Cookies

Tento web používá k poskytování služeb a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte.

V pořádku Více informací

Popely

a jejich využití v keramice

Často se v poslední době pohybujeme ve vodách přírodních materiálů a zůstaneme v nich i tentokrát. Chemie keramiky je chemií anorganickou. Veškerých organických látek se zbavujeme výpalem a zůstávají nám pouze anorganické složky. Popelem se rozumí neshořelé zbytky paliv, které zůstanou po procesu hoření. Obsahují prvky, které nám mohou být v keramice užitečné a my se podíváme jak.

Co je to popel?

Popely vznikají hořením organických látek. Hoření je exotermní reakce, kdy se nejčastěji slučuje uhlík a kyslík za vzniku oxidu uhličitého. Uvolňuje se teplo a světlo. Hoření je pro nás keramiky velmi důležitý proces. Pokud využíváme výpaly v palivových pecích, je hoření základním prostředkem dosažení potřebných teplot v našich pecích.

Podle definice je popel sypký zbytek po spálení tuhých paliv. Paliva jsou tvořena hlavně uhlíkem, dále pak kyslíkem, dusíkem, vodíkem, někdy také sirnými sloučeninami. Jedná se o těkavé látky, které se v průběhu hoření mění na plyny a v popelu nezůstávají. V popelu ale můžeme najít pestrou škálu sloučenin jiných prvků, například Si, Ca, Mg, K, Na, P, S, Cl, Al, Fe, Mn. Podle jedné ze studií tvoří jmenované prvky 95% složení běžných popelů.

Pokud je v palivech přítomná voda, při hoření se vypaří. Zmíněné minerální složky zůstávají nedotčeny. Pokud jsou málo tepelně stabilní (těkavé), mění se na oxidy. Alkalické kovy (hlavně Na, K) a kovy alkalických zemin (hlavně Mg, Ca) reagují s oxidem uhličitým, někdy i s oxidem siřičitým. Vytvářejí uhličitany a někdy i siřičitany. Vzniká tak potaš (K2CO3 – uhličitan draselný), který je příčinou zásaditosti popela. Potaše může popel obsahovat i 10 %.

Zajímavé je, že různá paliva mají různý obsah minerálního podílu v popelu. Zatímco v případě biomasy je to jen 1-2 %, u fosilních paliv jde až o desítky procent. Protože se v případě fosilních paliv jedná o materiály sedimentárního původu, obsahují často sloučeniny síry, další jedovaté a radioaktivní prvky (Thorium, Uran), a tak nejsou dobré ani do glazur ani jako hnojiva. Následující tabulka ukazuje podíl popelovin v různých palivech.

Topivo

Podíl popela (%)
Černé uhlí 10 – 15
Hnědé uhlí 10 – 30
Uhelné brikety 10 – 40
Koks 9 – 17
Lignit 5 – 60
Hořlavé břidlice 50 – 80
Rašelina 2 – 30
Dřevo 0,1 – 5
Palivové dřevo 0,2 – 1
Dřevěné brikety 0,5 – 1,5
Dřevěné uhlí 1–7
Mazut 0,1 – 2

 

Teplota při spalování paliv má na kvalitu popela značný vliv. Při nízkých teplotách může být spalování nedokonalé a může vznikat amorfní uhlík, který zůstává v popelu. A naopak, při vysokých teplotách dochází postupně k tavení jednotlivých složek popela, popel začíná hrudkovat a vzniká tzv. škvára.

Popel z biomasy

V biomase je obsah minerální složky přibližně 0,1 – 5% hmotnosti paliva. Výtěžnost je tedy relativně malá a popel není úplně snadné získat. Živé organismy – rostliny, jsou velmi variabilní. I proto je obsah složek popela velmi proměnlivý. Obsah látek se mění v závislosti na druhu rostliny, její části, období jejího získání, stáří rostliny, podloží, podnebí, způsobu pálení a na dalších parametrech. Velký vliv má i další zpracování popela. Je obtížné získávat stále stejnou surovinu, a proto se vyplatí mít možnost vyrobit větší množství popela stejného původu.

Složení průměrného dřevního popela
Složení průměrného dřevního popela
Dostupné z: https://en.wikipedia.org/wiki/Wood_ash#Variability_in_assessment

Základní dvě skupiny rostlinných popelů tvoří popely z dřevin a popely z travin. Odlišnost těchto dvou skupin spočívá v obsahu křemíku. Popely travin totiž na rozdíl od popelů dřevin obsahují zásadní procento křemíku. Obsah křemíku tu může být 50-70 %. Tomu se mohou blížit s 30 % jen popely z listů a jehličí stromů. Vysoké procento křemičitého oxidu v popelu předurčuje rostlinné popely jako výborný materiál do glazur. Lze je použít i samostatně. Ostatní popely je díky nižšímu podílu oxidu křemičitého potřeba míchat s dalšími složkami, protože jinak netvoří skloviny. O tom ale až v dalším textu.

Následující tabulka vám ukáže různé složení popelů různých dřevin, jejich částí, i různých travin. Zajímavé je, že i stejné dřeviny dávaly různé výsledky jednotlivým autorům rozborů. Určitě tu hrají roli různé metodiky, ale právě i různá podnebí a podloží a další detaily.

Složení popelů z biomasy 1
Složení popelů z biomasy 1
Autor: Petr Toms

Složení popelů z biomasy 2
Složení popelů z biomasy 2
Autor: Petr Toms

Složení popelů z biomasy 3
Složení popelů z biomasy 3
Autor: Petr Toms

Popely v keramice

Pro pochopení fungování popelů byl podrobný teoretický úvod potřeba. Pokud víme, jak které prvky v keramice fungují, zjistíme, že popel bude fungovat jako vynikající tavivo. Obsahuje převážně prvky I. a II. A skupiny periodické soustavy prvků, které fungují jako taviva v glazurách.

Popely byly pro keramiku zjevně objevovány postupně díky vysokožárným a dlouhým výpalům na dálném východě. Tamní podmínky a dostupné přírodní materiály předurčily vývoj tímto směrem. Kaolinitické hmoty, takzvané protoporcelány, žádaly dlouhý výpal, aby byly dostatečně vypáleny. Protože se jednalo o vysoce křemičité hmoty, docházelo jistě ke vzniku spontánních popelových glazur a k pochopení možností popela byl tak zřejmě již jen krůček.

Protoporcelán pozdní západní dynastie Han (200 př. n. l. až 200 n. l.)
Protoporcelán pozdní západní dynastie Han (200 př. n. l. až 200 n. l.)
Dostupné z: https://image.invaluable.com/housePhotos/freemans/54/557154/H0062-L70086899.jpg

Popel byl následně zkoumán jako složka různých glazur. Dodnes v řadě případů není úplně jasné, kdy byl použit popel a kdy vápenec, protože obě suroviny obsahují hlavně oxid vápenatý. Popel je, nebo byl, součástí mnoha dalších tradičních glazur, třeba seladonů. Ty pravděpodobně vznikly přídavkem borových popelů ke sklotvorným surovinám. Podle analýz může borový popel obsahovat až 5 % oxidu železitého, který v redukčním výpalu způsobuje charakteristické zelené zabarvení transparentní glazury. Dalším typickým zástupcem jsou takzvané nuky. Větší množství přidaného popela jim propůjčuje kávový zákal.

Popelová glazura nuka jednoduchého složení. Živec, křemen a dřevní popel. Páleno dřevem na 1350 °C, 22 hodin.
Popelová glazura nuka jednoduchého složení. Živec, křemen a dřevní popel. Páleno dřevem na 1350 °C, 22 hodin.
Autor: Václav Kugler

Je pravděpodobné, že ve staré Číně používali popel dokonce i jako přídavek do keramických hmot. Nigel Wood ve své knize Chinese glazes popisuje pokusy o výroby repliky zboží Yue, kde do hlíny přidávali až 40 % popela a snižovali teplotu slinutí hmot až na 1170 °C. Výsledky pokusů ukázaly, že tento postup byl pravděpodobně skutečně využíván.

Popely prakticky

Abychom mohli popel využívat, musíme jej někde získat nebo přímo vyrobit. Dřevní popel není průmyslově vyráběn, a tak se dostane ke slovu příslovečná řemeslná vynalézavost. Můžeme vybírat popel z kamen a postupně jej hromadit. Pokud budeme mít zásobu jednotného paliva, budeme nakonec mít i stejnorodý popel. Překážkou může být malá výtěžnost. Průměrné jedno procento výtěžnosti říká, že i na pár litrů glazury si celkem zatopíme. Pokud budeme popely sbírat z různých topenišť, bude se náš popel blížit tomu průměrnému z rozboru výše. Není špatné a výsledkem může být pěkná „popelovka“ z předchozího obrázku.

Doporučuji vytipovat v lese místa těžby a počkat si až budou lesníci pálit klest. Tady jsme pak schopni sbírat popel po vědrech, a to už stojí za to. Navíc je to popel z větví, kde je hodně kůry a jehličí a obsah minerálů je tak specifičtější.

Co se týká popelů z travin a obilovin, je situace mnohem problematičtější. Běžně se jimi netopí, a i když existují kotle na spalování celých balíků slámy, není tato technologie rozšířená. Dostaneme se občas ke spálení starého sena, popela však získáme jen menší množství. I to ale postačí alespoň na testy a zkoušky, co senný popel dovede. Samostatně tvoří glazuru velmi ochotně.

Popelová glazura nuka připravená ze senného popela. Redukční výpal dřevem na 1350 °C, vlastní velmi ostřená hmota.
Popelová glazura nuka připravená ze senného popela. Redukční výpal dřevem na 1350 °C, vlastní velmi ostřená hmota.
Autor: Václav Kugler

Co se týká praktické přípravy, je popel při přípravě k použití nutno prvně přesít. Podle mé zkušenosti jde hlavně o to odstranit zbylé uhlíky, kamínky a další nečistoty, které jsme při sběru mohli nabrat. I z tohoto úhlu pohledu je skvělý popel z velkých hromad a ohňů, který dohoříval i několik dnů. Zde vše shoří a popel je jemný.

Otázka praní popelů je námětem k diskusi. Mnozí popely perou, a to i několikrát, pak je suší a teprve pak používají. Tím je zbavují vodou rozpustných taviv a snižují účinek popela jako taviva. Já popel neperu, z mých zkušeností vyplývá, že se pak na nukách tvoří méně vpichů a kráterků. Ušetří to také spoustu práce. Pokud popel chcete prát, je opět dobré proces standardizovat a dodržet postup, aby byly výsledky opakovatelné. Zejména počet praní a délka louhování popela je důležitá.

Pokud popelovou glazuru nepereme, zachová si veškerá taviva i tendenci stékat. Pokud to trefíme, mohou být efekty krásné. Redukční výpal plynem na 1350 °C za 7 hodin.
Pokud popelovou glazuru nepereme, zachová si veškerá taviva i tendenci stékat. Pokud to trefíme, mohou být efekty krásné. Redukční výpal plynem na 1350 °C za 7 hodin.
Autor: Autor Daniel Machill

A když už jsme u praní a přípravy glazury samotné, dejte pozor při práci - nepraný popel je v glazuře obzvlášť zásaditý a tedy žíravý. Než rozmícháte navážku ve vodě, „zmýdelní“ vám kůže a není to nic příjemného. Stačí však použít gumové rukavice a jste dostatečně ochráněni. Mohou se hodit i brýle proti případnému zasažení očí.

Samotnou glazuru pak rozhodně po rozmíchání přeceďte, určitě po hrubém setí ještě zbyly nějaké nečistoty, snáz se ale přesejí až v suspenzi. Nakonec vám na sítě zbyde trochu husté popelové kaše, kterou případně vyhodíte. I proto na popelové glazury neberu husté síto. I přes to hrubší se glazura dobře přecedí a domíchá a zbytku není tolik. Na funkci to nemá dle mých zkušeností podstatný vliv.

Protože se potaš rozpouští ve vodě, mějte na paměti, že sléváním vody z glazury přicházíte o taviva a že měníte složení popelové glazury. Ta vám proto může příště vyjít trochu jinak.

Popelové glazury

V tomto článku nechceme vytvářet receptář. Spousty glazur a receptur najdete v knihách Johna Britta, Bernarda Leache a mnoha dalších. Krásné popelové glazury vzniknou mícháním popela s hlinitými glazurami nebo živci. Můžete zkoušet postupky ze dvou surovin, nebo tříosé blend testy ze tří surovin. S popelem jako tavivem můžete míchat kdejaké suroviny a výsledky se dostaví. Popelem můžete v receptech nahrazovat křídu a jistě dosáhnete zajímavých modifikací.

Za zmínku stojí užití popelových glazur v elektrickém oxidačním výpalu. Patrně budete pálit níže než ve dřevě, ale už na 1220°C lze namíchat krásné popelovky do elektriky. Díky obsahu alkálií je glazura méně viskozní, ochotně teče a lze odzkoušet a trefit efektní zamrzlé kapky. Popelovky krásně vypadají na tmavých hlínách a vytvářejí pěkně haló efekty na kamenině. Jejich divokost se prosadí i v oxidačním výpalu elektrické pece.

Popelová nuka v elektrickém výpalu na 1220 °C na vlastní velmi železité nemleté hmotě. Použití přírodních materiálů dovede oxidační výpal pěkně oživit.
Popelová nuka v elektrickém výpalu na 1220 °C na vlastní velmi železité nemleté hmotě. Použití přírodních materiálů dovede oxidační výpal pěkně oživit.
Autor: Václav Kugler

Závěr

Pokud máte rádi přírodní suroviny, je popel pro vás to pravé. Pomůže vám dotavit jakýkoliv přírodní materiál, jako např. živce, mleté horniny, přírodní jíly. Pro výpal na vysoko kolem 1350 °C je to dostačující. Nebojte se ho ani v elektrické či plynové peci. Funguje stále stejně dobře, jen pro teploty kolem 1220 °C musíte přitlačit ještě dalšími tavivy, třeba boritou fritou. Pokud se vydáte cestou pokusů s jednodruhovými popely, máte o zábavu vystaráno, třeba na celý keramický život.

Nebojte se popela, může oživit vaše výrobky!

Zdroje

Autor: Václav Kugler | Redaktor: Václav Kugler | Odborná korekce: Petr Toms | Jazyková korekce: Zuzana Chomátová
Diskuze
Alena Šumová 15.01.21 (09:28)
Vašku dík za rozbor popelovek. Mám tříděné popely od kamaráda a užívám si je. Nuky jsou pro mě top glazury. Stala se mi krásná příhoda když jsem jedné skupině které jsem u pece vyprávěla o výpalu a popelových glazurách. Ve skupince byl starší pán který pozorně poslouchal a po skončení mě decentně oslovil - byl to profesor chemik a povídá "Mladá paní, máte pravdu ale jen z části, popel z břízy která pochází ze severu a jiná třeba z jihu bude mít jiné vlastnosti (i vzhledové) protože velmi záleží na podloží ze kterého je vyživována - je to prostě o chemii." Musela jsem se podělit, pán mi otevřel oči a mám takovéto přínosné rozhovory a články ráda. DÍK
Václav Kugler 22.01.21 (07:31)
No no je to tak... je to velmi variabilní a každou várku musím vždycky otestovat než jde do výroby. Třeba i stejně vypadá, ale jinak teče... A chemie, tu mám rád už od gymplu a v keramice je mi dost ku pomoci:-)