заводе или прямо в карьере какого-нибудь месторождения. На заводах она продается двух видов: карьерная - привезенная прямо с места добычи, а значит, требующая соответствующей обработки, или в порошке. Порошок представляет собой смесь, готовую для работы. Его остается только затворить водой. Порошок, конечно, дороже, но, приобретая его, вы сэкономите время на очистке глины. В составе глиняного порошка, купленного на заводах по производству керамической плитки и кирпича, есть 10-12 процентов молотого стекла, что придаст будущим изделиям прочность. Но гончарные свойства глины,приготовленной из такого порошка, несколько снижаются из-за наличия того же стекла.
В настоящее время в крупных городах появились организации, продающие готовую гончарную глину. Там вы можете приобрести глину любого состава, мелкий и крупный шамот, гипс, готовую глазурь и другие необходимые для гончара материалы. Но если нет такой возможности, то нужную глину можно в принципе найти где угодно, например на крутом склоне холма. Глину можно найти даже на обочинах дорог или, что лучше всего, по берегам болот или небольших водоемов, которые и образуются, потому что дождевая или родниковая вода попадает в глиняную чашу. Нужная глина (обычно голубая или зеленая) залегает или сразу под дерном, или на глубине пластом различной мощности. Эта глина так же, как и карьерная, требует тщательной подготовки. Ее нужно высушить, предварительно разбив на мелкие куски. На это высушивание надо потратить достаточно времени. Когда глина окончательно высохнет, залейте ее водой и желательно горячей. Воды необходимо столько, чтобы на ее поверхности оставались только отдельные островки глины. После набухания массу нужно выложить на стол, застеленный холстом или любой другой грубой тканью. Подождите, когда глина освободится от лишней воды и приобретет необходимую для работы влажность. При подвяливании глины ее нужно периодически переворачивать и, желательно, переминать.
Основное качество гончарной глины состоит в том, что она должна быть чистой, то есть не иметь никаких вкраплений. Конечно, какого-то результата можно добиться, используя любую глину, но вряд ли при этом изделия будут качественными. У хорошего мастера мелкий камушек или даже большая песчинка может быть соразмерна с толщиной стенки сосуда и помешать в работе. Очистить гончарную глину можно руками (что малопроизводительно, но в домашних условиях вполне реально) или продавливая ее в пластичном состоянии через мелкую сетку, как бы имитируя промышленный фильтр-пресс. Можно еще глину с целью очищения отмучивать в бочке, то есть разбавлять ее до шликера (состояния жидкой сметаны) и ждать, когда крупные тяжелые включения осядут на дно. После чего чистую фракцию сливают, сделав отверстие в бочке на уровне начала чистого шликера, и подвяливают до нужного состояния.
Теперь нужно немного подробнее поговорить о взаимоотношениях глины с водой. Несмотря на то, что характеры их схожи, поссорить их очень просто, и тогда хорошего не жди. Если, затворяя глину, вы переусердствовали и налили слишком много воды, ее будет сложно удалить. Глиняное тесто будет неоднородным, с комками. Глина, будучи гигроскопическим веществом, адсорбирует влагу из воздуха, смачивается водой и способна набухать в состоянии сильного обводнения. Влагу, адсорбируемую глиной, называют прочносвязанной водой в отличие от рыхлосвязанной воды, размещающейся между частичками глины более свободно, подвижно и выдавливаемой из глины при компрессии. Прочносвязанная вода составляет 0,8-1,0 процент влажности каолина, замерзает при температуре значительно ниже нуля, почти не проводит электрический ток. Прочносвязанная вода естественно переходит в рыхлосвязанную, которой становится тем больше, чем ближе подходит состояние глины к рабочему водосодержанию, то есть к такому состоянию глины и воды, когда глинистая масса проявляет оптимум своей пластичности и своей способности формоваться. При правильно подобранном влагосодержании глиняная масса не липнет к тыльной стороне руки. Это рабочее водосодержание различно для разных глин; например, у лёсса оно составляет 18-20 процентов, у каолинов - 28-31 процент, у спондиловой глины - 31-33 процента, у часов-ярской - 30-32 процента, у трошковс-кой - 30-36 процентов. При дальнейшем увеличении содержания воды глина теряет способность сохранять приданную ей форму и начинает течь подобно вязкой жидкости.
Этих сведений о свойствах глины вполне достаточно, чтобы начать с ней работать. А вообще говорить о свойствах глины можно очень долго, одних только наименований глин более тридцати и каждая из них имеет с десяток комбинаций с различными добавками. Когда глина освободится от лишней воды и приобретет необходимую для работы влажность, то есть будет с усилием переминаться в руках, ее нужно как следует перемять и положить в целлофановый мешок, а мешок - в бочку с плотной крышкой, где до начала работы она должна пролежать не менее суток, а лучше - несколько дней. Впрочем, в бочке глина может находиться долго - все время, пока вы ее не истратите. Для промина глины многие мастера приспосабливают различные механизмы, например промышленные мясорубки. Подобная "механизация" может применяться и на других стадиях приготовления глины. И еще очень важный момент. Перед самым началом работы с глиной ее еще раз нужно как следует перемять, разрывая ком глины на две части и с силой соединяя их обратно. Таким способом вы сможете освободиться от большей части воздуха - последнего и самого коварного врага гончара. Во-первых, при вытягивании сосуда на гончарном круге руки будут проваливаться в воздушные раковины, и вы можете порванть изделие или сорвать его с круга. А во-вторых, оставшиеся в глине воздушные раковины могут разорвать изделие при обжиге, так как воздух при нагревании, как известно, расширяется. В промышленном производстве от воздуха освобождаются при помощи вакуумпресса.
Глина является очень распространённой горной породой. Сложная, как по составу, так и по физико-технологическим свойствам. Чистая порода состоит из сложных химических соединений - «глинистых» минералов, в состав которых входят алюминий, кремний и вода. В минералогии их называют водными алюмосиликатами.
Свойство глины зависит от её химического и минерального состава. Землистая порода - глина легко распускается в воде, образовывая «взвеси» (муть) или пластичное тесто, которое сохраняет приданную ему форму после высыхания и приобретает твердость камня после обжига. Также ещё одним свойством глины можно считать «сорбционность» - способность поглощать из жидкости некоторые растворенные в ней вещества. Так как в глине содержится большое количество окиси алюминия, её применяют в качестве химического сырья, для получения сернокислых солей.
Характеристика и виды
Всю существующую глину для удобства эксплуатации разделили на такие виды:
- Каолин - самый востребованный вид, белого цвета, состоящий из минерала каолинита. Применяется в фарфорово-фаянсовой и бумажной промышленности.
- Огнеупорная глина , бывает белого или серого цвета. При обжиге выдерживает температуру примерно 1580°. В состав входят минералы каолинита и гидрослюды. Используют для изготовления огнеупорной посуды.
- Кислотоупорная глина - это разновидность огнеупорной глины, в состав которой входит железо, магний, кальций и сера.
- Формовочная глина - обладает повышенной пластичностью и связующей способностью. Используют в виде скрепляющего материала при изготовлении ёмкостей для металлургического литья.
- Цементная глина обладает богатой цветовой палитрой. Входит в состав портланд-цемента.
- Кирпичная глина - легкоплавкая, в состав входит значительная примесь кварцевого песка. Широко используют в кирпичном производстве.
- Бентонитовая глина - главным образующим минералом, является монтмориллонит. Богатая цветовая гамма. Обладает самой высокой отбеливающей способностью. Данный вид незаменим при очистке нефтепродуктов, растительного и смазочных масел.
- Минеральная природная глина - используется в медицине и косметологии
(На картинке разновидность косметической глины )
В производственной практике глину подразделяют на «жирные» и «тощие» группы. Всё зависит от степени загрязненности их кварцевым песком. В «жирных» глинах песка не много, а в «тощих» его большое количество.
Месторождение и добыча
Глина широко распространена в природе, залегает на небольшой глубине. Всё это способствует невысоким затратам при добыче, делая сырьё дешёвым. Обычно на самом месторождении глины строятся кирпичные и черепичные заводы. Самые большие месторождения глины находятся на территории Украины и России. Сравнительно небольшие скопления породы имеются в Грузиии, Казахстане, Узбекистане, Туркмении и других странах СНГ.
Применение глины
Глину можно отнести к минеральному сырью массового потребления. Она используется в самых разнообразных отраслях, например в хозяйственной, где изготовляют посуду и другие изделия. В строительной, для производства строительного кирпича любого цвета и цемента. А так же в промышленности: мыловарении, парфюмерии, текстиле и многих других.
Заводы используют определённый вид глины для очистки нефтепродуктов, растительных масел и жиров. Незаменима глина и в искусстве, пластичная цветная глина является отличным материалом для создания скульптур. Широкую популярность заслужила в сельском хозяйстве: для кладки печей, глиняных потолков, побелки стен и пр.
Глина представляет собой осадочную горную породу, имеющую мелкозернистую структуру. Это очень интересный по своим свойствам вид породы, потому что в сухом состоянии она рассыпчатая и похожа на пыль, а вот в увлажненном виде — мягкая и пластичная, способная принимать любую заданную форму. При застывании же после увлажнения глина становится удивительно крепкой и прочной.
Глина является осадочной горной породой, представляющей собой вторичный продукт земной коры, который образовался в результате разрушения скальных пород путем их выветривания.
Самым главным источником для образования глины служит полевой шпат, который в процессе распада под воздействием атмосферных осадков образует каолинит и другие составляющие части глин.
Минералы в составе глин
В состав глины входит один или несколько минералов группы каолинита, монтмориллонита или других слоистых глинистых минералов. В глине также могут содержаться карбонатные и песчаные частицы.
В зависимости от количества и качества минералов, входящих в состав глины, это полезное ископаемое может быть самых разных цветов и оттенков — светло — желтого, оранжевого, красновато — коричневого, серого, белого и многих других.
В различные сорта глины входят следующие минералы:
- каолинит
- андалузит
- монтмориллонит
- галлуазит
- мусковит
- гидраргиллит
- накрит
- диаспор
- пирофиллит
- корунд
- монотермит
Существуют также некоторые виды минералов, которые загрязняют глины. Среди них можно выделить следующие:
- кварц
- кальций
- доломит
- глауконит
- лимонит
- магнетит
- маркозит
- рутил
- пирит
- сертпентин
- сидерит
Бентонитовая глина содержит в своем составе монтмориллонит
Свойства глины
Среди основных характерных свойств глины можно назвать следующие:
- Высокий уровень пластичности
- Способность принимать любую заданную форму
- Огнеупорные свойства
- Способность к воздушной и термической усадке
- Отличная спекаемость
- Вязкость глин различных сортов
- Степень усушки
- Пористость глины
- Набухание глин
- Плотность
- Водонепроницаемость
Виды глины
Различают несколько видов глин, среди которых можно назвать следующие:
- Каолин — так называется знаменитая белая глина, которую используют для производства красивейшего фарфора и огнеупорных изделий.
- Строительная глина — используется для приготовления растворов, которые применяются в процессе возведения сооружения различного назначения.
- Глинистый сланец — применяется в процессе производства цемента.
- Огнеупорная глина — подходит для изготовления огнеупорных кирпичей и других жаропрочных изделий.
- Бентонит — при погружении в воду увеличивается в объеме в несколько раз, используется в буровых растворах в процессе бурения скважин.
- Сукновальная глина — обладает отбеливающими и фильтрующими свойствами. Фильтры из сукновальной глины широко используются для очистки от примесей нефтепродуктов, а также различных видов масел — как пищевых, так и технических.
- Гончарная (комовая) глина применяется в процессе изготовления керамической посуды.
- — применяется в качестве лечебного и косметического средства для нанесения масок на лицо и тело.
- Глина из песчаника — используется для изготовления посуды, декоративных керамических изделий и сувениров.
Каолин — белая глина
Сфера применения глины
После соединения с нужным количеством воды глина способна образовывать массу в виде теста, обладающую пластичными свойствами. В зависимости от расположения месторождения данного природного сырья, глина характеризуется различными качественными показателями. Поэтому ее используют для различных целей. Среди сфер применения различных сортов глины можно назвать следующие:
- Производство керамики — одна из самых главных сфер применения глины. Из различных сортов этого природного материала делают прекрасные образцы керамической посуды, фаянс и . Гончарное искусство насчитывает уже несколько тысячелетий, и продолжает совершенствоваться и в наши дни.
- Изготовление стройматериалов — глина повсеместно применяется в производстве . На сегодняшний день подавляющее большинство кирпичных изделий производятся на заводах, однако существует также кустарный способ ручной формовки кирпича, который с успехом применяется в некоторых регионах.
- Производство цемента — для изготовления цемента используется смесь глины (25%) с известняком (75%). В процессе производства сырье аккуратно измельчают, а затем тщательно перемешивают. При этом должна соблюдаться строгая дозировка компонентов, иначе получится низкого качества.
- Техническая керамика представляет собой достаточно обширную группу специальных керамических изделий, изготовленных из пластичной массы, основу которой составляет глина. технического назначения широко используется в различных областях жизни и деятельности человека — в виде сантехнической керамики, в качестве изоляторов электрического тока в приборах и в проводке, и во многих других сферах.
- Глинобитное строительство — глинобитные постройки представляют собой архитектурные сооружения, главным материалом для возведения которых служит глина. Глинобитные дома являются одними из первых образцов древнейшей . При этом способы использования глины могут быть разными. Так, глиняную массу могут утрамбовывать в форму из деревянных дощечек, или же глину смешивают с измельченной соломой и замазывают этим составом дощатую основу.
- Медицина и косметология — издавна глина широко используется в лечебных и косметических целях. Глина входит в состав некоторых лечебных мазей, а также сорбентов и препаратов для избавления от диареи. А в косметологии из глины делают маски для лица и тела, а также включают ее в состав некоторых кремов.
- Пищевая глина — некоторые виды глины являются съедобными и употребляются в пищу. Пищевая глина представляет собой специальную добавку к основному рациону питания человека, и является ценным источником минеральных солей и микроэлементов. Съедобная глина служит сорбентом природного происхождения, который помогает очистить организм человека от шлаковых отложений и вредных токсинов. В то же время глина обладает обволакивающим действием и может использоваться в качестве натурального антисептика.
Глина огнеупорная
Выявление новых запасов полезных ископаемых - важнейшая народнохозяйственная задача в любой стране. Эту задачу на заре социализма в России пытались решать не только силами специалистов-геологов, но и широкими слоями населения. Большая и почетная роль в ее решении принадлежала молодежи - комсомольцам, школьникам, молодым рабочим и колхозникам. И такой вклад был ими сделан.
Сейчас просторы нашей огромной планеты все еще таят в себе массу неразведанных полезных ископаемых, минералов. Их поиск не только может принести пользу, но и доставить удовольствие, а знания в этой сфере позволят расширить кругозор, побольше узнать об увлекательном мире минералов своей Родины, Земли.
Поиски и разведка полезных ископаемых - это не только важное, но и увлекательное дело. В самом деле, что может быть интересней и увлекательней организованных летних походов по родному краю с целью изучения и выявления его природных минеральных богатств?! Эти богатства заключаются не только в залежах золота, алмазов и иных подобных ценнейших полезных ископаемых. Минеральные богатства могут заключаться, например, и в самых обычных, знакомых всем глинах.
Глины
Глины - важные и необходимые для многих отраслей народного хозяйства полезные ископаемые. Например, разновидность глин - каолин служит основным сырьем для фарфорово-фаянсоввй и бумажной промышленности. Для изготовления огнеупорных изделий используются «огнеупорные глины. Формовочные глины применяются в литейном производстве. Кирпичные глины служат основным сырьем для кирпичного производства. Грандиозное промышленное и жилищное строительство требует для производства кирпича огромных количеств кирпичных глин.
Этот рассказ о глине содержит указания юным разведчикам недр и взрослым искателям добрых приключений - о значении различных видов глин для нашего народного хозяйства и о наиболее простых способах поисков их месторождений.
ЧТО ТАКОЕ ГЛИНА?
Глина - широко распространенная горная порода. Глина представляет собой горную породу, очень сложную и непостоянную как по составу входящих в нее минералов, так и по физическим и технологическим свойствам. Чрезвычайно разнообразны и условия образования глин.
Геологическая наука с достоверностью установила, что чистые глины, т. е. не загрязненные различными примесями, представляют собой породы, состоящие из очень маленьких частиц (около 0,01 мм и меньше), причем эти частицы относятся к определенным минералам. Многими исследователями они так и называются «глинистыми» минералами. Эти минералы являются сложными химическими соединениями, в состав которых входят алюминий, кремний и вода. В минералогии их называют водными алюмосиликатами.
Глины обладают способностью размокать, распускаться в воде на отдельные частицы, образуя, в зависимости от количества воды, либо пластичное тесте, либо «взвеси» (муть), т. е. такие жидкие смеси, в которых мельчайшие частицы глины находятся во взвешенном состоянии. Такие глиняные взвеси обладают ярко выраженной вязкостью.
Следовательно, глину можно определить как землистую горную породу, состоящую в основном из водных алюмосиликатов с величиной частиц менее 0,01 мм, легко распускающуюся в воде, с образованием вязких взвесей или пластичного теста, сохраняющего приданную ему форму после высыхания и приобретающего твердость камня после обжига.
КАК ОБРАЗУЕТСЯ ГЛИНА
Чтобы уяснить себе происхождение глин, надо хотя бы кратко остановиться на вопросе о происхождении горных пород вообще. Земная кора состоит из горных пород, образовавшихся в разное время и в различных условиях. Первичными являются «магматические» породы (глубинные и излившиеся), представляющие собой застывшую магму.
Магмой называется находящаяся внутри земли расплавленная масса минеральных веществ. Она может застывать вблизи поверхности, не прорывая земной коры; в полостях с пониженным давлением, образуя глубинные породы (гранит, аплит, габбро и др.), а также выходить на поверхность в виде лавы, как это бывает при извержении вулканов. В последнем случае магматические породы называются излившимися (диабазы, базальты, трахит и др.).
В период своей долгой геологической жизни эти первичные породы подвергаются воздействию многообразных сил природы, которые перерабатывают их в новые породы, резко отличающиеся от материнских. Если такая переработка происходит на поверхности земли или "в непосредственной близости от нее, возникают новые породы-осадочные (пески, глины, известняки, гипс и др.). Если они перерабатываются в глубинных частях земных недр при высоких температурах и больших давлениях, образуются метаморфические породы (гнейсы, сланцы, кварциты и др.).
Материалом для образования осадочных пород могут служить не только магматические, но и метаморфические породы, если они почему-либо выступают на поверхность. В то же время и метаморфические породы могут возникать из осадочных, если последние оказываются погребенными на большую глубину и находятся под давлением вышележащих пород. Эти три типа пород - магматические, осадочные и метаморфические - и образуют всю твердую оболочку нашей Земли - ее литосферу.
Глины относятся к осадочным породам. Образование глин, как и других осадочных пород, связано с двумя процессами: химическим разложением исходных (материнских) пород и физическим их разрушением. В природе эти процессы происходят не обособленно, а совместно. Силы, разрушающие твердые породы и превращающие их в рыхлые осадочные породы, объединяются под общим геологическим названием «выветривание».
Различают три вида выветривания: физическое, химическое и органическое. Физическим выветриванием называется механическое разрушение (дробление) горных пород без изменений их химического и минерального состава.
Тепло и холод являются основными силами физического выветривания. Как известно, солнце посылает на землю колоссальную тепловую энергию. Днем солнечные лучи нагревают поверхность земли, ночью она остывает. Колебание между дневной и ночной температурой в некоторых местах земного шара достигает 40-50°. Смена температуры ведет к растрескиванию горных пород и к постепенному их разрушению, чему способствуют вода и ветер. Проникая в трещины и замерзая в них, вода действует, как клин, - откалывает огромные глыбы камня, которые скатываются к подножию гор и образуют вокруг них огромные осыпи. Крупные обломки под действием тех же сил - температуры, воды и ветра - подвергаются дальнейшему разрушению, обращаясь в конце концов в мельчайший песок и тончайшую пыль, сносимые водой в морские бассейны.
Химическое выветривание заключается в разложении горных пород с образованием новых химических и минеральных веществ. Интенсивность процесса химического выветривания находится в прямой зависимости не только от минерального состава разлагающейся породы и внешних условий, но и от степени ее механического разрушения. Химические реакции протекают быстрее, легче и полнее при малом размере частиц. Наряду с этим химическое разложение само ускоряет процесс механического разрушения.
Химическое выветривание вызывают газы (и прежде всего атмосферный воздух), вода и растворенные в ней соли. Проникая по трещинам в горные породы, вода, насыщенная кислородом, углекислотой и другими веществами, разлагает встречающиеся ей по пути минералы, растворяет и уносит одни химические элементы и отлагает в породах другие.
Органическим выветриванием называют разрушение горных пород в результате жизнедеятельности растений и животных организмов. Проникая своими корнями в трещины, растения раскалывают горные породы на части. Одновременно корни растений, выделяя кислоты, а при гниении и углекислый газ, разрушают породы и химически. Огромные колонии микроорганизмов, покрывающие поверхность скал в виде лишайников, а также неисчислимое множество бактерий, населяющих почву и дно водоемов, в свою очередь неустанно разрушают и видоизменяют горные породы.
Таким образом, на поверхности земли и вблизи ее происходят чрезвычайно сложные и длительные процессы переработки одних минералов в другие. Именно в результате указанных процессов разрушения первичных твердых пород и переработки минералов происходит образование глин.
Из «глинистых» минералов наиболее изучен каолинит. Он представляет собой соединение окиси кремния, окиси алюминия и воды. Кристаллы его при рассмотрении под микроскопом имеют форму мелких пластинок или чешуек. Каолинит образуется в результате поверхностного химического выветривания в кислой среде как магматических, так и метаморфических и осадочных - пород, содержащих преимущественно слюду и полевой шпат. Особенно чистые каолиновые глины образуются при химическом выветривании гранитов, пегматитов, аплитов и др. Каолинитом сложены глины очень ценной белой разновидности - каолин и некоторые огнеупорные глины.
Другим глинистым минералом является галлуазит. По химическому составу он близок к каолиниту, но содержит несколько больше воды. Кристаллы его при рассмотрении под микроскопом имеют форму иголок. В нем часто наблюдается примесь "железа. Он образуется преимущественно в условиях щелочной и нейтральной среды. Исходными горными породами обычно служат габбро, диабазы и др.
Наконец, типичным минералом глин является монтмориллонит, очень распространенный минерал почв и многих морских глин. Особенно чистые монтмориллонитовые глины, используемые в нефтяной промышленности (для очистки нефти), образуются в результате химического разложения продуктов вулканической деятельности: пеплов, лав, туфов и т.п. При рассмотрении под микроскопом этот минерал оказывается сложенным чрезвычайно мелкими чешуйками, листочками и волокнистыми выделениями. Особенностью его является способность сильно «разбухать» под действием воды.
В зависимости от способов образования характер и форма залегания глин бывают различными.
Месторождения глин, образовавшиеся в основном вследствие химического выветривания («остаточные» месторождения), имеют обычно плащеобразную форму залегания, отличаются большой мощностью (до 100 м и более) и распространяются на значительные территории.
Каолинит - наиболее характерный минерал для этих месторождений. Он слагает от 10-20 до 100% таких «остаточных» месторождений. Месторождения глин, возникшие в результате размыва, переноса и вторичного отложения глинистых частиц остаточных месторождений, характеризуются ярко выраженной слоистостью, относительно небольшой мощностью и пестротой химического состава отдельных слоев. Площадь распространения этих месторождений может колебаться в широких пределах.
СВОЙСТВА ГЛИН
Свойства глин целиком зависят от их химического и минерального состава, а также от величины составляющих их частиц. Уже одни эти. факты указывают нам на важнейшие свойства глин.
Важнейшими свойствами глин являются:
1) способность"в смеси с водой образовывать тонкие «взвеси» (мутные лужи) и вязкое тесто;
2) способность набухать в воде;
3) пластичность глиняного теста, т. е. способность его принимать и сохранять любую форму в сыром виде;
4) способность сохранять эту форму и после "высыхания с уменьшением объема;
5) клейкость;
6) связующая способность;
7) водоупорность, т. е. способность после насыщения определенным количеством воды не пропускать через себя воду.
Из глиняного теста делают различные изделия - кувшины, кринки, горшки, миски и т. п., которые осле обжига становятся совершенно твердыми и не пропускают воду. Кирпичные заводы вырабатывают из глины строительные кирпичи, также обладающие большой механической прочностью. Это указывает еще на одно важное свойство глины - ее способность твердеть после обжига, давая материал, не размокающий в воде и непроницаемый для нее.
Глины могут быть всех цветов - от белого до черного. На Украине и в некоторых других районах СССР белая глина служит материалом для побелки стен, печей и т. д. Когда хотят покрасить стены в цветные тона, берут желтые, красные, зеленые и другие глины. Таким образом, здесь мы имеем дело с новым свойством глины - с красящей и кроющей ее способностью.
На нефтеперегонных заводах используют некоторые сорта глин для очистки нефтепродуктов. Применяют их и для очистки растительных масел и жиров. Таким образом, мы сталкиваемся еще с одним свойством глины: с ее способностью поглощать из жидкости некоторые растворенные в ней вещества. В технике это свойство называется «сорбционной способностью».
Вследствие того, что глины содержат большое количество окиси алюминия, их применяют и как химическое сырье, главным образом для получения сернокислых солей этого металла.
Таковы важнейшие свойства глин, на которых основываются многочисленные виды их практического использования. Конечно, не все глины и не в одинаковой степени обладают перечисленными свойствами.
РАЗНОВИДНОСТИ ГЛИН
Наиболее ценными для народного хозяйства являются следующие разновидности глин:
Каолин - глина белого цвета. В основном он состоит из минерала каолинита. Обычно менее пластичен по сравнению с другими белыми глинами. Он является основным сырьем для фарфорово-фаянсовой и бумажной промышленности.
Огнеупорные глины . Для этих глин характерен белый и серо-белый цвет, иногда со слегка желтоватым оттенком. При обжиге они должны выдерживать без размягчения температуру не ниже 1580°. Основными образующими их минералами являются каолинит и гидрослюды. Пластичность их может быть различной. Используются эти глины для производства огнеупорных и фарфорово-фаянсовых изделий.
Кислотоупорные глины. Эти глины представляют собой разновидность огнеупорных глин с небольшой примесью железа, магния, кальция и серы. Используются для химических фарфорово-фаянсовых изделий.
Формовочные глины - разновидность огнеупорных глин, обладающая повышенной пластичностью и повышенной связующей способностью. Они применяются в качестве связующего материала при изготовлении форм для металлургического литья. Иногда для этих целей применяются также тугоплавкие глины (при обжиге менее устойчивые, чем огнеупорные) и даже легкоплавкие-бентонитовые глины.
Цементные глины обладают различным цветом и разным минеральным составом. Вредной примесью является магний. Применяются эти глины для получения портланд-цемента.
Кирпичные глины - легкоплавкие, обычно со значительной примесью кварцевого песка. Их минеральный состав и цвет могут быть различными. Применяются эти глины для производства кирпича.
Бентонитовые глины. Основным образующим их минералом является монтмориллонит. Цвет их различный. Они сильно набухают в воде. Обладают более высокой отбеливающей способностью, чем другие глины. Применяются эти глины для очистки нефтепродуктов, растительных и смазочных масел, при бурении скважин, а иногда, как отмечалось ранее, - при изготовлении литейных форм.
В промышленности и технике нередко называются и другие разновидности глин: гончарные, черепичные, сукновальные, керамические, буровые, фаянсовые, фарфоровые, капсельные, строительные, красочные и т. п. Однако эти названия практически не характеризуют особых свойств глин.
В производственной практике встречается также деление глин на «жирные» и «тощие» (супеси, суглинки). Такое деление глин связано со степенью загрязненности их кварцевым песком. Кварцевый песок - наиболее частая и почти всегда преобладающая примесь в глинах, особенно в месторождениях глин остаточного типа. В «жирных» глинах песка мало, а в «тощих» его много.
Как уже указывалось, глины широко распространены в природе и обычно залегают на небольшой глубине от поверхности. Все это делает их дешевым видом минерального сырья. Однако перевозки их на дальние расстояния нецелесообразны. Поэтому их как минеральное сырье стараются по возможности использовать на месте. Например, все кирпичные и черепичные заводы обязательно строятся на самом месторождении глин, так как гораздо целесообразнее подвозить к заводу более дорогое топливо, чем огромные массы влажной и очень тяжелой глины.
Однако не все разновидности глин встречаются повсеместно. Некоторые разновидности их залегают только в отдельных, немногих районах. Между тем спрос на них очень большой, а потребители (заводы, стройки и т. д.) нередко удалены от места добычи на многие сотни и даже тысячи километров. В таких случаях дальние перевозки глины становятся неизбежными.
К наиболее редко встречающимся глинам относятся прежде всего высокосортные бентонитовые глины и все разновидности белых глин - каолины, фарфоровые, фаянсовые, огнеупорные, формовочные и кислотоупорные. Именно на поиски этих редких разновидностей глин должно быть обращено наибольшее внимание.
Серьезную помощь в выявлении таких ценных разновидностей глин могут и должны оказать государству добровольные разведчики недр. Белый цвет глин чрезвычайно облегчает их поиски. Пласты белых глин видны в обнажениях по берегам рек и в оврагах.
Однако надо иметь в виду, что белым цветом обладают не только глины, но и ряд других горных пород, в частности, чистые кварцевые пески и особенно мел. В некоторых местах население называет мел «глинкой», хотя он не имеет ничего общего с глиной ни по своему химическому составу, ни по своим свойствам. Будучи смешан с водой, мел, как и глина, хорошо мажется и даже может показаться пластичным, но достаточно капнуть на него каплю соляной кислоты, как он сразу обнаруживает свою химическую природу: кислота начнет как бы вскипать от выделения углекислого газа. Такое реагирование породы на соляную кислоту указывает на то, что она является мелом, а не глиной.
Белый кварцевый песок отличить от белой глины еще легче. Он абсолютно непластичен и при высыхании рассыпается даже от легкого прикосновения.
ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ГЛИН
Глины относятся к минеральному сырью массового потребления. Они, как уже отмечалось, используются в самых разнообразных отраслях народного хозяйства, для самых различных целей. Наибольшее народнохозяйственное значение имеют следующие области промышленного применения глин:
Керамика
Керамика является одной из самых древних форм освоения человеком минеральной природы. Ученые установили, что наиболее древние керамические изделия из нильского ила относятся к ПО веку до нашей эры, иначе говоря, насчитывают свыше 13 000 лет. На Европейском континенте обнаружена посуда еще более раннего времени, сделанная человеком ледникового периода, насчитывающая свыше 15000 лет.
Египтяне и ассирийцы владели чрезвычайно высокой техникой керамического производства. В частности, они умели покрывать свою керамику цветными глазурями. Особенного совершенства в керамике достигли древние греки и римляне, о чем говорят замечательные по красоте своих форм и тонкому художественному вкусу греческие чернофигурные и краснофигурные вазы.
Замечательных успехов достигли в керамике и народы Азии. Достаточно указать на производство тончайшей фарфоровой посуды, начало которому было положено в Китае примерно 4000 лет тому назад.
В России художественная керамика имеет свою богатую историю. При раскопках близ Керчи найдены глиняные сосуды и статуэтки, относящиеся к IV-VI векам нашей эры. В средние века керамика становится излюбленным декоративным материалом строителей древнерусских соборов во Владимире, Суздале, Новгороде и др. Замечательные образцы художественных изразцов, относящиеся примерно к XV и XVI векам, можно еще сейчас видеть в соборах Василия Блаженного в Москве иве. Коломенском под Москвой.
В Павловском, Кусковском, Останкинском и других дворцах-музеях Москвы, Ленинграда и других городов сохранились коллекции изумительных по своей красоте и оригинальности произведений русской национальной керамики, созданных талантливыми руками крепостных художников. Большие заслуги в развитии русской художественной керамики принадлежат современнику Ломоносова видному ученому Д. И. Виноградову, которым был создан русский фарфор.
Одновременно с развитием фарфорового производства и художественной керамики развивалось производство и других видов керамических изделий и прежде всего строительных материалов: кирпича и черепицы, огнеупорного припаса, посуды и т. п. Современная керамическая промышленность СССР представляет собой передовое крупное машинное производство. Она объединяет большое количество фабрик и заводов, выпускающих изделия различного технического назначения.
В настоящее время сырьем для производства керамических изделий служат не только глины, но и такие горные породы, как тальк, пирофиллит, магнезит, доломит, корунд, диаспор, кианит и др. Однако глины продолжают занимать среди них первое место.
Наиболее крупные и важные для народного хозяйства отрасли керамической промышленности следующие:
Производство огнеупорного припаса (кирпича, брусьев, тиглей и т. д.) играет в народном хозяйстве чрезвычайно большую роль. Особенно необходимы огнеупоры в черной и цветной металлургии, цементном производстве, стекольной, тонкокерамической и химической промышленности. Огнеупорными называются такие изделия, которые выдерживают без размягчения температуру в 1580° и более. Огнеупорные кирпичи применяются в основном для футеровки печей, в которых ведется термическая обработка тех или иных материалов.
Огнеупорные изделия из глины, в зависимости от исходного сырья и содержания в них окиси алюминия (глинозема), делятся на шамотные и полукислые.
Шамотными называются изделия, которые изготовляются из смеси сырой огнеупорной глины и шамота, представляющего собой тоже огнеупорную глину, но предварительно обожженную и измельченную в порошок. Глинозема в шамотных изделиях должно содержаться не менее 30%.
Шамот является «отощающей» добавкой, т. е. такой добавкой, которая уменьшает пластичность и усадку изделия, неизбежную в процессе его сушки и обжига.
Полукислые изделия содержат менее 30% глинозема и более 65% кремнезема (окиси кремния); они тоже изготовляются из шамота и огнеупорной глины, но с добавкой кварцевого материала.
Таким образом, основным сырьем для производства шамотных и полукислых огнеупоров является огнеупорная глина, выдерживающая температуру не ниже 1580°. Иногда в качестве такого сырья применяется также каолин.
Вредными примесями, снижающими огнеупорность глин, считаются окислы железа, содержание которых не должно превышать 3,5%, и минералы с присутствием щелочи (слюда, полевой шпат), содержание которых в глине не должно быть больше 2%. Вредна также известь; она допускается в количестве не более 1 -1,5%.
Фарфорово-фаянсовое производство (тонкая керамика) является вторым крупным потребителем керамических глин. Изделия из фарфора и фаянса отличаются от других керамических изделий белым черепком. Разница между фарфором и фаянсом заключается в степени пористости черепка: пористость фаянса от 10 до 14%, пористость же фарфора не превышает 0,5%.
Основным сырьем для тонкой керамики служит каолин. В качестве отощающей добавки в фарфорово-фаянсовые массы вводится кварц или кварцевый песок, в качестве флюса, понижающего температуру обжига - полевой шпат; связующим материалом служат светложгущиеся огнеупорные пластичные глины. Так как эти глины обычно уменьшают белизну и просвечиваемость фарфора, их стараются добавлять в минимальном количестве. Это возможно только при условии высокой связующей способности применяемой глины.
Обжиг фарфоровых и фаянсовых изделий ведется при температуре 1350°. Очень важно, чтобы в каолине и в других минералах - составных частях фарфоровых и фаянсовых масс - было как можно меньше железа, примесь которого не только снижает общую белизну черепка, но и образует на нем черные пятна и точки («мушки»), значительно обесценивающие изделия. Содержание соединений железа в глинах, используемых в производстве художественного фарфора, не должно превышать 0,5-0,9%.
Кирпичное производство - самый крупный потребитель глин. Оно не предъявляет к сырью особо строгих требований. Для выработки обычного строительного кирпича применяются широко распространенные легкоплавкие песчанистые («тощие») глины любого цвета. Месторождения таких глин встречаются почти повсюду и на них базируется большое количество местных кирпичных заводов.
Помимо «тощих» глин, кирпичное производство может использовать также «жирные» пластичные глины, однако в этом случае в них для придания кирпичам устойчивости при сушке и обжиге добавляется кварцевый песок. Кирпичные глины не должны содержать щебня, гальки, гравия, крупных кусков известняка, гипса и других примесей. Обжиг строительного кирпича производится при температуре 900-1000°.
Наряду с небольшими кирпичными заводами, обслуживающими мелких потребителей, у нас в стране близ крупных промышленных центров и больших новостроек создаются мощные, полностью механизированные предприятия, выпускающие ежегодно много миллионов кирпичей. Такие предприятия требуют мощных сырьевых баз, подготовка которых является важнейшей народнохозяйственной задачей.
Производство «каменного товара» включает в себя изготовление канализационных труб, стеновых и половых плиток, химической посуды и т. д. Для этих изделий характерен плотный спекшийся цветной черепок. В данном производстве используются тонкозернистые пластичные огнеупорные и тугоплавкие глины различного цвета.
Гончарная посуда (кувшины, кринки, миски, горшки и т. д.) изготовляется главным образом кустарным способом, вручную. Для изготовления ее применяются железистые, не очень жирные, преимущественно тонкозернистые глины.
Производство цемента
Портланд-цемент представляет собой тонко размолотый порошок, полученный из обожженной при температуре 1450-1500° смеси глины и известняка (с небольшой добавкой гипса). Эта обожженная смесь носит в технике название «клинкер». Клинкер может готовиться либо из мергеля, представляющего собой природную смесь известняка с глиной, либо из искусственной смеси их примерно в соотношении 1 часть глины и 3 части известняка.
Качественные требования к глинам, используемым в портланд-цементной промышленности, не отличаются особой строгостью. Вполне пригодны широко распространенные песчанистые бурые и красные глины, даже при очень большом содержании железа (до 8-10%). Вредной примесью является окись магния. Не допускается присутствие крупного песка, гальки, щебня и других крупных частей. Возможность использования той или иной разновидности глины в значительной мере зависит от химического состава смешиваемого с ней известняка и определяется практически в каждом конкретном случае.
Глинит-цементом называется порошок, полученный путем совместного помола обожженной глины при температуре 750-900°, сухой гашеной извести и гипса в соотношении 80: 20: 2.
Приготовление литейных форм
Литье изделий из черных и цветных металлов производится в специальных формах. Эти формы готовятся из смесей, материалом для которых служат кварцевый песок и глина. Глина играет роль связующего материала, так как один кварцевый песок, не обладая пластичностью и связующей способностью, не дает прочных форм. Основным техническим требованием к литейным глинам является их высокая связующая способность. Иначе говоря, они должны быть «жирными». Кроме того, глина не должна давать пригара смеси к поверхности отливок.
В зависимости от выплавляемого металла, размеров и форм отливок применяются глины различного минерального и химического состава. Предпочитаются «жирные» глины с возможно меньшей величиной частиц, достаточно огнеупорные, с высоким содержанием окиси алюминия. В последние годы в литейном деле с успехом стали использоваться бентонитовые глины, обладающие исключительно высокой связующей способностью. Хотя они и не являются огнеупорными и, больше того, даже относятся к типу легкоплавких, однако повышенная связующая способность их вполне восполняет этот недостаток. Она позволяет вводить их в формовочную смесь в количестве примерно в четыре-пять раз меньшем, чем обычные огнеупорные глины. А это способствует лучшей газопроницаемости формы и уменьшает пригар. Вредными примесями в формовочных глинах являются полевой шпат, слюда, известняк, а также минералы, содержащие серу. Они понижают огнеупорность глины и увеличивают пригар.
Бурение скважин
За последние годы глины стали широко использоваться при бурении разведочных и эксплуатационных скважин. Разведка полезных ископаемых вращательным бурением с выемкой образцов пробуренных пород получила очень широкое распространение. Вращательное бурение ведется с помощью специальных станков. Буровой снаряд состоит из металлических пустотелых штанг, колонковой трубы и буровой коронки, плотно прикрепляемых друг к Другу. По мере углубления скважины штанга наращивается. Верхним своим концом она прикрепляется к станку, приводимому в движение специальным двигателем.
При бурении скважин из горных пород с помощью коронки высверливаются цилиндрические столбики, называемые керном. Высверливаемый керн по мере углубления коронки проталкивается внутрь колонковой трубы. Для извлечения керна снаряд время от времени поднимается на поверхность. Складывая керны в порядке их извлечения, получают точную картину состава, строения, расположения и мощности пробуренных пород.
Для успешной работы бурового станка в скважину вводится глинистый раствор. Этот раствор накачивается внутрь скважины через штангу особым насосом. Струи раствора, циркулируя по скважине, захватывают разрушенные коронкой мелкие частицы породы и выносят их наружу. Глинистый раствор выполняет, кроме того, и другие, чрезвычайно важные функции, а именно: а) образует на стенках скважины тонкую непроницаемую для воды пленку, препятствующую проникновению жидкости через поры и трещины в окружающие породы; б) укрепляет стенки и тем предохраняет их от обвалов; в) предотвращает возможность газовых выбросов из скважины и проникновение в них подпочвенных вод. Помимо того, раствор глины охлаждает буровую коронку, которая сильно нагревается при вращении.
Буровая техника предъявляет к глинам свои специфические требования. Они должны быть очень тонкозернистыми, отличаться высокой пластичностью и не содержать песка, гипса, известняка и солей. Наиболее пригодны для использования при бурении бентонитовые глины. Однако для этих целей могут быть вполне пригодны и другие разновидности глин. Глины, дающие вязкие растворы с суточным отстоем не более 1 % и наличием песка не более 3-4%, вполне пригодны для приготовления буровых растворов.
Очистка нефтепродуктов, органических масел и жиров
Некоторые глины обладают высокой адсорбционной способностью и применяются для обесцвечивания (отбеливания) различных минеральных и органических веществ (керосина, бензина, растительных масел, животных жиров, фруктовых соков и т. п.). Они впитывают в себя различные загрязняющие примеси, слизь, смолу, пигменты и пр. Для этой цели пригодны глины, состоящие преимущественно из минерала монтмориллонита (бентонитовые и так называемые суббентонитовые). Некоторые из них хорошо отбеливают без всякой предварительной обработки, другие нуждаются в ней и обрабатываются серной кислотой. Пригодность глины для отбелки обычно определяется опытным путем, так как отбеливающая способность ее зависит не только от природы самой глины, но и от условий, в которых ведется очистка, и от вещественного состава отбеливаемого материала.
Бумажная промышленность
Эта отрасль промышленности использует белую разновидность глины - каолин. Она потребляет до 35% всей добычи каолина. Его вводят в бумажную массу в качестве наполнителя для того, чтобы усилить белизну бумаги и сделать ее более плотной и гладкой. Мельчайшие частицы каолина, заполняя промежутки между древесными волокнами, из которых вырабатывается бумажная масса, резко повышают качество бумаги.
Основными требованиями бумажной промышленности к каолину являются белый цвет и отсутствие крупных зерен кварцевого песка. Крупные зерна портят не только бумагу, но и дорогостоящие агрегаты, на которых она вырабатывается.
Резиновая промышленность
Эта отрасль промышленности также применяет каолин в качестве наполнителя. Введение его в каучук повышает механические свойства резины. Для производства резиновых изделий важно, чтобы частицы каолина были наименьших размеров и чтобы в нем отсутствовали крупные зерна кварцевого песка. Из примесей для данного производства вредными являются железо, сера, медь и марганец. Содержание влаги в каолине в данном случае не должно превышать 0,5%.
Производство красок
Эта отрасль производства использует тонкозернистые железистые глины, из которых вырабатываются краски желтого, коричневого и красного цвета. Хорошо всем знакомые охра, мумия и умбра готовятся из таких глин. Основными требованиями красочного производства являются их однородность, тонкозернистость, чистота и интенсивность окраски. Кроме того, глина должна обладать хорошей кроющей способностью.
В числе многих других важнейших продуктов химическая промышленность вырабатывает для очистки воды сернокислый алюминий. Производство его заключается в кипячении с серной кислотой глины, прокаленной при температуре 650° и раздробленной до 2 мм. Для получения сернокислого алюминия наиболее пригодны «жирные» глины с минимальным содержанием песка. Цвет глины в данном случае не играет роли. Химическая промышленность использует также каолин для изготовления краски - ультрамарина.
Алюминиевая промышленность
Эта отрасль промышленности применяет для получения некоторых алюминиевых сплавов разновидность глин - каолин. В будущем в данной отрасли промышленности наряду с каолином, несомненно, найдут широкое применение и другие белые глины. В настоящее время уже разработаны эффективные методы получения из маложелезистых глин чистого глинозема, пригодного для изготовления металлического алюминия.
Искусство
Пластичные зеленые, серо-зеленые и серые глины широко применяются в скульптуре. Обычно все скульпторы первоначально - создают свои произведения из глины с последующей отливкой их из гипса или бронзы. Только в редких случаях глиняный оригинал подвергается обжигу. Обожженная, не покрытая глазурью глиняная скульптура называется «терракотой», глазурованная - «майоликой».
Прочие мелкие потребители
Имеется еще много отраслей промышленности, применяющих глины. К ним относятся, например, мыловаренная, парфюмерная, текстильная, абразивная, карандашная и ряд других.
Глины, кроме того, широко используются и в быту, особенно в сельском хозяйстве: для кладки печей, глинирования токов, побелки стен и пр. Большие перспективы имеет применение набухающих глин бентонитового типа при постройке плотин, водохранилищ и других подобных сооружений.
УЛУЧШЕНИЕ КАЧЕСТВА ГЛИН
Есть ряд месторождений глин, которые не разрабатываются, так как по своему качеству глины не отвечают требованиям потребляющих отраслей народного хозяйства. Например, каолины многих месторождений непригодны для большинства производств ввиду большого содержания кварцевого песка или красящих окислов (железа и титана). Есть много огнеупорных глин, применение которых в промышленности невозможно из-за примеси минералов, понижающих температуру их размягчения.
Белые глины в ряде случаев испорчены ржавыми пятнами и подтеками, понижающими общую белизну материала. От таких пятен и подтеков избавляются путем ручной отборки желтых кусков, идущих в отвал. Иногда для обесцвечивания каолина он промывается в слабом растворе серной кислоты. От песка глина освобождается легко, путем промывки ее водой в особых машинах и осаднительных устройствах. При такой промывке более крупные и тяжелые зерна песка легко и быстро выпадают на дно ближайших осадительных камер, а мельчайшие легкие частицы глинистого вещества медленно оседают в специальных отстойниках.
Существуют и другие способы обогащения глин, но они применяются гораздо реже. Для увеличения отбеливающей способности глин их обрабатывают (активируют) серной кислотой, а для придания красочным глинам желаемых оттенков их иногда подвергают специальному обжигу. На практике к обогащению глин прибегают сравнительно редко - только когда дело касается разновидностей, редко встречающихся в природе (например, каолинов, высокоогнеупорных и бентонитовых глин).
Такие массовые и не очень требовательные производства, как кирпичное, черепичное, гончарное, цементное и др., применяют глины в их природном виде.
ГДЕ И КАК ИСКАТЬ ГЛИНУ
Прежде чем начать поиски глины, надо знать, для каких целей она предназначается, потому что каждое производство предъявляет, как мы видели, к глине свои требования.
Если известен ее будущий потребитель, задача поисков сильно облегчается, поскольку на первом этапе можно руководствоваться чисто внешними признаками, характерными для глин данного назначения. Например, белый цвет типичен для каолинов, а также для фаянсовых, фарфоровых и огнеупорных глин.
Определив район поисков, надо прежде всего опросить местных жителей, которые могут сообщить весьма ценные сведения о залегании глин в данном районе. Затем используются внешние признаки, указывающие на наличие месторождений глин. Эти признаки следующие:
1) заболоченность района;
2) обилие ручьев и родников по берегам рек и оврагам;
3) низкий уровень подпочвенных вод в колодцах.
Все эти признаки связаны с водонепроницаемостью глины. Они указывают на залегание ее неподалеку от поверхности.
Обнаружить залежи глины легче всего по обнажению горных пород в обрывах и по берегам рек. Слои отложившихся пород могут лежать горизонтально, но могут располагаться и под некоторым углом к линии горизонта и даже стоять вертикально. О таких слоях геологи говорят, что они «поставлены на голову», Положение отдельных слоев в обнажении зависит от разных причин: рельефа дна водоема, в котором" накапливались осадки, происходивших после их накопления сбросов, проявляющихся у берегов оползней и т. д.
По внешнему виду отличить в обнажении глину от других горных пород обычно трудно. Границы отдельных слоев в большинстве случаев бывают затушеваны дождевыми потоками и осыпями. Для более надежного осмотра обнажений производят их расчистку. Тогда границы отдельных осадков, даже при незначительной мощности слоев, выявляются достаточно отчетливо.
Глина в расчищенных обнажениях распознается без затруднений. Достаточно отщипнуть небольшой кусок породы и слегка размять его между пальцами (при недостаточной влажности смочив его водой), как глина, - если это она, - легко обнаруживается по ряду характерных признаков. Она не рассыпается на отдельные зерна, как это бывает с песком. Она прилипает к коже и, легко поддаваясь даже слабому нажиму руки, принимает и сохраняет приданную ей форму. Пластичность и податливость глины резко отличают ее от других осадочных пород, например от известняка или доломита, прослои которых нередко встречаются в обнажениях.
Если" пласт глины обладает достаточной мощностью (примерно 1-3 м) и сверху его покрывает не очень толстый слой других пород (2-4 м), то месторождение, несомненно, может представлять практический интерес. В этом случае необходимо сделать схематическую зарисовку расчищенного обнажения (разреза) в масштабе. В схематическом разрезе показываются не только пласты глин, но и слои всех вышележащих пород и пласт нижележащей (подстилающей) породы. Зарисовка снабжается порядковым номером и условными обозначениями, которые присваиваются отдельным породам. Одновременно в записной книжке, которая должна быть у разведчика недр, отмечается порядковый номер зарисовки, дается краткая характеристика разреза, указываются время и место зарисовки.
Примерный текст записи в книжке следующий: «Разрез № 4; 25 мая 2008 г.; правый берег р. СОСНОВКИ, в 300 м ниже перевоза у с. Степановки и 0,5 км от ст. Ипполитовка. Высота берега от уровня реки 10 м, мощность пласта белой глины 0,5 м; мощность покрывающих пород 1,5 м.
ВЗЯТИЕ ПРОБ ГЛИН
Устанавливаемые на месте обнажения цвет глин, глубина их залегания и мощность пластов не всегда позволяют оценить их пригодность для промышленного использования. Оценка пригодности глин для тех или иных практических целей обычно может быть дана лишь в результате исследования их качества.
Достаточно надежное и всестороннее исследование качеств глин производится в лабораториях, с помощью специальных приборов. Для таких исследований нужны образцы, дающие верное представление о минеральном и химическом составе глин, а также о величине частиц ее по всей мощности пласта, от верхней до нижней его границы.
Если обнаружен только один пласт глины, причем по внешнему виду глина однородна, берется одна общая проба. При наличии нескольких пластов, а также при неоднородности глины в каждом пласте (по цвету, по степени запесоченности и т. п.) из каждого пласта и каждого отличного от других слоя берется особая проба. Каждая из проб нумеруется. Номера проб ставятся также и на зарисовке обнажений в месте их взятия.
Отбор проб в обнажениях производится так называемым «бороздовым методом», который заключается в выемке некоторого количества породы поперек пласта. Техника отбора очень проста. На предварительно зачищенном месте через весь пласт сверху донизу делают лопатой или топором два параллельных надреза глубиной около 20 см каждый, на расстоянии 10 см друг от друга. Из намеченного таким образом участка той же лопатой или ножом без промежутков вырезают куски глины в форме четырехгранной или трехгранной призмы.
При однородной глине все куски, взятые с данного зачищенного участка, перемешиваются, и проба сокращается до веса 2-3 кг. При неоднородных глинах и наличии нескольких пластов пробы, взятые из отдельных слоев, не смешиваются, а сокращаются и упаковываются отдельно по каждому слою или пласту. Упаковка производится в небольшие матерчатые мешки или в бумагу. Все пробы, как указывалось, нумеруются. В каждый мешочек или пакет с пробой обязательно вкладывается записка с указанием номера пробы, а также слоя и места, из которых она взята. Те же сведения заносятся и в записную книжку, но с более подробным описанием места взятия пробы.
При послойном опробовании на зарисовках обнажения отмечается номер взятых проб в каждом слое.
ИСПЫТАНИЕ ГЛИН НА МЕСТЕ
Для углубленных лабораторных испытаний глин отобранные пробы направляются либо в ближайшее геологическое управление, либо в другую исследовательскую организацию, занимающуюся изучением минерального сырья, и в частности глин. Здесь исследуются минеральный состав отобранных проб, их химический состав и все важнейшие физические и технические свойства глин.
Но отсылка проб для научно квалифицированных лабораторных испытаний не исключает возможности предварительной оценки некоторых свойств глин и самими открывателями месторождений, в том числе и добровольными разведчиками недр. Например, на месте можно приближенно определить степень запесоченности глин. Для этого некоторое, заранее взвешенное количество высушенной глины размачивается в стакане чистой воды с таким расчетом, чтобы воды было в четыре раза больше, чем глины. Затем проба в стакане тщательно перемешивается. После того как глина полностью распустится, пробе дают 10-15 минут отстояться. За это время песок, величина зерен которого намного больше величины глинистых частиц, осядет на дно стакана, а глинистые частицы останутся (в виде мути) во взвешенном состоянии. Слив жидкость, осевший песок просушивают и взвешивают. Разделив вес осадка на вес взятой сухой глины и умножив частное от такого деления на 100, получают процент запесоченности глины.
Без особого труда можно отличить на месте бентонитовые глины от каолинитовых. Для этого небольшой кусочек исследуемой пробы погружается в воду (на блюдце). Каолинитовая глина вскоре совершенно распустится, образуя маленький конус, а бентонитовая, не распускаясь, начнет быстро увеличиваться в объеме, долгое время сохраняя первоначальную форму взятого куска.
Легко самому определить также отбеливающие свойства глины. Для этого некоторое количество ее высушивают (при температуре 120-200°) и затем растирают в мельчайший порошок. Порошок этот высыпают в бутылку (обязательно белого стекла) и в нее же наливают загрязненный керосин, бензин, растительное масло и т. п., в количестве, примерно в три раза большем, чем взято глины. Смесь в бутылке в течение 10-15 минут взбалтывают и затем дают ей отстояться. После этого смотрят, насколько влитое масло или керосин посветлеет. Чем осветление больше, тем отбеливающие свойства глины выше.
Очень просто определяют на месте пластичность глины. Для этого небольшой кусочек глины замешивают с водой до образования хорошо формующегося теста. Затем раскатывают полученное тесто в валик толщиной с указательный палец и длиной 15-20 см и постепенно сгибают этот валик в кольцо. Глины, обладающие высокой пластичностью, сгибаются в кольцо легко и без образования трещин и разрывов. Из тощих малопластичных глин такое кольцо без трещин получить не удается. Кривизна дуги до образования трещин служит мерилом пластичности.
Цвет тоже до известной степени характеризует качество глины. Белые и светло-серые глины всегда содержат мало железа и обычно бывают огнеупорными или тугоплавкими. Если пластичность их невелика, юный разведчик недр с основанием может полагать, что он имеет дело с каолином. Красно-желтый или красно-бурый цвет глины указывает на то, что она не обладает огнеупорностью и пригодна только для грубой керамики. Черный цвет глины указывает на большую примесь в ней органических веществ. Однако это далеко еще не определяет ее технологических свойств. В ряде случаев такие глины могут оказаться вполне удовлетворительным керамическим сырьем, так как после обжига органические примеси выгорают и цвет черепка делается иногда почти белым.