Zand smelten – een eerste test

Mijn moeder wees mij op het programma ‘Kijken met Caspers’, waar kunstenares Charlotte Caspers de combinatie van kunst, natuur en wetenschap onderzoekt. Op mijn lijf geschreven en ik werd dan ook vanaf de eerste aflevering ontzettend geïnspireerd. Het ging namelijk over zand. Zand bestaat vooral uit kwarts, ook wel silica genoemd, en dit is een ontzettend belangrijke grondstof in de keramiek wereld. Het zit in de klei, het zit in het glazuur, het is namelijk een glasvormer. Tijd voor onderzoek!

Om met zand te kunnen werken, moet je je eerst afvragen wat zand eigenlijk is. Zand komt van een stuk berg dat is afgebrokkeld. Dit wordt meegenomen door rivieren en door erosie uiteindelijk tot fijne korreltjes zand gemaakt. Des te fijner, des te puurder. Dan bestaat het vooral uit kwarts, ook wel silica of siliciumdioxide genoemd. Daarnaast kunnen er zomaar nog wat kleurende oxides in voor komen, zoals ijzer of koper. Deze kleuren het geheel eenmaal gesmolten geel, bruin of groen. De resultaten uit het programma zagen er soms erg mooi uit. Dus dacht ik: ik ga het ook proberen, aangezien ik vlak aan de kust woon! 

Smeltfeest in de Romeinse tijd
Zand is wel een grondstof die pas op 1700 °C smelt. Heel erg heet, te heet voor mijn keramiekoven. In het programma werd dan ook gesproken over het toevoegen van andere grondstoffen om het zand te laten smelten op een lagere temperatuur. Wat, hoe en waarom werd niet verteld (jammer), maar ik kwam op het volgende glas recept uit de Romeinse tijd en paste het aan naar mijn eigen grondstoffen. Glas en glazuur maken werkt ongeveer hetzelfde. Door sodium carbonaat en calcium carbonaat (wat tijdens het verhitten calcium oxide wordt) toe te voegen, smelt het zand op een lagere temperatuur. Denk aan een ijsklontje in kokend water, dat smelt ook eerder. Maar, waarom deze twee grondstoffen eigenlijk?

Ik deel even wat glazuurkennis: Je kunt glas en glazuur maken zien als een feestje, leerde ik van Matt Katz. Je hebt bepaalde grondstoffen die je in twee categorieën kunt onderverdelen: iemand die het smeltfeestje op gang brengt en de uitsmijter als het feest te gek wordt. De sodium carbonaat die ik toevoeg komt uit de eerste groep. Die smelt op een veel lagere temperatuur en zorgt ervoor dat het zand mee gaat smelten. Het is de feestganger, die op een gegeven moment wel een beetje té dronken en té enthousiast (of irritant) wordt. En daarom is het belangrijk dat je ook een uitsmijter toevoegt, iemand uit de tweede groep: calcium carbonaat. Die stopt het smeltfeest, ‘zo is het wel genoeg’, zodat je uiteindelijk een netjes gesmolten en daarna uitgehard laagje glas overhoudt. Deze drie grondstoffen in de juiste verhouding samen zorgen dus voor een mooi glazuur. In theorie. 

De eerste testjes
Het recept gaf de volgende verhouding: 70% silica/zand, 15% sodium carbonaat en 9% calcium oxide. Dit is omgerekend ongeveer 15% calcium carbonaat is, wat ik gebruik, dus het recept wordt uiteindelijk 70 – 15 – 15. Een enkele test is nooit genoeg, dus maakte ik 4 verschillende verhoudingen van zand – sodium – calcium:

1 = 70 – 15 – 15
2 = 70 – 10 – 20
3 = 70 – 5 – 25
4 = 70 – 0 – 30

Ik lengde het aan met water en voegde wat CMC toe. Dat is een organische gom, wat je vindt in behangerslijm. Zo blijft het zand een goed gemengd geheel met de rest van de ingrediënten. De gom verbrandt in de oven, dus daar merk je dan niks meer van.

Ik kwastte het glazuur in vier kleine kommetjes en bakte ze op 1200°C in mijn oven. Voor de keramisten onder ons, mijn oven wordt een hete cone 6 met mijn stookcurve. Het duurt ruim een dag voordat alles gebakken en weer afgekoeld is, dus vanaf toen werd het even wachten..

Resultaat
Ik verwachtte gesmolten glazuren, aangezien het originele recept al zou smelten op 580 graden en ik het ruim twee keer zo heet bakte. Daarom had ik ook de verhoudingen verhoogd met ‘de uitsmijter’. Ook dacht ik dat het misschien gevlekt zou zijn. Het zand was namelijk wat grover dan de andere grondstoffen. Daarnaast dacht ik dat de kleur bruin zou zijn, vanwege bruine ogende spikkels in het zand. Dit zou wijzen op een aanwezigheid van ijzer oxide. Maar tot mijn verbazing was er helemaal niks gesmolten! Dat was even schakelen. Het zand liet los van de klei, bij de een kon ik het er makkelijker afwrijven dan bij de ander. Gewoon met m’n vingers erover. Wanneer je klikt op de foto’s hierboven, zie je tekst waarin ik omschrijf welk bakje welke verhouding had en hoe goed het gehecht was.

Na het bestuderen van de resultaten, zag ik dat de test met de meeste sodium carbonaat en de minste calcium carbonaat (70 – 15 – 15) het beste was gesmolten (eerste foto). Dat was ook het originele recept. Liet nog steeds wel wat los van het bakje wanneer ik eroverheen wreef met wat meer druk, maar het meeste was in ieder geval gehecht aan/versmolten met de klei. En ineens dacht ik: in zand van het strand zit waarschijnlijk ook veel calcium carbonaat… Dat is namelijk het hoofdcomponent van schelpen. En terwijl ik dit aan het typen ben, neem ik even een zijstapje op internet om te zien of die theorie klopt. En ja hoor, ik vind deze pagina waar staat beschreven: 

“The calcium (Ca) may come from chalk (CaCO₃) … Sea sands often contain this from shells.”

Ondanks dat we zand hadden verzameld uit het kalkarme gedeelte van de duinen in Schoorl zit er dus alsnog zoveel kalk (en dus calcium carbonaat én dus allemaal kleine uitsmijtertjes die het smeltfeest stoppen) in, dat dat vermoedelijk het glas recept uit verhouding heeft gebracht.

En nu?
Dus! De volgende stap is om te testen wat er gebeurt wanneer ik alleen sodium carbonaat toevoeg. Dit doe ik eventueel in verschillende verhoudingen met het zand. Ik ga er dan nu vanuit dat er genoeg calcium in het zand aanwezig is door de aanwezigheid van schelpen. Ik weet niet of het dan zo fijn gemalen is dat het als dun laagje om het zand heen zit, of dat het in de zandkorrel zit, geen idee. Maar dat er al calcium aanwezig is, is mij wel duidelijk, anders was het wel meer gesmolten.

Wordt vervolgd! Tot de volgende test en voor nu wens ik je een mooie verwonderdag. 

P.S.: In mijn onderzoek kwam ik er ook achter dat, na de val van het Romeinse Rijk, het glas maken in Europa veranderde. In plaats van sodium carbonaat werd veel kalium carbonaat gebruikt, wat afkomstig was van houtas! Nu is dat wel een gedoetje om te verkrijgen voor me, maar ik heb ook nog kiezelstenen liggen waar kalium carbonaat het hoofdelement is… Hmm, iets voor later. Eerst de basis onder de knie krijgen 😉 Onderzoek stopt nooit!