Duma György – Ravasz Csaba

 

Homokvázas cserépedények

 

Építőanyag 302 – 307. o.

 

Ismeretes, hogy a különböző kerámiai termékek – cserépedények és tárgyak – kezdetleges agyagipari technológiákkal történő előállításának alapfeltétele mind a feldolgozásra kerülő agyag képlékeny megmunkálhatósága, mind a viszonylag alacsony hőmérsékleten meginduló cserépképződés. Mivel e feltételeknek elsősorban a felszíni és felszínhez közeli rétegekben található agyagok tehetnek eleget, ezért általánosan elfogadott az a megállapítás, hogy a fazekastermékekhez és az őskori cserépedényekhez egyaránt agyagokat dolgoznak fel. Korábbi vizsgálataink eredményei alapján azonban tudjuk, hogy az említett követelményeket olyan üledékes eredetű, laza-törmelékes kőzetek felhasználásával is ki lehet elégíteni, melyek átfogóbb földtani értelemben sem sorolhatók az agyagok csoportjába (1, 2).

  Aligha lehet agyagnak tekinteni azoknak az időszámításunkat kétezer évvel megelőző időben készített szobrok és edények anyagát sem, melyeket a szakirodalom egyiptomi fajansz néven ismer. A legújabb kutatások alapján tudjuk, hogy ezek csaknem teljesen finom kvarcszemcsékből álló anyagok kerámiai technológiával készültek, és – átlagosan 90 – 95%-ot képviselő, rendkívül magas kovasavtartalmuk alapján – Kühne szerint indokolt ,,Kieselkeramik” névvel jelölni őket (3).

  Az agyagásványok hiányában nehezen alakítható termékek, égetés utáni szilárdságát bizonyíthatóan a homokőrleményekhez kevert, olvasztó hatású adalékanyagokkal érték el (2, 4, 5, 6).

  A régészeti leletanyagok vizsgálata során azonban olyan, hasonlóan magas kovasavtartalmú anyagokat is megismerhettünk, melyek egyéb összetevők alapján aligha sorolhatók az említett csoportba. Feltételeztük, hogy vannak homokok, melyek adalékanyagok nélkül is – természetes összetételük alapján – alkalmasak lehetnek kerámiai termékek, cserépedények előállítására.

  A cserépedények homokokból történő előállításának lehetőségét régészeti célkitűzéssel vizsgáltuk. A mintákat a Berlini Humboldt Egyetem Egyiptológiai Tanszéke bocsátotta rendelkezésünkre és azok Szudánban – Musawwaratban – folytatott ásatásuk anyagához tartoznak, a településen kívüli száraz területről származtak, a felszín alatti harminc centiméteres mélységből való, kiterjedt területre jellemző messzemenően azonos átlagminták voltak.

  A vizsgálatra kapott két homokminta színe légszáraz állapotban vörösbarna, szemcséi a homokra jellemző módon laza halmazt képeztek, melyben kevés, ujjal könnyen morzsolható, finom szemcsékből álló, néhány milliméter nagyságú csomó látszott. A vízben erőteljes keveréssel diszpergált anyag a mechanikai hatás megszűnésével gyorsan ülepedő durva kőzet- és ásványszemcsékre, valamint finomszemcsés lebegő iszapra fajtázódott. Ez utóbbi később igen lassan, vékony élesen elhatárolt rétegben ülepedett le a durva homokszemcsékre. Az ülepítés folyamán a víz felszínére kevés növényi eredetű maradvány került.

  A homok szemcsemegoszlását vizes közegben határoztuk meg (7). A szemcsemegoszlási görbék lefutása a finomszemcsés homokokra jellemző (1. ábra).

 

 

1. ábra. Homokok szemcsemegoszlása (Szudán – Musawwarat)

 

A vizsgálati körülmények között, desztillált vízben, a 10 mikronnál kisebb szemcsék mennyisége mindössze 1,3 – 1,8%-át adta a kiindulási anyagnak. A finom szemcséket tartalmazó rész diszperzitásfokát különböző peptizátorokkal (elektrolitokkal) sem lehetett számottevően növelni.

  A homok 63 mikronnál kisebb szemcséit tartalmazó 25 g/liter zagysűrűségű szuszpenzió beszárításakor kolloid-agyagásványok jelenlétére utaló, felperdülő hártyák keletkeztek. Az anyagnak ez a sajátossága a hőkezelés után csökkent, az előzőleg 145 ºC-nál szárított terméknél már alig jelentkezett (2. 3. ábra).

 

 

2. ábra. Beszáradt homokszuszpenzió felperdülő hártyái. (Sugár L. felvétele)

 

 

3. ábra. Beszáradt homokszuszpenzió előzőleg hőkezelt anyagból (Sugár L. felvétele)

 

A 63 mikronnál kisebb szemcséket tartalmazó zagyok beszikkasztásakor sovány, nem megmunkálható anyagot nyertünk, mely azonban mechanikai hatásra – gyúrással – meglepő módon képlékennyé vált. Mivel e termék a teljes anyagnak csak 23%-át alkotta, megkíséreltük – kedvezőbb kihozatal érdekében – az iszapolásnál tágítani a homokszemcsék elválasztásának felső határát, s ezzel a meddő anyag mennyiségét csökkenteni.

  Úgy találtuk, hogy még a 320 mikronnál kisebb szemcséket tartalmazó zagyokból is kielégítő képlékenységű anyagok nyerhetők. E termék az A-anyagnál 47%, a B-anyagnál 44%-os kihozatalnak felelt meg. A 10 mikronnál kisebb szemcsék mennyisége az iszapolt termékekben a kiindulási anyaghoz viszonyítva dúsult: 6,0 – 8,5%-ra növekedett.

  E szokatlan sajátosságú homokok iszapolással elkülönített, 320 mikronnál kisebb szemcséit tartalmazó – vízzel képlékenyen alakítható – részéből ásvány-kőzettani, kémiai és technológiai vizsgálatokat végeztünk.

  A képlékeny alakíthatóságban döntő szerepet betöltő finom szemcsék ásványi összetevőinek meghatározására a homokok 20 mikronnál kisebb szemcséket tartalmazó részéről röntgediffraktogrammokat készítetünk (8). Külön vizsgáltuk az eredeti légszáraz és előzőleg 145 ºC hőmérsékleten kezelt anyagot. A homokok 0,1 – 2,0, valamint 0,06 – 0,1 milliméter méretű szemcséin ásványi vizsgálatot végeztünk.

  A légszáraz anyag ásványi összetétele, röntgendiffraktogrammok alapján, a következőkben adható meg: sok kvarc, – (d értékek: 4,26–3,34–2,46–2,28–2,23–2,12–1,98–1,81–1,67–1,54) – jelentős mennyiségű kaolinit, – (d-értékek: 7,15–4,47–4,10–3,57–,3,10–2,54–2,49–2,34–2,33–2,29–2,18–1,99) kisebb mennyiségű savanyú plagioklász és földpát – (d értékek: 4,04–3,8–3,7–3,2–3,01–2,93–2,85–2,83) – A 15,23-as vonal alumíniumszilikát jelenlétét mutatja. Mivel azonban a hőkezelt mintán 7,1-es d-érték egyidejű intenzitáscsökkenésével párhuzamosan nem figyelhető meg a 14-es vonal erősödése, azért minimális mennyiségű montmorillonoid-ásvány (sauconit?) jelenléte valószínűsíthető, –  további d-értékek: 3,07–2,62–1,68–1,5) –.

  A hőkezelt minta ásványi összetételét igen sok kvarc, közepes mennyiségű kaolinit, kevés földpát és minimális „víztelenedett” montmorillonit alkotja.

  A homokok említett, kétféle szemcsenagyságú részéből készült mikromineralógiai vizsgálat eredményét nehéz- és könnyűásvány csoportokra bontva adtuk meg. (1. táblázat).

 

  1. táblázat.

 

Nehézásványok

Könnyűásványok

Törmelékes

db. szemcse

Törmelékes

db. szemcse

Megnetit

19

Kvarc

89

Rutil

3

Ortoklász

3

Gránát

2

Mikrolin

3

Cirkon

8

Andezin

2

Disztén

2

Muszkovit

szórv.

Titanit

szórv.

Agyagásvány

3

Turmalin

4

 

 

Epidot

4

 

 

Klinozoizit

2

 

 

Zoizit

1

 

 

Augit

2

 

 

Grammatit

1

 

 

Zöldamfibol

7

 

 

Barna amfibol

1

 

 

Biotit

8

 

 

Apatit

2

 

 

Epigén:

Limonit

34

 

 

Összesen

100

Összesen

100

 

Az ásvány-kőzettani vizsgálatok eredményeit összegezve megállapítható, hogy a homokok anyaga savanyú, mélység-magmás kőzete, kis mértékben metamorf és kiömlési-magmás kőzetek lepusztulásából származik.

  A homokok finom szemcséinek további megismerésére a 60 mikronnál kisebb nagyságú szemcséket tartalmazó anyagokból derivatográfiai vizsgálatokat is végeztünk (9). A különböző felvételeken minden esetben határozottan megfigyelhetők voltak a kaolincsoportra jellegzetes termikus reakciók csúcsértékei, valamint a szerves anyagok jelenlétére utaló exoterm hatásokra kialakult, összetett hullámok. A minták N2-atmoszférában készült felvételei azt mutatták, hogy a szerves anyagok exoterm reakcióinak hatása a vizsgált anyag ásványi jellegéből adódó termikus reakciók csúcsértékeit nem fedte, illetőleg nem befolyásolta. A röntgendiffrakciós vizsgálatok alapján feltételezhető minimális montmorillonit jelenléte e vizsgálatoknál nem volt kimutatható. A DTA-görbék első szakaszán a felvett víz eltávozását a víztartalom függvényében változó erősségű endoterm csúcs jelzi. Ennek jellegéből feltételezhető lenne a halloysit jelenléte is, amit azonban a röntgendiffraktogrammok nem mutattak ki (4. ábra.)

 

 

4. ábra. Homokminták DTA-felvételei: I.-nyers, II.-nyers N2-atmoszférában, III.-P2O5 felett szárított, IV.-előzőleg 145 ºC-nál hőkezelt, V.-20 ºC-on gőztérben 72 óráig, VI.-hasonló körülmények között 120 óráig kezelt anyagok.

 

  A kémiai elemzések alapján megállapítható volt, hogy az iszapolt termék kovasavtartalma 80% felett van (2. táblázat).

 

2. táblázat.

 

 

 

Iszapolt termék %

Kiindulási termék %

A

B

A

B

SiO2

81,20

81,90

87,70

88,10

Al2O3

7,89

7,70

5,16

5,03

Fe2O3

4,55

4,58

2,96

3,00

TiO2

0,11

0,09

0,07

0,06

CaO

0,22

0,33

0,14

0,22

MgO

0,18

0,15

0,12

0,10

K2O

0,88

0,75

0,58

0,34

Na2O

0,81

0,52

0,53

0,34

Izzítási veszteség

4,11

3,93

2,63

2,56

 

Joggal feltehető a homokminták kémiai összetételéből, hogy a vizsgált anyagban az uralkodó ásvány továbbra is a kvarc, amely mellett a röntgendiffraktogrammok kiértékelésével meghatározott földpát- és agyagásványösszetevők is megtalálhatók. A röntgendiffrakciós vizsgálatok eredményei alapján indokolt a kémiai elemzéssel meghatározott összetevők közül az alkáliákat, a földpátok és az alumínium fennmaradó részét, a kaolinit ásvány összetevőjének tekinteni. Ha figyelembe vesszük az említett ásványi számításból adódó bizonytalanságokat, akkor sem kétséges, hogy az iszapolt homokok kaolintartalma nem lehetett 10% alatt. Ez a körülmény azt mutatja, hogy a kaolintartalom jelentős része – a finomszemcsék mérettartományában – nem peptizálható formába, a mállott földpátokban vagy azokhoz szorosan kötődve helyezkedik el. A kaolintartalomnak ez a része azonban aligha volt hasznos a homokok képlékenységére.

  A homokok légszáraz állapotban kevés nedvességet kötöttek meg, ez az A-minta esetében 1,87% volt. E nedvességtartalmunkat 110 ºC hőmérsékleten teljesen, P2O5 felett tartva csak részben, 1,03%-ig vesztették el. A víz elvesztése reverzibilis folyamat, 20 ºC hőmérsékletű gőztérben a részben és teljesen kiszárított agyagok egyformán vettek fel nedvességet s a súlynövekedés az A mintánál 8,93% volt.

  A légszáraz homokok mohón vették fel a vizet. Azt tapasztaltuk, hogy a homokok képlékeny megmunkálhatóságához szükséges vízmennyiség csak igen szűk határok között 1,2%-on belül (±0,6%) változtatható, és mindig messze alatta maradt a képlékeny agyagok víztartalmánál. A 18,5% víztartalmú homokok még sárszerűek voltak. S a képlékeny alakíthatóság csupán 17,6 és 16,4% nedvességtartalomnál következett be: ez értékek alatt nehezen megmunkálhatók (soványak), 14,5% víztartalomnál már törékenyek, morzsolhatóvá váltak. A képlékeny megmunkálásukhoz szükséges alacsony víztartalom is jól mutatta, hogy a homokban az agyagásványok csak kis mennyiségben vannak jelen. Az a tapasztalat, hogy a homokok megmunkálhatósága csak gyúrás hatására következett be, igazolni látszott feltevésünket, mely szerint a homokok képlékenységét csak a szemcsék felületén mechanikai hatásra (gyúrás után) megtapadó agyagásványokból álló, igen vékony hártya okozhatta.

  A homokok iszapolással elválasztott része kerámiai tulajdonságának megismerésére technológiai kísérleteket végeztünk. Az anyag képlékenysége lehetővé tette, hogy a formába történő nedves sajtolással előállított próbatesteken kívül, korongon szabadkézzel, kisebb edényt is készítsünk. A homokokat 16% nedvességtartalommal formáztuk. A próbatestek kedvezően – deformálódás nélkül – száradtak, lineáris zsugorodásuk a száradásnál 4,3% volt. A homokszemcsék megfelelő méretaránya és mennyiségi megoszlása, de nem utolsó sorban legömbölyödött alakjuk, kedvező volt a jó térkitöltésű vázszerkezet kialakulásához. A víz eltávozása után a homokszemcsékből álló váz tartósságát – az anyag nyers törési szilárdságát – a beszáradt agyagásvány-gélréteg szilárdsága biztosítja.

  A homokmasszából kialakított próbatestek hőkezelését 400 ºC – 1200 ºC hőmérséklethatárok között végeztük (10). Azt tapasztaltuk, hogy a 400 ºC hőmérsékleten tartott próbatestek már nem voltak vízzel feláztathatóak. Vízfelvétellel meghatározott látszólagos porozitásuk 500 ºC-nál 15,7%, 500 ºC – 1100 ºC hőmérséklethatárok között csak 2%-al csökkent, 1200 ºC hőmérsékleten égetett próbatesteknél 12,55% volt (5. ábra).

 

 

5. ábra A látszólagos porozitás változása a hőmérséklet függvényében, 500 ºC – 1400 ºC  hőmérséklethatárok között

 

 Az égetés alatt a próbatestek csak kis mérvű méretváltozást szenvedtek. Az égetés első szakaszában tágulást tapasztaltunk, 900 – 1000 ºC hőmérséklethatárok között maradandó lineáris tágulásuk 0,35%, maximumot ért el, méretcsökkenés csak 1200 ºC felett következett be, 1200 ºC-nál lineáris zsugorodásuk az eredeti méretükhöz viszonyítva 0,52% volt.

  A massza égetést követően mutatott szilárdságát azok a nagy viszkozitású olvadékok biztosították, melyek a homokok természetes ásványi összetevőiből (szennyezéseiből) képződtek. Az olvadékok a homokváz szemcséit összekötik, s ezzel, a kerámiai anyagoknál általánosan ismert módon, lehetővé teszik a cserépképződést homokszemcsékből is. Az olvadékokkal összekapcsolt szemcsék közötti hézagok – a cserépanyag pórusai – csak a váz feltáródásával szűnnek meg. Az anyagok tömörre égetése éppen ezért alakváltozás nélkül nem lehetséges. A homokmasszák égetés alatti szilárdsága a homokszemcsékből álló vázszerkezetnek tulajdonítható. A finomszemcsés rész dúsulásával, a vázat alkotó kvarcszemcsék viszonylagos mennyisége kisebb lesz, s ezzel összefüggően az anyagoknak hőmérséklet behatásával szembeni ellenálló képessége jelentősen csökken. A homokok iszapolásánál, a szemcsék elválasztási határának szűkítésével, a hőmérsékleti behatásoknak fokozatosan kevésbé ellenálló anyaghoz jutottunk. E jelenséges hevítőmikroszkóppal folytatott vizsgálatok jól szemléltették (11). A 320 mikronnál kisebb szemcséket tartalmazó homokmasszák 1400 ºC hőmérsékleten még mérettartónak bizonyultak, a csak 63 mikronnál kisebb szemcséket tartalmazók, hasonló körülmények között, már az olvadás jeleit mutatták (6. ábra).

 

 

6. ábra. Próbatestek alakváltozása a hőmérséklet függvényében: I.-320 mikronnál II.-63 mikronnál kisebb szemcséket tartalmaz anyag (Hevítőmikroszkópi felvételek)

 

  Kísérleteink eredményei alapján bizonyítottnak látjuk azt a feltevést, mely szerint meghatározott feltételek mellett, természetes állapotú homokok adalékanyagok nélkül is alkalmasak lehetnek cserépedények készítésére. (7. ábra)

 

 

7. ábra. Képlékeny homokmasszából készített edény

 

Önként merül fel a gondolata a hazai homokelőfordulásaink hasonló hasznosításának, a genetikai okoknál fogva hiányzó ásványi összetevők adalékanyagokként történő pótlásával.

 

Adatok a kísérleti körülményekre:

A szemcsemegoszlás vizsgálatát 63 mikron szemcseméretig szitákkal, az alatt Köhn – Robinson pipettával végeztük (7).

A röntgenfelvételek DRON-1 készülékkel történtek. A felvételek adatai: Cu K sugárzás, Fe szűrő, 27,5kV, 20 mA, rés. 1 mm, 2,0 mm, 0,1 mm, 500 imp/sec, 10/perc (8).

A DTA-felvételek MOM-derivatográf berendezéssel készültek, 0,5 g anyagból, 0,5 érzékenységgel (9).

A hőkezelésnél az égetés időtartama hőmérsékletenként 120 perc volt (10).

A hevítőmikroszkópi vizsgálatok Zeiss-Jena berendezéssel történtek, automatikus 10 ºC/perc hőmérsékletemelkedés mellett (11).

 

Irodalom

(1) Duma Gy., Ravasz Cs.: Homokos aleuritból készülő cserépedények. Építőanyag. 1970. 447 – 451.

(2) Duma Gy., Ravasz Cs.: Tonfreiss Töpfergut. Silikattachnik. 1971. 75 – 78.

(3) Kühne K.: Zur Kenntnis silikatscher Werkstoffe und der Technologie ihrer Herstellunk im 2. Jahrtausend vor unserer Zeitrechnung. ,,Ägyptische Fayence” (Kieselkeramiken). Abhandlungen der Deutschen Akademie der Wissenschaften zu Berlin. 1969. 9 – 24.

(4) Lucas A.: Ancient Egyptian Materials and industries. London. 1962.

(5) Rathgen F.: Über Ton und Glas in alter und uralter Zeit. Tonindustrie Zeitunk kiadása. 1913.

(6) Bech H. C.: Glass before 1500 B. C. Ancient Egypt and the East. London. 1934. I. köt. 7.

 

Összefoglaló

A tanulmány két homokminta vizsgálatát ismerteti. A minták Szudánból (Musawwarat) származnak, a berlini Humboldt Egyetem egyiptológia tanszékének ásatási anyagából valók. A vizsgálatokat régészeti célkitűzéssel végezték, annak eldöntésére, hogy a homokok alkalmasak lehettek-e cserépedények készítésére. A vizsgálatok azt mutatták, hogy a homokban levő igen kevés kaolinit kolloid-sajátossága, meghatározott feltételek mellett, a homokoknak képlékeny tulajdonságot tud biztosítani. A homokok képlékenysége csak gyúrás hatására következik be, a szemcsék felületére tapadó vékony agyagásványhártya hatására. A víz eltávozása után a homokszemcsékből álló váz szilárdságát a beszáradt agyagásványok gélrétege biztosítja. A váz égetés utáni szilárdságát a homokok természetes ásványi összetevőiből keletkező olvadékok adják, melyek így lehetővé teszik a cserép képződését a homokszemcsékből is.

 

Vissza Duma György cikkeinek listájához

 

Vissza a főoldalra