I.I.S.S “E. Mattei” Rosignano Solvay
ARGILLE
Definizione di argilla
Le argille sono sostanze complesse e possono essere definite sotto vari punti di vista:
mineralogico, geologico, chimico, tecnologico, ecc...
Caratteri geologici
Una definizione dell'argilla è legata al tipo di deposito.
Le argille sono infatti depositi di sedimenti formati dai prodotti dell'erosione e disintegrazione di
rocce più antiche.
Un criterio di classificazione è quello relativo al rapporto tra argille e rocce di origine: sono,
cioè, divise in primarie (o residue) e secondarie (trasportate o sedimentarie)
Le argille primarie sono quelle che conservano più o meno la posizione delle rocce dalle quali
sono derivate (ad esempio, rocce feldspatiche, granito, basalto, tufi).
Poiché la decomposizione delle rocce madri non è sempre completa, le argille ne conservano
spesso frammenti.
Le argille primarie hanno uno scarso contenuto organico e sono spesso grossolane e poco
plastiche.
Le argille secondarie si trovano invece in depositi distanti dalle rocce di origine, trasportate da
fenomeni naturali come onde, correnti, vento, erosione, ecc. Questo tipo di argille, più
frequente delle primarie, ha generalmente una composizione complessa di più tipi di minerali, è
caratterizzato da una grana più fine e un maggiore contenuto organico e si trova in depositi
marini, fluviali, lacustri, eolici, glaciali.
Secondo una classificazione granulometrica, le argille sono convenzionalmente contraddistinte
da particelle inferiori ai 2 micrometri (m m) o 2 millesimi di millimetro (0,002 mm) di diametro.
In pedologia un'argilla viene definita tale quando ha almeno il 35% di particelle fini inferiore a
0,002 mm.
Caratteri chimici
Dal punto di vista chimico, le argille sono principalmente composte da silicati, alluminio e acqua
in percentuali diverse.
La gran parte delle argille può essere definita come silicati idrati di alluminio e magnesio: la
loro formula chimica generale è:
Al2.2SiO2.2H2O
base di numerose varianti.
Alla base di tutti i silicati vi è una struttura a tetraedro formata dalla combinazione del silicio
con l'ossigeno con un catione (ione con carica elettrica positiva) di silicio al centro circondato
da quattro atomi di ossigeno. I tetraedri sono collegati in anelli esagonali che uniti tra loro
formano lo strato tetraedrico.
Un altro strato ha come motivo strutturale degli ottaedri formati da cationi di alluminio al
centro, circondati da due atomi di ossigeno e quattro ioni idrossido (OH). Anche gli ottaedri
sono collegati tra loro in anelli esagonali che uniti tra loro formano lo strato ottaedrico.
Dalla sovrapposizione di strati tetraedrici e ottaedrici, legati tra loro da un comune ione O, si
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ottiene il motivo strutturale fondamentale dei fillosilicati, chiamato pacchetto.
Questa è la struttura ideale della composizione di una pura argilla di silicati, ma in realtà le
variazioni sono molteplici, perchè silicio e alluminio possono essere sostituiti da altri elementi,
come
Mg2+ Fe2+ Fe3+ Al3+
Caratteri mineralogici
Le argille sono a tutti gli effetti dei minerali: se ne conoscono vari tipi, ma la loro classificazione
è molto difficile, soprattutto perchè esistono argille che possiedono proprietà intermedie tra una
categoria e l'altra.
La maggior parte dei minerali argillosi sono fillosilicati (dal greco phyllos = foglia).
Questa definizione è dovuta alla struttura a strati degli elementi chimici che li compongono,
cioè dei tetraedri di silicio e degli ottaedri di alluminio.
I fillosilicati possono essere distinti al loro interno in tre gruppi, a seconda della combinazione
degli strati. Esistono perciò:
•
argille a due strati (caolinite, allosite) composte da uno strato di tetraedri di silicio e uno
strato di ottaedri di alluminio;
•
argille a tre strati (smectite, vermiculite, illite) con uno strato di ottaedri di alluminio tra
due strati di tetraedri di silicio;
•
argille a strati misti (clorite) con strati alternati di diverso tipo.
Le caoliniti sono i minerali argillosi più comuni e diffusi.
Oltre ai minerali argillosi, molte argille contengono quantità variabili di minerali non argillosi a
grana finissima, come quarzo, calcite, pirite, ossidi e idrossidi di alluminio e ferro, sali solubili,
prodotti organici e sostanze amorfe.
Caratteristiche dell'argilla
L'argilla è la materia prima costitutiva di ogni ceramica (maiolica, porcellana, grès, materiali
refrattari). E' in natura un sedimento molto fine, risultato dell'erosione, del trascinamento e
della deposizione di altre rocce; giacimenti di argilla sono localizzati spesso nei depositi fluviali,
lacustri o marini. Per il suo carattere di roccia sedimentaria la matrice argillosa ingloba spesso
altri minerali e sostanze organiche anche in piccolissime particelle.
Questi "minerali accessori" sono in genere di dimensioni maggiori di quelli "costitutivi" delle
argille.
Questi ultimi hanno molta importanza per la determinazione di tipi diversi di argilla,
consentendone anche la localizzazione geografica. I primi invece, costituiscono aggiunte
accidentali provenienti dai diversi ambienti che l'argilla attraversa o in cui si deposita.
Ogni particella o cristallo dell'argilla è tanto piccola da poter essere individuata soltanto con il
microscopio (ad es. i cristalli della caolinite sono inferiori a 2 micron). Alla presenza di questi
"minerali costitutivi" si deve la plasticità dell'argilla e la sua proprietà di indurirsi seccando.
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Non tutte le argille allo stato naturale sono ugualmente adatte alla fabbricazione della
ceramica: quasi tutte possono tollerare alte temperature di cottura (800°C), mentre a
temperature più alte molte possono deformarsi o fessurarsi.
Non tutte hanno il grado di plasticità necessario al montaggio dei vasi, ma anche una plasticità
eccessiva può avere effetti indesiderati.
E' stata proprio l'eccessiva duttilità ad indurre molto presto un "avanzamento tecnologico" tra i
più antichi vasai, portandoli a miscelare argille diverse o ad aggiungere all'impasto altri
minerali, conchiglie o sostanze organiche.
Caolinite
Le argille derivano dall’alterazione di rocce ignee. E’ stato dimostrato che acqua ricca di CO2 è
capace, in condizioni di alta temperatura e pressione, di trasformare il feldspato potassico
KAlSi3O8 , in caolinite, il più importante dei minerali argillosi.
Concentriamo la nostra attenzione alla caolinite in quanto il caolino bianco (caolinite quasi
pura) e le argille comuni caolinitiche di varia colorazione sono le materie prime per la
fabbricazione dei laterizi e delle ceramiche.
Come detto l’argilla pura è bianca (caolino), ma spesso si colora per la presenza di impurità:
le argille nere contengono, accanto ai minerali argillosi, sostanze organiche,
le argille azzurre contengono ossido ferroso,
le argille rosse e gialle ossidi ferrici.
La caolinite e l’acqua
La caolinite è in grado di assorbire parecchia acqua fino a dare una sospensione fluida (acqua
di sospensione). Allontanando progressivamente l’acqua da una sospensione argillosa si arriva
ad avere una massa plastica. La caolinite si può modellare.
L’acqua, che avvolge ogni singolo cristallo, svolge la duplice funzione di legante e di
lubrificante.
Diminuendo ancora la quantità d’acqua assorbita, la caolinite arriva a diventare una massa
rigida.
Con solo l’acqua nei pori la caolinite non è plastica.
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Il comportamento al riscaldamento
Mediante la cottura l’argilla perde plasticità e subisce trasformazioni irreversibili tali da
conferirle notevole resistenza meccanica ed altre proprietà.
Vediamo cosa succede alla caolinite alle varie temperature:
-
100° Viene allontanata l’acqua nei pori per evaporazione (solo in parte)
-
130° La caolinite registra una diminuzione di peso senza che varino le sue proprietà.
Viene allontanata l’acqua d’assorbimento
-
560°
-
940° Il prodotto subisce una reazione esotermica si forma un silicato (2Al2O3-3SiO2)
-
1000°-1300° Si ha la Mullite Silicato di formula (3Al2O3-2SiO2)
Perde definitivamente la plasticità e cala ancora di peso. Si ha l’eliminazione
dell’acqua di costituzione. Non si ha più caolinite ma un silicato di alluminio non
idrato. (Al2O3-2SiO2)
La plasticità
La plasticità è una proprietà difficile da definire. Il limite di plasticità è la percentuale d’acqua
d’impasto che un campione di argilla trattiene, sotto l’azione di una certa forza subsce una data
deformazione per schiacciamento. Quanto maggiore è la quantità d’acqua che il materiale
trattiene, a parità di deformabilità, tanto maggiore è la sua plasticità.
La plasticità è dunque una caratteristica positiva in una argilla ma fino ad un certo punto.
Nella fase di essiccamento, indispensabile prima della cottura, avverrà per perdita di acqua
Un ritiro eccessivo con:
-
variazioni dimensionabili poco controllabili;
-
possibili deformazioni e fessurazioni del pezzo.
Un ritiro lineare intorno al 6% è da considerarsi normale quando un’argilla allo stato plastico
viene essiccata.
Ritiri superiori all’ 8% sono inaccettabili.
Se un’argilla è troppo plastica per le lavorazioni cui è destinata, si dice che è grassa, ed è
necessario smagrirla, cioè si usano additivi per correggere la plasticità delle argille.
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La cottura dell’argilla
Nel corso della cottura di un’argilla avvengono le trasformazioni già viste per la caolinite ed in
più a circa 800°-900° il calcare reagisce ( CaCO3(s)
CaCO(s) + CO2(g) ) mentre l’anidride
carbonica sfugge all’impasto la calce viva è destinata a reagire con la silice e l’allumina che
provengono dalla caolinite:
Anche gli ossidi di ferro fungono da fondenti cioè agevolano (in fase liquida) ulteriori reazioni.
Tra i
1150° e 1280° anche i minerali come i feldspati fungono da fondenti.
Riguardo alla facilità con cui si forma la fase liquida, le argille sono classificabili in
-
Argille refrattarie che rammolliscono sopra 1500° (nota che la caolinite fonde a 1700°)
-
Argille vetrificabili che rammolliscono tra 1200° e 1500°
-
Argille fusibili che rammolliscono sotto i 1200°
Il diverso comportamento dipende dalla composizione delle diverse argille.
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L'uso dell'argilla nel tempo
Sviluppo
Europa
Vicino Oriente
Estremo Oriente
Dolni Vestonice
(Cecoslovacchia)
30000 a.C.
Tuc D'Audubert (Francia)
ca 15000 a.C.
Maliq (Albania) 10000 a.C.
-
-
Ceramica
-
Anatolia 8500-8000
a.C.
Giappone 10.000
a.C.
Forni
-
Iran VII millennio a.C.
Cina 4800-4200
a.C.
Tornio
-
Iran 3500 a.C.
Cina 2600-1700
a.C.
Mattoni crudi
-
Palestina 8200-7600
a.C.
Zagros 7500-6300
a.C.
-
Mattoni cotti
-
Sumer 1500 a.C.
-
"Stoneware"
Germania XIV sec. a.C.
-
Cina 1400-1200
a.C.
Ceramica
invetriata
-
1500 a.C.
Cina 1028-927 a.C.
Porcellana
Germania 1709
Francia 1768
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Cina IX-X sec. d.C.
Giappone 1616
"Bone-china"
Inghilterra fine XVIII sec.
-
-
Figurine
di argilla cotta
Rif.
(“it.wikipedia.org/ “ - “ www.mattoneromano.it/storia.htm “ - Dall'argilla al vaso. Cairoli Fulvio Giuliani, 1990
La Nuova Italia Scientifica” - “www.geologia.com/area.../rocce/rocce_home.html” - ANDIL, ASSOLATERIZIASSOCIAZIONE NAZIONALE DEGLI INDUSTRIALI DI LATERIZI, CASA SICURA” ) “
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