Savi: mineraal, teke, omadused ja kasutamine keraamikas

Avasta savi päritolu, mineraalsed omadused ja kasutamine keraamikas — plastilisus, põletamine, savitüübid ja praktilised nõuanded loominguliseks tööks.

Savi on peeneteraline silikaatmineraal, mis tekib kivimite lagunemisel. Märg savi on pehme ja seda saab vormida keraamika, tellise ja muude asjade valmistamiseks. Kui seda vormida ja seejärel põletada ahjus, et see muutuks kõvaks, saab sellest keraamika.

Savi sisaldab sageli veidi vett, sest veemolekulid kleepuvad pisikeste terade külge. Savi võib sisaldada ka mõningaid orgaanilisi materjale.

Maal on 35 tunnustatud savimineraali liiki, mis muudavad muda kokku kleepuvaks ("sidusaks") või voolavaks ("plastiliseks"). Savi tiksotroopsus põhjustab mõnikord maalihkeid.

Kvarts, feldspaarid, raudoksiidid ja karbonaadid võivad muutuda tüüpilise savimineraali suuruseks. Savi moodustumine on hästi mõistetav. See võib pärineda pinnasest, vulkaanilisest tuhast ja liustikust. Teine allikas on iidsed mudakivid, sest need ilmastuvad ja lagunevad kergesti.

Savi on kaugelt kõige väiksemad mudakivides esinevad osakesed. Saviosake on umbes 1/1000 osa liivatera laiusest. See tähendab, et saviosake liigub 1000 korda kaugemale konstantse vee kiiruse juures, mistõttu on settimiseks vaja vaiksemaid tingimusi. Kui terade laius on üle paari millimeetri, nimetatakse materjali muda, mitte savi.

Teke ja päritolu

Savi tekib peamiselt kivimite keemilise ja mehaanilise lagunemise kaudu. Oluline on hüdrolüüs ja mineraalide muundumine veega kokkupuutel: näiteks plagioklaasist ja muust lühemateralist tekib aeglase pleekimise ning liikumise tagajärjel kaoliin, illiit või smektiit. Savi võib koguneda järvede ja madalate veekogude setetesse, tekib vulkaanilise tuha alteratsiooni tulemusena ja leiub ennast ka liustike järelsetes setetes. Iidsed muda- ja savikivimid ilmastuvad ning moodustavad uue peenema materjali.

Mineralogia ja koostis

Peamised savimineraalid on leelismetallide-alumiiniumi-silikaadid ehk lehtstruktuuriga kaoliiniit, illiit ja smektiit (nt montmorilloniit). Neid eristab võime vett siduda — smektiidid on paisuvad (swelling clays), kaoliiniit on mittepaisuv ja annab valge, plastse massi, mida kasutatakse portselani valmistamisel.

• Savide osakeste läbimõõt on tavaliselt alla 2 µm; nad omavad väga suurt pindala ja seetõttu suurt veesidumise võimet.
• Lisandid nagu kvarts, feldspaarid, ja raudoksiidid mõjutavad värvi, termilist käitumist ja plastilisust.
• Orgaanilised ained, koostisained ja soolad võivad muuta setete stabilisatsiooni ja behaviouri (nt lubja või sulfaadid mõjutavad plastilisust).

Füüsikalised omadused

Savide olulised omadused, mida keraamikud ja insenerid jälgivad:

• Plastilisus — märg savi on vormitav; plastilisus sõltub mineraalsetest osakestest ja vee sisalduse hulgast.
• Tiksotroopsus — ajaliselt sõltuv viskoosne käitumine, mis mõjutab nt maalihkeid.
• Krimpsumine ja paisumine — kuivamisel ja põletamisel savi kokku tõmbub; paisuvad savid võivad ehitustöid kahjustada.
• Keemiline reaktiivsus — cation exchange capacity (CEC) võimaldab siduda ioneid ja kasutada savi adsorbendina.

Keraamika ja põletamine

Keraamikas liigub tööprotsess tavaliselt kujundamisest läbi kuivamise, bisque‑põletuse ja glasuurpõletuse. Erinevad savitüübid vajavad erinevaid põletustemperatuure:

• Õhukeraamika (earthenware): ~900–1100 °C — jääb kergelt poorseks, tavaliselt glasuuri all.
• Kivikeraamika (stoneware): ~1100–1300 °C — tugevam ja vähem poorne.
• Portselan: ~1200–1450 °C — valmistatakse peamiselt kaoliinist, annab väga tiheda ja valge materjali.

Põletamisel toimuvad dehüdratsioon, orgaanika põletus, metamorfism (näiteks kaoliini muutumine metakaoliiniks) ja lõpuks osaline vitrifikatsioon, kus klaasjas faas täidab poorid ja annab tugevuse. Põlemisõhkkond ja rauasisaldus määravad lõppvärvi — redutseeriv või oksüdeeriv atmosfäär muudab tooni.

Kasutusalad

Savi kasutatakse laialdaselt nii traditsioonilises keraamikas kui ka tööstuses:

• Keraamika ja potikunst, portselan, plaadid, tellised ja sanitaartehnika.
• Refraktaarsed materjalid ahjude ja kõrgtemperatuursete protsesside jaoks.
• Kaoliin paberitööstuses kaanedeks ja pinnatöötluseks, värvitoonide parandamiseks.
• Keemiatööstuses ja ehituses: täitematerjalid, bentoniit (drilling mud), adsorbendid, filtrid ja katalüsaatoritoe materjalid.
• Kosmeetika, ravimite täitematerjalid ja toiduainetööstuse stabilisaatorid (spetsiifiliste töötlemiste korral).

Geotehnika ja keskkonnamõjud

Savid mängivad tähtsat rolli pinnasetega seotud probleemides. Paisuvad ja tiksotroopsed savid võivad põhjustada vundamentide tõusu, pragunemist või maalihkeid. Geotehnilised uurimused kasutavad Atterbergi piirväärtusi (vedelpiir, plastilisuspiir), et hinnata sobivust ehituseks. Probleemide leevendamiseks kasutatakse kuivendust, süvakompaktsiooni või stabiliseerimist lubi või tsementiga.

Kaevandamine, töötlemine ja ohutus

Savi kaevandatakse enamasti avatud kaevandustena. Töötlemine hõlmab sorteerimist, purustamist, settimist ja kuivatamist; spetsiaalsete savitoodete jaoks kasutatakse ka kaltsineerimist või dispergeerimist. Tööstuslikud protsessid nõuavad tolmukaitset ja ventilatsiooni, sest õhus leviv kvartsitolm võib olla tervisele ohtlik (respirable silica).

Kokkuvõttes on savi mitmekülgne looduslik materjal — alates traditsioonilisest keraamikast kuni kõrgtehnoloogiliste rakendusteni. Selle omadused sõltuvad tugevalt mineraalsest koostisest, osakeste suurusest ja kaasnevatest lisanditest, mistõttu sobiva savi valik on otsustava tähtsusega nii käsitöö kui ka tööstusprotsesside puhul.

Küsimused ja vastused

K: Mis on savi?

K: Mida saab teha märjast savist?

K: Mis juhtub saviga, kui seda põletatakse ahjus?

K: Mida savi sageli sisaldab ja miks?

K: Mitu tunnustatud savimineraali liiki on Maal olemas?

K: Kust pärineb savi?

K: Mis vahe on muda ja savi vahel?

Otsing