Как работать с глиной
Глина, ее виды и свойства
Глина – одна из самых распространенных горных пород, довольно сложная и непостоянная по содержащимся в ней минералам и технологическим и физическим свойствам.
Чистые, без всяких примесей глины представляют собой породы, состоящие из очень маленьких частиц (0,01 мм) пластинчатой формы. Это сложные химические соединения, в состав которых входят кремний, алюминий и вода, причем глиняные частицы не только могут включать в себя воду, но и удерживать ее вокруг себя в виде тонких прослоек.
Глина образуется из полевого шпата в результате выветривания. Вместе с кремнеземом она может остаться на том месте, где появилась. Такая глина называется первичной, или каолиновой, так как она содержит каолинит – глинообразующий минерал, белый по цвету и огнеупорный.
Первичная глина встречается в природе редко. Чаще всего в местах образования ее размывает вода, которая и переносит эту горную породу в другое место, где она задерживается на время, достаточное для того, чтобы образовать вторичные пласты. Случается, что после вторичного отложения глина вновь вымывается водой после какого-нибудь геологического катаклизма и перемещается на новое место. В это время к ней могут примешиваться различные примеси.
Палевые шпаты бывают различного происхождения, соответственно, каолины также очень разнообразны по характеру глинистого вещества, по количеству и составу примесей.
В каолинах всегда есть кварц, слюда и неразложившийся шпат, во вторичных глинах примесей гораздо больше, в частности в них находят углекислые соли кальция и магния, песок, серный колчедан, окисные соединения железа, гипс, органические остатки.
Гончар – одна из древнейших профессий. Раньше многие этих ремесленников считали почти что колдунами, так как при работе мастера непосредственно соприкасаются с материалом, передают изделию свой характер, натуру.
Разнообразие в составе глин очень важно с технической точки зрения, так как оно влияет на основные свойства материала, делая его пригодным для различных технических целей. Самыми важными свойствами глины являются:
• способность соединяться с водой, образуя тонкие взвеси и вязкое тесто;
• способность набухать в воде;
• способность в сыром виде принимать и сохранять форму после высыхания, т. е. пластичность материала;
• клейкость;
• связывающая способность;
• способность не пропускать влагу после насыщения определенным количеством воды.
Итак, сухая глина может поглощать достаточно большое количество воды и затем удерживать ее между своими частицами. Когда она намокнет до определенной степени, то перестает пропускать воду и становится водонепроницаемой. В то же время она превращается в массу, которую можно размять, перемешать. Из нее можно вылепить что-либо, что сохранит свою форму после высыхания.
Глину можно смешивать с другими материалами, например с песком, при этом она сохранит свою пластичность в меньшей или большей степени (все зависит от содержания в ней пластичных веществ). Так, при смешивании с песком пластичность глины уменьшается. Эта способность называется связывающей. Надо отметить, что сами глины обладают разной степенью пластичности и связанности. Пластичные могут удержать больше воды, чем менее пластичные, но при этом им требуется намного больше времени для насыщения водой.
Все глины по степени пластичности можно разделить на несколько групп – от непластичных до высокопластичных.
Малопластичные и непластичные глины называют тощими, а глины с высокой пластичностью называют жирными, так как в замоченном состоянии они кажутся жирными на ощупь.
Другим важным свойством данного материала считается его отношение к обжигу и высокой температуре. По возможности принудительной сушки без образования трещин глины делят на следующие категории: высокочувствительные, чувствительные и малочувствительные. По спекаемости пор в обожженном и отформованном образце глины классифицируются на три группы – от не-спекающихся до сильноспекающихся.
Если в эту горную породу добавить воду, а затем удалить ее, не нагревая, то эти действия никак не повлияют на химические свойства материала. Если же намоченную и отформованную глину подвергнуть высокотемпературному нагреванию, то ее в химическом составе произойдут глубокие изменения. При средней температуре материал не потеряет своей пористости и способности впитывать влагу, но при этом он не сможет изменять свою форму при соприкосновении с водой, т. е. он отвердевает. Такое состояние называют черепком. Твердость черепка возрастает с повышением температуры. При очень высокой температуре глина плавится и принимает стеклообразный вид, при этом она теряет свою пористость, становясь такой твердой, что при ударе о металлический предмет искрит.
Температура, при которой порода становится твердой, для разных сортов различна и зависит от примесей, которые в ней содержатся. Как уже было сказано выше, глина состоит из глинозема и кремнезема. Последняя составляющая плавится при более низких температурах, чем глинозем, а смесь этих компонентов плавится даже легче, чем кремнезем. Таким образом, если глину смешать с кремнезом, то ее огнеупорность снизится, но только до определенного уровня, после этого предела данный показатель, напро тив, будет увеличиваться, а добавление глинозема всегда поднимает огнеупорность. Иногда для понижения огнеупорности в материал специально вводят различные примеси, например известь, закись и окись железа, магнезию, щелочи и иное, причем даже в самые незначительные количества могут изменять свойства глины.
Глина бывает разнообразной по окраске – белой, голубоватой, серой, зеленоватой, красной, всевозможных оттенков желтого, коричневой, темно-синей, черной.
На Украине белой глиной белили стены и печи. Если же люди хотели придать стенам цвет, они использовали красную, желтую, синюю глину. Таким образом, глина обладает красящей и кроющей способностью.
Естественный цвет горной породы может меняться при обжиге в зависимости от примесей. Если в глине содержатся соединения железа (в любом количестве), то после обжига она приобретет кирпично-красный цвет, который при высокой температуре становится более темным, а при очень высоких ее значениях приобретает зеленый или даже черный оттенок.
Если вместе с окисью железа в глине есть мел (угле-кальциевая соль), то при слабом обжиге она становится красной, при спекании – ярко-красной с оттенками от темно-желтого до беловатого.
Если в ней содержится не менее 3–3,5 % мела на каждый процент окиси железа, то глина окрашивается в желтый цвет, причем чем ниже температура, тем светлее оттенок. Кроме того, оттенок становится светлее, если содержание мела превышает указанное соотношение, а при высокой температуре он темнеет. При малом содержании мела чистого желтого цвета не получается – он будет промежуточным и некрасивым.
Итак, все глины можно отнести к одному из четырех видов:
• к огнеупорным (непластичную и белую пластичную);
• к плавким (сукновальную и гончарную); к известковым (кирпичную и мергель);
• к охристым (охру, болюс).
Для керамического производства сукновальная глина не подходит, так как она распадается в воде в тонкий порошок, пластичной массы не получается, зато она хорошо впитывает жиры, поэтому ее применяют при валянии сукна. Собственно, отсюда ее название. Кроме того, ее подмешивают к гончарной глине, если та излишне пластична.
Охру и мергель также не используют в керамике. Обыкновенная кирпичная глина – это смесь глины с кварцевым песком и охрой, иногда известью. Она бывает бурого или желтого цветов, практически непластична и неогнеупорна.
Для керамики более всего подходит гончарная, или горшечная, глина, которая очень пластична и в смеси с водой образует тягучую массу. Цвет ее бывает разным, обычно очень интенсивным, при обжиге она сохраняет свою окраску, почти всегда содержит железо и известь.
Обыкновенная гончарная глина встречается буквально всюду, кроме того, в одной и той же местности можно обнаружить несколько ее разновидностей. В сухом виде она представляет собой твердую, плотную и шероховатую массу, которая в смеси с водой становится липкой, пластичной, с характерным запахом.
В этом виде глины всегда содержится кварцевый песок, массовая доля которого может составлять от 5 до 15 %. Наилучший вариант для лепки – это та глина, в которой содержится 5 % кварцевого песка. Может быть полезно наличие небольшого количества окиси железа и углекислой извести, так как благодаря им изделия обжигают при более низких температурах. Однако следует избегать значительной примеси извести, особенно в виде маленьких кусочков.
Если в глине содержится более 15 % песка, то изделия из нее будут непрочными, их края быстро начнут осыпаться, поэтому к данному материалу надо добавить жирную глину.
При производстве цветочных горшков часто к тощей глине для прочности добавляют растительные материалы, например древесные опилки, торфяной порошок, мякину, мелкорубленую солому, порошок древесного угля, так как смешивать тощую глину с жирной экономически невыгодно.
При работе с глиной очень важно знать, насколько она пригодна для лепки. Самый лучший способ это узнать – сделать механический и химический анализы, что в домашних условиях невозможно, так как для этого нужна специальная лаборатория. Тем не менее определить степень пластичности и огнеупорности материала можно с помощью более простых и доступных методов.
Для этого можно сделать из глиняного теста, замешанного на воде, брусок и оставить его высыхать в естественных условиях. Затем высохший кусок глины надо положить в воду и посмотреть, как быстро он насытится водой и как сильно при этом деформируется. Тощие глины очень быстро рассыплются в порошок, тогда как жирной глине потребуется много времени для насыщения влагой, а деформации практически не наблюдается.
При работе с глиной надо помнить о том, что пластичные глины бывают жирными, а непластичные – тощими. Жирность материала определяют даже на ощупь.
Пластичные глины обычно обладают высокой степенью огнеупорности. Пробным обжигом небольшого куска глины можно определить степень огнеупорности. Легкоплавкая глина имеет стекловидный излом, более сильная по огнеупорности глина в изломе будет землистой. Огнеупорная глина после обжига растирается в порошок.
Установить уровень пористости можно с помощью обожженного черепка, который взвешивают и кипятят в воде до тех пор, пока из него не перестанут выделяться пузырьки воздуха. После этого его вынимают из воды, остужают, вытирают и взвешивают. Разница в весе покажет, сколько воды впитал в себя черепок. Чем больше ее количество, тем выше пористость глины.
Свойства глины изменяют в зависимости от того, какая именно требуется для изготовления того или иного изделия. Например, добавляя жирную глину, увеличивают пластичность массы, примесь с сильно выраженной пористостью соответственно увеличивает пористость материала.
Повысить пластичность глины другими примесями, кроме самой глины, невозможно, а вот понизить ее совсем несложно. Это бывает совершенно необходимо, если масса слишком жирная, прилипает к инструментам и форме и трудно отстает от них, кроме того, при высыхании изделие из такой глины становится намного меньше, что сильно затрудняет сушку, так как на поделке появляются трещины, она сильно деформируется. Для понижения жирности в глину можно добавить песок, камень, размолотый в порошок, обожженную и размолотую глину. При этом надо помнить, что эти материалы будут также влиять и на пористость материала.
Чаще всего к глине добавляют песок как самый доступный и дешевый материал. Предпочтение отдают песку с острым зерном, который добывают в карьере, круглозернистый речной или морской песок для примесей подходит хуже, а илистый песок для этого совсем не годится. Вместо песка используют кремний и молотый кварц, которые особенно хороши в том случае, если необходимо снизить усадку изделий при сушке. Органические вещества прибавляют к глине для увеличения пористости, так как во время обжига они выгорают и на их месте остаются пустоты.
Существует огромное количество разновидностей глин, но в промышленности применяют следующие виды:
• каолин – глина белого цвета, состоящая из минерала каолинит. Используется как сырье для изготовления бумажной и фарфорофаянсовой промышленности;
• огнеупорные глины белого или серо-белого цветов, иногда с желтоватым оттенком, состоят из каолинита и гидрослюды. Бывают разной степени пластичности. Их используют для изготовления огнеупорной и фарфорофаянсовой посуды;
• кислотоупорные глины являются разновидностью огнеупорных глин, в них содержится небольшое количество железа, кальция, магния и серы. Применяют для изготовления химических фарфорофаянсовых изделий;
• формовочные глины также являются разновидностью огнеупорных глин. Они обладают повышенной пластичностью и связующей способностью. Чаще всего используются как связующий материал при изготовлении форм для металлургического литья;
• цементные глины имеют разный минеральный состав и бывают различных цветов. Их применяют при изготовлении портланд цемента;
• кирпичные глины относятся к легкоплавким, в них содержится довольно много кварцевого песка, бывают разного цвета. Их используют для изготовления кирпича;
• бентонитовые глины содержат монтмориллонит, разны по цвету, сильно набухают в воде. Их применяют для очистки смазочных и растительных масел, нефтепродуктов, при бурении скважин.
Глины в природе распространены широко и залегают чаще на небольшой глубине, поэтому они считаются дешевым минеральным сырьем. Однако перевозить их экономически невыгодно, поэтому обычно их используют на месте (например, все черепичные и кирпичные заводы строят на месте выработки). Однако есть и редкие виды глин – бентонитовые и все белые глины.