Mineraalomzettingen in klei tijdens het stookproces

Hoge temperatuur-kamer.

Mineraalomzettingen in klei tijdens het stookproces.

Het gros van de grondstoffen die worden ingezet in alle takken van de keramische industrie zijn minerale grondstoffen, voornamelijk bestaande uit kristallijne verbindingen. Deze worden gekenmerkt door de regelmatige structuur waarin de atomen in het materiaal voorkomen, het kristalrooster. Met behulp van de röntgendiffractometer (XRD) kan een beeld worden verkregen van de afstand tussen de denkbeeldige rooster- of spiegelvlakken die in de kristalstructuur voorkomen. De vaststelling hiervan vormt de basis voor de identificatie van mineralen. Het vaststellen van de mineralogie kan van belangrijke waarde zijn daar waar informatie verkregen uit chemische analyse ontoereikend is. 

In de afgelopen jaren is door TCKI geïnvesteerd in een uitbreiding van de mogelijkheden met röntgendiffractie. Inmiddels wordt de techniek breed ingezet voor onder andere de analyse van kleien en toeslagstoffen, ongewenste uitbloeiingen en verkleuringen, en schadegevallen. Daarbij bestaat de mogelijkheid om zowel volledige producten, als zeer kleine hoeveelheden materiaal te analyseren.

Bij verhitting van keramische grondstoffen tijdens het bakproces, vinden allerlei reacties plaats. Deze variëren van het uitstoken van fysisch en chemisch gebonden water, tot mineraaltransformaties zoals ‘de kwartssprong’, de ontleding van carbonaten, en de vorming van nieuwe mineralen. Wat deze reacties gemeen hebben is dat zij gepaard gaan met veranderingen in de kristalstructuur van specifieke mineralen, en daarmee een directe invloed hebben op de uiteindelijke mineralogische samenstelling van het materiaal. De specifieke reacties die plaatsvinden, en de mineralogische samenstelling van het eindproduct zijn afhankelijk van de gebruikte grondstoffen en de opgelegde temperatuur. De hoeveelheid kalk speelt hierbij in het algemeen een grote rol. Aan de nieuwvorming van mineralen gaat veelal de vorming van een amorfe (tussen)fase vooraf. Ook kan het voorkomen dat nieuw gevormde verbindingen enkel stabiel zijn binnen een specifiek temperatuurbereik. Tijdens het koelen van het materiaal vervallen deze instabiele verbindingen (terug) in meer stabiele verbindingen en gaat de informatie verloren.

De meest recente ontwikkeling met betrekking tot röntgendiffractie is de ingebruikname van een hoge temperatuur-kamer bij TCKI. Met behulp van deze nieuwe applicatie is het mogelijk experimenten uit te voeren bij temperaturen tot 1200 °C. Op deze manier kan de daadwerkelijke mineralogische samenstelling van materialen worden bepaald bij specifieke temperaturen. Deze informatie is bijvoorbeeld van cruciaal belang in het optimaliseren van  nieuwe stooktechnieken als het magnetron-ondersteund stoken. De applicatie kan daarnaast onder meer gebruikt worden voor het vaststellen van relaties tussen verbindingen in de grondstof en het eindproduct, en voor het optimaliseren van de mineralogische analyse van materialen welke zijn beïnvloed door de intreding van vocht.

Wij helpen u graag verder.

Stan Aben MSc

Adviseur