Duma György – Ravasz Csaba

 

Homokos aleuritból készülő cserépedények

 

Építőanyag 1970. 447 – 451. o.

 

  Földtani szempontból agyagnak tekintjük a laza szerkezetű, 0,002 – 0,004 mm-nél kisebb szemcseátmérőjű, főleg víztartalmú alumínium-szilikát anyagú ásványokból álló természetes anyagokat. Mindezekre jellemző, hogy szárazon földes tapintásúak. E kőzetcsoporton belüli osztályozás az uralkodó mennyiségű ásványos elegyrész alapján történik, így megkülönböztetünk kaolinos, illites, montmorillonitos stb. agyagokat. Az osztályozás földtani értelemben fontos szempontja az agyag származásának és kőzetté válásának körülménye is. Ezek alapján a legtöbb agyag finom szemcséjű, törmelékes, üledékes kőzet, kisebb részük magmás képződmény, vulkáni eredetű kőzetek hidrotermális hatásra történt átalakulásának terméke (1, 2).

  A köznapi értelemben, általánosan elfogadott módon, az agyag elnevezést minden vízzel képlékeny tulajdonságot mutató természetes nyersanyag megjelölésére használják. Minden bizonnyal sok esetben ilyen értelmezésben kell az ősi agyagművesség nyersanyagait is agyagnak tekinteni. E meghatározás az agyag fogalmát nagymértékben kiterjeszti. A fogalomkör ilyen bővülése egyrészt párhuzamosan halad a földtani szempontokkal, másrészt túllépi határaikat.

    Az a körülmény, mely szerint a kerámiai ipar növekvő mennyiségi és fokozott minőségi igényeit csak meghatározott ásványi elegyrészekből álló és műre való előfordulásban levő agyagokkal lehet kielégíteni, szükségszerűen magával hozta az agyagoknak ipari felhasználhatóságuk és gazdaságföldtani szempontok alapján történő átértékelését. Kialakult – az agyagok szélesebb földtani értelmezésén belül – a technikai agyag ­fogalma, mely a sajátos kerámiai-technológiai és bányászati követelményeknek egyaránt megfelelő nyersanyagok közös gyűjtőneve (3).

  Az alábbiakban olyan üledékes eredetű, törmelékes kőzetet kívánunk ismertetni, amelynek kedvezőkerámiai tulajdonságai vannak, de ennek ellenére még az átfogóbb földtani értelmezésben sem lehet agyagnak tekinteni őket.

  A kőzet első megítélésre – makroszkóposan – homokos löszre emlékeztet, mint ilyent kaptunk vizsgálatra is (4). A vizsgálat célja elsősorban annak a kérdésnek az eldöntése volt, hogy a ,,homokos lösz” névvel jelölt nyersanyag szolgálhatott-e egykor kezdetleges technológiával készítet mázatlan edény anyagául. Mivel ennek alapfeltétele a képlékeny alakíthatóság és a minél alacsonyabb hőmérsékleten meginduló cserépképződés, azért elsősorban az ezekkel összefüggő kérdéseket vizsgáltuk. Ezen túlmenően adatokat kívántunk kapni a kőzet származásának és kőzetté válásának körülményeiről is.

  A vizsgált törmelékes kőzet színe barnás-szürke, anyaga könnyen morzsolható volt, légszáraz állapotban higroszkópos nedvessége 2%-ot nem haladta meg, vízzel jól feláztatott, a zagyból nagyobb tömege szemmel láthatóan azonnal kiülepedett.

  Tájékozódó jellegű kísérleteink azt mutatták, hogy a bányatermék képlékenysége rendkívül csekély, vízzel nem képez formálható agyagot. A feldolgozáshoz szükséges képlékenységet ezért csak az iszapolás útján nyert termékektől várhattuk. Az iszapolással történő fajtázás lehetőségének, valamint a várható kihozatal nagyságának megismerése céljából is meghatároztuk az anyag szemcséinek mennyiségi megoszlását. A vizsgálatot vizes közegben végeztük, a 0,05 mm-nél kisebb szemcsék meghatározása ülepítéssel történt (1. táblázat), (1. ábra.

 

  1. táblázat.

 

Ø mm

L. 994. súly %

L. 994. kummulatív súly %

Földtani megnevezése

+ 1,50

7,30

100,0

Durva homok

- 1,50

1,23

92,63

1,00

0,59

91,40

0,75

0,30

90,81

0,60

0,50

90,501

Közép-homok

0,49

0,97

90,01

0,30

1,17

89,04

0,20

3,00

87,87

0,10

10,98

84,87

Durva aleurit

0,05

1,53

73,89

0,04

11,83

72,36

0,02

57,13

60,53

Finom aleurit

0,01

3,40

3,40

 

 

1. ábra. A vizsgált anyag 1,5 mm szemcseátmérőnél kisebb szemcséinek megoszlása (L:-994. sz. minta.)

 

  A durva agyagrészre jellemző szemcseátmérők felső határa a ma általánosan elfogadott álláspont szerint 0,005 mm (5). A közölt adatokból jól látható, hogy ilyen méretű szemcséket az anyag csak elenyészően kis mennyiségben tartalmazhat. Ha feltételezzük, hogy a vizsgálatnál a finom szemcsék nem voltak kellően eloszlatva, halmazokat alkottak, és ezért indokolt lehet a régebbi, ma már nem használatos 0,01 mm szemcseméretet elfogadni a durva agyagrészekre jellemző szemcsehatárnak (6), kőzetünket még ebben az esetben sem lehet agyagnak tekintetni, mivel ilyen méretű, illetőleg ennél kisebb szemcséket is mindössze 3,4%-ban tartalmaz.

  Megemlítjük, hogy az általunk vizsgált magyarországi fazekasagyagok bányatermékében a 0,01 mm-nél kisebb szemcsék átlagos mennyisége átlagosan 15 – 20 % között volt, de sok esetben megközelítette a 60 %-ot.

  A feláztatott anyagot szitasorral fokozatosan mind kisebb szemcseméretnél iszapoltuk. Meglepő módon azt tapasztaltuk, hogy a 0,02 mm-nél kisebb szemcséket tartalmazó termékek beszikkasztva már képlékenynek, megmunkálhatónak bizonyult. A képlékenység a kis szemcsék dúsulásával fokozódott, a megmunkálhatóság azonban erősen romlott, a 0,06 mm-nél kisebb szemcséket tartalmazó agyag kerámiai vonatkozásban használhatatlanná vált. A 0,04 mm-nél kisebb szemcséket tartalmazó zagy beszárítás után a bentonitoknál tapasztalt felperdülő hártyákat képezett. Kerámiai célra legmegfelelőbbnek a 0,2 mm szemcsehatárnál elválasztott anyag bizonyult. E termékben a 0,01 mm-nél kisebb szemcsék mennyisége 3,87%-ra dúsult, a kihozatal 87% volt.

  Az iszapolásnál nyert finom termék (0 0,2 mm) és a meddő rész (+ 0,2 mm) ásványi elegyrészeinek megismerésére különböző vizsgálatokat végeztünk. A meddő rész ásvány- és kőzettani vizsgálatával a kőzet légi vagy vízi szállítottságára, a finom termék ásványi elegyrészeinek megismerésével a durvaszemcsés anyagoknál szokatlan képlékenység okára kívántuk feleletet kapni.

  A kőzet szemcseösszetétele az alábbiakkal jellemezhető: az uralkodó szemcsenagysági csoport, a 0,010,02 mm átmérőjű finom aleurit, hozzávetőleges mennyisége 55 súly%, a durva aleurité 16 súly%, a homoké 21 súly%. A kavicsfrakció és az agyag együttesen nem éri el a 10 súly%-ot. Részletes ásványtani vizsgálat a 0,2 – 0,3 mm-es rész anyagából – az iszapolásnál nyert meddőből – készült, ennek alapján a törmelékes ásványok a következő megoszlást mutatják:

  A könnyű ásványok többsége kvarc (58 szemcse %, ennek javarésze vulkáni származású, sok esetben idiomorf kristályokkal képviselt. Ritka az ortoklász (4%), szórványosan fordul elő a plagioklász (1%), gyakori a karbonát (30%), míg a muszkovit és az agyagásvány-szemcse ritka (5 – 5%), szórványosan jelenik meg a kanadabalzsamnál kisebb törésmutatójú vulkáni üveg.

  A nehézásványok között legnagyobb mennyiségben a biotit van képviselve (32%), gyakori a gránát (19%) és a limonit (35%). A hematit és klorit mennyisége már alárendeltebb (8 és 6%). Igen ritka az epidot.

   A felsorolt ásványok mellett több-kevesebb koptatott foraminifera-váz és mollusca-héjtöredék található a kőzetben.

  A kis számú kavics kőzetanyaga makroszkópos meghatározás alapján a következő: kvarc, lidit, miocén (?) mészkő, mezozoos (?) dolomit, metamorf pala, kvarcit és végül mállott vulkáni kőzet.

  A kőzet szemcsenagysági, illetőleg törmelékes anyagának ásványos összetétele, továbbá elegyrészeinek görgetettsége alapján homokos aleuritnak (silt, Schluff) határozható meg, ami valószínűleg miocén kori képződmények, folyóvízi áthalmozódása útján keletkezett. Külön ki kell emelni a kőzet nem-eolikus eredetét. A minta anyagának finom frakciója makroszkóposan valóban kissé a löszre emlékeztető, de erre sem szemcseösszetételi, sem a minőségi ásványtan vizsgálatok nem szolgáltattak bizonyítékot, noha e lehetőségre mindvégig fokozott figyelmet fordítottunk.

  Az iszapolásnál nyert 0,2 mm-nél kisebb szemcsékből álló finom-homokos aleurit ásványainak megismerésére végzett röntgendiffrakciós vizsgálat azt mutatta, hogy annak főtömegét a maddővel azonos ásványok alkotják: kvarc, földpát, dolomit, kalcit; ezek mellett azonban több agyagásvány-csoport is képviselve van: kaolinit, montmorillonit és illit volt kimutatható.

  Az iszapolt termék derivatográfiai vizsgálatát is elvégeztük. A 105 ºC-nál súlyállandóságig szárított anyag izzítási vesztesége (TG) 12,50 súly% volt. A DTA-görbén 330 ºC csúcshőmérséklettel a szerves anyagok jelenlétére utaló exoterm hullám keletkezett, melynek zavaró hatása N2 atmoszférában végzett felvételeknél kiküszöbölhető volt. Utóbbi körülmények között végzett mérésnél határozottan meg lehet figyelni 140 ºC-nál és 265 ºC-nál a hidrocsillámok (vermikulitok?) jelenlétére utaló két endoterm csúcsot, feltehető, hogy 670 ºC-nál és 840 ºC-nál a montmorillonit második és harmadik endoterm csúcsa jelentkezik, 573 ºC-nál a β-α-kvarcátalakulást jelző csúcs mindig határozottan felismerhető volt. A DTA-felvételek pontos kiértékelését a kőzet különböző ásványainak egymást fedő és befolyásoló termikus reakciói aligha teszik lehetővé. A derivatográfiás vizsgálatok azonban így is kétségtelenné tették, hogy a kőzet finom szemcséiben – a szemcsemeghatározásnál már feltételezett – olyan ásványok vannak képviselve, amelyek kis mennyiségben való jelenléte is jól értelmezheti a képlékeny sajátosságok létrejöttét. Feltehető, hogy a szervesanyagok jelenléte is hozzájárul a képlékeny tulajdonságok kedvező kialakulásához (2. ábra).

 

 

2. ábra. A homokos aleurit finomszemcséiből készült DTA-felvétel levegőn (L.94.) és N2-atmoszférában (L.994-N2)

 

  Mivel a kőzetek csak teljes feltárásukkal vihetők oldatba, azért a kémiai elemzés alapján az egyes elemek egykori kapcsolatát és ezzel összefüggően ásványi elegyrészeiket aligha lehet már megismerni. Ennek ellenére más vizsgálatokkal közösen támpontot nyújthatnak bizonyos ásványi sajátosságok meghatározására is (2. táblázat).

 

2. táblázat.

 

Minta jelzése:

L.-994

Súly %

SiO2

55,07

Al2O3

10,73

Fe2O3

6,86

TiO2

0,01

CaO

9,33

MgO

2,31

K2O

1,94

Na2O

12,50

 

  A közölt kémiai összetétel alapján a vizsgált homokos aleurit is a fazekasagyagok közé lenne sorolható, de más vizsgálatok eredményeinek figyelembe vételével ez már nem támasztható alá. Ezek alapján bizonyosra vehető, hogy a kémiai elemzésben meghatározott Al2O3-tartalom csak részben lehet 0,01 mm-nél kisebb szemcsékben levő agyagásványokhoz, valamint a nagyobb szemcsékben levő földpátokhoz kötve, kétségtelen, hogy más része a sokszor megfigyelt és leírt kilúgozott alkálitartalmukat részben vagy teljesen elvesztett csillámokhoz (vermikulitokhoz) tartozik (7).

  Az iszapolással nemesített homokos aleurit képlékeny sajátossága lehetővé tette különböző próbatesteknek sajtolással történő formázását, sőt a közepesen képlékeny anyagból szabadkézi korongozással edények is kialakíthatóak voltak.  A próbatestek lineáris száradási zsugorodása 6,6% volt, ami az e mm-nél kisebb szemcséket tartalmazó, tehát durván iszapolt fazekasagyagoknál általunk tapasztalt középértéknek felel meg.

  A próbatesteket elektromos kemencében oxidáló körülmények között égettük ki, 500 ºC – 1300 ºC-hőmérséklethatárok között. Az anyag 600 ºC-nál sötétbarna, a hőmérséklet emelkedésével élénk vörös színűvé válik, 900 ºC után fokozatosan sötétedik. Meglepő módon azt tapasztaltuk, hogy az 500 ºC hőmérsékleten égetett próbatestek vízzel már nem voltak feláztathatóak. Az égetés hatására 1200 ºC hőmérsékletig nem lehetett zsugorodást észlelni, e felett a próbatestek fokozatosan lágyultak, végül az olvadás jeleit mutatták.

  Az égetés alatt végbemenő változások megismerésére meghatároztuk a próbatestek hőmérséklet függvényében változó látszólagos porozitását, vízfelvevő képességük alapján. A porozitás változása jól követhető volt, 1200 ºC hőmérésékletig kissé növekedett, utána viszonylag szűk hőmérséklethatárokon belül rohamosan csökkent, majd 1280 ºC hőmérsékletnél megszűnt (3. táblázat), (3. ábra).

 

3. táblázat.

ºC

Látszólagos porozitás qo%

L.-994. homokos aleurit

Nádudvari agyag

Mezőtúri agyag

500

26,7

-

-

600

24,0

27,7

31,1

700

25,8

25,3

31,6

800

29,3

22,5

28,6

900

29,3

16,8

29,1

1000

30,7

4,4

26,1

1100

31,0

0,0

0,0

1200

31,8

-

-

1280

0,0

-

-

 

 

3. ábra. Látszólagos porozitás változása. Homokos aleurit (I), mezőtúri agyag (II), nádudvari agyag (III)

 

  A táblázatban és az ábrán két jellegzetes magyarországi fazekasagyag hasonló körülmények között meghatározott porozitásváltozását is feltüntettük. A fazekasagyagok tömörödése és megolvadása az ismertetett kőzetnél lényegesen alacsonyabb hőmérsékleten következik már be.

  Az anyag égetés alatt mutatott sajátosságainak megismerésére a hevítőmikroszkópi vizsgálatok igen alkalmasak voltak.

  A vizsgálatokhoz sajtolással 3 x 3 mm méretű próbatesteket készítettünk. A kemence felfűtésére 10 ºC/perc lineáris hőmérsékletemelkedéssel történt. A közölt árnyékfelvételen jól látható, hogy a próbatest 1200 ºC hőmérsékletig alakját, külső méretét nem változtatta, alakváltozást csak 1250 ºC felett bekövetkező lágyulásakor lehetett megfigyelni.

  A kísérleteink azt mutatták, hogy a homokos aleuritból készített próbatestek az égetés hatására külső méretüket nem változtatták, térfogatuk állandósága mellett azonban porozitásuk fokozatosan növekedett lágyulásukig, majd megolvadásukig. A próbatesteknek az emelkedő égetési hőmérséklettel párhuzamosan – külső méretállandóságuk mellett – tapasztalt porozitásnövekedése, a különböző agyagoknál és kaolinoknál megfigyelt jelenséggel azonos okokra, a belső szerkezeti zsugorodásra vezethető vissza (8, 9).

  A kőzet ásványi elegyrészből álló, viszonylag durva szemcséinek felületét vékony hártyaként borító agyagásványréteg meghatározott víztartalom mellett biztosíthatja a homokos aleurit képlékenységét. A száradás folyamán a szemcsék mind közelebb kerülnek, majd érintkeznek egymással. E folyamat esetünkben 6,6% lineáris zsugorodásnál befejeződik. Az ilyen módon összetapadt, egymást kitámasztó szemcsék száradás után olyan szilárd vázat alkotnak, hogy az a meghatározott hőmérséklethatárok között az égetés alatt is biztosítani tudja a külső méretállandóságot. A szemcséket borító s a váz hézagait helyenként kitöltő agyagásványok hőmérsékletemeledésével bekövetkező zsugorodása, az ásványszemcsékből álló váz hézagainak tágulását idézi elő s ezzel belső szerkezeti változás következik be, ami a látszólagos porozitásnak a hőmérséklet emelkedésével bekövetkező növekedésében is kifejezésre jut. Külső méretváltozás csak akkor következik be, amikor a vázat alkotó ásványszemcsék maguk is megolvadnak. Ez utóbbi folyamat a hevítőmikroszkópi vizsgálatainknál jól követhető volt (4. ábra).

 

 

4. ábra. A homokos aleurit anyagából készített próbatest alakváltozása a hőmérséklet függvényében. (Hevítő-mikroszkópi felvétel.)

 

  A vizsgálataink alapján megállapítható volt, hogy a homokos aleuritkőzet már durva iszapolás után is kerámiai szempontból megfelelő képlékenységet mutat, s így azt egykor is használhatták edények készítéséhez. Az alacsony hőmérsékleten meginduló cserépképződés mellett a fazekasagyagoknál ismeretlen, tűzben való állékonysága miatt különösen alkalmas lehetett a kezdetleges égetési technológiával dolgozó ősi fazekas számára.

  A részletes kémiai és fizikai vizsgálatokat felölelő kísérletsorozatunkból kiragadott néhány vizsgálati eredményének közlésével bizonyítékát kívántuk adni annak, hogy a mai fogalmaink szerinti agyagnak nem tekinthető kőzetek is alkalmasak lehetnek agyagműves-technológiával végrehajtott feldolgozásra.

 

Irodalom

(1) Bates, R. L.: Geology of the Industrial Rocks and Minerals. New York, 1960.

(2) Grim, R. E.: Clay Mineralogy. New York, 1953.

(3) Noll, W.: Wege der modernen Tonforschung. Sprechsaal Jahrbuch. 1943. 222.

(4) A vizsgálandó anyagot a Niederösterreichisches Landesmuseum igazgatója, F. Hampl bocsátotta rendelkezésünkre az ismertetett vizsgálatok céljaira. Lelőhelye: Asparn/Zaya, Alsó-Ausztria.

(5) Funk, W.: Die Rohstoffe der Feinkeramik, ihre Aufbereitung und Verarbeitung zu Massen und Glasuren. Berlin, 1933. 34.

(6) Seger, H. A.: Gesammelte Schriften. Berlin, 1908.

(7) Jasmung, K.: Die silikatischen Tonminerale. Weinheim, 1951.

(8) Juhász, Z.: Kaolinok égetési zsugorodásának tanulmányozása I – II. Építőanyag. 1960. 121, 176.

(9) Juhász, Z.: A szegilongi samottkaolin kísérletei. Építőanyag. 1959. 17 – 27.

 

Összefoglalás

  A tanulmány külső megjelenésre homokos löszre emlékeztető olyan üledékes eredetű törmelékes kőzetet ismertet, melyet egyrészt ásványi elegyrészeinek szemcsenagysága, másrészt minősége alapján a ma elfogadott meghatározás szerint nem lehet agyagnak tekinteni. E kőzetnek ennek ellenére kedvező kerámiai tulajdonságai vannak, durva iszapolás után szabadkézi korongolásra is alkalmassá válik. Az ásványtani vizsgálatok alapján homokos aleuritként meghatározható kőzetnek a durva ásványi szemcséit vékony hártyaként borító agyagásvány-réteg meghatározott feltételek mellett képlékeny tulajdonságot kölcsönöz. E réteg beszáradásával a durva ásványi elegyrészek egymással érintkezésbe kerülve, olyan vázat alkotnak, mely az égetés alatt is viszonylag széles hőmérséklethatárokon belül mindaddig biztosítani tudja a belőle kialakított test mértékállandóságát, amíg maguk a vázat képező ásványok meg nem olvadnak. Az ásványszemcséket összetartó és részben a váz hézagait is kitöltő agyagásványok hőmérséklet hatására történő zsugorodásakor, külső méretváltozás nélkül, a váz hézagainak tágulása következik be. A belső szerkezeti változás a látszólagos porozitás növekedésében jut kifejezésre.

 

 

Duma György magyar nyelvű cikkei

 

Duma György cikkeinek teljes listája időrendben

 

Vissza a főoldalra

.