KERAMIKA Jako keramika (resp. keramické materiály) se označují soudrţné, ve vodě prakticky nerozpustné, polykrystalické látky, někdy s určitým podílem skelné fáze, které byly získány z anorganických nekovových surovin, nejčastěji na bázi silikátů, zpracováním do poţadovaného tvaru a vypálením výrobku v ţáru. Během výpalu dojde slinováním ke zpevnění a vytvoření nové mikrostruktury a tím k získání poţadovaných fyzikálních a mechanických vlastností. Jako slinování (= spékání ve smyslu práškové metalurgie) se v oblasti technologie silikátů označuje proces, kterým se zpevňují disperzní systémy za zvýšené teploty. Obvykle je doprovázeno objemovou kontrakcí a zhutňováním, tj. sníţením pórovitosti. Vzniká tak hutná polykrystalická hmota, v níţ jsou původní částice pevně spojeny. Slinování můţe probíhat v pevném stavu nebo účinkem taveniny. Kromě nově vytvořených krystalických fází a případné fáze skelné obsahuje keramický střep obvykle také větší či menší mnoţství pórů. Fázové (mineralogické) sloţení ţárem vzniklého produktu se můţe vlivem vysokoteplotních reakcí zcela lišit od výchozí keramické výrobní směsi. Krystalickými fázemi keramiky jsou často vysokoteplotní minerály známé v přírodě, které se vyznačují pevností, chemickou odolností a stálostí za zvýšených teplot. V případě moderních typů technické keramiky jde často také o krystalické produkty umělé, se specifickými vlastnostmi elektrickými, magnetickými apod. Podíl krystalických sloţek v keramickém střepu by měl činit nejméně 30% (Hlaváč, 1988, Gregerová, 1996, Hanykýř, Kutzendörfer, 2000). Keramika na bázi přírodních surovin představuje, vedle kamene a dřeva, jeden z nejdéle používaných materiálů v lidské historii a vůbec první, záměrně vyrobený, materiál umělý, vyznačující se navíc vynikající stabilitou fyzikálních a mechanických vlastností. V některých obdobích historie jsou proto keramické výrobky často jediným hmotným dokladem o lidské činnosti a existenci. V současné době má keramika zásadní význam především ve výrobě stavebních hmot (cihlářské výrobky, dlaţba, obklady). Odhaduje se, ţe pouze cihlářské výrobky (zdící prvky, stropní prvky, krytina) představují zhruba 7% objemu stavebnin vyráběných ve vyspělých zemích a po betonu a ţivičných výrobcích tak zaujímají třetí místo v celkové produkci stavebních hmot (Pytlík, 1995). Keramika se uplatňuje rovněţ ve výrobě užitkového a okrasného zboží (nádobí, zdravotnická keramika, umělecké a dekorativní předměty), jako žáruvzdorné a tepelně izolační žáruvzdorné hmoty nebo materiály pro elektrotechniku.
Historie výroby keramiky Keramické výrobky provázejí člověka od doby počátečního rozvoje jeho tvůrčích schopností. První formy keramických předmětů, zhotovené z přírodní zeminy, měly zpočátku tvar košíku nebo měchu a byly nejprve pouze vysušené a teprve později vypalované. Nejstarší keramické nádoby byly nalezeny v jižní Číně a doba jejich vzniku byla datována na 10 370 870 let př. n.l. (Hanykýř, Kutzendörfer, 2000). Tyto nádoby jsou ručně tvarované, s červenou aţ hnědou barvou střepu a s předpokládanou teplotou výpalu v rozmezí 700–960oC. Vedle hrnčířství je dalším nejstarším oborem keramické výroby cihlářství. První známé pálené cihly pocházejí z prvních staletí 4.tisíciletí, případně jiţ z posledního století 5.tisíciletí př.n.l. (keramické stavební tvárnice z Uruku nebo Eridu). Objev cihlářské technologie tak patří národu Sumerů v jižní Mezopotámii (Gregerová, 1996). Hlavní mezníky vývoje keramické technologie a materiálů ve světě udávají Tab. 1. a Tab. 2. Tab. 1. Stručný přehled historického vývoje keramické technologie a materiálů ve světě v údobí před naším letopočtem (podle Gregerové, 1996 a Hanykýře, Kutzendörfera, 2000) Údobí
Úseky vývoje a významné mezníky
10000 – 3000 př.n.l.
zhotovování keramiky s hrubozrnným, pórovitým, křehkým střepem (z jílů s příměsí písku), na povrchu nádob je vytlačovaný provazový nebo rytý vzor
5000 – 2000 př.n.l.
dokončování nádob a povrchové úpravy se provádějí na tzv. pomalém kruhu (kruh byl otáčen rukou)
4000 př.n.l.
počátek obchodu s keramickými předměty
4000 př.n.l.
první známé pálené cihly pouţívané Sumery v jiţní Mezopotámii
3000 př.n.l.
objev a pouţívání tzv. rychlého hrnčířského kruhu ve východní a jihovýchodní Evropě
2000 – 1000 př.n.l.
rozvoj pouţívání stavební keramiky, glazovaných cihel a fasádních obkladových tvarovek na Středním východě (Mezopotámie)
1600 – 1500 př.n.l.
vyspělá hrnčířská výroba v Egyptě
600 př.n.l.
výstavba zikkuratu (babylónské věţe) v Etemenaki a Ištařiny brány v Babylóně – staveb, obloţených barevně glazovanými cihlami
221 – 210 př.n.l.
zhotovení tzv. terakotové armády – souboru zhruba 7000 záhrobních hliněných figur v ţivotní velkosti za vlády prvního císaře sjednocené Číny Čchin Š´ Chuang-ti (Obr.1.); pouţití olovnaté glazury s teplotou výpalu 700oC nanášené na suchý střep
214 – 194 př.n.l.
výstavba velké čínské zdi – nejmohutnější známé světové cihlové stavby (celková délka zdi, včetně odboček je 6000 – 6700 km!)
206 př.n.l. – 220 n.l.
vznik tvrdé keramiky s hutným střepem se seladonovou glazurou, která je primitivním předchůdcem porcelánu (dynastie východní Chan)
Obr.1. Část terakotové armády císaře Chin Š´ Chuang-ti (přístupno z http://kultura.ihned.cz/) Tab. 2. Stručný přehled historického vývoje keramické technologie a materiálů ve světě od počátku našeho letopočtu (podle Hanykýře, Kutzendörfera, 2000) Údobí
Úseky vývoje a významné mezníky
počátek letopočtu
Řecko – vznik pojmu keramika z původního názvu pohárů z dobytčích rohů a později pohárů z pálené hlíny (keramos) a podle městské čtvrti v Aténách, kde sídlili hrnčíři (Kerameikos)
100 – 400 n.l.
Římská říše převzala tradice řecké a etruské keramiky, vznikla červeně glazovaná, slinutá a plasticky zdobená keramika – Terra sigillata
od 375 n.l.
stěhování národů vyvolané nájezdem Hunů do Evropy zastavilo rozvoj keramiky
618 – 907 n.l.
počáteční stádium ve vývoji bílého porcelánu v severní Číně během dynastie Tchang
11. století
vznik kameniny se solnou glazurou v Porýní
13. století
výroba stavební a uţitkové keramiky Maury ve Španělsku
1279 – 1368
v jiţní Číně, v době dynastie Jüan, vzniká předchůdce evropského bílého porcelánu – keramiky s namodralým tónem střepu a s průsvitnou glazurou na povrchu
14. století
transport majoliky do Evropy ze Středního východu přes ostrov Mallorca; vznik fajánse v Itálii ve městech Neapol, Urbino a Faenza
15. století
ve Florencii se začala pouţívat na fajáns cíničitá a později olovnatocíničitá glazura
16. století
v Norimberku se začaly vyrábět fajánsové kachle, červeně nebo zeleně glazované
1368 – 1644
v Ting-Te-Čenu byly za vlády dynastie Ming zaloţeny a provozovány císařské dílny na výrobu modrobílého porcelánu; začala se pouţívat kobaltová podglazurová dekorace
Tab. 2. - pokračování 1598
Japonci se jako první zmocnili čínského tajemství výroby porcelánu
17. století
ve Francii a v Nizozemí byla zahájena řemeslná výroba delfské fajánse opatřené bílou olovnatocíničitou glazurou; ve Francii vznikl při výrobě fajánse i fritový porcelán (Rouen - 1673); v Anglii podal John Dwight patent na asijský porcelán (1671) – jednalo se o transparentní hrnčířské výrobky s málo pevným střepem
18. století
J.F.Bötger a E.W. von Tschirnhaus objevili technologii výroby tvrdého porcelánu (1709), jehoţ výroba byla zahájena v Míšni (1710); počátek výroby tzv. sheltonské bělniny v Anglii (1740); výroba bělniny J.Wedgwoodem (1730 – 1795) v Anglii
Na území střední Evropy, resp. dnešní České republiky probíhal vývoj keramické výroby poněkud odlišně a často byl ovlivňován vlivy z okolních zemí (Tab. 3.). Tab. 3. Stručný přehled historického vývoje keramické technologie a materiálů na našem území (podle Gregerové, 1996 a Hanykýře, Kutzendörfera, 2000) Údobí
5500 – 4300 př.n.l
Úseky vývoje a významné mezníky v období mladší doby kamenné (pozdního neolitu) vzniká na našem území kultura s lineární (volutovou) keramikou, jejímiţ nositeli byli vůbec první zemědělci na území Čech, na Moravě postupně vzniká lengyelská kultura, která vznikla smíšením vlivů jihovýchodní Evropy s kulturou s moravskou malovanou keramikou a kultury s vypíchanou keramikou
4000 – 2300 př.n.l
zejména v severních Čechách se během pozdní doby kamenné (eneolitu) rozvíjí kultura nálevkovitých pohárů, typická keramickými poháry s nálevkovitým hrdlem a bohatým zdobením
1900 – 1500 př.n.l
v závěru eneolitu aţ starší doby bronzové vzniká konsolidací místních kultur a vlivů z jihovýchodní Evropy únětická kultura, typická kvalitně vypálenou, málo zdobenou, tmavě šedě aţ černě potaţenou keramikou
300 n.l.
Keltové znali tzv. rychlý hrnčířský kruh
od 375 n.l.
v důsledku stěhování národů dochází k dlouhodobému přerušení vývoje keramických i dalších výrobních technologií
5. století
příchod Slovanů na naše území – jejich nádoby byly maximálně 30 cm vysoké s širokým hrdlem, baňatým tělem a okrajem ve tvaru písmene „S“
8. století
počátky výroby slovanské grafitové keramiky na jiţní Moravě
9. století
pouţívání tzv. pomalého hrnčířského kruhu; spolu s šířením křesťanství proniká na naše území znalost cihlářské technologie
14. století
pouţívání tzv. rychlého hrnčířského kruhu; prudký rozmach cihlářské výroby
Tab. 3. - pokračování 16. století
výroba polokameniny v Dolním Slezsku (dnešním Polsku), jednalo se o tzv. boleslavské zboţí (nazváno podle města Boleslawiec)
16. - 17. století
na jihovýchodní Moravě a západním Slovensku vzniká a rozvíjí se tzv. habánská keramika (fajáns), pojmenovaná podle skupiny novokřtěnců (anabaptistů), usazované od první poloviny 16. století v oblasti Mikulova a Dambořic a v roce 1622 vypovězené do Uher
18. století
v roce 1740 se začal na Karlovarsku těţit surový kaolín; roku 1783 vzniká v Hranicích na Moravě první továrna na bělninu (v roce 1791 pak i v Praze); vznik první porcelánky v Horním Slavkově (1792); na Karlovarsku se začíná primitivně plavit kaolín (1793); vznik druhé porcelánky na našem území (Klášterec n. Ohří – 1793)
19. století
vznik porcelánky v Dubí u Teplic (1865); zahájení těţby kaolínu v Chlumčanech (1873); zaloţení keramické továrny v Rakovníku (1880) a Horní Bříze (1882); zahájení výroby pórovinových obkládaček v Rakovníku (1883); zahájení provozu v keramickém závodě v Podbořanech (1894); zahájení výroby elektrotechnického porcelánu v Merklíně u Karlových Varů (1897); zahájení těţby na loţisku Borovany – Ledenice (1898)
20. století
vznik Dobřanských kaolinových a šamotových závodů (1912); zahájení výroby šamotových výrobků v Chlumčanech a výroby tepelně izolačních materiálů v Calofrigu Borovany (obojí 1913); zahájení provozu továrny na výrobu obkládaček a dlaţdic v Chlumčanech (1914)
Rozdělení keramiky Keramické materiály je moţno rozdělit podle několika základních hledisek (Hlaváč, 1988, Gregerová, 1996, Hanykýř, Kutzendörfer, 2000, Svoboda a kol., 2004): 1.
obsahu pórů:
pórovitá keramika - s hmotnostní nasákavostí střepu nm nad 10%
polohutná keramika - s hmotnostní nasákavostí střepu nm = 6 – 10%
hutná keramika - s hmotnostní nasákavostí střepu nm = 3 – 6%
poloslinutá keramika - s hmotnostní nasákavostí střepu nm = 1,5 – 3%
slinutá keramika - s hmotnostní nasákavostí střepu nm pod 1,5%
2. struktury:
jemná keramika – vyznačuje se tenkým a jemnozrnným střepem (porcelán a bílá kamenina, obkládačky, laboratorní, zdravotnická a technická keramika),
hrubá keramika – keramika se silnostěnným a hrubozrnným střepem (cihlářské zboţí, kamenina, ţáruvzdorné výrobky)
3. použití výrobku:
stavební keramika (cihlářské výrobky, pórovinové obkládačky, kamenina)
zdravotnická keramika
technická keramika (elektrotechnická a konstrukční)
žárovzdorné materiály (šamot, dinas, hořečnatá a hořečnatovápenatá keramika, keramika oxidová, siliciumkarbidová, uhlíková apod.)
4. chemického a fázového složení:
fázový systém SiO2 – dinas
fázový systém Al2O3 – korundová keramika
fázový systém ZrO2 – zirkoničitá (baddeleyitová) keramika
ostatní ţárovzdorná oxidová keramika – fázové systémy typu BeO, MgO, ThO2
fázový systém Al2O3 - SiO2 – cihlářské výrobky, hrubá kamenina, šamot
fázový systém Al2O3 - SiO2 - K2O (Na2O) – porcelán, pórovina, jemná kamenina, zdravotnická keramika
fázový systém MgO – Cr2O3 – chrommagnezitové ţárovzdorné hmoty
fázový systém MgO - SiO2 – steatitová, stealitová a forsteritová ţárovzdorná keramika
fázový systém MgO - Al2O3 - SiO2 – cordieritová keramika (s nízkou teplotní roztaţností)
fázový systém BaO - Al2O3 - SiO2 - celsianová keramika (s nízkou teplotní roztaţností)
fázový systém Li2O - Al2O3 - SiO2 - lithná keramika (s nízkou teplotní roztaţností)
fázový systém TiO2 – rutilová keramika
fázový systém Al2O3 - TiO2 - thialitová keramika (s velmi nízkou teplotní roztaţností)
fázový systém BaO - TiO2
- speciální elektrokeramika (skupina tzv.
feroelektrických dielektrik)
fázový systém ZrO2 - SiO2 – zirkonsilikátová keramika
fázový systém ZrO2 – Al2O3 – korundo-baddeleyitová (tavená, odlévaná) keramika
fázový systém MeO – Fe2O3 - feritová (magnetická) keramika (kde Me je buď Mn, Ni, Zn, Co, Cu, Mg u tzv. magneticky měkkých feritů nebo Me = Ba, Sr, Pb u tzv. magneticky tvrdých feritů
neoxidová keramika – keramika na bázi SiC (karbidu křemíku), Si3N4 (nitridu křemíku), B4C (karbidu boru), BN (nitridu boru) – keramika s velmi vysokými teplotami tání a zpravidla velmi vysokou tvrdostí
grafitová keramika – keramika na bázi C (uhlík)
Keramika na bázi jílových surovin Z hlediska praktického uplatnění v běţném lidském ţivotě a s ohledem na mnoţství produkovaných výrobků má, z celé široké škály keramických materiálů, největší význam keramika na bázi jílových surovin. Tato skupina keramiky zahrnuje materiály, pro jejichţ tvarování a tepelné zpracování je rozhodující přítomnost převaţujícího mnoţství jílové suroviny. Hlavními představiteli jsou cihlářské výrobky, kamenina, pórovina, porcelán a šamot, který však, z hlediska praktického uţití náleţí k ţárovzdorné keramice. Cihlářské výrobky Cihlářské výrobky představují pórovité keramické výrobky charakteristicky zbarvené do červena, červenohněda nebo okrova následkem přítomnosti oxidů ţeleza v surovinách. Hlavní surovinou pro výrobu jsou cihlářské jíly a hlíny, jako přísady slouţí písek a další ostřiva (např. popílek), ke zvýšení pórovitosti a tepelně izolačních vlastností se přidávají spalitelné látky (dřevěné piliny, práškové uhlí). Cihlářské výrobky se tvarují lisováním ve šnekových lisech a tažením nebo ražením, následně se suší a vypalují se při teplotě 850 – 1050 °C v tunelových pecích. Slouţí jako základní stavební materiál pro zdění, konstrukce stropů, jako krytina střech apod. Kamenina Kamenina je typ keramiky z přírodních (eventuálně zčásti vypálených) surovin s barevným, nejčastěji šedým aţ hnědým, střepem a s hmotnostní nasákavostí do 7%. Hlavní surovinou pro výrobu kameniny jsou tzv. kameninové jíly, které se vyznačují tím, ţe slinují jiţ při 1200 – 1300oC, avšak měknou aţ při podstatně vyšších teplotách. Mají tedy široký vypalovací interval, který umoţňuje nezávadný výpal i u rozměrnějších výrobků (Hlaváč, 1988). Kameninu lze, podle
granulometrického sloţení
výchozích směsí
a homogenity
mikrostruktury střepu, v zásadě rozdělit na jemnou a hrubou. Oba tyto druhy kameniny se
v současnosti dosti značně liší surovinovým sloţením výchozích keramických směsí, technologií přípravy, tvarováním, výpalem a také pouţitím. Směsi pro jemnou, slinutou kameninu se vyznačují sníţeným obsahem kameninových jílů a relativně vysokým obsahem živců. Sloţení surovinové směsi můţe být např. 55% kameninových jílů, 30 – 35% taviv (ţivce, znělec) a 10 – 15% ostřiva, většinou vypálených střepů (Hanykýř, Kutzendörfer, 2000). Výrobky se tvarují většinou suchým, pístovým lisováním a vypalují se jednoţárovým rychlovýpalem (nad 1100oC). Tento druh kameniny je základním materiálem pro výrobu moderních glazovaných nebo neglazovaných, vysoce slinutých dlaždic. Směsi pro hrubou hutnou kameninu vyuţívají ve své skladbě vhodné kameninové jíly a granulometricky optimalizované směsi ostřiv – drcených kameninových střepů a ostře vypálených lupků – šamotů. Tyto směsi jsou sestavovány většinou bez přídavku živcových taviv (Hanykýř, Kutzendörfer, 2000 uvádějí příklad sloţení směsi pro kameninové trouby – 55-70% plastických kameninových jílů a 30-45% keramického ostřiva). Ze směsí pro hrubou kameninu se vyrábějí především kameninové trouby, komínové vložky, tzv. hospodářská kamenina (nádoby, ţlaby), užitkové předměty (nádoby, dţbány, mísy), okrasné výrobky (vázy, figury) a hrubozrnné dlaždice. Hrubá kamenina se na povrchu opratřuje nejčastěji solnou nebo ţivcovou glazurou. Kamenina má velmi dlouhodobé uplatnění rovněţ v chemickém a potravinářském průmyslu. Tato tzv. chemická kamenina má kyselinovzdornost aţ 97% a hmotnostní nasákavost zpravidla do 3%. Surovinová směs obsahuje, kromě jílů a ostřiv také určité mnoţství ţivců, zpravidla okolo 15% (Hanykýř, Kutzendörfer, 2000). Pórovina Pórovinou se souhrnně označují pórovité keramické výrobky, jejichţ vypálený střep se vyznačuje bílou barvou a středně až jemně zrnitou strukturou. Hmotnostní nasákavost střepu se pohybuje v rozmezí 5 – 20% (Hlaváč, 1988, Gregerová, 1996). Sloţení keramické směsi je zpravidla blízké porcelánu. Liší se však menším množstvím taviv (ţivců) a niţší vypalovací teplotou, takţe slinovací proces neproběhne do úplného uzavření pórů. Oproti porcelánu je kaolin ve směsích částečně nebo úplně nahrazen tzv. pórovinovými jíly, které mají bělavou barvu a vyznačují se dobrou plasticitou. Sloţení směsí se mění v širokých mezích (viz Tab.4) a některé druhy póroviny obsahují také vápenec. Technologie výroby je podobná jako u porcelánu a vypalovací teplota se pohybuje zpravidla mezi 1100-1250°C, u některých výrobků (měkká hrnčířina, fajáns) však můţe být i niţší (950 – 1100oC).
Tab. 4. Rozpětí surovinového sloţení pórovinových směsí (Hanykýř, Kutzendörfer, 2000) vápenatá
Pórovinová směs (hmot. %) tvrdá
směsná
pórovinové jíly
50 - 55
50 - 55
50 - 55
křemen
35 - 45
35 - 45
35 - 45
ţivec
-
6 - 12
6 – 12
vápenec
5 - 10
-
2-6
Surovina
Ve srovnání s porcelánem má pórovina niţší pevnost ( 30 MPa v ohybu), a proto je moţno pórovinové výrobky pouţít jen tam, kde se na pevnost nekladou vysoké poţadavky. Z póroviny se vyrábějí obkládačky (vyráběné dvouţárovou nebo v současnosti jiţ častěji jednoţárovou technologií), dále dlaždice, kachle, uţitkové a dekorační předměty (např. hrnčířské výrobky) a v minulosti také zdravotnická a sanitární keramika (Hlaváč, 1988, Gregerová, 1996, Herainová, 2003). Povrch pórovinových výrobků se opatřuje glazurou, která zde nemá pouze estetickou funkci, ale musí zároveň povrch výrobku činit nepropustným, protoţe vlastní střep je pórovitý. Pórovitá keramika jemným, bělavým nebo naţloutlým střepem, glazurovaným bílou, olovnato-cíničitou glazurou se označuje jako fajáns. Název pochází od italského města Faenzy, které představovalo centrum keramické výroby ve středověké Itálii (viz Tab.1.). Fajánsové výrobky se vypalují v rozmezí teplot 950 – 1100oC. Ke glazované pórovině patří dále také majolika a bělnina (Gregerová, 1996). Majolika je pórovina s jemným různobarevným střepem, který je pokryt neprůhlednými barevnými glazurami. Název vznikl podle ostrova Mallorca ve Středozemní moři (viz Tab.1.), kde bylo ve 14. a 15. století významné centrum keramické výroby. Teplota výpalu majoliky je obdobná jako u fajánse. Bělnina je druh póroviny s jemným, čistě bílým nebo naţloutlým střepem, glazurovaným zpravidla bezbarvou nebo jen mírně zakalenou glazurou. Vznikla, na rozdíl od fajánse a majoliky, aţ v první polovině 18. století a Anglii, zásluhou významného keramika J. Wedgwooda a odtud se postupně rozšířila do okolních zemí v průběhu 19. století. Pouţívá se pro výrobu uţitkových předmětů a obkládaček. Neglazovaná pórovina se pouţívá pro speciální filtrační účely (např. bakteriologické filtry). Mezi neglazovanou pórovinu patří také některé hrnčířské výrobky a terakota. Pojmem terakota se označují pórovinové výrobky se střepem různé kvality, barvy cihlové, ţlutavé aţ bělavé. Název je odvozen od latinského pojmenování terra cotta (= pálená země). Terakotové výrobky se vypalují při teplotách přibliţně 1000oC. Terakota byla pouţívána jiţ starověkém
Egyptě, Číně (viz Obr.1.), Řecku a Římě. Nejprve byla pouţívána pro zhotovování hliněných figur, jejichţ technologie výroby byla přizpůsobena velikosti postavy. Sošky byly modelovány zpočátku z volné ruky, pak točeny na kruhu. Větší figury, jejichţ konstrukce byla náročná na pevnost jílové hlíny, se nejprve zhruba modelovaly z masy plněné křemičitým pískem nebo tlučenými střepy a jemnozrnná hlína se nanášela aţ k povrchové modelaci. Většina řeckých a etruských figurek jiţ nebyla modelovaná, ale vtlačovaná do forem. Důvodem bylo jednak snazší ztenčení střepu, jednak sériová výroba pro dekorativní účely a jako votivní dary. Formy pro figurky byly zhotoveny většinou z terakoty, v době helénské a římské se začaly pouţívat formy sádrové. Později se terakoty začalo pouţívat také pro výrobu stavebních prvků a architektonických dekorací. Na rozdíl od cihel, je terakota vyrobena z jemnější a lépe promísené hlíny, je méně porézní a je pevnější. Slavné jsou terakotové reliéfy z Babylónie, v Evropě se hojně pouţívala po celý středověk v severských zemích a v Británii. U gotických staveb tvoří díly sloupů a okenních kruţeb. Do obliby přišla opět v 19. stol., kdy se z ní lisováním vyráběly dekorativní prvky fasád (např. hlavice sloupů a římsy). Povrch je pokryt malbou, engobou, jen zřídka bývá glazován. Porcelán Jako porcelán se označují slinuté, bílé a v tenké vrstvě průsvitné, vodu ani plyny nepropouštějící keramické výrobky, zhotovené z jemně mleté směsi kaolínu, křemene a živce. Technologie výroby porcelánu byla vyvinuta jiţ v prvních stoletích našeho letopočtu v Číně. Čínský porcelán patřil mezi tzv. měkké porcelány s teplotou výpalu mezi 1280 – 1300oC (Hanykýř, Kutzendörfer, 2000). Tajemství výroby čínského porcelánu bylo prozrazeno aţ koncem 16. století. V Evropě byl porcelán vyvinut teprve počátkem 18. století (1709), předtím byl jiţ však ve Francii vyráběn tzv. fritový porcelán (viz Tab.1.). Rozdíl mezi sloţením čínského porcelánu, francouzského fritového porcelánu z konce 17. století a porcelánu míšeňského uvádí Tab.5. Tab. 5. Porovnání chemického sloţení historických porcelánů (Hanykýř, Kutzendörfer, 2000) Původ a složení porcelánu
Čína
Francie (Sévres)
Německo (Míšeň)
Obsah složky (hmot. %)
SiO2
70,0
58,0
60,0
Al2O3
22,2
34,5
35,4
CaO
0,8
4,5
0,6
K(Na)2O
6,3
3,0
3,9
99,3
100,0
99,9
Porcelán se vyznačuje vysokou pevností, prakticky nulovou nasákavostí (do 0,5% hm.), vysokou chemickou odolností, odolností proti změnám teploty, elektroizolačními vlastnostmi a rovněţ dokonalou dlouhodobou stabilitou všech vlastností. Porcelán se pouţívá pro výrobu stolního nádobí, obkládaček, dále pro účely chemické a také v elektrotechnice (izolátory). Podle teploty výpalu a tomu odpovídajících vlastností se porcelán zpravidla rozděluje na měkký a tvrdý. Vývoj výroby porcelánu vedl od porcelánu měkkého k dnešnímu tvrdému porcelánu. „Univerzální“ idealizované sloţení keramické směsi pro výrobu klasického tvrdého porcelánu evropského typu je 50% kaolínu, 25% křemene a 25% živce, čemuţ odpovídá následující chemické sloţení – 64,4% SiO2, 24,4% Al2O3, 4,2% K2O při ztrátě ţíháním 7,0 hmot.%. Surovinové sloţení soudobých porcelánových směsí kolísá v následujících mezích: 40 hmot.% plaveného kaolínu, 20 – 35 hmot.% ţivce (zpravidla draselného) a 40 hmot.% křemene (Hanykýř, Kutzendörfer, 2000). Měkký porcelán se vypaluje na teploty niţší neţ 1300oC. Jeho relativně niţší teplota výpalu ve srovnání s tvrdým porcelánem se dociluje pouţitím taviv s nízkou teplotou tání nebo změnou sloţení ţivcových taviv (místo draselných ţivců se pouţívají směsné ţivce, např. draselnosodné). Zvýšený obsah taviv ve směsi vyvolá pokles obsahu kaolínu, a proto se do směsi přidávají bíle se vypalující vazné jíly. Měkké porcelány lze v zásadě rozdělit na:
živcové Ţivcový porcelán obsahuje ve své surovinové směsi jako plastickou surovinu plavený kaolín, někdy s přídavkem bentonitu, jako suroviny tvořící skelnou fázi slouţí pegmatit (vnášející křemen a ţivec) a dolomit a jako plnivo oxid hlinitý. Vypaluje se jednoţárovým způsobem na teploty 1160 – 1180oC. Povrchová úprava se provádí bílou krycí glazurou.
fritové Fritový porcelán obsahuje ve své surovinové směsi jako tavivo tzv. fritu. Frita je uměle připravené tavivo získané roztavením vhodných surovin, např. sody, potaše, sádrovce a křemenného písku a prudkým ochlazením vzniklé taveniny ve vodě. Výsledkem je granulované sklo, které se dobře mele. Střep tohoto porcelánu je transparentní i při tloušťce 2,5mm a jeho nasákavost je do 0,2 hmot.%.
kostní Kostní porcelán obsahuje ve své surovinové směsi 20 – 35 % hm. plaveného kaolínu a jílů, 20 – 45 %hm. kostního popela a 20 – 45 %hm. ţivcového písku. Místo
kostního popela můţe být do směsi přidáván fosforečnan vápenatý nebo apatit. Teplota výpalu se pohybuje mezi 1200 aţ 1280oC, po výpalu obsahuje střep cca 40% skelné fáze, 40% fosforečnanu vápenatého a 20% anortitu. Mezi měkké porcelány patří také silně transparentní tzv. zubní porcelány, které obsahují aţ 80% ţivce a pálí se na 1200°C (Hlaváč, 1988). Názvem tvrdý porcelán se označuje zcela hutný, ani pod tlakem nenasákavý keramický materiál, jemně zrnité mikrostruktury a bílé barvy střepu. Maximální teplota výpalu tvrdého, porcelánu je 1350 – 1430oC s měnícím se charakterem prostředí výpalu od oxidačního, přes redukční aţ k neutrálnímu. Tvrdý porcelán se zpravidla dělí na užitkový, figurální a technický. U užitkového a figurálního porcelánu se kladou, kromě poţadavků na základní fyzikální a mechanické vlastnosti, také poţadavky na jeho vlastnosti estetické (bělost a průsvitnost). U technického porcelánu jsou základními kritérii jeho kvality vlastnosti mechanické, elektrické, tepelné a chemické. Ve sloţení směsi pro výrobu technického porcelánu se vedle kaolínu uplatňují bíle se vypalující jíly s vysokou pevností po vysušení, ţivce jsou zpravidla nahrazeny intenzivnějšími tavivy a ostřivo je reprezentováno korundem, který bývá ve směsi zastoupen 30 – 40 hmot.%. Většina porcelánových výrobků se tvaruje z plastického těsta. U uţitkového porcelánu (např. hrnků, talířů) je to zejména tzv. točení rotačně symetrických těles s vyuţitím sádrových forem. Při výrobě elektroporcelánu se pouţívá obtáčení a frézování výlisků. Velmi rozšířeným způsobem tvarování dutých a plochých nerotačních tvarů je lití suspenze do sádrových forem. Některá plochá tělesa se tvarují rovněţ lisováním z granulátu. Porcelánové, zejména tenkostěnné, výrobky se pálí nadvakrát. Při prvním výpalu, tzv. přežahu dosahuje teplota 900 - 950°C. Vzniklý neglazovaný porcelán se označuje jako biskvit. Při přeţahu se střep zpevní natolik, ţe je moţné polotovary následně opatřit vrstvou glazury. Po nanesení glazury se provádí tzv. hladký výpal na konečnou teplotu, kdy získá střep své konečné vlastnosti. Zvláštností hladkého výpalu tvrdého porcelánu je nutnost zajištění odpovídající atmosféry v peci. Do teploty 1000 – 1050oC se zboţí pálí v přísně oxidační atmosféře, aby se ve střepu nemohl usazovat uhlík, vylučovaný ze spalin. V intervalu 1050 – 1250oC se vypaluje v silně redukčním prostředí, nad teplotou 1250oC aţ do konečné teploty výpalu (1350 – 1430oC) probíhá výpal v neutrální atmosféře. Glazury jsou zpravidla suspenzí kaolínu, ţivce, barevné hlinky a křídy, případně obsahují barevnou sklovinu podobného sloţení jako frita ke smaltování. Glazura díky příbuznosti materiálů dokonale přilne a pronikne do pórů, musí však mít podobnou tepelnou roztaţnost
jako porcelánový střep, jinak popraská při chladnutí nebo se „utajené“ napětí projeví po čase. V konečné fázi výroby se, u většiny porcelánových výrobků, provádí povrchová dekorace, a to zpravidla sítotiskem, nalepováním obtisků, linkováním, ruční malbou. Dekorační vrstvy se fixují na střepu dalším, tzv. dekoračním výpalem. Nejběţnější je barvení tzv. keramickými barvami, které se nanášejí na glazuru a vypalují se při teplotách 600 – 850oC. Výpal tzv. vtavných dekoračních vrstev, které se částečně vnoří do glazury probíhá při 1200 – 1300oC. Dekorační vrstvy, které jsou umístěny pod glazurou (tzv. podglazurové dekorace) se vypalují na konečné teploty 1350 – 1430oC (Hlaváč, 1988, Hanykýř, Kutzendörfer, 2000).
Ložiska keramických surovin v České republice Základní sloţkou keramických směsí přírodní jílovité horniny, tj. nezpevněné sedimenty s podstatným obsahem jílových minerálů. Podle typu vyráběné keramiky patří k základním jílovým surovinám:
cihlářské jíly a hlíny – pouţívané pro výrobu cihlářského zboţí,
pórovinové a kameninové jíly – pro výrobu póroviny a kameniny,
kaolín – základní surovina pro výrobu porcelánu.
Cihlářské suroviny Cihlářské suroviny jsou všechny druhy surovin vhodné samostatně nebo ve směsi k cihlářské výrobě. K tomuto účelu jsou nejčastěji pouţívané tyto typy hornin: spraše, sprašové a svahové hlíny, jíly a jílovce, slíny, zvětraliny břidlic a další. Vlastní výrobní hmota má dvě hlavní sloţky - plastickou a ostřící, které jsou proporcionálně zastoupeny buď přímo v surovině nebo je optimální poměr obou moţno získat jejich mísením. Sloţka, která ve výrobní směsi převaţuje, je základní; doplňková sloţka, upravující vlastnosti suroviny, je korekční (podle povahy má funkci plastifikující nebo ostřící), příp. přísada. Škodlivinami v cihlářské surovině jsou především karbonáty, sádrovec, siderit, organické látky, větší úlomky hornin apod. Mezi cihlářskými surovinami v ČR převládají jako základní sloţky kvartérní hlíny různé geneze. Zdrojem přírodních korekčních surovin jsou vesměs uloţeniny předkvartérního stáří (Kuţvart a kol., 1983, Starý a kol., 2006).
Ložiska kvartérních surovin (spraší a sprašových hlín, hlín, písků a písčitojílovitých reziduí hornin) - jsou rozšířena po celém území republiky a jsou nejhojněji těţená. Nejvýznamnější z nich jsou vázána na eolické a deluviálně eolické, popř. glaciální (severní Čechy a Slezsko) sedimenty. V eolických
sedimentech bývají škodlivinami pohřbené půdní horizonty, klastika a vápnité konkrece, v deluviálních tvrdá klastika. Eolické suroviny mají předpoklad (obvykle ve směsi) k výrobě náročných tenkostěnných prvků. Deluviální suroviny jsou pouţitelné jako korekční sloţky k plastičtějším zeminám či k výrobě silnostěnného zdícího střepu.
Neogénní pelity jsou rozšířenější předkvartérní surovinou limnických pánví Čech a vídeňské pánve. Vyznačují se písčitou příměsí a lokálně i zvýšenou přítomností montmorillonitu či klastik, v oblasti vídeňské pánve a karpatské předhlubně také zvýšeným obsahem rozpustných solí. Patří mezi dávno využívané suroviny. Jsou vhodné i pro výrobu náročného tenkostěnného nosného a tvarovaného zboţí.
Paleogénní jílovce jsou vyuţívány na východní a jihovýchodní Moravě. Jedná se o navětralé části flyšových příkrovů vnějších Západních Karpat. Závaţnou škodlivinou jsou výkvětotvorné látky a lavice pískovců. Sortiment se omezuje na plné nebo děrované zboţí.
Svrchnokřídové jíly a jílovce (mnohdy vápnité) se jako základní surovina vyuţívají v oblasti české křídové pánve a jihočeských pánví. Surovina je vhodná na výrobu i nejnáročnějších děrovaných zdících a stropních materiálů, v jiţních Čechách vzhledem k výskytu limonitizovaného pískovce k výrobě nenáročného zdícího zboţí.
Permokarbonské
pelity
a aleuropelity
slouţí
jako
surovina
v oblastech
permokarbonských pánví a brázd Čech a Moravy. Charakteristická je přítomnost pískovců v souvrství a sloţitá stavba loţisek. Dávají moţnost výroby pálené krytiny a tenkostěnného zboţí.
Mladoproterozoické a staropaleozoické navětralé břidlice jsou vyuţívány v okolí Prahy, na Plzeňsku, Rokycansku aj. Škodlivinami bývají pevná klastika a pyrit. Nejsou vhodné na výrobu náročnějšího cihlářského zboţí.
Keramické jíly Jíly jsou sedimentární nebo reziduální nezpevněné horniny sloţené z více neţ 50 % jílu ve smyslu zrnitostní frakce (velikost zrn pod 0,002 mm) a obsahující jako podstatnou sloţku jílové minerály, zejména skupiny kaolinitu, dále hydroslíd (illit) a montmorillonitu. Podle sloţení jílových minerálů jsou jíly děleny na monominerální (např. kaolinitové, illitové aj.) a polyminerální (sloţené z více jílových minerálů). Jíly dále obsahují různé příměsi, např. křemen, slídy, karbonáty, organickou hmotu, oxidy a hydroxidy Fe a další. Barvy mají různé
podle příměsí - bílé, šedé, ţluté, hnědé, fialové a další. Druhotně mohou být zpevněné jílovce, případně navíc nemetamorfně rekrystalizované - jílovité břidlice. Ve smyslu loţiskovém a technologickém je do této kategorie řazena široká paleta hornin s vysokým obsahem jílových minerálů. Jíly se vyskytují prakticky ve všech sedimentárních formacích po celém světě. Kromě pouţití v keramické výrobě se jíly dále pouţívají jako žáromateriály, plnidla, těsnící hmoty, v papírenství, filtraci olejů atd. Podle technologických vlastností a pouţitelnosti se v České republice jíly dělí na (Starý a kol., 2006):
pórovinové (JP)
ţáruvzdorné na ostřivo (JZ)
ţáruvzdorné ostatní (JO)
keramické neţáruvzdorné (JN)
hliníkové podloţní (JA)
Loţiska jílů jsou v ČR soustředěna do těchto hlavních loţiskových oblastí (Obr. 2.):
Kladensko-rakovnický permokarbon - vyskytují se především vysoce ţáruvzdorné jílovce (lupky - JZ), které se pouţívají pro výrobu ţáruvzdorných ostřiv. Méně jsou zastoupeny také červeně se pálící dlaţdicové jíly a šedé neţáruvzdorné jílovce (JN). Nejdůleţitějšími loţisky JZ jsou Rynholec-Hořkovec 2 a Rakovník.
Moravská a východočeská křída - jedná se o oblast s největšími zásobami suroviny (JZ) se stejným pouţitím jako u předchozí oblasti (s mírně horší jakostní skladbou). V současnosti je těţeno jiţ jen jediné loţisko Březinka.
Lounská křída - jíly jsou vhodné jako pórovinové (JP) a ţáruvzdorné ostatní (JO), ale hlavně jako keramické (JN). V současnosti je těţeno jen středně velké loţisko JN Líšťany.
Křída v okolí Prahy - jíly jsou vhodné jako vysoce ţáruvzdorné na ostřivo (JZ), ţáruvzdorné vazné (JO) i jako pórovinové (JP). Nejvýznamnější jsou vyuţívaná loţiska JZ Vyšehořovice a Brník.
Jihočeské pánve - jíly jsou vysoce aţ středně ţáruvzdorné zejména vhodné jako vazné (JO), dále i jako pórovinové (JP) a neţáruvzdorné (JN). Hlavními loţisky JO jsou Borovany-Ledenice (kde se zároveň těţí i diatomit) a Zahájí-Blana.
Plzeňská pánev a terciérní relikty středních a západních Čech - převládají středně ţáruvzdorné jíly, které jsou vyhodnoceny jako vazné (JO) a keramické pro výrobu dlaţdic a obkládaček, ale i kameniny (JN). Nejdůleţitější je těţené velké loţisko JO Kyšice-Ejpovice.
Chebská a sokolovská pánev - mnohem důleţitější je chebská pánev, kde jsou významné vazné jíly (JO), pórovinové (JP) a žáruvzdorné, kameninové atd. (JO, JN). Rozhodujícím těţeným loţiskem JO je dnes Nová Ves u Křiţovatky 2.
Severočeská a žitavská pánev - mimo výše zmíněných hliníkových podloţních jílů (JA) se vyskytují i nadloţní keramické (kameninové) jíly (JN). V současnosti je těţeno jen středně velké loţisko JN Tvršice v severočeské pánvi.
Terciér a kvartér na Moravě - vyskytují se keramické (především kameninové a dlaţdicové) jíly (JN). Těžba zde skončila v roce 1997 (Poštorná, Šatov).
Nejvýznamnějšími oblastmi jsou dnes chebská a jihočeské pánve, křída v okolí Prahy, rakovnický permokarbon a stále méně moravská a východočeská křída. Jíly a jílovce jsou v ČR těženy většinou povrchově a místy i hlubinně (Rakovník, Lubná, Březinka).
Obr. 2. Loţiskové oblasti jílů v České republice (1- kladensko-rakovnický permokarbon, 2 – moravská a východočeská křída, 3 – křída v okolí Prahy, 4 – lounská křída, 5 – jihočeské pánve, 6 – plzeňská pánev, 7 – terciérní relikty středních Čech, 8 – terciérní relikty západních Čech, 9 – chebská a sokolovská pánev, 10 – severočeská pánev, 11 – ţitavská pánev). Podle Starého a kol. (2006).
Kaolín Kaolín je nejčastěji reziduální (primární), méně přeplavená (sekundární) bílá nebo světle zbarvená hornina, která obsahuje podstatné mnoţství jílových minerálů ze skupiny kaolinitu. Obsahuje vţdy křemen, dále můţe obsahovat ostatní jílové minerály, slídy, ţivce a další podle povahy mateřské horniny. Pro další pouţití se kaolín upravuje zpravidla plavením. Kaolín vznikl nejčastěji zvětráním nebo hydrotermálními pochody z různých hornin bohatých živcem, nejčastěji granitoidů, arkóz, rul aj. Tyto tzv. primární kaolíny mohou být
přemístěny, pak se jedná o kaolíny sekundární. Loţiska jsou soustředěna do oblastí výskytu ţivcových hornin, ve kterých proběhla kaolinizace. Pouţívá se pro různé účely a podle toho jsou na surovinu kladeny různé nároky. Kromě vyuţití při výrobě keramiky má kaolín uplatnění jako plnidlo do papíru, gumy, plastů a barev, při výrobě žáruvzdorných materiálů, v kosmetickém, farmaceutickém a potravinářském průmyslu. Kaolín je také výchozí surovinou pro výrobu umělého zeolitu. V České republice vznikla všechna loţiska kaolinickým zvětráním živcových hornin (Konta, 1982, Kuţvart a kol., 1983, Starý a kol., 2006). Je pro ně charakteristické ubývání kaolinizace s hloubkou a přechod do nezvětralé matečné horniny. Hlavními oblastmi s loţisky kaolínu v České republice jsou (Obr. 3.):
Karlovarsko - matečnými horninami byly autometamorfované a horské ţuly karlovarského masivu. Je nejvýznamnější oblastí výskytu nejkvalitnějších kaolinů pro výrobu porcelánu (KJ) a jejich potenciální náhrady (KT). Dále se vyskytují KK (kaolíny pro keramický průmysl), méně KP (kaolíny pro papírenský průmysl). Nejvýznamnějšími loţisky jsou Božičany, Jimlíkov a Mírová (Obr.4.), na kterých se společně těţí KJ, KT i KK. Na loţisku Otovice-Katzenholz se těţí KP.
Kadaňsko - kaolíny vznikly z granulitové ruly krušnohorského krystalinika. Kaolín je pouţitelný jako KK a KP. V roce 2003 bylo dotěţeno loţisko Kralupy u Chomutova-Merkur (KP), další loţiska byla vytěţena jiţ dříve (např. Kadaň, Prahy). Poměrně velké zásoby KP a KK jsou evidovány na loţisku Rokle.
Podbořansko - matečnou horninou je arkózovitý pískovec líňského souvrství středočeského permokarbonu. Vyskytují se zde všechny výše zmíněné typy kaolínů. Kaolíny vyhodnocené jako KJ jsou však méně jakostní (spíše by se mělo jednat o KK) a jsou pouţívány velmi omezeně jako přísadové do karlovarských kaolínů při výrobě porcelánu vzhledem k jejich reologickým vlastnostem. Nejdůleţitější je velké těţené loţisko KJ Krásný Dvůr-Podbořany.
Plzeňsko - matečnou horninou kaolínů jsou karbonské arkózy plzeňské pánve. Kaolíny z této oblasti jsou převáţně pouţitelné jako KP (největší zásoby nejkvalitnější suroviny), méně KK a nepatrně jako KZ a KJ. Nejdůleţitějšími velkými těţenými loţisky KP jsou Horní Bříza, Kaznějov a Lomnička-Kaznějov severně a Chlumčany-Dnešice jiţně od Plzně.
Znojemsko - kaolíny vznikly především z granitoidů dyjského masivu, méně z bítešské ortoruly dyjské klenby moravika. Zdejší kaolíny jsou vyhodnoceny
především jako KZ (tzv. ţivcový kaolín), méně KP. Prakticky před vytěţením je malé loţisko KP Únanov-sever.
Chebská pánev - kaolíny vznikly kaolinizací ţul smrčinského masivu. Je zde vyhodnoceno pouze jedno, dosud netěţené loţisko Plesná-Velký Luh (KK, KP).
Třeboňská pánev - málo významná oblast, kde kaolíny vznikly ze ţul a biotitických pararul moldanubika. Vyhodnocené jsou pouze kaolíny keramické (KK). Surovina se netěţí, ani v budoucnosti se s ní pro nízkou kvalitu nepočítá.
Vidnava – kaolíny vznikly z granitů ţulovského masivu. Surovina jediného, jiţ netěţeného loţiska Vidnava je alternativně vyhodnocena jako KP a KK, ale z důvodů nejlepšího vyuţití suroviny je evidována mezi jíly pro výrobu ţároostřiv.
Další menší výskyty kaolínů jsou buď vytěţeny (Laţánky) nebo dosud neprozkoumány (Ţluticko, Touţimsko, Javornicko).
Kaolín představuje typickou tuzemskou nerudní surovinu. Česká loţiska kaolínů jsou významná i z celosvětového hlediska, nejdůleţitější jsou oblasti Plzeňska, Karlovarska a Podbořanska. Všechna loţiska kaolinu v ČR jsou v současnosti těţena povrchově. V České republice je evidováno celkem 65 loţisek, z toho je v současnosti 15 těţených. Roční těţba surového kaolínu se u nás pohybuje okolo 4000 kt. Úpravenský produkt (plavený kaolín) představuje cca 20 aţ 25% z uváděné těţby. Schéma technologie plavení kaolínu uvádí Obr.5.
Obr. 3. Loţiskové oblasti kaolínů v České republice (1 – Karlovarsko, 2 – Kadaňsko, 3 – Podbořansko, 4 – Plzeňsko, 5 – Znojemsko, 6 – chebská pánev, 7 – třeboňská pánev, 8 – Vidnava). Podle Starého a kol. (2006).
Obr. 4. Loţisko kaolínu Mírová (přístupno z http://www.sedlecky-kaolin.cz/)
Obr. 5. Schéma technologie plavení kaolínu (Hanykýř, Kutzendörfer, 2000).
Kromě plastických jílových surovin mají zásadní význam pro řadu keramických hmot (jemná kamenina, pórovina, porcelán) také taviva. Jako přírodní taviva se pouţívají zejména živce (draselné nebo sodno-draselné) a znělec. Ţivce byly v minulosti téměř výhradně těţeny z pegmatitů (v České republice se jednalo např. o loţisko Dolní Bory – Hatě na západní Moravě nebo loţiska v okolí Poběţovic, Otova a Meclova v jihozápadních Čechách). V současné době je nejvýznamnějším loţiskem ţivců v České republice loţisko Halámky u Českých Velenic v jiţních Čechách. Loţisko je tvořeno ţivcovými písčitými štěrky, uloţenými v 5 relativně odlišných terasových stupních ve fosilním řečišti Luţnice v celkové délce zhruba 6km a o mocnosti aţ 30m. Ţivcová surovina je tvořena 45 – 65 % hm. draselným ţivcem (mikroklinem), 15 – 20 % hm. sodným ţivcem (albitem), 10 – 15 % hm. křemenem, 1 % hm. biotitu a 0,5% hm. muskovitu (Hanykýř, Kutzendörfer, 2000). Dalším těţeným loţiskem keramických ţivců je Krásno u Horního Slavkova v západních Čechách. Těţenou surovinou jsou metasomaticky přeměněné (albitizované) leukokratní aplitické granitoidy, označované někdy jako albitity. Hornina obsahuje 60 – 80 hmot. % ţivců (40 – 60 hmot. % ambitu aţ kyselého oligoklasu a 20 – 40 hmot. % draselného ţivce), zbylých 20 – 40 hmot. % tvoří kaolinit a slídy (zejména cinvaldit). Nejvýznamnějším loţiskem znělce (fonolitu) je v současnosti Železnický vrch v Českém středohoří mezi městy Bílina a Most. Jde o výlevnou (efuzivní) horninu s obsahem 60 – 65% hm. alkalického ţivce (albitu), 10 – 15% hm. nefelínu, cca 8% hm. minerálů sodalitové skupiny (sodalit, nosan, haüyn), zbytek připadá na ostatní foidy (leucit), pyroxeny (egirín) a akcesorie (apatit, titanit).
CIHLÁŘSKÁ VÝROBA Největší objem keramických výrobků v současnosti produkuje cihlářská technologie. Cihlářské výrobky představují jednu z nejpouţívanějších skupin stavebních hmot. Ve stavebnictví se cihlářské zboţí uplatňuje ve formě pálených zdících materiálů, pro konstrukce stropů i pro krytí střech. Z hlediska základních fyzikálně-mechanických vlastností se cihlářské výrobky vyznačují:
nasákavostí přibližně 10 – 22% (u cihel s vysokým stupněm zhutnění – slinutí, jako jsou např. kabřince je nasákavost niţší neţ 10%),
objemovou hmotností 1000 – 2000 kg.m-3,
pevností v tlaku 3 až 60 MPa; pevnost závisí na teplotě výpalu střepu,
z dalších vlastností je významná mrazuvzdornost, tepelná vodivost (cca 0,5–1,0 W.m-1.K-1) a teplotní roztažnost (přibliţně 5.10-6 K-1).
Obecné technologické schéma cihlářské výroby Cihlářská výroba je zaloţena na pouţití přírodních surovin, které mají schopnost, po smíchání s vodou, vytvářet plastické těsto. Vytvarované výrobky z tohoto těsta jsou schopny podrţet si svůj tvar i po vysušení. Technologie cihlářství tedy spočívá ve zpracování a vyformování výlisků z plastického těsta, jejich vysušení a následném vypálení. Výrobky mají většinou červený střep s pórovitou strukturou. Technologie cihlářství se můţe rozdělit do několika dílčích operací (Obr. 6.) : 1. natěţení suroviny 2. předpříprava – haldování (odleţení) suroviny 3. příprava – mísení, zdrobňování, homogenizace, ostření suroviny 4. vytváření (lisování) výrobků 5. sušení 6. výpal 7. skladování a expedice hotových výrobků
Obr. 6. Obecné technologické schéma cihlářské výroby (Hanykýř, Kutzendörfer, 2000, Svoboda a kol., 2004)
Hlavní kroky technologie cihlářské výroby 1. Těžba cihlářských surovin: Cihlářské suroviny se těţí zásadně povrchovým způsobem a téměř výhradně v blízkosti cihelny. Místo těžby cihlářských surovin se obvykle označuje jako hliniště (resp. nesprávně téţ jako hliník, Obr. 7.). Těţbu cihlářských surovin v hliništi lze provádět:
v několika etáţích (tento způsob je v cihelnách pouţíván ojediněle),
v jedné etáži, a to s dostatečným předstihem skrývky před těţbou.
Pro těžbu většinou nezpevněných nebo jen málo zpevněných cihlářských zemin se obvykle pouţívají jednoduché těţební stroje pro vertikální způsob těţby – korečková, kolesová nebo lopatová rypadla. Kromě dobývacích strojů, těţících surovinu vertikálně se mohou pouţívat také stroje s plochou těžbou (radlicové stroje) – dozery, rozrývače, skrejpry, grejdry (srovnávače).
Obr. 7. Hliniště cihelny ve Stodu (Tondach ČR, s.r.o.) a způsob dobývání lopatovým rypadlem. Foto M. Vavro (2007). Natěţená surovina se z hliniště dopravuje zpravidla na místo ukládky – na haldu. Doprava suroviny můţe být uskutečňována:
kolejově, tj. polní dráţkou s malým rozchodem kolejnic (600 nebo 700mm) a s obsahem výklopných vozíků 0,75-1m3, které jsou dopravovány diesellokomotivou,
pásovými dopravníky, které jsou konstrukčně upraveny tak, aby bylo snadné jejich prodluţování nebo zkracování a současně i posun do blízkosti rypadla,
nákladními auty (vyţadují zpevněné komunikace a jejich pouţitelnost je dosti závislá na počasí, na je to však značně flexibilní způsob přepravy).
2. Předpříprava suroviny: Předpřípravou suroviny se rozumí technologické operace, které předcházejí vlastní přípravě (úpravě) suroviny v závodě. Mezi základní způsoby předpřípravy suroviny patří zejména haldování (Obr. 8.). Haldování je ukládání (vrstvení) natěţené suroviny na haldy. Halda plní dvě základní funkce:
umoţňuje prvotní homogenizaci a částečné odleţení suroviny,
vytváří dostatečnou zásobu suroviny.
Navrstvená surovina se na haldě vţdy do určité míry promísí (homogenizuje) a zlepší se její stejnorodost. Rozpojení a homogenizace suroviny se můţe ještě nadlepšit zakrápěním haldy), kdy dojde k rozdělení a nabobtnání jemných zrn jíloviny, coţ se následně projeví na reologických vlastnostech těsta.
Obr. 8. Haldování natěţené suroviny (dnes jiţ neprovozovaná cihelna Hrachovec u Valašského Meziříčí). Foto M. Vavro (2004). 3. Příprava suroviny: Příprava cihlářské suroviny je technologický proces, který spočívá v úpravě vlastností natěţené suroviny tak, aby výsledné těsto mělo optimální vlastnosti, stabilizované pro celý objem výroby. Během přípravy suroviny se provádí regulace
vlastností změnou množství rozdělávací vody, ostřením, lehčením, odvzdušňováním, odležením, pouţitím přísad, ale také důslednou homogenizací, drcením, mletím a mísením. Pro úpravu vlastností plastického keramického těsta se v cihlářství pouţívají zejména tyto základní úpravárenská zařízení:
podávání a dávkování: skříňové a bubnové podavače, na sypké příměsi i podavače šnekové,
mísení a homogenizace: kolové mlýny (Obr. 9.), talířová mísidla, protlačovací mísidla (Obr. 10),
drcení a mletí: kolové mlýny, válcové mlýny,
skladování a odležování: odleţárny (Obr. 11), odleţovací věţe, zásobníky)
Volba konkrétní varianty přípravy pracovní směsi je závislá na vlastnostech komponent cihlářského těsta a poţadavcích na jeho kvalitu. Součástí přípravných operací, prováděných zpravidla před samotným vytvářením výrobků, je proprařování suroviny horkou párou a odvzdušnění těsta ve vakuové komoře šnekového lisu. Připravené plastické těsto, které vchází do šnekového lisu má vlhkost (tzv. vytvářecí vlhkost, resp. rodělávací vodu) zpravidla v rozmezí 18 – 22%.
Obr. 9. Kolový mlýn – jeden ze základních strojů pro zdrobňování a homogenizaci cihlářské směsi (dnes jiţ neprovozovaná cihelna Hrachovec u Valašského Meziříčí). Foto M. Vavro (2004).
Obr. 10. Protlačování keramického těsta (Tondach ČR, s.r.o., cihelna Stod). Foto M. Vavro (2007)
Obr. 11. Odleţování suroviny v odleţárně (Tondach ČR, cihelna Hranice). Foto M.Vavro (2004) Pozn.: Odleţárna plní, kromě funkce homogenizační, také funkci provozní, zajišťuje zejména dostatečnou zásobu suroviny pro překlenutí špatného nebo zimního počasí, výpadků v těţbě apod
4. Vytváření výrobků: Vytváření (tvarování, formování) je keramický technologický postup, kterým se dodává vytvářecí směsi (těstu) žádaný tvar daný buď formou (při vytváření ručním, při raţení) nebo ústím lisu (při vytváření taţením). Vytváření tedy představuje převedení polydisperzního systému keramického těsta v kompaktní systém konkrétních geometrických rozměrů. Technik tvarování existuje v keramické technologii celá řada, konkrétní způsob tvarování se volí podle tvaru a velikosti výrobku, podle poţadované hutnosti a pevnosti, podle poţadavků na rozměrovou přesnost, podle množství vyráběných výrobků a v neposlední řadě podle charakteru a vlastností zpracovávané suroviny. V cihlářství se téměř výhradně pouţívá vytváření z plastického těsta, coţ je nejstarší způsob vytváření v keramice. Naprosto převládající vytvářecí technologií v cihlářství je pak tažení (extrudování) plastického těsta na šnekových lisech (Obr. 12.).
Obr. 12. Vytváření nekonečného pásma v ústí šnekového lisu (dnes jiţ neprovozovaná cihelna Hrachovec u Valašského Meziříčí). Foto M. Vavro (2004). Tažení je vlastně protlačování plastického těsta vhodně tvarovaným ústím. Pouţívá se pro tvarování keramických výrobků, které mají po celé délce stejný profil. Taţením se vyrábějí výrobky daného tvaru a rozměrů nebo předtaţky pro další zpracování. K taţení se pouţívají pásmové lisy, z nichţ vychází pásmo hmoty stálého profilu, které se následně odřezává (nejčastěji strunovými odřezávači, Obr. 13.) na kusy potřebné délky.
Kromě vytváření taţením na šnekových lisech bývají v cihlářství dále pouţívány tyto způsoby vytváření:
přelisování (raţení) na revolverových lisech při výrobě raţené krytiny (Obr.14.),
doplňkové způsoby výroby, velmi ojedinělé a pouţívané pro zvláštní a máločetné výroby (lití, suché lisování, ruční formování pro umělecké a památkové účely).
Obr. 13. Odřezávání pásma strunovým odřezávačem (Tondach ČR, s.r.o., cihelna Hranice). Foto M. Vavro (2004).
Obr. 14. Výroba krytiny raţením na revolverovém lisu (Tondach ČR, s.r.o., cihelna Hranice). Foto M. Vavro (2004).
5. Sušení výrobků: Sušení je technologický proces, při němţ se snižuje obsah vody v sušeném materiálu (výlisku) na vlhkost, která je určena podmínkami výpalu. Přebytečnou vodu je nutno z polotovarů odstranit před výpalem, jinak by v peci došlo k jejich porušení (deformaci nebo destrukci). Doba sušení je závislá na druhu výrobků (síle stěny) a typu sušárny a pohybuje se obvykle v rozmezí cca 12 – 76 hodin. Sušením dochází ke sníţení vlhkosti z původní hodnoty rozdělávací vody okolo 20% na zbytkovou vlhkost 1 – 1,5% se spotřebou tepla asi 4300-6300 kJ.kg-1 odpařené vody. Odpaření vody se projeví kontrakcí výrobku, smrštění sušením činí cca 4-6%. V cihlářství existuje celá řada typů sušících zařízení. K nejpouţívanějším patří sušárny komorové (pracující periodicky – přetrţitě, Obr. 15.) nebo sušárny kanálové (pracující kontinuálně – nepřetrţitě). Sušení je energeticky velmi náročný proces, proto se k sušení v současnosti vyuţívá odpadního tepla z výpalu.
Obr. 15. Komorová sušárna se zavezenou částí výlisků (dnes jiţ neprovozovaná cihelna Hrachovec u Valašského Meziříčí). Foto M. Vavro (2004). 6. Výpal výrobků: Výpal je technologický proces, při němţ získává cihlářský výrobek své konečné vlastnosti. Zahrnuje celý proces tepelného zpracování vytvarovaného a vysušeného polotovaru od ohřevu vypalovaného tělesa z počáteční teploty na poţadovanou vypalovací teplotu,
izotermickou výdrž na této teplotě a postupné
ochlazování vypalovaného tělesa na teplotu okolí.
Během výpalu proběhnou ve střepu fyzikální, chemické a mineralogické děje, které vedou k dosaţení poţadovaných vlastností výrobku. Dochází ke ztrátě hmotnosti vypalovaného výrobku, a to v důsledku ztráty vody ţíháním, vyhořívání organických látek a termického rozkladu některých sloučenin. Při výpalu dochází rovněţ ke smrštění vypalovaného tělesa, délkové změny jsou však celkově menší neţ při sušení. Jílové minerály ztrácejí výpalem svoji tvárnost, tento proces je ireverzibilní. V cihlářství se, oproti jiným oborům keramiky, uplatňuje výpal na poněkud niţší vypalovací teploty (zpravidla do 1000oC, resp. v rozmezí cca 860 – 1050oC). Doba výpalu činí v průměru 30 aţ 35 hodin, výpal probíhá v oxidační atmosféře se spotřebou 1100 aţ 2100 kJ.kg-1 vypálené hmoty, smrštění střepu výpalem činí cca 0,5–1% (Hanykýř, Kutzendörfer, 2000). Z energetického hlediska je výpal nejnáročnější operací v cihlářské výrobě, energie vynaloţená na výpal představuje až 50% celkově spotřebované energie. V současnosti se v cihlářství pouţívají téměř výhradně pece pracující kontinuálně, zejména pece tunelové (Obr. 16.). V minulosti bylo známo také pouţívání periodických pecí, např. kruhových.
Obr. 16. Tunelová pec a pecní vůz pro výpal výsušků (dnes jiţ neprovozovaná cihelna Hrachovec u Valašského Meziříčí). Foto M. Vavro (2004). Tunelová pec je pec na nepřetrţitý výpal v tunelu, jímţ postupuje vklad (výsušky), umístěné zpravidla na pecních vozech a ţárové pásmo setrvává zpravidla ve střední části
tunelu. Podle mnoţství a velikosti výrobků mohou mít tyto pece různé velký profil tunelu. Reţim výpalu v tunelové peci je rozdělen na jednotlivé zóny (pásma):
předehřívací pásmo výsušků včetně vjezdu tunelových pecních vozů,
žárové pásmo včetně systému hořáků a regulace,
chladnoucí (chladící) pásmo a výjezd tunelových vozů (včetně získávání tepla z chladnoucích výrobků pro sušárnu).
7. Skladování a expedice výrobků: Po vypálení a ochlazení výrobků nastává závěrečná etapa výrobního procesu. Výrobky procházejí kontrolou kvality (Obr.17.), která se provádí např. vizuelně, poklepem. Poslední etapou je zapáskování výrobků, paletování a balení do smršťovací fólie. Pálená krytina je před zabalením namáčena do vodní lázně, z důvodu rychlého vyhašení případných vápenných součástí.
Obr. 17. Kontrola kvality a expedice hotových výrobků (Tondach ČR, s.r.o., cihelna Hranice). Foto M. Vavro (2004).
Základní suroviny používané v cihlářství Cihlářské suroviny patří mezi suroviny keramické. Základními cihlářskými surovinami jsou suroviny střepové, určené k vlastní přípravě střepu. Podle jejich chování po rozdělání s vodou se dají rozdělit na:
tvárlivé (plastické) suroviny
netvárlivé (neplastické) suroviny
Tvárlivé (plastické) suroviny poskytují po rozdělání s vodou plastické těsto schopné tvarování a následného zpevnění sušením a výpalem. Patří sem jílovité suroviny, tj. produkty zvětrávání hornin s podstatným nebo převaţujícím obsahem jílových minerálů. Jílovité suroviny dělíme podle:
obsahu typických jílových minerálů a podle stupně zpevnění sedimentu,
granulometrie - disperze, tj. poměrného zastoupení zrn různých rozměrů (Obr. 18).
Obr. 18. Winklerův diagram, znázorňující pouţitelnost cihlářských zemin s různou granulometrií pro základní typy cihlářských výrobků (Svoboda a kol., 2004). Vysvětlivky: pole I – surovina pro plné cihly, pole II – surovina pro duté a lehčené cihly, pole III – surovina vhodná pro střešní krytinu, pole IV – jemné cihlářské výrobky (stropnice, hurdisky)
Netvárlivé (neplastické) suroviny nejsou samy o sobě schopny vytvořit plastické těsto, ale upravují chování surovinové směsi při vytváření, sušení a pálení. Současně tyto suroviny působí na výsledné vlastnosti výrobků tím, ţe ovlivňují mikrostrukturu vypáleného střepu. Mohou být přírodní povahy (nezpevněné, příp. zpevněné sedimentární horniny) nebo se můţe jednat i o druhotné suroviny – odpady (popílek, piliny, kaly). Podle jejich funkce v keramickém těstě nebo střepu je rozdělujeme na:
ostřiva – svými vlastnostmi a chemickým sloţením (povahou zastoupených oxidů) se blíţí chemickému sloţení surovinové směsi. Ovlivňují tvárlivost těsta a chování
během sušení a pálení (za syrova sniţují plastičnost, nebezpečí smrštění a tvorbu smršťovacích trhlin při sušení, za tepla napomáhají vzájemné reakci s oxidy přítomnými v základní surovině, aby vznikl hutný střep - ovlivňují mikrostrukturu střepu po výpalu). Jako ostřiva se nejběţněji pouţívá písek (křemen), dále kalcinovaný jíl (šamot), popílek, škvára, struska a tzv. zvláštní ostřiva (korund, SiC, wollastonit),
lehčiva – sniţují objemovou hmotnost vypáleného střepu a tím zlepšují tepelně izolační vlastnosti výrobku. Mohou působit buď nepřímo (svou niţší objemovou hmotností a objemovým podílem v surovinové směsi – např. křemelina, keramzit, perlit) nebo přímo (po jejich vyhoření se vytvoří ve střepu póry – např. dřevěné piliny, uhelný prach, rašelina).
Přehled základních druhů cihlářských výrobků Cihlářské výrobky třídí podle pouţití na (Pytlík, Sokolář, 2002, Svoboda a kol., 2004):
výrobky pro svislé konstrukce,
výrobky pro vodorovné konstrukce,
pálenou krytinu,
výrobky pro zvláštní účely.
Cihlářské výrobky pro svislé konstrukce Zdící cihlářské výrobky tvoří rozhodující podíl cihlářské výroby a podle uţití se rozdělují na zdící materiály pro vnější obvodové stěny, cihly pro vnitřní stěny, cihly pro zvláštní určení (lícové, kanalizační, komínovky). Zdící cihlářské prvky se vyrábějí zásadně tažením na šnekovém lise a podle tvaru a rozměrů se rozlišují (viz Obr. 19.):
cihly plné – CP, kde otvory zaujímají max. 15% loţné plochy. Vyrábí se malého formátu (mnf) – 250x120x65mm, metrického formátu (mf) – 240x115x72mm a velkého formátu (vf) – 290x140x65mm. Maximální objemová hmotnost CP je 1900 kg.m-3. Nasákavost hmotnostní je minimálně 10%. Součinitel tepelné vodivosti λ = 0,65 – 0,8 W.m-1.K-1.
cihly dutinové – CD, kde převáţná část otvorů je tvořena dutinami (tj. s průřezem jednoho otvoru > 25 cm2, oba rozměry otvoru > 15mm). Většinou se jedná o tenkostěnné výrobky (tloušťka střepu < 20mm).
cihly děrované – CD - s větším počtem děr a štěrbin (tj. otvory s plochou jednoho < 2,5 cm2),
lehčená cihla má sníţenou objemovou hmotnost lehčením, aţ jiţ dutinami, dírami či štěrbinami, ale hlavně pouţitím lehčiv ve výrobní směsi, čímţ vznikne střepově lehčený výrobek (např. POROTHERM, THERMOPOR),
lícová cihla určená pro reţné zdivo. Vyznačuje se ušlechtilou barvou, přesným rozměrem, niţší nasákavostí, mrazuvzdorností a je prosta výkvětotvorných solí a cicvárů. Můţe být opatřena engobou na lícní ploše nebo dezénem (pískovaná cihla, rustikovaná cihla).
cihly kanalizační (rovnoběţky a klíny) s malou nasákavostí (do 14 – 16%) a vysokou pevností v tlaku (aţ 35 MPa),
komínovky pro zdění továrních komínů s objemovou hmotností aţ 1990kg.m-3 a pevností v tlaku aţ 35 MPa,
ručně tvarované výrobky pro rekonstrukci kulturních památek,
klinker – mrazuvzdorná cihla s pevností v tlaku větší neţ 28 MPa, objemová hmotnost nejméně 1900 kg.m-3, nasákavost do 7%.
Obr. 19. Základní typy cihlářských výrobků pro svislé konstrukce (Svoboda a kol., 2004).
Cihlářské výrobky (prvky) pro horizontální konstrukce Cihlářské výrobky pro horizontální konstrukce (Obr. 20.) se vţdy uplatňují ve spojení s ţelezobetonem tím, ţe vytvářejí jednak tzv. ztracené bednění nebo se jedná o ţebrovou stopní desku s rovným podhledem. Cihlářské tvarovky se pouţívají jako (Pytlík, 1995):
keramické nosníky a překlady nad okenními a dveřními otvory anebo k vytváření věnců v obvodu stropní roviny,
skládané stropy, sestávající se z nosníků (keramické, ocelové, ţelezobetonové nebo z předpjatého betonu) a keramických vloţek (typu HURDIS, MIAKO apod.),
keramické stropní dílce vyskládané ze stropních tvarovek.
Obr. 20. Základní cihlářský výrobky pro svislé konstrukce (Svoboda a kol., 2004). Pálená krytina Pálená krytina se pouţívá k pokrývání střech s dřevěnou konstrukcí krovu. Je vhodná pro sklony střešních plášťů nad 35o a pro nadmořskou výšku staveb do 400m. Pálenou krytinou se rozumějí různé druhy tašek, které se vyrábějí buď taţením na šnekových lisech (tažená krytina) nebo raţením na revolverových lisech (ražená krytina). Taţené tašky nemají příčné
dráţky, pouze je vytvářen ozub pro uchycení na latění. Výhodou taškových střech je jejich rychlá montáţ a snadná opravitelnost. Základními typy keramických tašek jsou (Obr.21.):
bobrovky, vyráběné taţením s povrchem dráţkovaným nebo hladkým v délce 380 aţ 400mm s dolní zaoblenou hranou, hladké nebo rýhované. Šířka je 175–180mm,
drážková tažená krytina (obdelníkového tvaru, rozměrů 400 x 225 x 24mm), hmotnost tašky asi 2,6kg, únosnost 80kg,
ražená krytina, vyráběná na revolverových lisech, má podélné i příčné dráţkování, jejichţ funkce zabezpečuje střešní plášť proti zatékání. Krycí délka tašek je 335±8mm, šířka 205±5mm.
prejzy, sestávající se ze dvou odlišných tvarů - hák (korýtko - spodní část) a prejz (kůrka - vrchní část). Pouţívá se hlavně ke krytí památkových objektů a významných budov, kde dosahuje poţadovaného architektonického účinku. Háky jsou vyráběny v rozměrech 380x200mm, prejzy 380x60/100mm (šířka se zuţuje),
hřebenáče -
dodávají se v druzích dráţkový a hladký. Hladké hřebenáče se
pouţívají ke krytí hřebenů a nároţí střech z tašek bobrovek, tašek dráţkových taţených a prejzů. Dráţkové hřebenáče se pak pouţívají na střechy z tašek dráţkových raţených.
Obr. 21. Základní typy pálené střešní krytiny (Svoboda a kol., 2004)
Ostatní (zvláštní) cihlářské výrobky K ostatním cihlářským výrobkům řadíme:
cihelné drenáţní trubky (trativodky),
cihelnou dlaţbu (půdovky, stájovky),
cihelné obklady,
cihelné plotovky,
antuku.
Procesy odehrávající se při výpalu keramického střepu Výpal je technologický proces, při němţ získává cihlářský výrobek své konečné vlastnosti. Při výpalu probíhají ve střepu jak fyzikální, tak chemické děje. Zároveň dochází, díky zvyšující se teplotě, také ke změnám fázovým (mineralogickým). Veškeré tyto reakce jsou značně sloţité a často se vzájemně ovlivňují. Základními reakcemi při výpalu jsou (Lach, 1986, Pytlík, 1995, Gregorová, 1996):
dehydratace, resp. dehydroxilace (tj. ztráta volné a vázané vody),
oxidace (tj. vyhořívání) organických látek,
termická disociace (tj. tepelný rozklad, typický zejména u karbonátů),
polymorfní transformace (tj. změna krystalové modifikace, typická u křemene),
reakce v tuhé fázi před slinováním (např. vznik spinelové fáze z metakaolinitu),
tavení, tj. tvorba skelné fáze.
S postupně narůstající teplotou lze (zjednodušeně) v cihlářském střepu popsat tyto hlavní chemické a mineralogické reakce:
v teplotním intervalu od běžné teploty do cca 200 až 250oC se z materiálu uvolňují zbytky vlhkosti, která nebyla odstraněna při sušení; jedná se vodu adsorbovanou v pórech materiálu,
při cca 200oC začíná uvolňování prchavých hořlavých látek, jejich spalování nastává, pokud je přítomen kyslík, aţ při cca 350oC, do cca 300oC zároveň těkají uhlovodíky, pokud jsou ve střepu přítomny (např. z mazacích olejů),
při poměrné nízkých teplotách dochází k rozkladu sirníku ţeleza – pyritu (FeS2), který se oxiduje při teplotách cca 350-450oC podle rovnice: FeS2 + O2 → FeS + SO2
v rozmezí zhruba 450 – 600 oC probíhá dehydroxilace kaolinitu (Obr.22.) jako jednoho ze základních jílových minerálů, a to podle schematické rovnice: Al2Si2O5(OH)4 → Al2Si2O7 + 2H2O respektive Al2O3·2SiO2·2H2O → Al2O3·2SiO2 + 2H2O kaolinit
metakaolinit
Obr. 22. DTA/TG křivka znázorňující průběh výpalu kaolinitu (Hanykýř, Kutzendörfer, 2000).
podobné teplotní rozmezí dehydroxilace má i další ze základních jílových minerálů – illit (cca 500-650oC), v případě montmorillonitu je teplota, při níţ dochází ke ztrátě vázané vody podstatně vyšší – přibliţně 700-950oC,
při 573oC (a atmosferickém tlaku 0,1 MPa) dochází k reverzibilní (vratné) polymorfní přeměně nízkoteplotního α-křemene na vysokoteplotní β-křemen, tato reakce je provázena objemovými změnami,
při teplotách nad 800oC dochází k disociaci základních karbonátů, kalcit jako uhličitan, který je obsaţen v kaţdé cihlářské zemině, vykazuje maximum disociace při 920-960°C,
při teplotách nad cca 800°C zároveň dochází k syntéze nových minerálních fází (amorfních nebo krystalických): nad cca 950-1000oC probíhají sloţité fázové přeměny metakaolinitu na Al-spinely podle rovnice: 2 (Al2O3.2SiO2) → 2 Al2O3.3 SiO2 + SiO2 a následným vznikem mullitu a cristobalitu, reakcí metakaolinitu (Al2O3·2SiO2) s velmi reaktivním volným vápnem (CaO) vznikají fáze typu gehlenitu (2CaO.Al2O3.SiO2) a anortitu (CaO.Al2O3.2SiO2).
nad 1000oC začíná proces tavení a dochází ke tvorbě skelné fáze.
Doporučená literatura ke kapitole Keramika 1. Gregerová, M.: Petrografie technických hmot. – Skripta PřF Masarykovy university v Brně, 1996, 139 s. 2. Hanykýř, V., Kutzendörfer, J.: Technologie keramiky. - Silikátový svaz a Vega, s.r.o., 2000, 287 s. 3. Herainová, M.: Keramické obkladové materiály. – Silikátový svaz, 2003, 31 s. 4. Hlaváč, J.: Základy technologie silikátů. – SNTL / Alfa, Praha, 1988, 515 s. 5. Konta, J.: Keramické a sklářské suroviny. – UK Praha, 1982, 364 s. 6. Kužvart, M. a kol.: Loţiska nerudních surovin ČSR. – Univerzita Karlova v Praze, 1983, 521 s. 7. Lach, V.: Keramika I. - VUT Brno, SNTL Praha, 1986, 153 s. 8. Pytlík, P.: Cihlářství. - VUT Brno, CERM, s.r.o. Brno, 1995, 264s. 9. Pytlík, P., Sokolář, R.: Stavební keramika, technologie, vlastnosti a vyuţití. - CERM, s.r.o., Brno, 2002, 285 s. 10. Starý, J. a kol.: Surovinové zdroje České republiky. Nerostné suroviny (stav 2005). Praha: Ministerstvo ţivotního prostředí, 2006. 302 s. 11. Svoboda, L. a kol.: Stavební hmoty. – JAGA Bratislava, 2004, 471 s. Vybrané internetové odkazy ke kapitole Keramika těţaři keramických surovin: www.lb-minerals.cz/ - LB MINERALS, a.s. www.keramost.cz/ - Keramost, a.s.
www.mslz.cz/ - P-D Refractories CZ, a.s. www.sedlecky-kaolin.cz/ - Sedlecký kaolín, a.s. www.cluz.cz/ - České lupkové závody, a.s. www.kmkgranit.cz/ - KMK GRANIT, a.s. výrobní firmy:
www.wienerberger.cz/ - Wieneberger cihlářský průmysl, a.s. www.tondach.cz/ - Tondach Česká republika, a.s. www.heluz.cz/ - Heluz cihlářský průmysl, v.o.s. www.cihelnahlucin.cz/ - Cihelna Hlučín, s.r.o. www.cihelny-kryry.cz/ - Cihelny Kryry, a.s. www.cihelna.zde.cz/ - Cihelna Polom, s.r.o. www.cihelny-zlinsko.cz/malenovice/ - Zlínské cihelny, s.r.o. www.cihelnahodo.cz/ - Cihelna Hodonín, s.r.o. www.stavite.cz/ - Jan Fiala - Cihelna Štěrboholy www.cihelna-rehounek.cz/ - Bratři Řehounkové, cihelna Časy, s.r.o. www.cihelna.hrabcuk.cz/ - Cihelna Vysoké Mýto, s.r.o. www.cihlylevne.cz/ - Cihelny STAMP Miskolezy, s.r.o. www.rako.cz/ - Lasselsberger, a.s. www.pkz-keramika.cz/ - PKZ Keramika Poštovná, a.s. www.hein.cz/ - Hein a spol. - keramické závody, s.r.o. www.keramika-letovice.cz/ - Keramika Letovice, s.r.o. www.porcela.cz/ - Karlovarský porcelán, a.s. www.jika.cz/ - LAUFEN CZ, s.r.o. www.epl.cz/ - Elektroporcelán Louny, a.s. www.vuk.cz/ - Vysokoteplotní a uţitková keramika, s.r.o. www.zarohmoty.cz/ - Ţárohmoty, s.r.o. www.zeolit.cz/ - Zeolit Kladno, s.r.o. www.glazura.cz/ - Glazura, s.r.o.
časopisy:
www.ceramics-silikaty.cz – časopis Ceramics – SILIKÁTY www.keramika-sklo.cz/ - časopis Keramika a sklo
profesní sdruţení:
www.cscm.cz/ - Cihlářský svaz Čech a Moravy www.silis.cz/ - Silikátový svaz http://keramika.silis.cz/ - Svaz keramiků ČR
střední školy:
www.keramickaskola.cz/ - Střední průmyslová škola keramická Bechyně www.spskkv.cz/ - Střední průmyslová škola keramická a sklářská Karlovy Vary
vysoké školy: www.vscht.cz/sil/ - Vysoká škola chemicko-technologická v Praze, Fakulta chemické technologie, Ústav skla a keramiky
