suroviny pro výrobu keramiky - FMMI

Transkript

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:
Autor:
Vydání:
Počet stran:
Suroviny pro výrobu keramiky
Miroslava Klárová
první, 2013
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
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
3
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]
4
Obsah
1. ZÁKLADNÍ POJMY A TERMINOLOGIE .............................................. 7
1.1.
1.2.
1.3.
1.4.
1.5.
Základní pojmy........................................................................................................................ 7
Všeobecná geologie................................................................................................................. 8
Historická geologie.................................................................................................................. 9
Dynamická geologie ................................................................................................................ 9
Všeobecná mineralogie – krystalografie ............................................................................... 10
2. VŠEOBECNÁ A SYSTEMATICKÁ MINERALOGIE ......................... 12
2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
2.5.
Fyzikální vlastnosti................................................................................................................ 12
Chemické vlastnosti .............................................................................................................. 15
Voda v nerostech ................................................................................................................... 16
Dělení a charakteristika tříd mineralogického systému ......................................................... 17
VIII. Křemičitany (silikáty) ................................................................................................... 19
3. PETROLOGIE ............................................................................................ 22
3.1.
3.2.
3.3.
Vyvřelé horniny..................................................................................................................... 22
Usazené horniny .................................................................................................................... 24
Přeměněné horniny ................................................................................................................ 25
4. KERAMICKÉ SUROVINY ....................................................................... 27
4.1.
4.2.
4.3.
4.4.
4.5.
Plastické suroviny.................................................................................................................. 27
Neplastické suroviny ............................................................................................................. 33
Syntetické suroviny ............................................................................................................... 35
Pomocné suroviny ................................................................................................................. 36
Druhotné suroviny ................................................................................................................. 37
5. TĚŽBA, DOPRAVA A ÚPRAVA KERAMICKÝCH SUROVIN ......... 39
5.1.
5.2.
5.3.
Těžba, doprava a skladování surovin .................................................................................... 39
Úprava plastických surovin ................................................................................................... 40
Úprava neplastických surovin ............................................................................................... 41
6. TVAROVÁNÍ KERAMICKÝCH VÝROBKŮ, PŘÍPRAVA
PRACOVNÍCH SMĚSÍ, ZÁKLADNÍ ZKOUŠKY ................................. 43
6.1.
6.2.
6.3.
6.4.
Tvarování keramických výrobků ........................................................................................... 43
Příprava pracovních směsí..................................................................................................... 44
Odběr a úprava vzorků .......................................................................................................... 45
Základní zkoušky .................................................................................................................. 45
7. SUROVINY PRO VÝROBU GLAZUR, SMALTŮ A KERAMICKÝCH
POVLAKŮ ................................................................................................... 47
7.1.
7.2.
7.3.
7.4.
7.5.
Glazura .................................................................................................................................. 47
Rozdělení glazur .................................................................................................................... 47
Suroviny pro výrobu glazur ................................................................................................... 48
Suroviny pro výrobu smaltů .................................................................................................. 50
Suroviny pro výrobu keramických povlaků .......................................................................... 50
5
8. SUROVINY PRO VÝROBU SKLA A SKLOKERAMIKY................... 52
8.1.
8.2.
8.3.
8.4.
Sklo........................................................................................................................................ 52
Suroviny pro výrobu skla ...................................................................................................... 52
Sklokeramika ......................................................................................................................... 54
Základní typy sklokeramických systémů .............................................................................. 54
9. SUROVINY PRO VÝROBU ANORGANICKÝCH POJIV .................. 56
9.1.
9.2.
9.3.
9.4.
9.5.
9.6.
9.7.
Rozdělení anorganických pojiv ............................................................................................. 56
Sádrová pojiva ....................................................................................................................... 56
Hořečnatá maltovina.............................................................................................................. 57
Cement .................................................................................................................................. 57
Vápno .................................................................................................................................... 57
Fosfátová pojiva .................................................................................................................... 58
Vodní sklo ............................................................................................................................. 58
6
Základní pojmy a terminologie
1.
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
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).
7
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)
8
SEDIMENTY
MOŘE
GRANITOVÁ VRSTVA
BAZALTOVÁ VRSTVA
MD
PLÁŠŤ
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.

1.4.
Čtvrtohory.
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
9
(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)
10


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
Jaký je rozdíl mezi všeobecnou a systematickou mineralogií?
Jakým nerostům říkáme horninotvorné a které to jsou?
Jak se ve svých vlastnostech liší minerály izotropní a anizotropní?
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?
1.
2.
3.
4.
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
11
Všeobecná a systematická mineralogie
2.
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
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)
12

některé nerosty neexistují v čistém stavu.
STUPEŇ
MINERÁL
POZNÁMKA
můžeme rýpat nehtem
1
Mastek
2
Halit (sůl kamenná, sádrovec)
3
Kalcit (vápenec)
4
Fluorit (kazivec)
5
Apatit
6
Živec
7
Křemen
8
Topaz
9
Korund
10
Diamant
můžeme rýpat nožem
rýpe do skla
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
m
vody 20 °C teplé. Vypočte se podle následujícího vztahu  
a udává se v jednotkách
V
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
13


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.
14
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



2.2.
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).
Chemické vlastnosti
Mezi základní chemické vlastnosti nerostů patří těchto 5 následujících:





chemické složení
polymorfie
izomorfie
reakce s kyselinami
rozpustnost ve vodě
15

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
16
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.
VI.
Uhličitany
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.
17

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.
18

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.
19
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.
20

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
21
Petrologie
3.
Petrologie
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
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



3.1.
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
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:
22
Petrologie


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.
23
Petrologie
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.
24
Petrologie
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:



3.3.
mechanické – písek
chemické – sádrovec
biologické (organogenní) – křemelina, křída.
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.
25
Petrologie
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.
26
Keramické suroviny
Keramické suroviny
4.
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 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:



4.1.
syntetické – oxidy, neoxidové materiály
pomocné – sádra, šelak, mýdla, epoxidové pryskyřice, voda, atd.
druhotné – vysokopecní struska, elektrárenský popílek, keramický výmět.
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.
27
Keramické suroviny

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.
28
Keramické suroviny

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
Illity
-
SIALITY (Si-Al)
Kaolinit
Al2O3.2SiO2.2H2O
vodnaté křemičitany
hlinité
Halloysit
Al2O3.2SiO2.4H2O
Montmorillonit
Al2O3.4SiO2.nH2O
Böhmit, Diaspor,
Hydrargylit
Al2O3.3H2O
Mastek
3MgO.4SiO2.H2O
ALITY (Al)
hydráty hlinité
výskyt
Illitické jíly
slídy
surový kaolin
jíly
jílovce (lupky)
halloysit
halloysitický jíl
bentonit
montmorilonitický jíl
bauxit
laterity
SIMGITY (Si-Mg)
vodnaté křemičitany
hořečnaté
-
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.
29
Keramické suroviny

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:
K 2 O  Al 2 O3  6SiO2  CO2  2H 2 O  Al 2 O3  2SiO2  2H 2 O  K 2 CO3  4SiO2
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.
30
Keramické suroviny
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.
Al 2 O3  2SiO2  2H 2 O  Al 2 O3  2SiO2  2H 2 O  2 Al 2 O3  3SiO2  SiO2  3 Al 2 O3  2SiO2  SiO2
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
31
Keramické suroviny





Vlastnosti plastických surovin







hrnčířské a kamnářské jíly
žárovzdorné / žáruvzdorné jíly
jílovce
bentonitické jíly
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).
32
Keramické suroviny
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.
33
Keramické suroviny
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
34
Keramické suroviny
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.
35
Keramické suroviny

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.
36
Keramické suroviny

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 Ca2+,
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.
37
Keramické suroviny
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.
38
Těžba, doprava a úprava keramických surovin
5.
Čas ke studiu: 2 hodin
Cíl



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
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)
39

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.
40
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
41
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.
42
Tvarování keramických výrobků, příprava pracovních směsí, základní zkoušky
Tvarování keramických výrobků, příprava pracovních směsí, základní
zkoušky
6.
Čas ke studiu: 1 hodina
Cíl

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
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:
43

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.
44
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
45

Zkoušky fyzikální




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


stanovení zrnitosti – sítový rozbor, sedimentační rozbor
stanovení plastičnosti
stanovení pórovitosti
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.
46
Suroviny pro výrobu glazur, smaltů a keramických povlaků
7.
Cíl



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
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
47
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. Al 2O3
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.
48
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
49
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.
50
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.
51
Suroviny pro výrobu skla a sklokeramiky
8.
Cíl


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
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
52
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
53
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?
54




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.
55
Suroviny pro výrobu anorganických pojiv
9.
Cíl

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
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.
56
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
dřevovláknitých desek apod.
9.4.
se
používá
zejména
k výrobě
xylolitových
podlah,
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 struskoportlandské 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.
57
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?
58


ŠAUMAN, Z. Maltoviny I. Brno: VUT, 1993.

ŠKVÁRA, F. Technologie anorganických pojiv I, II. Praha: VŠCHT, 1995.
59
10.
1

suroviny pro výrobu keramiky - FMMI

Transkript

Podobné dokumenty

Porovnávací studie

bakalářské studium

2. přednáška

Geologie pro stavební inženýry

Vyhodnocení vlivů změny č. 5 územního plánu města Kroměříže na

Stáhnout ve formátu PDF

manažer roku 2012 - www vyrobnidruzstevnictvi projekt

Studijní text - E-learningové prvky pro podporu výuky odborných a

journal 4/2006

PDF ke stažení

Kronika roku 2005

Metodika ke stažení - Centrum dopravního výzkumu, vvi

zařízení keramických závodů - FMMI

Ceník laboratorních prací LB MINERALS, s.r.o.

sedimentaryrocks

Žalkovice průvodní zpráva

MECHANICKÉ VLASTNOSTI a REOLOGIE Elasticita

ZÚR StčK, textová část odůvodnění, příloha č.2 opatření