Ueber die Wirkung des Quarzsandes und des Kalkes auf die Thone beim Brennprocess; von Dr. Julius Aron. (Fortsetzung von S. 268 dieses Bandes.) Aron, über Wirkung des Quarzsandes und des Kalkes auf die Thone beim Brennproceß. Wenn nun auch bereits hervorgehoben ist, daß diese Porositätsbestimmungen der wissenschaftlichen Schärfe entbehren, so sind sie doch keineswegs so ungenau, daß meiner Ueberzeugung nach der ausgesprochene Satz nicht richtig wäre — um so mehr, da bei den höheren Magerungsstufen die Zahlen alle zu demselben Ziele führen, mithin sich gegenseitig bestätigen. Außerdem bestätigen die weiter unten zu besprechenden Magerungsversuche mit kohlensaurem Kalk das Vorhandensein der Erscheinung. Die Erklärung für diese sonderbare Erscheinung ergibt sich zu einem Theil aus der physikalischen Constitution der Masse, aus der Gruppirung von Thon und Sand, wie wir sie in unserem Aufsatze über den Einfluß der Magerungsmittel klar zu legen suchten. Es wurde dort gezeigt, daß bei einem geringeren Zusatz von Sand zunächst sämmtliche Sandkorner von dem Thon umfaßt, eingehüllt werden, daß aber bei progressiver Magerung schließlich das Einhüllungsvermögen des Thones an einer Grenze anlangen müßte, und daß von dieser Grenze ab sich Sandkörner direct berührten und anfingen, gewissermaßen ein festes Knochengerüst zu bilden, zu dessen Verband allerdings Thon mitwirkt; und zwar wirkt um so mehr Thon mit, je weniger sich die Probe von dem Punkte der größten Dichtigkeit entfernt. Es ist nun nicht den Thatsachen entsprechend, das Gemisch, das einen Stein bildet, früher als ein chemisches Ganzes zu betrachten, als bis es völlig geflossen und homogen geworden ist. Wenn nun der abgemagerte Thon bei der angewendeten Endtemperatur bereits geklinkert war, so muß man annehmen, daß der Thon, welcher in den gemagerten Proben enthalten ist, sich in einem ganz analogen Zustande befunden hat. Daß die äußeren Erscheinungen sich aber anders gestalten, liegt daran, daß jenes Knochengerüst von Sand offenbar auch in dem Stadium noch, wo der Thon bereits jene zähe Flüssigkeit und Bewegungsfähigkeit hat, daß er klinkert, noch nicht seine Selbstständigkeit aufgegeben hat. Diesem festen Knochengerüste nun ist es zuzuschreiben, daß die Schwindung oder Annäherung der Thontheilchen aneinander nur zu einem geringen Theile Veranlassung zu einer Dimensionsveränderung der Probe nach außen hin gibt. Nur derjenige Theil des Thones, der direct als Verbandtheil des Quarzgerüstes aufzufassen ist, kann zu einer außen sich bemerklich machenden Schwindung Ursache werden, während der in den Hohlräumen des Gerüstes befindliche Thon innerhalb dieser selbst seine Schwindungsbewegung ausführt. Wenn man dieses Verhältniß sich klar macht, so sieht man ein, daß die aus reinem Thon bestehende Probe bei demselben Feuer die größte Schwindung und die größte Dichtigkeit erhalten muß, während die sandreichste die geringste Dimensionsveränderung und damit zunächst die geringste Verminderung der Porosität erfährt. Bei der ersteren Probe bewirkt das Schwinden ungeschwächt die Zusammenziehung, bei der letzteren kann Veranlassung zur Zusammenziehung nur die geringe Menge des als Verbandtheil dienenden Thones werden, die Schwindung des übrigen Thones führt nur zu einer Ortsveränderung des Thones innerhalb des Gerüstes. Die zwischen der fettesten und der magersten Probe liegenden Zwischenstufen müssen nun alle je nach dem Grade der Magerung in Bezug auf Schwindung ein ihrem Magerungsgrade entsprechendes, dazwischen liegendes Verhalten zeigen. Diese Betrachtungen würden zwar beweisen, warum sandige Thone nicht erheblich dichter werden können beim Brennen; sie würden aber noch nicht genügen, zu erklären, warum der stark gemagerte Stein poröser wird, als er in einem früheren Brande war, der bereits hinreichte, das chemisch gebundene Wasser auszutreiben. Nehmen wir nämlich einmal an, daß beim Brennen ein solcher Stein seine Dimensionen gar nicht äußerlich ändere, sondern daß die Schwindung des Thones völlig innerhalb des festen Rahmens stattfindet, so ist damit noch nicht ersichtlich, weshalb durch eine Ortsveränderung, innerhalb des Rahmens, durch eine dort stattfindende Annäherung der Thontheilchen aneinander mehr freier Platz innerhalb des Rahmens entstehen sollte, da ja ein eben so großer Raum, wie das seinen Ort verlegende Thontheilchen neu einnimmt, durch seine Ortsveränderung frei gemacht wird, mithin die Summe der Poren im Gerüste gar keine Vergrößerung erfährt. Denkbar wäre eine Vergrößerung nur dann, wenn der Thon bei stärkerem Brennen nicht mehr denselben Raum einnimmt, also an Volumen einbüßt, oder, was dasselbe heißt, sein specifisches Gewicht vergrößerte. Nun scheint aber gerade das Umgekehrte einzutreten. Porzellan von Sèvres zeigt nach Laurent als Pulver verglüht 2,619 spec. Gew. halb gebrannt 2,440 spec. Gew. gut gebrannt 2,242 spec. Gew. Berliner Porzellan zeigte nach G. Rose verglüht 2,613 spec. Gew nach 3 Stunden Scharffeuer 2,589 spec. Gew nach 4 Stunden Scharffeuer 2,566 spec. Gew nach 9 Stunden Scharffeuer 2.452 spec. Gew mithin eine Volumvergrößerung. Nun ist allerdings in dem Porzellan nicht nur Kaolin, sondern auch Quarz und Feldspath enthalten. Von beiden Mineralien ist es aber durch Versuche mit reiner krystallisirter Substanz festgestellt, daß sie durch Glühen specifisch leichter werden, also ihre Volumen vergrößern. Die oben angeführten Versuche mit Porzellan würden also noch nicht den zwingenden Beweis führen, daß der Kaolinthon durch die Hitze specifisch leichter wird, da die am Porzellan gemachten Beobachtungen auch noch auf Rechnung von Quarz und Feldspath gesetzt werden können. Indeß, wenn also auch daraus noch nicht sicher auf eine Volumvergrößerung des Kaolinthons in der Hitze geschlossen werden könnte, so ist jedenfalls bei dem Vorwiegen des Kaolins in der Porzellanmischung das umgekehrte Verhalten, also eine etwaige Volumverminderung mit Sicherheit ausgeschlossen. In der That zeigte der für meine Versuche verwendete Schlämmthon, der im ungebrannten Zustande übrigens das specifische Gewicht von 2,687 ergeben hatte, nach Rothglut 2,598 spec. Gew. Geklinkert 2,456 spec. Gew. so daß also auch diese Bestimmungen eine Volumvergrößerung wahrscheinlich machen, wenngleich auch hier die Anwesenheit von Mineraltrümmern, Feldspath etc. nicht völlig ausgeschlossen ist. Aus diesen Betrachtungen ergibt sich also für die oben hervortretende Erscheinung, daß die stark gemagerten Steine poröser werden, keine Lösung, sondern eher eine Verwickelung des Problems; hiernach müßte der Thon nach dem Brennen das Gerüst vollständiger ausfüllen. Nun könnte man zur Erklärung der Erscheinung vielleicht herbeiziehen wollen, daß ja der Quarz in der Hitze sein Volumen ausdehnt, mithin das Gerüst größer wird. Es dürfte dies aber schwerlich genügen, um die Thatsachen zu erklären. Zunächst ist zu erwägen, daß bei allen Proben, neben der Vergrößerung des Quarzes eine Schwindung des einen Theil des Gerüstes bildenden Thones nebenher läuft. Bewirkt also ersterer Vorgang eine Vergrößerung der Porosität, so hebt der letztere dieselbe auf. Sollte die Vergrößerung des Quarzes wirklich eine Zunahme der Porosität zu Wege bringen können, so müßte dieselbe auch äußerlich dem Meßapparate zur Kenntniß gelangen. Wenn man aber aus den Tabellen ersieht, daß die Zunahme der Porosität selbst in Fällen sich zeigt, wo der Meßapparat noch eine Schwindung constatirt, so muß man auf diese Erklärung verzichten — um so mehr, wenn man erwägt, daß der in den Hohlräumen des Gerüstes befindliche Thon bei stärkerem Brande, wie sehr wahrscheinlich ist, an Volumen zunimmt, dasselbe also vollständiger ausfüllt. Der wirkliche Grund scheint tiefer zu liegen, und zwar in einer beginnenden chemischen Action des zähflüssigen Thones auf den Quarz. Es wird kaum einem Zweifel begegnen, wenn man sagt, daß gleiche Gewichtsmengen Thon und Kieselsäure, in chemische Verbindung übergeführt, einen geringeren Raum einnehmen, als wenn sie porenfrei, aber unverbunden neben einander lagern, daß also die chemische Verbindung eine Verdichtung der Masse zu Wege bringt. Auf diesen Grund glaube ich die Zunahme der Porosität der stark gemagerten Steine bei weitem Brennen zurück führen zu müssen, und werden mich die weiter unten zu besprechenden Versuche der Magerung mit kohlensaurem Kalk hierin noch unterstützen. Wenn nun aber auch von uns auf eine beginnende chemische Action zwischen dem Sande und dem Thone, wie es scheint, geschlossen werden muß, so ergibt sich aus den Messungen und dem Vergleich der Schwindungszahlen an den verschiedenen, bei gleicher Temperatur gebrannten Magerungsstufen mit Sicherheit, daß diese Action zu einer Zeit, wo der ungemagerte Thon bereits geklinkert war, noch eine ziemlich auf die Oberfläche der Sandkörner sich beschränkende geblieben sein muß, daß von einer chemischen Homogenität keine Rede sein kann, sonst würden diese Schwindungszahlen sicherlich nicht ein so getreues Bild der Physikalischen Constitution der Lagerung von Sand und Thon gewähren. Wenn man nun auf den Tabellen die Porositätszahlen betrachtet, so sieht man, daß die fetteren Proben dichter und erst die höheren Magerungsstufen bei weiterem Brande poröser werden. Dies ist sehr leicht verständlich, da ja der ganze Vorgang ein zusammengesetzter ist. Die Schwindung, so lange sie nicht durch Hindernisse gehemmt ist, vernichtet Hohlräume, die chemische Action erzeugt solche. Je nachdem nun der eine oder der andere Vorgang überwiegt, wird die Porosität entweder geringer oder größer werden. Bei den fetten Proben überwiegt der Vorgang des Schwindens, daher tritt Verminderung der Porosität ein. Bei den mageren bildet der Quarz ein Hinderniß der nach außen sichtbaren Schwindung, daher der andere Vorgang vorzugsweise zur Geltung gelangt, mithin Bildung von Poren erfolgt. Der Punkt der größten Dichtigkeit im ungebrannten Zustande lag, wie aus den Versuchen über Magerung für diese Proben hervorging, bei Magerungsstufe 110 (Notizblatt, 1873 Heft 4). Es war dies der Punkt, wo der Thon noch eben allen Quarz umhüllte. Hier ist also gleich beim Beginn des Brennprocesses ein fester, der Schwindung sich entgegen stemmender Rahmen vorhanden, und es muß hier bereits Zunahme der Porosität erfolgen, wie auch die Zahlen lehren. Der Punkt, wo die Porosität beim Brennen zunimmt, muß aber noch vor dem Punkte der größten Dichtigkeit im ungebrannten Zustande liegen, da ja durch die Ausdehnung des Quarzes und die gleichzeitige Schwindung des Thones die Umhüllungsgrenze sich nach vorn verschiebt; außerdem wird dieser Punkt für verschiedene Temperaturen nicht genau an derselben Stelle liegen, da bei verschiedenen Temperaturen weder die Volumveränderung des Quarzes noch die Wirkung der Kieselsäure auf den Thon eine gleich weitgehende ist. Bei den obigen Versuchen sind nun zum Schluß Temperaturen zur Anwendung gekommen, wie sie in den meisten Ziegelöfen nicht zur Anwendung gelangen. In der That gilt der Senftenberger Thon als ein schwer schmelzbarer, mäßig feuerfester, und da der ungemagerte Thon bereits geklinkert war, so dürste gegen eine Verallgemeinerung der am Senftenberger Thon beobachteten Thatsachen für die Zwecke der Ziegelfabrikation und gemeinen Töpferei der Einwand wohl kaum zulässig sein, daß die angewendeten Temperaturen zu niedrig waren, um allgemeine, auf diese Fabrikationszweige bezügliche Folgerungen aus diesen Versuchen zu gestatten. Hiernach dürfte folgendes wohl mit Fug und Recht aus den Versuchen abgeleitet werden: Wird ein Kalk und sandfreier Ziegelthon mit Quarzsand gemagert, so vermindert sich, für ein und dieselbe Temperatur betrachtet, die Schwindung im Ofenfeuer. Bis zu einem gewissen Punkte der Magerung, der nicht weit vor dem Punkte der größten Dichtigkeit im ungebrannten Zustande liegt, wird die Masse durch das Brennen dichter, über ihn hinaus aber poröser — und zwar um so mehr, je stärker die Hitze war, ohne Fluß hervorzubringen. Mit Quarz gemagerte Steine werden durch schwachen Brand etwas größer, und zwar beträgt diese Ausdehnung, wie es scheint in maximo ein wenig unter 1 Proc. der ursprünglichen linearen Ausdehnung; erst bei weiterem Brande beginnt die Schwindung sich zu zeigen. Sehr stark fandhaltige Thone schwinden bei den Temperaturen der gewöhnlichen Ziegelöfen überhaupt nicht. Nach dem Ergebniß dieser Versuche müssen wir nun die in einer früheren Arbeit (Notizblatt, 1873 Heft 4) aus den Vorgängen der nassen Schwindung gezogenen Resultate etwas genauer umgrenzen. Dort zeigte es sich nämlich, daß an einem gewissen Punkte der Magerung eine möglichst dicht construirte Masse beim Trocknen resultirte. Die daraus für dis Praxis gezogenen Consequenzen fußten, wie bereits bemerkt wurde, auf der Annahme, daß das Magerungsmittel auch geneigt sei, sich mit dem Thone zu verschmelzen. Dies ist nun für den Quarzsand bei den Temperaturen unserer Ziegelöfen nicht der Fall. Außerdem treten für dieses Magerungsmittel noch zwei weitere Momente in Wirksamkeit, einmal die Ausdehnung desselben durch das Brennen, zweitens die Verdichtung durch die etwaige chemische Action des Quarzes auf den Thon. Würde man nun von dem Zustande der größten Dichtigkeit aus mit Quarzsand Klinker erzeugen wollen, so würde zunächst die Masse durch das Brennen immer poröser werden, bis schließlich bei beginnendem wirklichen Fluß eine blasige Masse resultirte, anstatt eines Klinkers also Schmolz. Ob nun Mineraltrümmer, die verschieden vom Quarz, Flußmittel enthalten, und deren Schmelzpunkt nicht erheblich von dem des Thones verschieden ist, sich in dieser Beziehung, wie zu erwarten steht, anders verhalten, ist zum Gegenstande weiterer Versuche zu machen, ebenso die Stellung solcher Magerungsmittel, deren Schmelzpunkt unter dem des Thones liegt. Für Quarzsand aber ergibt sich, daß derselbe, in einiger Menge vorhanden, das Klinkern von Ziegelthonen hemmt. Die fettesten Proben sind dem Klinkerzustande am nächsten für eine bestimmte Temperatur. Allerdings muß man die stärkere Schwindung und damit manche Uebelstände mit in den Kauf nehmen. Doch erreicht man das angestrebte Ziel am sichersten und bei der niedrigsten Temperatur mit der fettesten oder einer ihr nahe stehenden Masse. Wenn man die geschilderten Erscheinungen mit Aufmerksamkeit betrachtet, so erscheint es erklärlich, wenn manche Thone klinkern, also vor dem Schmelzen immer dichter werden, andere aber nicht, sondern vor dem eigentlichen Schmelzen großblasige, aufgetriebene schwammige Massen geben. Brennt man einen sandigen Thon stark, so wird er mit steigender Hitze durch die Aufschließung des Quarzes poröser. Steigert man die Temperatur, so wird schließlich, wenn die Masse weicher wird, die Oberfläche sich leicht verkleben, und damit dem in den Poren enthaltenen, noch erheblichen Luftvolumen den Weg nach außen absperren. Steigt nun die Temperatur noch weiter, so fordert auch die Luft mehr Raum durch die Ausdehnung und treibt die Masse auf, in derselben Weise wie die Ausdehnung der Luft eine auf beiden Seiten verschlossene und bis zum Erweichen erhitzte Glasröhre auftreibt. Diese Austreibung wird um so kräftiger sein müssen, wenn bei hoher Temperatur eine Reduction des Eisenoxydes, also eine Entwickelung von Sauerstoffgas etwa eintritt. Ist dagegen die Masse im Wesentlichen aus Thon zusammengesetzt, also aus Kügelchen, so erfolgt durch die ganze Masse ein so gleichmäßiger, allmäliger Uebergang der Kugelform in die des Würfels, daß fast bis zur vollständigen Ausfüllung aller Poren mit fester Substanz die feinen Canälchen nach außen, wenn auch sich verengen, doch offen bleiben und der geringen Menge noch darin enthaltener Luft einen Ausweg geben. Also auch hier verdankt der Thon diese seine schätzbare Eigenschaft des Klinkerns seiner regelmäßigen ursprünglichen Form, welche eine gleichmäßige, regelmäßige Textur der ganzen Masse hervorbringt. Man darf hieraus wohl folgern, daß der Schlämmproceß die meisten Thone zur Erzeugung von Klinkern fähig machen wird, auch wenn sie im rohen Zustande sich nicht dazu eigneten, wenn nur die ihrem Schmelzpunkte angemessene Temperatur zur Anwendung gelangt. Hierbei zeigt sich denn auch die Bedeutung der Chamotte für die Thonwaarenindustrie. Mittels der Chamotte hat man ein Mittel sich geschaffen, die Structur des Fabrikates im ungebrannten Zustande bald dichter, bald poröser zu gestalten, ohne die schließliche chemische Zusammensetzung desselben zu verändern. Wie die Structur der Masse nach dem Trocknen und Brennen ausfällt, hängt einerseits von der Korngröße, andererseits von der Menge der hinzugefügten Magerungsmittel, hier der Chamotte, ab. Wenn man statt der theuren Chamotte nicht billigen Quarzsand nimmt, um das Gefüge des Productes zu ändern, so kann das verschiedene Gründe haben, von denen wir nur einen wegen seiner Wichtigkeit hervorheben wollen. Quarzsand befördert unter gewissen Umständen die Schmelzbarkeit eines sehr schwer schmelzbaren Thones. Wenn wir auch bei unseren eben mitgetheilten Versuchen den Quarz als die Schwindung hemmend, dem Schmelzen entgegenwirkend, kennen lernten, so stellt sich dies doch anders bei höheren Temperaturen, als sie für die Ziegelfabrikation zur Anwendung gelangen, z. B. bei Gußstahlschmelzhitze. Hier erlangt die Kieselsäure selbst eine zähe Beweglichkeit und fängt nun sehr energisch an, auf ihre Umgebung zu wirken, und es kann eintreten, daß ein thonerdereicher feuerfester Thon mit geringem Gehalte von Flußmitteln durch die Mitwirkung der Kieselsäure leichter schmilzt, als ohne dieselbe, wie dies die Richters-Bischof'schen Versuche dargethan haben. Indem man also einem feuerfesten Producte seine für schroffen Temperaturwechsel unentbehrliche lockere, poröse Structur durch Chamotte anstatt durch Quarz gibt, bewahrt man dem Thone seine ursprüngliche Schwerschmelzbarkeit, während man sie durch Quarz herabsetzen würde. Aus den obigen Versuchen ergibt sich also, daß der Zusatz von Quarzsand nicht in die Willkür des Fabrikanten gestellt ist, sondern daß mit dem steigenden Gehalt an diesem Material die Masse fortdauernd sehr wesentliche Veränderungen in ihren Eigenschaften erfährt. (Fortsetzung folgt.)