Свойства глины

Вследствие взаимодействия, отчасти физического, а отчасти химического, атмосферы на разнообразные горные породы, эти последние разрушаются или, как говорят, выветриваются, образуя новые минеральные вещества. Все минералы, имеющие в своем составе полевой шпат, за счет его при выветривании дают глину, то всем известное тонкое и жирное на ощупь землистое вещество, которое повсеместно встречается, как на поверхности земли, так и на более или менее значительной глубине. Полевой шпат состоит из кремнезема, глинозема, окиси калия или окиси натрия. При выветривании полевой шпат разлагается так, что калий или натрий дают растворимые в воде углекислые соли. Окислы кремния выделяются в свободном состоянии, а остающийся кремнекислый алюминий или глинозем и представляет собой глину.

Глина относится к осадочным породам, состоящим из гидроалюмосиликатов – с общей химической формулой nAl₂O₃mSiO₂zH₂O. В глинах присутствуют примеси кварцевого песка, полевых шпатов, карбонатов, некоторых оксидов и органических остатков. Глиняные частицы имеют малый размер (0,01-10мкм) и в основном пластинчатую форму /4^*/. Они способны включать воду не только в свою химическую структуру (химически связанная вода), но и удерживать ее вокруг частиц в виде тонких прослоек (физически связанная вода).

Образовывающаяся путем выветривания из полевого шпата глина вместе с кремнеземом в виде не подлежащего дальнейшему выветриванию остатка может остаться на том самом месте, где образовалась, и в этом случае она носит название глины “первичной” или “каолина”, содержащий глинообразующий материал каолинит Al₂O₃2SiO₂2H₂O, который отличается белым цветом и высокой огнеупорностью.

Однако, глина первичная встречается довольно редко. Гораздо чаще в местах образования ее размывает и уносит с собою та же вода, которая способствовала выветривания горной породы. Затем глина, отмученная от остатков породы и вообще всякого рода крупных частиц, снова отлагается там, где вода с глиной задерживается на более долгое время. Так возникают пласты и залежи глины “вторичной”. При этом возможны и даже нередки случаи, что такая отмученная и осевшая было глина, во время какого-либо геологического переворота снова вымываются водою и уносятся на новое место, попутно еще раз отмучиваясь, а иногда загрязняясь примесями. Принимая во внимание, что полевые шпаты, дающие начало каолинам, бывают различного состава, что во время выветривания к глинистому веществу примешиваются другие продукты того же процесса выветривания. Каолины представляют собой продукты, крайне разнообразные, как по характеру глинистого вещества, так и по составу и количеству примесей. Слюда, кварц и неразложившийся полевой шпат – вот те примеси, которые всегда содержатся в каолинах.

В глинах вторичных количественное и качественное разнообразие примесей еще гораздо больше. Наиболее часто во вторичной глине в виде примесей можно найти: песок, углекислые соли магния и кальция, окисные соединения железа, серный колчедан, гипс и в особенности растительный перегной и разного рода другие органические остатки. С технической точки зрения указанное разнообразие в составе глин важно только постольку, поскольку оно отражается на основных свойствах глины, делающих ее пригодной для тех или иных технических целей.

Этих важных, с технической точки зрения, свойств у глины немного, и мы начнем с того, что постараемся в них разобраться. Сухая глина с жадностью поглощает воду и упорно удерживает ее между своими частицами. Мокрая до известной степени глина перестает через себя пропустить воду и делается водонепроницаемой и в то же время превращается в массу, которая, будучи хорошо перемята и перемешана, приобретает способность легко принимать разнообразнейшие формы и сохранять при высыхании. Глина обладает свойством пластичности. Рядом с пластичностью и в непосредственной связи с ней находится и другое свойство глины, а именно “связывающая” способность. Способность эта заключается в том, что глина с различными порошкообразными, не пластичными телами, вроде песка и других, дает однородное тесто, обладающее также пластичностью, хотя и в меньшей степени. Пластичность смеси уменьшается с увеличением содержания в ней непластичных веществ и наоборот.

В природе встречаются глины с самыми разнообразными степенями пластичности и связности, при чем наиболее пластичные глины всегда способны удержать и большее количество воды, но замачиваются труднее, чем не пластичные, и требуют для насыщения водою больше времени. По пластичности глины разделяют на 5 групп – от высокопластичных до непластичных. Глины с высокой пластичностью носят название глин “жирных”, так как дают при осязании в замоченном состоянии впечатление жирного вещества. Глины непластичные или мало пластичные носят название “тощих”. Жирная глина даже в состоянии блестящая с виду и скользка на ощупь. Глина тощая на ощупь шероховата, в сухом состоянии имеет поверхность матовую и при трении пальцем легко отделяет мелкие землистые пылинки.

Кроме пластичности, важным свойством глины является отношение к высокой температуре или обжиганию. По чувствительности к сушке – возможности принудительной сушки изделия без образования трещин, глины делят на 3 категории – от высокочувствительных до малочувствительных. По спекаемости – объему открытых, то есть сообщающихся с поверхностью, пор в отформованном и обоженном образце – глины разделяют на 3 категории от сильноспекающихся до неспекающихся.

Замоченная глина мало-помалу на воздух теряет воду, становится сухой и твердой, но в то же время хрупкой и легко истираемой в порошок. Прибавление воды и затем удаление ее при обыкновенной температуре меняет физические свойства глины, но совершенно не затрагивает ее химического состава. Если мы подвергнем замоченную и отформованную в комок или другую какую форму, глину весьма высокому нагреванию, то глина не только потеряет всю воду, но и в ней произойдут глубокие химические изменения.

Обоженная глина, если обжиг был не при слишком высокой температуре, не теряет своей пористости и способности впитывать влагу, но окаменевает и совершенно теряет способность размываться водою и давать с нею пластическую массу. Чем выше температура обжига, тем твердость полученного черепка выше. Для каждой глины можно достигнуть такой температуры обжига, при которой она, плавясь и принимая стекловидный вид, совершенно теряет свою пористость; твердость такой оплавленной глины делается настолько высокой, что она начинает давать искры при ударе о нее сталью.

Температура, при которой глина переходит в стекловидное видоизменение, или, как обыкновенно говорят, огнеупорность глины составляет одно из очень важных ее свойств и различна для различных сортов глины, что зависит от примесей. Из двух основных составных частей глины – глинозема и кремнезема – глинозем плавится при большей температуре. Но их смесь плавится легче, чем наиболее легкоплавкий кремнезем – кварц, кремень, чистый песок состоят почти исключительно из кремнезема. Добавки кремнезема к глине понижают ее огнеупорность до весьма высокого предела, после которого повышается огнеупорность.

Примесь глинозема сильно подымает огнеупорность. Понижают огнеупорность, кроме кремнезема, примеси добавляемые в технических целях – известь, закись и окись железа, магнезия, щелочи. Присутствие незначительного количества этих веществ (около 1 %) снижают существенно огнеупорность. Наиболее сильно в этом отношении действуют магнезия, затем окись железа, потом известь.

Естественная окраска глин бывает чрезвычайно разнообразна; имеется глина цвета чисто белого, серого, голубоватого, сероватого, зеленоватого, всевозможных оттенков желтая, красная, темно-синяя, коричневая и совершенно черная. При обжигании цвет этот в зависимости от содержащихся в глине различных примесей различным образом изменяется.

Все сорта глины, содержащие в большем или меньшем количестве соединения железа, при обжигании в окислительном пламени приобретает кирпично-красный цвет, тем более темный, чем при высшей температуре производится обжиг.

При очень высокой температуре цвет этот приобретает зеленый оттенок, и, наконец, глина может стать даже черной. Если же железистая глина содержит вместе с тем и углекальцевую соль (мел), то она при слабом обжигании делается красной, а при начинающемся спекании становится мясокрасной с оттенками от беловатого до темно-желтого; при полном стекловании. Оттенки могут быть от зеленоватого до черного.

Желтое окрашивание наблюдается еще ясно при содержании в глине на каждый 1% окиси железа не менее 3 – 3,5% мела; температура при которой оно выступает, тем ниже, и оттенок его тем светлее, чем больше содержание углекальциевой соли превышает указанное минимальное отношение, и, наоборот, температура его появления тем выше, и цвет тем темнее (переходящий в желто-красный или желто-коричневый), чем отношение к данному минимуму ближе. При меньшем содержании мела хотя и видоизменяет красный цвет глины, но не дает чистого желтого цвета обжигаемому предмету, а получаются цвета промежуточные, негармоничные.

Кроме приведенного нами деления глин на первичные и вторичные, причем первичные, кроме всего прочего, отличаются от вторичных слабо выраженной пластичностью и значительно более высокой огнеупорностью, глины делят на четыре класса:

• огнеупорные глины (белая пластическая и непластическая);

• плавкие глины (обыкновенная гончарная и сукновальная);

• известковые глины (мергель и обыкновенная кирпичная глина);

• охристые глины (болюс, охра).

Сукновальная глина для керамического производства не имеет никакого значения, ибо в воде распадается в тонкий нежный порошок и образует совершенно не пластичную кашицу. Вследствие этой своей способности в воде распадаться в порошок и в таком виде впитывать в себя жиры, глина эта применяется при валянии сукон, откуда и ее название. Иногда ее подмешивают к глине гончарной, если эта последняя обладает слишком большой пластичностью, имеющей свои неудобства.

Оставляя совершенно в стороне мергели и охры, хотя мергель и подмешивается иногда в глину, когда требуется повысить в ней содержание извести, глину рассматривают обыкновенную и кирпичную. Глина эта представляет собой смесь глины с кварцевым песком и большим или меньшим количеством охры, а иногда и извести: она окрашена в бурый или желтый цвет, обладает сравнительно малой пластичностью и не особенно огнеупорна.