ЭСБЕ/Глина, в технике
Глина (технич.; франц. argile, нем. Thon, англ. сlау) — общеизвестное землисто-порошковатое вещество, составляющее неизбежную составную часть поверхностного растительного слоя земли, образующее, в более или менее чистом виде или в смеси с песком (суглинки), известняком (мергели), слюдой и др. повсюду встречающиеся толщи или слои осадочных (водных) пород всех геологических периодов и в измененном (метаморфическом) состоянии представляющие сланцевые (шиферные, глинисто-сланцевые и т. п.) твердые горные породы, входящие в состав множества горных кряжей и пластов земной коры. Таким образом Г. в разных видах и формах обильно распространена в природе и уже по этому одному с незапамятных времен служит людям для производства огромного множества разнообразнейших предметов, начиная от возведения построек до производства тончайших фарфоровых изделий. Для ознакомления со свойствами и с некоторыми приложениями Г. в технике предлагаемая статья рассматривает: 1) химический состав Г., 2) образование ее в природе, 3) виды Г., 4) основные свойства, главные применения Г., 5) огнепостоянство Г. и 6) общие начала производства обожженных глиняных изделий.

I) Состав Г. Во всех сортах природное Г. всегда содержатся: а) глинозем, т. е. окись алюминия Al2O3, как основное начало, извлекаемое крепкой серного кислотой; б) кремнезем или окисел кремния SiO2, как кислотное начало, извлекаемое после удаления Аl2О3 щелочными растворами и в) гидратная вода, Н2O, как вещество удаляемое после выслушивания при прокаливании. Все другие составные начала природных сортов Г. (щелочи, известь, магнезия, окислы железа, титановая кислота и т. п.) должны быть считаемы за сопровождающие подмеси, потому что по мере очищения, напр. при отмучивании, обработке слабыми кислотами (на Г. они не действуют) и т. п. их количество убывает, и в чистейших, белых сортах Г. встречаются иногда только указанные три вещества. Поэтому Г. должно считать водной или гидратной кремне-глиноземной солью (или водным кремнекислым глиноземом). Но в каком количественном отношении соединены здесь названные окислы, сказать труднее. Уже вследствие того, что Г. представляет мельчайший порошок, ни в чем всецело не растворяющийся и смешанный с порошковатыми формами других землистых веществ, очевидно, что Г. нельзя ни получить в природе, ни приготовить искусственно в совершенно чистом виде, а потому о ее количественном составе можно сделать точный вывод только через изучение множества образцов разной степени очищения, что и выполнено Броньяром, Малагути, Бишофом и др. По совокупности таких исследований ныне несомненно, что в чистейшем виде все Г. содержат в состоянии высушивания (при 100°) до постоянного веса Al2O32SiO22H2O, т. е. Г. относится к числу основных солей (в средней соли на Аl2О3 должно содержаться 3SiО2) глинозема. Состав этот требует (см. Веса атомов) содержания: 39,5 % глинозема, 46,5 % кремнезема и 14,0 % воды. К этому содержанию стремится в пределе достичь всякая Г. тем более, чем менее содержится в ней подмесей, и наибольшую ценность и значение во множестве отношений имеют именно Г., наиболее близкие по составу к вышеуказанному; обыкновенные же Г. содержат чаще всего подмесь песка в разной степени крупности зерен. Так, например, известная в России белая глуховская фарфоровая Г. (Черниговской губ. Глуховского у.) в отмученном состоянии содержит около 37,5 % Al2O3 и 46,5 SiO2, и незначительное количество магнезии и щелочей, но почти не содержит железных окислов; известная английская белая глина, распространяемая во многие страны света (Dressel С°) и идущая в Россию в числе миллионов пудов ежегодно под именем China-clay (чайна-клай, китайская Г.) или каолина, содержит в том (отмученном) виде, в котором находится в продаже: 37,9 % Al2O3 (растворимого в крепкой серной кислота), 44,2 % SiО2 (растворимого в щелочах), 12,5 % потери при прокаливании (воды), 0,1 MgO.0,2 СаО, 1,0 % Fе 2O3, 1,3 % К2O + Na2O и 3,4 % песка (в нем 2,7 SiO2. 0,3 Al2O3 и 0,5 др. оснований), по анализам Бишофа. Но многие из известнейших Г., даже бесцветные (белые) и хорошо отмученные, содержать менее Al2O3 и химически связанной воды, потому что заключают подмесь или кварцевых или полевошпатовых зерен. Сумма их определяется по количеству остатка, остающегося после обработки Г. серной кислотой и после кипячения остатка с раствором соды, в котором растворяется гидрат кремнезема, содержавшегося в Г. Анализируя (обрабатывают обыкновенно плавиковой кислотой) остаток, определяя в нем основания (глинозем и щелочи); по их количеству судят о содержании полевошпатовых подмесей, считая (хотя это и не всегда точно) состав их за Аl2О3(K, Na)2O6SiO2, а отсюда заключают и о количестве подмеси кварца. Так, известная во Франции белая Г. (каолин) из Saint-Yrieux (Haute-Vienne) содержит от 10 до 45 % остатка состоящего преимущественно из полевого шпата, а известная в Германии Г. из Sennewitz (около Halle) содержит около 36 % подмеси кварца. Так как во многих случаях при обработке Г. г к ней прибавляют как полевой шпат, так и кварц (напр. при производстве фарфора), то указанные подмеси в практике могут быть даже полезными, тем не менее высшими сортами Г., особо ценимыми (до 60 — 80 к. за пд.), должно считать возможно чистую, почти на цело растворяющуюся при последовательной обработке крепкой серной кислотой и содой, потому что для желаемых целей подмеси могут вводиться искусственно, а содержание их в естественных глинах подлежит изменению. Но и в чистейших сортах Г. всегда содержатся растворяющиеся (вместе с Аl2О3) в кислоте другие основания, особенно K 2O, Na2O, CaO, MgO, Fe2O3, и общее их количество редко бывает менее 1,5—3 % иногда же, в обычных Г., превосходит и десяток %. Значение этих подмесей особенно важно во многих случаях. Так все они увеличивают плавкость Г., а окислы железа придают изделиям сверх того обыкновенно и характерный цвет, свойственный кирпичу. Часть их несомненно содержится в виде самостоятельных подмесей, напр., бурого железняка (охры), известняка (мергели) и т. п., и узнается в Г. или при их отмучивании (по кусочкам или зернам большей крупности, чем глина), или при обработке Г. слабыми растворами кислот (соляной или азотной). При выборе Г. для известных целей применения всегда обращается внимание на количество, качество и способ распределения этих подмесей. Так, напр., для выделки кирпича очень важно, чтобы в Г. не содержалось механической подмеси (кусочков) известняка, потому что такие кирпичи при обжиге дают много лома. Вскипание с кислотами (выделение СО 2) легко может служить к открытию этой подмеси в глине. Вообще механические подмеси (корни растений, гальки, колчедан) препятствуют применению Г. в большинстве случаев, но за то и отделяются легко при промывке водой, уносящей глину (см. Отмучивание), и имеют значение только для низших сортов Г. (для кирпичей), так как последние, ради дешевизны, не подвергаются никакому виду очищения. В Г. всех сортов, а особенно в некоторых, сопровождающих торф и бурые и каменные угли, содержатся органические вещества, выгорающие при обжигании и способные изменяться от доступа воздуха, на чем и основано отчасти улучшение, замечаемое в Г. при их хранении на воздухе во влажном состоянии. Иногда Г. окрашены от этих органических подмесей в различные оттенки темных цветов, пропадающих при обжиге. Вообще Г. легко окрашивается подмесями и бывает синеватой, черноватой, зеленоватой и разных пестрых окрашиваний (отчего иные Г. и применяются как краска, напр., охра, умбра и др.); но в чистом состоянии отличается белизной, так что непосредственно (как известка) служит для окраски, напр., стен в белый цвет во многих местах Малороссии. В прокаленном виде — органические вещества выгорают, но подмесь окислов железа служит к окрашиванию в желтоватые и красные цвета.

II) Образование Г. в природе. Первоначальный источник образования глин составляют, без сомнения, кристаллические первозданные породы, содержащие полевошпатовые минералы, химически медленно изменяющиеся под влиянием атмосферных вод, по ним протекающих и извлекающих из них щелочи (кали, натр), щелочные земли (известь, магнезию) и отчасти кремнезем, всегда находимые в текучих водах, в воде горячих (гейзеров) и др. горных источников. Не входя в геологические частности, достаточно указать на то, что чистейшие виды Г. (каолин) встречаются преимущественно в среде выше указанных пород (гнейсов, гранитов, пегматитов и т. п.) с явным указанием образования из полевых шпатов, которых обломки или части еще остаются, вместе со слюдой (более стойкой, чем полевые шпаты, относительно атмосферной воды) и с кварцем в самой глине и нередко можно видеть все следы перехода полевого шпата в глину. Химически этот переход для (альбита и ортоклаза) полевого шпата выражается равенством:

Аl2О3R2O6Si2 (полевой шпат) + 2Н2O (вода) = Al2O32SiO22H2O (нераств. остат. глины) + R2O4SiO2 (раств. кремнещел. соль)

где R есть щелочной металл (= К, Na). Для полевошпатовых, подобных анортиту, превращение еще проще и под влиянием углекислоты атмосферной воды еще удобнее может совершаться:

CaOAl2O32SiO2 (анортит) + 2Н2О 3 (водная углекислота) + Н2O (вода) = Al2O32SiO22H2O (глина, остаток) + СаН 2 (СО3)2 (двууглеизвестковая соль в растворе)

Такой процесс разрушения полевошпатовых пород идет и поныне, как видно из того, что воды, собирающиеся в среде первозданных пород, содержащих лишь щелочи, а не щелочные земли, каковы, напр., породы преобладающие в окрестностях Ладожского озера, содержат щелочей более, чем щелочных земель. Но не подлежит сомнению, что этот процесс еще в сильнейшей мере совершался в первичные эпохи жизни земли и этим путем совершенно ясно выражается происхождение массы Г., рассеянной всюду в земле. В немногих только случаях можно найти Г. среди указанных первозданных пород, как находят у нас вдоль гранитного кряжа, идущего от Чернигова через Днепровские пороги, или в Пиренеях, или в Саксонии в Марне (около Галле) и т. п. Прямо образовавшаяся на месте своего нахождения глина носит название каолина и часто отличается чистотой, хотя нередко в ней содержатся крупные остатки неразрушенных пород. В большинстве случаев, однако, сверх химического изменения горных пород, вода производит на них механическое действие как своим течением и вообще движением, так и замерзанием, от которого происходит растрескивание и вообще разъединение частей породы. Частицы Г., вследствие того, что составляют остаток химически измененного полевошпатового минерала, так мелки, что уносятся при всяком движении воды и ею переносятся в виде мути и ила гораздо далее, чем все другие более крупные части пород. Все горные реки, идущие среди пород, заключающих образовавшиеся Г., поэтому несут муть Г. Но она, как всякая муть в тихих водах, садится и вместе с нею осаждаются как мелкие частицы кварца и слюды, происходящие из тех же пород, так и часть веществ, осаждаемых водой из раствора, особенно окислы железа, углеизвестковая соль и т. п. Этим объясняют обычные подмеси Г. и содержание в них различных количеств разнообразных подмесей. Обсохшие слои Г. и ее смесей, становясь сушей в служа почвой, сами опять размываются водой и Г. опять может или сравнительно очищаться или обогащаться подмесями всякого рода. Таким образом совершенно понятна причина того, что Г. в природе встречаются в разнообразнейшей степени чистоты, хотя основное их вещество, водой неизменяемое, остается во всех случаях одно и то же.

III) Виды Г. Из предшествующего уже ясно, что различие между глинами разных мест и свойств определяется исключительно подмесами в них содержащимися, даже если не считать в числе них крупных или грубых механических подмесей, которые легко отделяются от глины при взбалтывании с водой (отмучивании) и при сливании, каковы гальки, корня и т. п. Резкого деления глин на виды или роды не может быть, потому что мелкие частицы подмесей могут варьировать до бесконечности. Но некоторые виды отличаются с легкостью и ясностью. Между ними первое место, во всех отношениях, принадлежит фарфоровой глине, или так называемому каолину. Это есть глина обыкновенно белого цвета, находится в среде первозданных пород и уже по этому одному более чистая, чем другие сорта Г., переносившиеся вместе с другими породами водой, а потому сверх крупных подмесей, содержащих обыкновенно много мелкого кремнезема (кварца), истертого до мелкоты и отмучиванием уже не вполне отделяемого от Г. По этой причине в первичном каолине более (до 38 %) глинозема Al2О3, чем во всех других глинах, так как даже при подмеси полевого шпата (содержащего обыкновенно менее 25—30 % Al2O3) содержание Аl2О3 в глинах убывает. Название каолина китайское, потому что из Китая в Европу пришли первые фарфоровые изделия. Обыкновенно первичный, т. е. водой не унесенный с места своего происхождения, каолин прикрыт слюдянистыми породами, и перемешан с полевошпатовыми. Добытый из земли, он на месте подвергается отделению через отмучивание; т. е. смешение с водой, разбалтывание в молочную смесь, кратковременное отстаивание и сливание мутной жидкости, которая дает осадок каолина; его выжимают, сушат и в этом виде пускают в торговлю. Куски каолина даже после пропитывания водой (смешение с ней идет для каолина труднее, чем для других глин) более тощи на ощупь, чем куски вязкой, жирной, или пластической, глины, которые во влажном виде имеют свойство маслянистой мягкости и легко полируются при сглаживании ногтем. Такая глина наиболее прямо пригодна для лепки и после прокаливания обыкновенно более или менее крепнет. Ее называют трубочной землей (terre de pipe, Pfeifenthon), горшечной глиной (Töpferthon), сукновальной или валяльной глиной (terre a foullon ou argile smectique, Walkthon) и т. п., смотря по применению. Те из сортов этой глины, в которых содержится мало всяких оснований, кроме глинозема, и механическая подмесь кремнезема мала, т. е. те, которые, несмотря на присутствие подмесей изменяющих цвет и вид, близки по составу к чистой глине, более редки, выдерживают жар всяких печей не размягчаясь и называются огнепостоянными глинами (feuerfeste Thone, agriles refractaires). От подмеси значительного количества водной окиси железа глины получают желто-бурый цвет и находят применение в красильном деле под названием охры, или охристых глин (argiles ocreuses, Ockers). От содержания углеизвестковой соли (слабые кислоты производят вскипание), глина получает свойство менее жирного на ощупь землистого вещества, носящего название мергеля, или мергелистой глины, и леса (marne, Mergel, Lёss), а если эта жесткость или сухость глины зависит от кремнезема, то глину называют суглинком (Lehm). При подмеси слюды и смол уплотненная глина древних образований называется глеем (Letten). Отличают также глины смолистые, разноцветные (напр. красные, идущие для карандашей и красок) и по разным подмесям в них содержащимся; но такие сорта глин уже менее распространены и реже применяются. Всякие виды глины, содержащие много подмесей и значительно потерявшие через то пластичность, называются тощими, или сухими.

IV. Свойства Г. и пользование ими. Глина в естественно плотном виде, проникнутая водой (20—50 % веса глины), весит в 1,8—1,9 раз более, чем равный объем воды (т. е. вес куб. саж. 1067—1127 пуд.). Когда глина высыхает, то уменьшается в объеме так, что линейные размеры сокращаются 4—10 %, тогда вес куб. меры глины 1,25—1,50 по отношению к весу воды; но получающаяся масса скважиста, пристает к языку, впитывает воду и масло и погруженная в воду (сухая глина) выделяет массу воздушных пузырьков. Это зависит от того, что сами частицы глины обладают плотностью около 2,2 раз большей, чем вода. Г., размокшая в воде, и с нею равномерно перемешанная в тестообразную массу, способна (при смешении примерно 60 — 70 ч. воды со 100 ч. сухой глины) мяться, принимать всякие формы, резаться, слепляться, выдавливаться под прессом и сохранять приданную форму (при большем содержании воды смесь течет, жидка), что и называется пластичностью или лепкостью глины. Это самое основное ее свойство для всякого рода ее применений. А так как глина содержит лишь высшие степени окисления (в Аl 2О32SiO22H2O около 56 % кислорода), то она неспособна ни окисляться, ни гореть, а в жару теряет только воду, в ней содержащуюся. Но в природной глине всегда содержатся органические подмеси. Они придают глине, особенно смоченной водой, своеобразный запах, а при накаливании окисляются и выгорают. Глиняный слой, намокший от воды, не пропускает ее, т. е. глина, в отличие от песка и многих других пород, отличается водонепроницаемостью, имеющей большое значение в природе для определения русла рек и особенно подземных ключей, а в строительном деле применяется для ограждения от притока воды и для удержания водохранилищ. Высохшая глина, хотя бы температура сушки доходила до 100°, после размачивания в воде опять получает все основные первоначальные свойства, то есть дает муть с избытком воды, а с 60 — 80 % (по весу совершенно сухой глины) воды тестообразную, пластическую, липкую и мягкую массу, поддающуюся слабому давлению и после его прекращения сохраняющую полученные изменения формы, что и составляет ее первое драгоценное свойство, позволяющее готовить из глины разнообразные предметы. Глиняное тесто, высыхая после придания ему определенной формы, сокращается в своем объеме («усыхает») столь значительно, а в тонких частях и с поверхности ранее, чем в толстых, что при таком высыхании чисто глиняные изделия чрезвычайно легко дают глубокие или сквозные трещины и уродуются в форме. Потому скульпторы, лепящие из глины, обязаны держать во все время работы свое изделие во влажном состоянии через обрызгивание водой и защиту от скорого испарения. При употреблении Г. для лепки, если желают, чтобы форма изделия хотя бы сократилась в линейных размерах, но сохранилась после высыхания, к Г. прибавляют таких веществ, которые не обладают свойством глины сокращаться (таковы, напр., песок, обожженная Г., или шамот, и т. п.), а когда высохшее глиняное изделие назначается для сохранения без обжигания (напр. для возведения глинобитных построек, сырцового кирпича, глиняных полов и т. п.), тогда, сверх песка, прибавляют еще и различные связывающие волокнистые вещества, напр. отбросы волоса, кострику, солому, навоз и т. п. Высохшее глиняное изделие уже крепко, т. е. вполне пригодно для всякого рода построек и предметов, к которым вода не имеет продолжительного прикосновения. Так, в сухом климате центральной Азии глиняные постройки живут целые века, а на хорошем каменном фундаменте под прочной кровлей, снабженной большими свесами, и в нашем климате здания из сырцовой мешаной Г. вполне пригодны для жилья, если при сооружении их образовавшиеся трещины тщательно замазаны новыми слоями глины и вся постройка успела совершенно высохнуть до наступления морозов (от них непросохшая глина лопается, теряет связность и здание распадается). Еще высшим достоинством и лучшей прочностью обладают здания, сложенные из высохшего заранее сырцового большемерного кирпича, укладываемого на глине, потому что больших трещин тогда не происходит и возведение здания может быть совершено быстро. Такие постройки, вследствие дешевизны, теплоты зимой, прочности и несгораемости стен и полов, если и они сделаны из глины, могли бы служить большим подспорьем в борьбе с пожарами, истребляющими ежегодно много деревянных крестьянских построек, если бы в деле прочности таких построек не играли громадной роли кровля и фундамент. Для первых, однако, сама глина доставляет отличный материал, в соединении с соломой, потому что маты или плетенные из соломы полотнища, пропитанные жидкой глиной, придают кровле дешевизну и легкость сооружения, при безопасности от огня, а при пропитывании высохшей кровли дегтем (напр. нефтяным) даже и прочность от действия сильнейших ливней. Но в наших климатах фундамент и целость зданий, около которых вода застаивается и где сырость почвы постоянно действует, непременно должны быть возведены из материалов, не изменяющихся и не размягчающихся от воды, тогда как высохшая глина впитывает воду и с ней размягчается. Это свойство сырца или высохшей глины ограничивает ее применимость и служит к тому, что с доисторических времен стали обжигать или прокаливать глину, так как она в этом состоянии не только водой уже не размачивается, но и приобретает еще высшую плотность, крепость и вообще малую изменяемость, очевидную из того, что изделия из обожженной глины, как камни, сохраняются в земле, на воздухе и в воде многие века без всяких изменений, если не подвергаются механическим влияниям, превосходящим предел их сопротивления. Изделия из мягкой глины, после высыхания. при постепенном накаливании выше 400° или при «обжиге», во-первых, теряют содержащуюся в них воду, во-вторых, постепенно, по мере нагрева сокращаются в размерах от 9 до 15 % в своих линейных измерениях, до того, что это сокращение послужило Веджвуту (см. соотв. статью) к изобретению его пирометра (см. это сл.); в-третьих, перестают размываться водой, отдавать серной кислоте свой глинозем и щелочным растворам кремнезем и в-четвертых, оставаясь скважистыми, приобретают последовательно столь значительную твердость, что дают искры при ударе стали. Сокращение объемов при обжиге или «спекании» зависят, очевидно, от образования безводного соединения Аl 2О32SiO2 и от того, что оно, хотя не плавится в жару печей (но при температуре горящего гремучего газа расплавляется, тогда как известь при этом не изменяется), но отчасти размягчается и, стягиваясь, уплотняется. Но при столь значительном сокращении, какое происходит при обжиге глины, изделия из нее, при какой-либо неравномерности или в толщине частей, или в составе и плотности массы, чрезвычайно легко дают трещины и изменения формы, а потому к глине, назначенной для обжига, еще более, чем к сырцовой, необходимо прибавлять веществ, подобных кремнезему, в виде песка или кварца или заранее обожженной глины, т. е. так называемого «шамота», чтобы уменьшить эту склонность давать трещины и изменять форму. Чем чище глина, тем более она может принять таких (тощих) подмесей, не теряя должной для производства степени вязкости или пластичности, необходимых как для придания смеси с водой прочной формы, особенно в тонких частях, так и связности или крепости после прокаливания. Такая подмесь кварца, как упомянуто выше, встречается в естественных глинах; но обыкновенно количество ее увеличивается, прибавляя или мелкий песок для простых изделий (кирпича, простой посуды и т. п.), или возможно чистый кварц в измельченном виде. Но от такой подмеси (SiO 2 в разных видах) глина может приобретать (см.) гораздо большую легкоплавкость, чем желательно, а потому, когда желают уменьшить сжимаемость глины в жару, не изменяя ее состава и тугоплавкости, что особенно важно при производстве огнепостоянных предметов (плавильных горшков, реторт, форм, клинкера и т. п.), тогда главной прибавкой служит измельченная шамотная масса, т. е. та же Г., но предварительно хорошо выжженная или бой глиняных изделий. Но глиняные изделия, приготовленные с названными подмесями, после обычного обжигания остаются скважистыми, как кирпич, обыкновенные пористые цветные горшки или цилиндры гальванических элементов, а потому они могут служить для стройки, хранения твердых предметов и т. п., но вода, вино, масло и др. смачивающие жидкости протекают через пористые их стенки, и они ради непроницаемости покрываются слоем стекловатой массы, т. е. поливы, или глазури (см.), хотя внутри и остаются скважистыми, а потому в изломе впитывают воду, прилипают к языку и т. п. Высший сорт таких изделий имеется под именем фаянса; кафели или изразцы и многие обычные гончарные изделия (см.) относятся тоже сюда. Но если к Г. подмешаны вещества, размягчающиеся или даже расплавляющиеся в жару, но способные к этому лишь после того как Г. уже обожжена, то поры Г. заполняются этим сплавленным веществом, обыкновенно более или менее действующим и на самые зерна глины, а потому тогда после обжигания получается нескважистая, более или мене просвечивающая сплошная, как бы стекловатая или каменная масса с раковистым изломом; ее черепки не пристают к языку и стенки становятся непроницаемыми для воды и других жидкостей. Высший сорт изделий сего рода изобретен в Китае и известен под именем фарфора, в котором главную часть массы составляет подмесь полевого шпата; размягчаемость Г. достигается примесью некоторого количества кварца, напр. в обыкн. фарфоре приходится, примерно, на 60 частей Г. около 20 ч. полевого шпата и около 20 ч. кварца. Если природный каолин (см. I) уже содержит часть этих подмесей, то прибавляют только недостающее количество. Избыток Г. и делает массу настолько пластичной, что из нее можно выделывать тончайшие предметы. Такой фарфор тверд и вязок как камень, сталь его не царапает и он требует очень высокого (до 1720°) и долго длящегося обжига. Париан или парас есть такой же фарфор, но с избытком полевого шпата (до 65 %); требует для обжига низшей температуры и применяется, по примеру английских заводчиков (Capeland, Minton и др.), для выделывания статуй подражающих мрамору, с которым обожженная масса очень сходна по виду. В мягком фарфоре Г. служит уже только для пластичности и преобладает масса стекловатого свойства, составляемая или из песка, мела, соды, селитры и т. п., как во французском мягком фарфоре, или из кварца, полевого шпата, костяной золы, гипса и т. п., как в английском мягком фарфоре. Температура обжига здесь ниже. Такая масса в сущности уже составляет прямой переход к стеклу и ее применение, бывшее значительным, когда не умели делать твердого фарфора, ныне сокращается, особенно потому, что получаемая масса гораздо мягче, чем у настоящего фарфора. Гораздо важнее все более и более распространяющееся применение изделий из сплошной непористой массы, имеющей все главные свойства фарфора и носящей название каменной посуды (Steinzeug), употребляемой для всяких целей химических производств (реторт, труб и т. п.), для кухонной посуды, для половых плиток (минтонские и метлахские плитки) и для подобных же предметов, требующих непроницаемости, твердости и неизменчивости от кислот и т. п. свойств. Главный материал для таких изделий составляет хорошая жирная Г. из числа тугоплавких, в смеси с глиной более легкоплавкой, а иногда (напр. в веджвудовской массе) отчасти и полевой шпат и различные другие вещества. Обжиг требуется долгий и сильный, как для фарфора. Получаемая масса не прозрачна и, смотря по степени чистоты исходных материалов, бывает разных цветов — от бесцветной (белой), как в лабораторных ступках и чашках, до окрашенной в кирпично-красный цвет, как в так называемом искусственном граните и т. п. массах. Масса состоит, если можно так выразиться, из скелета неплавкой Г., пропитанного более легкоплавкой Г., содержащей смесь глиняного вещества с кремнеземом и др. веществами, в состав которых (в отличие от фарфора) входит лишь мало щелочей, извести и т. п. подмесей. Сравнительная дороговизна подобных изделий, могущих приготовляться из жирных Г., почти повсюду встречающихся, не говоря об украшениях и отделке, зависят как от большой однородности смешения, которая здесь, как и в фарфоре, вполне необходима, так и от той степени продолжительности действия высокой температуры, которая необходима для обжига каменкой посуды. Плотный, полусплавленный кирпич или клинкер составляет простейший род гончарных изделий этого рода, в которых, судя уже по сказанному, свойства и достоинство могут изменяться весьма значительно от степени смешения Г. с кварцем и шамотом, от равномерности смешения, степени обжига, его продолжительности и т. п. условий. Каменные изделия иногда покрываются глазурью, но чаще обходятся без нее, потому что представляют массу сплошную, жидкостей не пропускающую.

V) Огнепостоянство Г. Таким образом важнейшие применения Г. основываются на свойстве ее образовать с водой пластическую массу и на свойстве этой массы при прокаливании отвердевать в каменистое вещество. Но к ним необходимо прибавить огнепостоянство, как причину применимости Г. к устройству всякого рода печей, очагов, горнов, плавильных горшков и т. п. предметов, без которых не обходится ни одно жилое помещение и почти ни одно фабрично-заводское предприятие, потому что огонь и жар, повсюду применяемые, требуют прочных, не изменяющихся в жару и удобовозводимых специальных сооружений, для которых ни металлы, ни песок, ни известь, ни камни не доставляют столь подручного и удобного материала, как обожженная Г., в жару не изменяющаяся и жар сосредоточивающая в желаемом месте уже потому, что она принадлежит к числу плохих проводников тепла. Так как количество передаваемого тепла Q внутрь однородного тела в единицу времени можно считать тем большим, чем больше разность t0—t1 в двух его точках, находящихся на расстоянии d, чем больше площадь s, через которую происходит передача, и чем меньше расстояние d, т. е.:

  

где С есть коэффициент внутренней теплопроводности, изменяющийся с природой вещества, — то этот коэффициент С можно определить из опыта, приняв разность t0—t1 = 1°. Такие коэффициенты определил Пекле, на основании опытов Депре для времени = 1 часу, для площади s = 1 кв. м и для расстояния d = 1 м:

Это показывает уже, что из обычных материалов Г. уступает лишь дереву в способности сохранять тепло, а для устройства печей, по своим свойствам, составляет незаменимый материал по негорючести, малой теплопроводности и такой неизменяемости, которую не имеют ни стекло (оно плавится и трескается), ни известняк (в жару легко разлагается и крошится), ни другие камни. Не говоря о важном значении указанного свойства Т. для сооружения стен, назначенных для сохранения тепла, весьма важно видеть в этом свойстве Г. ее пригодность к устройству очагов. В простейшем виде это выражается в том, что стенки чисто металлического очага раскаливаются от огня до того, что около него невозможно оставаться, тогда как глиняная печь, доставляя внутри высшую степень жара, снаружи лишь слабо нагревается, и, следовательно, сохраняет пламени наивысшую степень жара.

Так как в печных топках и горнах даже обыкновенных, напр. в домашних или служащих для топки паровых котлов, известные части пламени (напр. порог, см. Топки, Печи) имеют темпер. превосходящую 700—800°, а в печах, назначенных для получения высоких температур, многие внутренние части топки достигают до температур гораздо высших (в газовых топках даже до темпер. около 1700°, см. Генераторные газы), то для их выкладки необходимы кирпич и Г., обладающие высокой степенью огнепостоянства. Обыкновенная Г., применяемая для производства кирпича, не удовлетворяет этому условию. Такие кирпичи или оплавляясь по частям крошатся или прямо плавятся, потому что производятся из смеси глины с песком, а подобные смеси представляют даже при полной однородности температуру плавления или размягчения нередко гораздо меньшую, чем температура плавления серебра (950°). Однако издавна стало известно, что некоторые Г. доставляют кирпичи, выдерживающие жар печей даже при самом высшем достигаемом в них жаре. Такие Г. повсюду ценятся высоко и служат для производства огнепостоянного кирпича, тиглей и т. п. изделий, вывозимых иногда в далекие страны. Наибольшей славой в этом отношении пользуются английские огнепостоянные кирпичи многих заводов и марок. Особо славятся кирпичи из Stourbridge, где глина в естественном состоянии содержит мало оснований (СаО — 0,14; MgO — 0,18; Fe2O3 — 1,9, К2O + Na2O — 0,18 % и хотя содержит избыток кремнезема (65,1 % при 22,2 % Аl2O3), но характеризуется большой однородностью и дает кирпичи особо пригодные для печей, в пламени которых много щелочей, как, напр., для горнов с древесным углем или для стеклоплавильных печей. Ввоз в Россию товаров этого рода существует издавна для потребностей развивающейся промышленности, хотя во всех концах России, особенно на Урале, около Москвы (Гжель), в Боровичах (Тверск. губ.), на Донце и в Черниговской губ. давно известны залежи глины, дающей превосходные огнепостоянные кирпичи, которые ныне и производятся у нас уже на многих заводах. Если обыкновенный кирпич (в пуде около 4 штук) ценится не выше 10 к. за пуд (25 р. за тысячу), то огнепостоянный (5, 6 даже более штук в пуде) по крайней мере в три, четыре или пять раз дороже (до 100 р. за тыс., даже и выше). И хотя русское внутреннее производство возрастает, тем не менее еще в 1889 г. ввоз иностранного огнестойкого кирпича превосходит 2,5 млн пудов, из чего очевидна важность развития местного производства этого рода гончарных изделий. Ныне, когда изучение Г. значительно двинулось вперед и когда понятие о причинах огнепостоянства глиняных изделий выяснилось, несомненно, что производство кирпича всякой степени устойчивости в жару может быть повсюду доводимо до желаемой степени совершенства, так как недостаток в природных свойствах Г. можно даже при надобности исправлять, увеличивая содержание чистой Г., или глинозема, или заменяя Г. кварцевыми или известково-магнезиальными массами, как далее упомянуто.

Чистая Г. (Al2O32SiO22H2O) дает кирпич, сопротивляющийся сильнейшему жару печей, однако должно заметить, во-первых, что она требует (даже при прибавке большого колич. шамота) очень высокой и продолжительно действующей температуры, чтобы затем в печи уже более не сокращала своих объемов, во-вторых сравнительно редка, а потому и дорога, и в-третьих, дает кирпич пористый, так что внутрь его массы легко проникает щелочная зола многих видов топлива, что содействует глазированию, а затем и плавке поверхности. Нормальный огнепостоянный кирпич готовится из природных сортов Г. наиболее близких по составу к каолину. Зегер (Seger) в Берлине приготовляет (существуют в продаже) искусственным смешением тетраэдры определенного состава (36 номеров), представляющие определенные (конечно приближенные, считая темпер. плавления Au = 1075° и Pt = 1775°) температуры плавления, и по составу таких смесей можно судить, исследовав данную Г., какую степень огнепостоянства будут иметь кирпичи из нее приготовленные. Высшей тугоплавкостью, то есть такой, которая не достигается в печах и при которой плавится платина, отличаются смеси чистого глинозема и кремнезема в пропорциях состава от Al2O32SiO2 (как в чистой Г.) до Al2O36SiO2. Но уже при малой подмеси иных оснований (Fe2O3, К2O, СаО и т. п.), особенно при избытке кремнезема, легкоплавкость увеличивается. Составу Аl2О30,7СаО0,3К2O.10SiO2 отвечает уже температура 1410° а состав 0,6Аl2О3 0,4Fе2O3 1,4СаО0,6К2O8SiО2 плавится при 1150°. Бишоф и Рихтер показали, что малая подмесь к чистой Г. эквивалентных количеств извести (56 ч.), магнезии (40 ч.), окиси железа (80 ч .) и кали (94 ч.) почти одинаково понижают температуру плавления, т. е. все одинаково вредны, но малая подмесь магнезии действует сильнее, чем такая же пропорция по весу окиси железа или щелочей. Таким образом, при отыскании огнепостоянной Г. первое внимание должно быть обращено на содержание иных оснований, кроме глинозема. Если таких оснований мало, то избыток кремнезема не имеет большого значения, тем более, что сам кремнезем и его смеси с чистой Г. (Аl 2O32SiO2) не плавятся в жару печей. Но если, как обыкновенно и бывает в большинстве природных глин, в Г. содержатся эти посторонние основания в пропорции сколько-либо значительной (напр. более 3 % щелочей или щелочных земель), тогда присутствие избытка (против Al 2O32SiO2) кремнезема понижает температуру плавления. Так, состав Аl 2 О 3 1,4СаO0,6К 2O8SiO2 плавится подобно шлакам, стеклу или глазури (см.) и совершенно уже не подходит под понятие огнепостоянства. Таким образом очевидно, что те природные глины способны дать огнепостоянный кирпич, которые содержат лишь немного (в сумме не более 2 — 3, много 4-х процентов на 100 ч. природной серой Г.) магнезии, извести, окислов железа и щелочей. А такие Г. довольно значительно распространены, как видно, напр., из того, что Богданов (1882 г.), исследовав четыре сорта киевских Г., нашел между ними одну (малоокрашенную), в которой всех посторонних (кроме Аl2О3) оснований было менее 1 %, а на Донце и Урале очень обыкновенны Г., содержащие не более 2 %, указанных оснований. Так в белой Г. Домбровки (Донецкая область) Вейнберг (1885) нашел лишь следы Fe2O3, и в сумме только 1 % щелочей и щелочных земель и хотя в нерастворимой (в серной кислоте и щелочи) части этой Г. много (43,9 %) кремнезема, но, вследствие малого содержания посторонних оснований, Г. эта несомненно даст очень огнепостоянный кирпич. На Донце, где в последние годы развивающаяся металлургическая деятельность стала требовать много огнепостоянного кирпича, поэтому (благодаря инициативе Ковалевского) стало возникать в разных местах местное производство, которое успевает покрывать возрастающий спрос. Если же посторонних оснований (СаО, Fе2O3, К2O и т. п.) в глине мало, менее 2—3 %, то Г., будучи огнепостоянной, тем лучше сопротивляется действию жара, чем она однороднее и богаче глиноземом, т. е. истинным глинистым веществом. Бишоф даже считал, хотя без достаточных на то оснований, что огнепостоянство Г. пропорционально квадрату содержания глинозема.

При переделке естественной Г. в огнепостоянные кирпичи, тигли и другие предметы, нередко, сверх шамота, прибегают к прибавке песка и графита (см. Графитные тигли). Так, в известных гессенских тиглях до 70 % SiO2. Всякие прибавки и естественные подмеси в огнестойкой Г. должны быть распределены с особой тщательностью или равномерностью, чтобы не было мест или частей, содержащих более легкоплавкую массу, потому что тогда происходит местное разъедание или расплавление частей кирпича, что ведет за собой порчу топки. Еще важнее обратить внимание на воздействие огнепостоянного материала с теми веществами, которые приходят с ними в соприкосновение при накаливании. В этом отношении должно отличать, кроме средних или нормальных глиняных огнепостоянных материалов, а) кислые, содержащие избыток кремнезема или иногда почти чистый кремнезем, связанный небольшой подмесью (не более 2 %) извести, в жару дающей сплав, с избытком кремнезема чрезвычайно тугоплавкий. Некоторые природные песчаники также обладают большим огнепостоянством. Искусственный же (с 2 % СаО) песчаник, или динас, получается тщательным смешением крупнозернистого кварца с надлежащим количеством извести, просушкой и очень сильным и постепенным обжигом. Динас в жару не уменьшается, а увеличивается в объеме, а потому более всего применяется в сводовые кладки, б) Основные огнепостоянные материалы содержат известь и магнезию. Сами по себе они хотя и совершенно не плавки, но лишены пластичности и связности, а потому кирпичи из них приготовляют с подмесью костяной золы, гипса, глины и т. п., а иногда и смолы, и подвергают сильному давлению перед сильным обжигом; но все же они служат недолго, часто должны сменяться, однако весьма важны при переделке и плавке стали («на щелочном поде») особенно для удаления подмеси фосфора по способу Томаса (см. Сталь). Упомянем еще о том, что для увеличения тугоплавкости к глинам иногда примешивают природный боксит, т. е. водный глинозем, чтобы увеличить содержание глинозема.

VI) Производство обожженных глиняных изделий, кроме выбора основных сырых материалов (глины, песка, полевого шпата, веществ для глазури и т. п.), состоит: 1) в приведении материалов в надлежащий вид, т. е. измельчение, отмучивание и т. п.; 2) в их смешении, механическими способами; 3) в приготовлении теста (отжатие избытка воды и т. п.), назначаемого для формования; 4) в формовании на разного рода станках от руки, по формам и на прессах; 5) в сушении полученного изделия; 6) в его обжигании; 7) в наведении глазури, если она покрывает изделие, и 8) в его отделке красящими эмалями, позолотой и др. способами. В статьях: Гончарные изделия, Глазурь, Фаянс, Фарфоровое производство, Кирпичное производство, Изразцы, Черепица, Пуговицы и др. будут сообщены технические приемы, применяемые в разных отраслях керамики или технической обработки Г.; здесь же мы коснемся только общих начал одного обжигания глиняных изделий, так как эта доля производства имеет после состава массы и придания изделиям желаемой формы, наибольшее значение по существу дела, так как в цене важнейших гончарных изделий (кирпичей, каменной посуды, огнепостоянных изделий и др.) и в их достоинстве обжигание играет первостепенную роль по количеству расходуемого топлива и по степени жара, которому изделие должно подвергнуться. Наиболее же ценны и современным требованиям техники наиболее отвечают именно изделия, полученные при высших температурах обжига, каковы, напр., огнепостоянные кирпичи, каменная посуда и фарфор.

Печи, применяемые для обжигания гончарных изделий, естественно делятся на периодические и непрерывно-действующие. Первоначально здесь, как и во всех отраслях техники, действовали лишь приборы первого рода, но принцип непрерывного действия доставляет во всех производствах (напр. в добыче серной кислоты, чугуна, бумаги и т. п.) такие выгоды, сами собой легко понятные уже из отсутствия утрат топлива на разогревание и времени — на охлаждение, что к числу важнейших успехов всего гончарного производства должно отнести введение непрерывно действующих печей. У них есть основной недостаток всех непрерывно идущих производств, а именно — потребность большого капитала на обзаведение и необходимость крупного потребления, т. е. несовместимость с мелким, ремесленно-заводским производством, которое определяет прерывность действия и приостановку производства при удовлетворении спроса или заказа; но в гончарном деле, быть может, лучше, чем в каком-либо ином, не подлежит сомнению, что наибольшую однородность продуктов и высшее их внутреннее качество можно ждать только от сосредоточенной специализации производства, чему доказательство видно уже в том, что столь прочных и крупных гончарных изделий (особенно реторт и всяких приборов для химической промышленности) высокого качества, какие ныне необходимы для техники, невозможно ожидать от мелкой кустарной промышленности, для которой навсегда останется своя область производства своеобразных глиняных изделий, более или менее приближающихся к художественным. Если же принять во внимание, что даже горшечники обыкновенно группируются в известной местности (благодаря местной глине), то обжиг в одной общей, непрерывно-действующей печи и с этой стороны не может не быть желательным, так как здесь соблюдаются экономия труда и материалов. Поэтому и видим, что непрерывно действующие печи, сперва применявшиеся (с 1858 г. печи Гофмана) исключительно для кирпича, постепенно распространяются на всякие другие гончарные изделия, а с введением газовой топки (см. Генераторные газы) в них достигаются столь высокие температуры, что можно с уверенностью предполагать, что недалеко то время, когда всякие глиняные изделия будут обжигаться в подобного рода непрерывно действующих печах, подобно тому, как пришло время, когда все железо производится в непрерывно действующих домнах, вся бумага делается на непрерывно действующих снарядах, дающих бесконечные полосы, вся серная кислота изготовляется в непрерывно идущих свинцовых камерах и т. д. Современная эпоха в этом отношении — переходная для гончарных изделий и ныне встречаются всюду печи того и другого рода. Снабженные отдельными или расположенными сбоку топками, прерывно действующие гончарные печи, не входя в их специальное описание (см. Гончарное и Фарфоровое производства), и не касаясь временных печей, устраиваемых для обжига кирпича (см.), могут быть подразделены на такие, в которых пламя имеет восходящее направление (фиг. 1), на такие, где оно нисходит или направляется в канал, расположенный под накаливаемым пространством (фиг. 2), и на такие, где пламя движется, как в отражательных печах, почти по горизонтальному направлению (фиг. 3). В многоэтажных печах, применяемых очень часто, верхние этажи назначаются для обжига при низшей температуре или для сушки. Во всяком случат в периодических печах расставляемые в пламенном пространстве изделия никогда не имеют равномерной температуры, что заставляет или ограничивать заполнение пространства или помещать в одну и ту же печь предметы, требующие для обжига различной температуры.

В непрерывно действующих печах Гофмана и в разных позднейших видоизменениях этих печей (особенно в газовых печах Мендгейма), сравнительно малый расход топлива (напр. на обжиг 1000 кирпичей, весящих около 250 пуд., идет не более 9 пуд. кам. угля или около 25 пуд. дров) определяется, во-первых, тем, что продукты горения из накаливаемого пространства прежде, чем попасть в центральную дымовую трубу, проходят в следующие такие же пространства, где служат для предварительного нагрева предметов, а во-вторых, тем, что потребный для горения в данном отделении воздух проходить через те отделения, где обжиг окончен, и, следовательно, теплота, сообщенная стенкам печи и обжигаемым предметам, не пропадает, а идет (регенерируется) вновь в пользу. Все отделения (обыкновенно более 14, до 20) расположены в одной плоскости в виде круга, эллипсиса или в двух параллельных рядах кругом центральной дымовой трубы, и если в одном из них идет горение, т. е. входит пламя от топлива, то в пяти или шести, уже заранее нагруженных, идет предварительное нагревание, а в стольких же отделениях совершается охлаждение, в то время как одно или два наиболее удаленных отделений разгружаются после обжига и охлаждения и нагружаются свежими предметами. Топка ведется в печах Гофмана твердым топливом, а потому у каждого отделения имеется своя топка, куда забрасывается топливо, но не входит воздух. Он поступает, как сказано выше, через те отделения, в которых обжиг кончен и совершается остывание. В печах Мендгейма имеются общие для всех отделений генераторы, дающие горючий газ, проводимый в одно соответственное отделение, где совершается горение, а продукты горения проходят через несколько следующих отделений прежде, чем уходят в вытяжную трубу. Само собой разумеется, что те отделения, в которых идет нагрузка и разгрузка, выключаются из общего круга и в них открываются, закладываемые кирпичом и замазываемые глиной, наружные отверстия; все же прочие отделения составляют соединенную систему, так что воздух, входящий в одно (наиболее уже охлажденное) отделение, служит для горения в том отделении, куда входит горючий газ, продукты же горения проходят через остальные отделения прежде, чем поступить из последнего отделения (где свежий товар только что вмещен) в дымовую трубу. Понятно, что такое устройство, отличаясь сложностью и требуя обширного пространства, покрываемого кровлей, стоит дорого (печь Мендгейма с 18 — 20 отделениями и с пространством, достаточным для ежедневного обжига 10000 огнепостоянных кирпичей или соответственного количества других гончарных изделий, стоит не менее 20000 рублей, печь Гофмана раза в 3 дешевле): но при достаточном спросе на обжигаемые изделия подобная затрата явно окупается экономией топлива, как видно из того, что во всех странах, в том числе и в России, печи этого рода ежегодно все более распространяются. На прилагаемых фиг. 4 и 5 изображена печь Мендгейма, употребляемая для обжига каменной посуды и огнеуп. кирпичей (в плане и продольном разрезе) изображение печи Гофмана будет дано в статье «Кирпичное производство». Сверх упомянутых систем начинают распространяется непрерывно действующие печи с передвижением (на колесах по рельсам) обжигаемых предметов (фиг. 6) и с одной постоянной топкой. В печи Бока (Bock) прямой канал, длиной около 50 м, имеет посередине топку и вдоль по каналу медленно движутся вагоны с обжигаемыми предметами (кирпичами) в направлении противоположном движению воздуха и продуктов горения. Эта система, представляющая многие видимые выгоды, еще недостаточно испытана практически, чтобы можно было сказать, выгоднее ли окажется она, чем широко распространенные печи Гофмана и им подобные, в которых обжигаемые предметы остаются неподвижными, а переменяется место топки от одного отделения к другому.

Примечания 

ЭСБЕ:Производство