UNIVERZITA PALACKÉHO V OLOMOUCI PŘÍRODOVĚDECKÁ FAKULTA KATEDRA GEOLOGIE

Transkript

1 UNIVERZITA PALACKÉHO V OLOMOUCI PŘÍRODOVĚDECKÁ FAKULTA KATEDRA GEOLOGIE CHARAKTERIZACE ŽELEZÁŘSKÝCH STRUSEK Z POKUSNÉ TAVBY REALIZOVANÉ TECHNICKÝM MUZEEM V BRNĚ V R Bakalářská práce Radovan Svoboda Environmentální geologie Vedoucí práce: RNDr. Zdeněk Dolníček, Ph.D. Olomouc 2014

2 Čestně prohlašuji, že jsem bakalářskou práci vypracoval samostatně, a že veškerá použitá literatura je řádně citována. V Olomouci dne Podpis Rád bych poděkoval RNDr. Z. Dolníčkovi, Ph.D. za odborné vedení při psaní bakalářské práce a za cenné rady. Dále bych chtěl poděkovat RNDr. K. Malému, Ph.D. z Muzea Vysočiny Jihlava za poskytnutí vzorků k výzkumu. V neposlední řadě bych chtěl poděkovat svým rodičům za jejich podporu během studia.

3 Bibliografická identifikace: Jméno a příjmení autora: Radovan Svoboda Název práce: Charakterizace železářských strusek z pokusné tavby realizované Technickým muzeem v Brně v r Typ práce: Bakalářská práce Pracoviště: Univerzita Palackého v Olomouci, Přírodovědecká fakulta, Katedra geologie Vedoucí práce: RNDr. Zdeněk Dolníček, Ph.D. Rok obhajoby práce: 2014 Abstrakt: Cílem bakalářské práce je popsat přehled dosavadních literárních poznatků týkajících se původu a fázového složení železářských strusek. V laboratorní části je provedena charakterizace variability fázového složení, chemického složení a základních fyzikálních vlastností železářských strusek, získaných při pokusné tavbě Technickým muzeem v Brně v roce V diskuzi jsou výsledky vzájemně korelovány a porovnávány s doposud publikovanými údaji. Klíčová slova: výroba železa, železářské strusky, fayalit, wüstit Počet stran: 56 Počet příloh: 0 Jazyk: Český jazyk

4 Bibliographical identification: Autor's first name and surname: Radovan Svoboda Title: Characterization of slags after experimental smelting of iron realized by Technical Museum in Brno in 2012 Type of thesis: bachelorʼs thesis Department: Palacký University in Olomouc, Faculty of Science, Department of Geology Supervisor: RNDr. Zdeněk Dolníček, Ph.D. The year of precentation: 2014 Abstract: The aim of the thesis is to describe an overview of literary knowledge related to origin and phase composition of iron slag. In the laboratory section is performed a characterization of phase composition variability, chemical composition and basic physical properties of iron slag obtained in the experimental melting by the Technical Museum in Brno in In the discussion the results are correlated and compared with previously published data. Key words: iron production, iron slag, fayalite, wüstite Number of pages: 56 Number of appendices: 0 Language: Czech

5 Obsah 1. Úvod 7 2. Výroba železa Přímá výroba železa Nepřímá výroba železa 9 3. Vývoj železářství v Evropě Doba halštatská Doba laténská Doba římská Slované Vtesaná zemní pec s dlouhým hrudním tunelem Vestavěné pece s tenkou hrudí Nadzemní pece šachtové Vývoj železářství po současnost Pokusné tavby železa ve Staré huti u Adamova Příprava před tavbou Postup experimentální tavby Výsledky pokusné tavby Železářské strusky 21

6 6. Metodika Výsledky Makroskopický popis Fyzikální vlastnosti Magnetická susceptibilita Hustota Fázové složení strusek a chemické složení jednotlivých fází Vzorek číslo Vzorek číslo Vzorek číslo Vzorek číslo Vzorek číslo Výsledky planimetrické analýzy Diskuze Hustota a magnetická susceptibilita Fázové složení strusek Závěr Literatura 54

7 1. Úvod Pro zpracování bakalářské práce jsem se rozhodl zejména proto, že mě zaujala svým zadáním. Pocházím z obce Želechovice, která je známá nálezem několika baterií železářských slovanských pecí. Zdejší slovanská železářská huť je archeology pokládána za nejvyvinutější a nejdokonalejší svého druhu nejen na našem území, ale v celé střední Evropě a je jedinečným případem v řadě evropských nálezů jak co do rozsahu, tak co do technicko-konstrukčního stavebního systému pecí. Je krásnou ukázkou slovanské hutě a důkazem schopnosti lidí, kteří ji budovali, že se dokonale vyznali ve stavbě hutnických zařízení sloužících k výrobě železa za dob Velké Moravy. Strusky z těchto pecí lze nalézt v okolí obce dodnes a jsem rád, že se mohu dozvědět co nejvíce o způsobech slovanského hutnictví. Ve své bakalářské práci se zabývám struskami, které pochází z pokusné tavby ze Staré huti u Adamova, pořádané v květnu roku 2012 Technickým muzeem v Brně. Z těchto taveb byly odebrány vzorky železářských strusek, které budou následně analyzovány a porovnány s předchozími poznatky.

8 2. Výroba železa 2.1. Přímá výroba železa Přímá výroba železa z rud představuje časově nejdelší období výroby železa v českých zemích. Vytěžená ruda se zbavovala hlušiny rozdrcením, pražením a propíráním proudící vodou. Redukční šachtová pec nebo výheň se nejdříve za pomocí dřevěného uhlí předehřála a poté byla vložena vsázka, což představuje upravenou rudu s palivem (Stránský et al. 2000). Princip výroby: Redukční pochod začíná při teplotách C. V tomto okamžiku spalováním dřevěného uhlí vzniká CO 2, který se ve styku s žhavým uhlím redukoval na CO. Železná ruda se tímto plynem redukuje nejprve na tzv. sekundární magnetit, který dále působením CO přechází na wüstit a při teplotách pohybujících se kolem 900 C se z něj uvolňují částečky železa. Redukce za zvyšujících se teplot dále pokračuje, až dosáhne teplotní zóny 1200 C. Všechny minerály se na metalické železo ale nepřevedou, část FeO reaguje s přítomným SiO2 za vzniku fayalitu, který je hlavní složkou strusky (Pleiner 1958, Hošek 2003). Produktem není roztavený kov, ale tzv. železná houba. Název byl převzat z hutnického názvosloví, díky svému vzhledu připomínajícímu spíše houbu než kov. Bylo totiž silně prostoupeno struskou, úlomky nevyredukované rudy, dřevěného uhlí a jiných nečistot. Železnou houbu je nutné ještě dále kovářsky zpracovávat, aby se odstranily nežádoucí příměsi (Souchopová et al. 2008).

9 2.2. Nepřímá výroba železa Nepřímá výroba železa je technologicky náročnější, ale ekonomičtější a rychlejší oproti výrobě přímé. Jedná se také o redukční pochod, který je nejčastěji prováděný ve vysokých pecích. Pec se plní železnou rudou, koksem (dříve dřevěným uhlím) a struskotvornými přísadami (vápenec, dolomit). Dovnitř pece je přiváděn předehřátý vzduch o teplotě pohybující se kolem 600 C a vlivem gravitace se materiál uvnitř pece propadá hlouběji, kde se dostává do styku se vznikajícími redukčními plyny. Nejdříve se Fe 2 O 3 přeměňuje vlivem CO na Fe 3 O 4 a ten pak při teplotě asi 800 C přechází na FeO. Ze strusky se nakonec vyredukuje až 99,5 % železa, při teplotách okolo 1900 C. Výsledkem je železo v tekutém stavu s vysokým obsahem uhlíku, pohybujícím se okolo 4 %. Vysoký obsah uhlíku dodává výrobku na jeho tvrdosti a křehkosti, které však znemožňují jeho kování. Část železa se přetavuje v různých zařízeních a největší množství surového železa se spotřebuje k výrobě různých druhů ocelí. V tomto případě je nutné železu odebrat většinu uhlíku, což se provádí v konvertorech (Pleiner 1958). 3. Vývoj železářství v Evropě Nejstarší dochované nálezy železných artefaktů pochází z období před 3000 př. n. l. (Pleiner 2000). Železo mohlo být poznáno buď v podobě meteoritického kovu, nebo při výrobě mědi z chalkopyritu. K náhodné redukci železa mohlo dojít i v keramické peci. Železo bylo tedy vyráběno až dlouho po rozvinutí metalurgie mědi a jejích slitin. Především je to způsobeno tím, že železo se v přírodě běžně nevyskytuje jako ryzí kov. Ke zvládnutí technologií na výrobu železa došlo bezpečně před prvním tisíciletím před n.l., o čemž svědčí písemné i hmotné prameny (Pleiner 1958). Do Evropy se znalost železa dostávala přes Středomoří do východních Alp, odkud se pak šířila do střední Evropy (Pleiner 1958). Nejstarší doklad využívání železa v Evropě pochází

10 z 15. stol. př. n. l. a jedná se o dýku pocházející z Granovců na Slovensku (Pleiner et al. 1984) Doba halštatská V době halštatské se výrazně rozšiřuje počet druhů a věcí vyrobených ze železa. Jedná se o období mezi 7. až 5. st. př. n. l. Pojmem halštat se dnes označuje období starší doby železné severně od Alp a v Karpatské kotlině (Pleiner 2000). Nezvratným důkazem o hutnictví železa v této době na našem území je lokalita Praha - Hloubětín. Zde se nalezlo několik vyhloubených jam s vymazanými, někdy převýšenými stěnami, které svědčily o rozvinuté malovýrobě. Na místě byla nalezena keramika, kousky limonitických slepenců, vypálená hlína i železná struska. Tavením strusek bylo zjištěno, že výhně byly pravděpodobně opatřeny dmychadlem, a že teplota se pohybovala kolem C (Pleiner et al. 1987). Další z příkladů takového zpracování rudy máme z obce Králová na Litovelsku, kde byl nalezen objekt s kusy strusky, dřevěného uhlí a také ještě neredukovaného kvalitního krevele (Pleiner et al. 1984). Doklady o počátcích zpracování železné rudy dále lze nalézt i v Moravském krasu z jeskyně Býčí skála. Bylo zde nalezeno spousta kosterních pozůstatků, ale i množství keramiky, bronzů a dokonce i kovárna se sadou kovářských kladiv a kovadlinou (Souchopová et al. 2008) Doba laténská Doba laténská zahrnuje období mezi lety 500 př.n.l. až počátek n.l. Nejdůležitějším řemeslem se stalo kovářství, jehož výrobky se staly nedílnou součástí života Keltů. Výrobu

11 železa prováděli hutníci v šachtových pecích doložených archeologickými nálezy (Kmošek 2008). Velmi dobře zachovaná pec se zahloubenou nístějí, sloužící jako vzor tohoto typu zařízení, pochází z Podbořan (obr. 1). Pec byla postavena z jílového materiálu a měla tvar dutého válce, jehož horní část byla zúžena v málo zaklenutou kychtu, jejíž průměr měřil kolem 20 cm. Vnitřek šachty byl zapuštěn do země do hloubky 50 cm, kde byl ukončen kotlovitou nístějí. Nález dyznové cihly svědčí o tom, že se dovnitř pece dmýchal vítr z měchů (Pleiner 1958). Obr. 1: Rekonstrukce železářské pece typu Podbořany (Pleiner 2000) A stav před tavbou; 1. plášť pece; 2. podloží; 3. dyznová cihla; 4. dmychadlo; 5. dřevěné uhlí; 6. železná ruda; 7. sláma, nebo proutí; B stav po tavbě; 8. zbytky paliva; 9. železná houba; 10. struska; 11. vyhořelé palivo

12 3.3. Doba římská Po změně letopočtu zkušenosti v kovářství přetrvávají podle silně zažitého vzoru keltských řemeslníků. Redukce železa byly prováděny v několika typech zařízení, které R. Pleiner rozdělil na čtyři typy: Tuklatský typ hutnická pec se zahloubenou nístějí, která je pokračováním laténského Podbabský typ vylepšená varianta předchozího typu pece se šachtou vysokou až 1 m Loděnický typ nadzemní šachtová pec bez zahloubené nístěje Slánský typ zemní kuželovitá pec s umělým přívodem vzduchu (Pleiner 1960) 3.4. Slované Během 7. a 8. století dochází k vývoji slovanské kultury a ke značnému rozvoji technické úrovně různých řemesel. Toto období se nazývá doba hradištní nebo i jako období předvelkomoravské. Slované se nechali inspirovat laténskou technikou a byli zručnými a učenlivými řemeslníky. Na slovanském území se s přímými pozůstatky hutnictví železa setkáváme ale až poměrně velmi pozdě. Dosud nejsou známé žádné hutě z období těsně po příchodu Slovanů. První hutě známe až z 8. století (Souchopová 2002). V té době se formuje vrstva specializovaných řemeslníků, zejména hutníků a kovářů, kteří se soustřeďují ve výrobních centrech. Na počátku se pravděpodobně jednalo o vznikající hradiska, díky čemuž mohli být hutníci zásobováni surovinami od okolních řemeslníků, kteří sídlili nedaleko (Pleiner 1958). Vzrůstající poptávka po železe však koncem 8. stol. hutníky přinutila k přesunutí hutí blíže ke zdrojům železné rudy. Na těchto místech byly zakládány samostatné hutě o velké kapacitě (Pleiner 1958).

13 Vtesaná zemní pec s dlouhým hrudním tunelem Typickým příkladem je velkomoravská huť nalezená v Želechovicích u Uničova (obr. 2), pro kterou hutníci těžili na severní Moravě křemitou hematit-magnetitovou rudu typu Lahn-Dill (Pleiner 1958). Další ložiska se nacházely na Drahanské vrchovině, které byly chemogenního původu, a tvořil je především goethit s limonitem. Kromě rudy byla však velká i spotřeba dřevěného uhlí, což mohlo vést ke změně skladby lesních porostů. Důležitý byl i výběr hmot na tvorbu pecí. Většinou se používal jíl mísený s pískem, dosahující potřebné žáruvzdornosti. V Moravském krasu se stal snadno dostupným materiálem kaolinický jíl (Měřínský 2002). Pece se vyznačují jedním důležitým prvkem konstrukce, jíž je podkovovitá dutina v zadní stěně šachty, která spolu se sklonem násypné části šachty pece umožňovala přímou výrobu ocele v peci. Železo se posunutím do dutiny ocitlo z dosahu oxidujícího proudu vzduchu, a tak se mohlo snáze nauhličovat v klidnějším a dostatečně žhavém prostředí. Širokým otvorem vpředu se dle předpokladů odpichovala struska a během první fáze tavícího procesu tento otvor zřejmě sloužil i pro mohutný přívod vzduchu pro předehřátí pece. Po uzavření otvoru se dále vzduch vháněl zadní týlovou formou. Pece se vyznačovaly vysokou produktivitou, protože byly stavěny v bateriích (Souchopová 1986).

14 Obr. 2: Schematické znázornění želechovické pece (Pleiner 1958) Popis: 1 kychta, 2 šachta, 3 nístěj, 4 odpichový otvor, 5 forma, 6 dutina, 7 čelo pece, 8 dmychadlo, 9 prostor nejvíce namáhaný žárem, a studený vzduch, b zahřátý vzduch, c odchod kouře a plynů, d odtok strusky V Želechovicích bylo odkryto 24 železářských pecí (Měřínský 2002). Tyto pece byly datovány do 8. až na počátek 9. století (Pleiner 1958). Pece typu Želechovice ovšem měly jednu nevýhodu a to, že nebyly schopné dalšího vývoje, neboť u nich nebylo možné zvýšit kapacitu tavného prostoru (Pleiner 1958). Druhou lokalitou s obdobným typem pecí jsou Olomučany ve střední části Moravského krasu. Kromě želechovického typu pecí se zde nachází i 2 nové druhy (obr. 3) a to vestavěná pec s tenkou hrudí a druhým typem byla nadzemní šachtová pec s mělkou nístějí. Tato zařízení jsou datována do 9. století a podobají se pecím maďarským, označovaných podle eponymní lokality jako typ Nemeskér (Měřínský 2002).

15 Vestavěné pece s tenkou hrudí Tímto termínem lze označit typ zapuštěný ze tří stran do rostlé hlíny. Pouze přední část je vymodelována z plastického jílu (Souchopová 1986). Tato pec se vyznačuje hned několika výhodami zároveň. Nejenže měla velmi dobré tepelné vlastnosti díky celkovému zabudování do země, ale také bylo snadné obnovit výmaz této pece díky formovému otvoru ve spodní části pece. Měla i možnost odpichu strusky při tavbě, což lze označit za poměrně pokročilý způsob vedení hutnického procesu. Tekutost strusky závisela jednak na teplotě, ale i na chemickém složení rudy či váhovém poměru rudy s palivem. Při vyšším poměru paliva k rudě vznikaly strusky s nižším obsahem železa, které nebyly tekuté. Jelikož se žádné struskotvorné přísady nepřidávaly, tak nejvhodnější bylo přisazovat rudu a palivo v poměru 1:1. Na lokalitě bylo objeveno celkem pět pecí, které zřejmě nebyly používány současně, ale jedna po druhé, vždy až se opotřebovala předchozí (Souchopová 1986, 1995) Nadzemní pece šachtové Objeveny byly také ve velkomoravské hutnické dílně v polesí Olomučan. Pro tento typ pece je charakteristický tvar šachty, který se směrem ke kychtě zužuje a dále její nístěj, jež je mělce zahloubená do podloží a její tvar může být buď miskovitý nebo kotlovitě rozšířený (Souchopová 1995). Rozměry nístějí se pohybují kolem cm, výška pecí nebyla zachována, ale podle nálezů v Maďarsku mohla dosahovat i 70 cm. Zahloubení nístějí společně s nálezy struskových vějířovitých slitků jsou známkou toho, že z pecí byla vypouštěna struska (Souchopová et al. 2008).

16 Obr. 3: Kresebné řezy typu pecí používaných v hutnických dílnách ve střední části Moravského krasu: a) vtesaná zemní pec s dlouhým hrudním tunelem, b) vestavěná pec s tenkou hrudí, c) nadzemní šachtová pec s mělkou nístějí, d) nadzemní šachtová pec s kotlovitě zahloubenou nístějí (Souchopová et. al 2008) 3.5. Vývoj železářství po současnost Změna v organizaci výroby nastala patrně v průběhu 10. století, kdy se v Čechách rozvíjel feudalismus. Většina velkých hutnických dílen zanikla a železo se tavilo v prostých jámách s umělým přívodem vzduchu za přidáváním struskotvorných přísad. Přímá výroba železa byla postupně vytlačena nepřímou výrobou, která je sice technologicky náročnější, ale mnohem

17 rychlejší a ekonomicky výhodnější. Koncem 16. stol. se u nás začínají objevovat vysoké pece, ve kterých konečný produkt již není houbovitý, ale ve stavu tekutém (Pleiner 1958). 4. Pokusné tavby železa ve Staré huti u Adamova Státní technická rezervace Stará huť u Adamova je umístěna v památkové rezervaci, kterou zde nechal počátkem 18. století vybudovat kníže Jan Adam z Liechtensteina. Památkový areál státní technické rezervace Stará huť se rozkládá na ploše téměř 12 hektarů. Hlavní součástí je vysoká pec Františka, vystavěná v roce 1746 a přestavěná koncem 18. století. Expozici doplňují dvě menší pece na pálení vápna, rampy, bývalá modelárna nazývaná Kameňák a obytná budova. V budově bývalé modelárny je instalována expozice Železářství střední části Moravského krasu. V současnosti v areálu huti probíhají experimentální tavby pro veřejnost, které si kladou za cíl především experimentální ověření technologie výroby železa v různých typech metalurgických zařízení a demonstraci dávného hutnictví železa pro veřejnost. Experimentální tavby jsou realizovány v replikách velkomoravských pecí s tenkou hrudí z hutnické dílny u Olomoučan pocházejících z století n.l., které pracují na společném základním principu a jsou i tvarově a velikostně srovnatelné (internetový zdroj - První pokusné tavby se prováděly již roku 1980 na území parku blanenského zámku a později v podniku ČKD Blansko (Souchopová et al. 2008). Na základě těchto výzkumů lze usoudit, že pece s tenkou hrudí měly díky svému zabudování v půdě velmi dobré izolační vlastnosti a svou vyhřívací činnost mohly plnit i bez dmýchání vzduchu. Při dlouhém setrvání železné houby v redukční atmosféře nístěje bylo možné vyrobit celistvou a nauhličenou houbu, čímž se tento typ pecí odlišoval od pecí šachtových (Stránský et al. 2000). Níže je uveden popis experimentální tavby, provedené v r Z této tavby pocházejí vzorky strusek, které byly studovány v této práci.

18 4.1. Příprava před tavbou Na stavbu pecí, jež byla zahájena , bylo zakoupeno 450 kg keramické hlíny. Pro pokusné tavby byly postaveny 2 pece s tenkou hrudí. Hlavní část pece se vykopala v jílovém základu, pouze hrudní část pece se vymodelovala. Pec se vymazala jílovým výmazem s příměsí písku. Nístěj pece byla vyrobena mělká a plynule přecházela v zužující se šachtu. Na první pec bylo spotřebováno 130 kg keramické hlíny, na druhou pec 100 kg. Obě pece dosahovaly výšky 850 mm. Manipulaci v prostoru pece umožňoval rozměrný otvor tvaru podkovy, který se po dobu tavby uzavřel dyznovým panelem, kterým byl přiváděn dovnitř vzduch z měchů. Po postavení se vlhká pec vysoušela mírným ohněm uvnitř i vně a před samotným započetím tavby se vysoušela prudkým ohněm (internetový zdroj - Při přípravě železa pomocí přímé metody je potřeba pouze dvou surovin. Zdrojem železa musí být dostatečně bohatá železná ruda. Během pokusné tavby byla použita kombinace hematitové rudy (zakoupená v Královopolské slévárně) a limonitové rudy (získaná sběrem v okolí mezi obcemi Mokrá a Podolí na jižním okraji Moravského krasu). Původ a složení použité hematitové rudy se již zpětně nepodařilo zjistit. Limonitová ruda byla podrobně zkoumána a bylo zjištěno, že obsahovala 80 % oxidů železa (Fojt 2008). Železná ruda byla před tavbou pražena na otevřeném ohni, tím se z ní vypudila volná i vázaná voda a veškeré sloučeniny se tak převedly na oxidy. Ruda se tím zároveň i narušila, čímž bylo usnadněno následné rozdrcení na vhodnou zrnitost (Souchopová et al. 2008). Druhou surovinou bylo dřevěné uhlí, které jednak poskytovalo teplo nutné k dosažení teplot, při kterých redukce probíhala a zároveň bylo zdrojem oxidu uhelnatého, který byl potřebný k redukci. Na pokusné tavby bylo zakoupeno palivové smrkové dřevo. Dřevěné uhlí se vyrábělo pálením dřeva bez přístupu vzduchu, tzv. milířováním. Milíř se vyráběl tak, že se smrkové dřevo naskládalo kolem středového kůlu do podoby kuželovité stavby, jež se zvenku utěsnila vrstvou drnů, hlíny a uhelného prachu. V hliněném obalu se zhotovilo zpočátku několik otvorů, aby do milíře mohl vnikat vzduch při jeho rozhořívání. Poté byly otvory

19 utěsněny a přísun vzduchu byl regulován na velmi nízké úrovni. Milíř poté několik desítek hodin doutnal za minimálního přístupu vzduchu a uvnitř probíhala za vysoké teploty karbonizace dřeva. Nakonec se nechal milíř vychladnout a po jeho rozebrání se mohlo vzniklé uhlí vyjmout (Kadera 2012) Postup experimentální tavby Samotná tavba představovala tři fáze: V první fázi se pec připravovala pro redukci, což začínalo vsazením dyznového panelu a vhozením několika žhavých uhlíků za současného přívodu vzduchu. Dále se po malých dávkách postupně přihazovalo dřevěné uhlí tak, aby se plynule rozhořívalo. Jakmile byla pec zaplněna po úroveň dyzny, mohla se naplnit rychleji uhlím až po kychtu. Od tohoto okamžiku byla pec udržována po celou tavbu stále plná. První fáze trvala přibližně hodinu, aby se ustálil chod pece a tělo pece se dostatečně rozehřálo. Dále následovalo rovnoměrné přisazování dřevěného uhlí a železné rudy. Hmotnostní poměr obou složek je 1:1. Tato fáze trvala několik hodin. Vhozená ruda klesala spolu s uhlím pomalu, jak bylo uhlí v úrovni dyzny spalováno. Ve třetí fázi tavby pec dohořívala a vsázky rudy už nepokračovaly. Tavba byla ukončena vyhořením na úroveň dyznového panelu, následovalo jeho vylomení a vyjmutí vzniklého výtěžku (internetový zdroj pdf).

20 4.3. Výsledky pokusné tavby Strusky získané na základě výše popisovaných experimentů pochází ze tří taveb, konaných vždy následující den od 9.5. do Tavby prováděné 9.5. a se uskutečnily ve stejné peci. Pokusná tavba konaná se uskutečnila v jiném modelu pece s tenkou hrudí, který se jen nepatrně lišil. Získané údaje o průběhu tavby jsou shrnuty v tabulce č. 1. Tab. č. 1: Parametry jednotlivých taveb v pecích s tenkou hrudí konaných v r Datum tavby Označení tavby J J J Doba předehřevu [h] 1,20 1,20 1,22 Doba aktivního chodu pece [h] 6 7,53 5,54 Doba pasivního chodu pece [h] 1 1,25 2 Spotřeba dřevěného uhlí [kg] Množství vsazené rudy [kg] ,5 Limonit [kg] 6,5 10,5 9,25 Hematit [kg] 13,5 10,5 9,25 Objem pece [l] Výška pece [cm] Odpichy [počet] Výnos [kg] 2,94 2,56 2,96 Teplota těchto experimentálních taveb dle osobního sdělení Mgr. O. Merty nebyla měřena, neboť se předpokládá správnost měření teplot prováděných R. Pleinerem, K. Stránským a V. Souchopovou. Ti při experimentech konaných ve slévárně ČKD Blansko používali také pece s tenkou hrudí a naměřili průměrnou teplotu 1159 C se střední odchylkou 63 C (Stránský et al. 2000).

21 5. Železářské strusky Archeometalurgické strusky z výroby a zpracování železa představují cenný zdroj informací pocházejících ze starých, dnes již zaniklých technologií. V minulosti zůstávala struska v bezprostřední blízkosti výrobních zařízení a finální železné výrobky se přesouvaly k odběratelům často na velkou vzdálenost. Analýzy strusek tak umožňují s velkou pravděpodobností posoudit, ke kterému výrobnímu zařízení je lze zařadit. (Petrík et al. 2008). Obecně mohou být strusky z metalurgie železa tří hlavních typů, a to hutnické strusky z přímé výroby (vzniklé při hutnění železných rud za vzniku železné houby), kovářské strusky (vzniklé při kovářském zpracování železné houby na použitelné železo) a vysokopecní strusky (vzniklé při výrobě železa nepřímou metodou) (Malý et al. 2007). 1. Železářské hutnické strusky - Tradičně se rozlišují strusky odpichové, vzniklé vypuštěním silikátové taveniny otvorem z hutnické pece, a strusky pecní, utuhlé na dně výrobního zařízení. První z nich bývají více sklovité, s texturou naznačující tečení taveniny, naopak pecní strusky mívají nepravidelný povrch (obr. 4) s kusy uhlíků a vyredukovaného kovu. Průměrná magnetická susceptibilita je nižší než u kovářských strusek. Strusky jsou tvořeny převážně lištovitými krystaly fayalitu, méně je zastoupena skelná fáze, křemen, druhotný wüstit, magnetit a vzácně inkluze ryzího železa (Geisler et al. 2006, Pleiner 2000). Přítomnost wüstitu ve struskách svědčí o rychlém ochlazení taveniny pod teplotu 567 C. Při pomalejším chladnutí se wüstit mění na čisté železo a magnetit. Nejčastěji tvoří kostrovité nebo dendritické tvary. Jeho zastoupení ve strusce je v důsledku vysokého obsahu železa nepřímo úměrné efektivitě hutnického procesu. Výhodou wüstitové taveniny ovšem byla její nízká viskozita, usnadňující oddělení strusky od železné houby (Pleiner 2000). Dle chemických analýz jsou převládající složkou oxidy železa (Fe 2 O 3, FeO), jejichž hodnoty mohou nabývat velmi různých hodnot. Stránský et al. (1993, 1992 a) uvádí analýzu strusky z 11. stol. se 70 hmot. % oxidů železa. Druhou nejvíce zastoupenou

22 složkou je SiO 2, nabývající hodnot okolo hmot. %. (Stránský a Stránský 2005, Souchopová et al. 2011). Příměsi pocházející z rud, jako jsou Si, Mn či Al nemohou být vyredukovány, protože jejich redukce probíhá za vyšších teplot, kterých v šachtových pecích nelze dosáhnout. K částečné redukci může docházet u fosforu, pocházejícího z železných rud (Hošek 2003). O používání dřevěného uhlí jako paliva svědčí velmi nízký obsah síry (Stránský et al b). Množství vápníku se pohybuje nejčastěji kolem 1 hmot. %, což svědčí o nepoužívání vápence jako struskotvorných přísad (Stránský et al a). Obr. 4: Nepravidelný tvar hutnické strusky a mikrofotografie nábrusu; bílé jemné dendrity wüstitu, šedý fayalit, tmavošedé sklo (Pribulová et al. 2001) 2. Kovářské strusky - Jejich tvar je buď nepravidelný nebo miskovitý (obr. 5), který vzniká shromažďováním struskové hmoty v nístěji kovářské výhně (Malý et al. 2007). V naprosté většině jsou silně porézní a mají poměrně vysokou magnetickou susceptibilitu v řádově prvních desítkách jednotek SI. Geisler et al. (2006) uvádí průměrnou magnetickou susceptibilitu 26,6 jednotek SI. Mineralogické složení kovářských strusek je podobné jako u strusek hutnických. Převládajícími fázemi jsou fayalit a wüstit; jejichž vzájemný poměr ve struskách je různý. Pro fayalit je typické, že vytváří lištovité krystaly. Wüstit je obvykle v podobě kostrovitých agregátů. Relativně běžnou fází je sklo různých barev. Mezi další fáze, které lze nalézt, patří i magnetit, křemenná zrna a ryzí železo. Strusky bývají dále tvořeny limonitem, který v nich vzniká až druhotně při zvětrávání jiných fází (Malý et al. 2007).

23 Po chemické stránce analyzované strusky obsahují v podstatném množství železo a to ve větším množství než strusky hutnické (převážně nad 50 hmot. % oxidů železa, Souchopová et al. (2011) uvádí analýzy slovanských kovářských strusek s obsahem oxidů železa pohybujícím se kolem 80 hmot. %), obsah SiO 2 je nejčastěji v rozsahu hmot. % (Pleiner 1958, Stránský et al a, 1993, Malý et al. 2007). Kovářské strusky ve speciálních případech mohou mít vyšší obsah fosforu. Během kovářského zpracování železné houby v oxidační atmosféře kovářské výhně může docházet k oxidaci fosforu z železa a jeho přechodu do strusky (Stránský et al. 1993, 2005). Obsah ostatních prvků se nejčastěji pohybuje pod 1 hmot. %. Některé strusky obsahují větší podíl křemenných zrn než je obvyklé. Může se jednat jednak o neúmyslnou kontaminaci, ale i záměrné použití křemenného písku v kovářské technologii. Křemenný písek je dodnes jedním z prostředků, které kováři využívají k usnadnění svářkového kování železa (Malý et al. 2007). Obr. 5: Miskovitý tvar kovářské strusky a mikrofotografie nábrusu; bílý dendritický wüstit, šedý fayalit, tmavošedé sklo (Pribulová et al. 2001) 3. Vysokopecní strusky První dřevouhelná vysoká pec byla v našich zemích uvedena do provozu koncem 16. století, tedy před více než 400 lety (Stránský a Stránský 2005). Vysokopecní strusky mají velmi nízké obsahy oxidů železa, řádově v jednotkách, ojediněle v desítkách procent. Obsahují i mnohem více vápníku, než strusky hutnické a

24 kovářské (Stránský et al a). Struskovou hmotu zde tvoří převážně melilit, merwinit, wollastonit, pyroxeny a olivín (Gregerová 1996).

25 6. Metodika Vzorky železářských strusek poskytl RNDr. Karel Malý, Ph.D. z Muzea Vysočiny Jihlava. K následující laboratorní práci bylo vybráno 5 reprezentativních vzorků strusek, pro jejich charakterizaci byly použity následující metody: 1. magnetická susceptibilita na kapamůstku KLY- 4S (fa. AGICO). Pro měření bylo ze strusek odebráno několik drobných úlomků, tak aby se jejich celková hmotnost pohybovala okolo 10 g. Výsledné hodnoty byly následně přepočítány na hmotnostně specifickou magnetickou susceptibilitu podle vzorce: chi = ktot Vo/ m [m³ kg ¹] chi - hmotnostní susceptibilita ktot - totální susceptibilita (hodnota získaná z měřění přístrojem) Vo - nominální objem (10 cm³) - předdefinovaný objem v přístroji m - hmotnost vzorku (g) 2. hustota pomocí pyknometru. Z každého vzorku byly zváženy drobné úlomky (velikost byla omezena hrdlem pyknometru), se kterými se měření třikrát opakovalo. 3. zhotovení leštěných výbrusů a následná mikroskopie v procházejícím i odraženém světle pod polarizačním mikroskopem Olympus BX 50. Z vybraných strusek se nejdříve vyříznula na diamantové pile tenká destička, odpovídající svým rozměrům podložnímu sklíčku. Před nalepením na podložní sklíčko se plocha destičky vybrousila pomocí brusných prášků od nejhrubšího k nejjemnějšímu. Hladce vybroušený povrch se nalepil na podložní sklíčko a zbrousil se na brusných prášcích k požadované tloušťce. Nakonec byly výbrusy leštěny na leštičce Struers RotoPol-35 za použití diamantových suspenzí o zrnitosti 3-0,25μm.

26 4. stanovení procentuálního zastoupení jednotlivých fází planimetrickou metodou na integračním stolku Eltinor 4. Počet jednotlivých bodů ve vzorku se pohyboval v rozmezí elektronová mikrosonda (WDX) - identifikace a stanovení chemismu vybraných fází proběhla na elektronové mikrosondě Cameca SX-100 na Ústavu geologických věd PřF MU v Brně. Leštěný výbrus a zalévaný preparát byly nejprve potaženy grafitem a následně analyzovány při napětí 15 kv a proudu 10 na (analýzu provedl Mgr. P. Gadas, Ph.D.). Byly použity tyto standardy: albit A (Na), spessartin (Si, Al, Mn), SrSO 4 (Sr), pyrop (Mg), titanit (Ti), chromit (Cr), vanadinit (Cl), fluoroapatit (P), wollastonit (W), sanidin (K), almandin (Fe), ScVO 4 (V), topaz (F), baryt (Ba), Ni 2 SiO 4 (Ni), gahnit (Zn), elementární Co (Co).

27 7. Výsledky 7.1. Makroskopický popis Pro bližší studium bylo vybráno pět kusů strusek, které se od sebe co nejvíce makroskopicky lišily. Strusky jsou šedočerného zbarvení, nepravidelných tvarů a obsahují nečistoty v podobě příměsí křemene, přepálené hlíny nebo částic dřevěného uhlí. Na povrchu jsou buď matně lesklé, sklovité nebo jsou hnědé bez lesku. Při průřezu jsou značně pórovité. Rozměry a hmotnost strusek jsou zahrnuty v tabulce č. 2. Tab. č. 2: Rozměry a hmotnost studovaných strusek struska č. 1 struska č. 2 struska č. 3 struska č. 4 struska č. 5 délka (cm) 14, , ,5 šířka (cm) 7, ,5 12 hmotnost (g) Struska číslo 1 (obr. 6-a) vznikla utuhnutím taveniny po odpichu z pece. Charakteristický je pro ni plochý tvar, černošedé zbarvení a matný lesk. Při průřezu se jeví velmi pórovitá a na povrchu lze spatřit značné znečištění cizími příměsemi v podobě křemitých zrn. Struska č. 2 (obr. 6-b) vznikla po odpichu z pece a je mnohem méně znečištěna cizími příměsemi než struska č. 1. Struska je šedočerné barvy s matným leskem. Na průřezu jsou opět hojné pórovité dutiny, spíše však menší velikosti než u předchozí strusky. Struska č. 3 (obr. 6-c) je sklovitá struska, značně znečištěná křemennými zrny. Její tvar je nepravidelný a při průřezu se jeví jako velmi porézní a nehomogenní. Na povrchu je silně členitá a ostrohranná. Šedočerná struska č. 4 (obr. 6-d) je nepravidelného tvaru. Na povrchu má připečené částice dřevěného uhlí, přepálené hlíny a drobná zrnka křemene. Struska vznikla utuhnutím uvnitř pece.

28 Struska č. 5 (obr. 6-e) vznikla při odpichu z pece a je mnohem pevnější i méně pórovitá než předešlé vzorky. Z tabulky č. 2 je patrné, že dosahuje v porovnání s ostatními studovanými struskami největších rozměrů a hmotnosti. Místy lze spatřit na povrchu připečené nečistoty v podobě přepálené hlíny. Obr. 6: Pět vzorků strusek vybraných k podrobnému studiu; a) vzorek č. 1; b) vzorek č. 2; c) vzorek č. 3; d) vzorek č. 4; e) vzorek č. 5

29 7.2. Fyzikální vlastnosti Z fyzikálních vlastností byla u vzorků stanovena magnetická susceptibilita a hustota Magnetická susceptibilita Magnetická susceptibilita byla měřena celkem u 5 vzorků. Výsledné hodnoty jsou uvedeny v tabulce č. 3. Tab. č. 3: Výsledky naměřených hodnot magnetické susceptibility číslo vzorku magnetická susceptibilita (10 - ³ SI) průměrná magnetická susceptibilita (10 - ³ SI) 1 10,4 10,5 10,4 10,4 2 39,1 39,3 39,3 39,2 3 6,5 6,4 5,7 6,2 4 49,3 43,4 36,1 42,9 5 43,1 48,6 48,6 46,8 Strusky číslo 2, 4 a 5 se vyznačují vysokými hodnotami magnetické susceptibility. Nejvyšší naměřenou hodnotu (46,8 x 10 - ³ SI, průměrná hodnota ze 3 měření) vykázala struska číslo 5 (obr. 7). Strusky číslo 1 a 3 se odlišují svými nízkými hodnotami magnetické susceptibility. Nejnižší magnetickou susceptibilitu (6,2 x 10 - ³ SI) má vzorek číslo 3 (obr. 7).

30 magnetická susceptibilita (10 ³ SI) číslo vzorku Obr. 7: Vzájemné porovnání naměřených průměrných hodnot magnetické susceptibility v jednotlivých vzorcích strusek Hustota Další zjišťovaná fyzikální charakteristika je hustota, jenž se měřila pomocí pyknometru. U každého vzorku byla hustota změřena třikrát a poté byla vypočítána průměrná hodnota. Všechny naměřené hodnoty jsou uvedeny v tabulce č. 4. Tab. č. 4: Výsledky měření hustoty struskových vzorků číslo vzorku hustota (g/cm³) průměrná hustota (g/cm³) 1 3,15 3,12 3,18 3,15 2 3,63 3,71 3,59 3,64 3 2,19 2,73 2,68 2,53 4 3,78 3,72 3,80 3,76 5 4,45 4,41 4,38 4,41

31 Největší hodnotu vykazovala struska číslo 5 a to 4,41 g/cm³ (průměr ze 3 měření). Následují strusky číslo 4 a 2, jejichž průměrné hustoty dosahují nad 3,5 g/cm³. Hustota strusky číslo 1 je 3,15 g/cm³. Nejnižší naměřená hustota je u strusky číslo 3, což činí 2,53 g/cm³ (obr. 8). Obr. 8: Vzájemné porovnání naměřených průměrných hodnot hustot v jednotlivých vzorcích strusek 7.3. Fázové složení strusek a chemické složení jednotlivých fází Vzorek č. 1 Struska je tvořena především sklem a olivínem. Dále se zde vyskytuje v malém množství křemen, plagioklas a opakní kapky kovu. Sklo zaujímá 24,2 % plochy výbrusu, tvoří zde mezerní hmotu a uzavírá ostatní fáze. Při pozorování v PPL má rezavě hnědou barvu nebo je opakní. V XPL je izotropní. Na některých místech je patrná částečná devitrifikace skla na fázi s kostrovitě vyvinutými zrny. V odraženém světle je skelná fáze tmavě šedá, o odstín tmavější než olivín. Ve skle jsou hojně přítomny okrouhlé póry, jejichž velikost je velmi variabilní a jejich podíl je cca 24 %. Některé dosahují i

32 rozměrů nad 0,5 mm. Mikroanalýzou byl zjištěn v nerekrystalovaném skle vysoký obsah SiO 2 (39 hm. %) a FeO (33,3 hm. %). Dále obsahuje zvýšený podíl Al 2 O 3 (13,5 hm. %) a CaO (8,47 hm. %). Výsledek analýzy je v tab. 5. Dominantní složkou je olivín, který tvoří 47,4 % plochy výbrusu. Olivín vytváří tenké lištovité průřezy (maximální šířka lišt je 0,08 mm) se zřetelně vystupujícím reliéfem vůči sklu (obr. 9 c, d). V PPL je bezbarvý nebo nazelenalý až nahnědlý. V XPL jsou charakteristické interferenční barvy II. řádu. Podle mikrosondové analýzy bylo zjištěno, že se jedná z 94 mol. % o fayalit se 4 mol. % forsteritu, 0,7 mol. % tefroitu a 0,8 mol. % larnitové složky (tab. 6). Ve vzorku se zřídka nalézá i křemen. Tvoří jen 3 % plochy výbrusu. Vytváří nepravidelná zrna, která jsou v PPL bezbarvá a jsou xenomorfně omezená. Vůči fayalitu má propadající reliéf. V XPL jeho interferenční barvy odpovídají světle šedé a bílé I. řádu. Největší nalezené zrno měří na délku 0,54 mm. Křemen je často rozpukaný a undulózně zháší. Další fází, která se vyskytuje jen akcesoricky, je plagioklas (obr. 9 b). Ve výbrusu se nachází jen dvě reliktní zrna, která mají nepravidelný tvar a jsou korodována okolním sklem. Polysyntetické lamelování je dobře viditelné na větším zrnu, které měří na délku 0,91 mm a na šířku 0,45 mm. Zřídka se objevují i kapky kovu, jež mají v odraženém světle jasně bílou barvu (obr. 9 a) a v procházejícím světle jsou opakní.

33 Obr. 9: Vzorek č. 1: a) šedý fayalit, tmavošedé sklo, bílá inkluze kovu (odražené světlo); b) zrno plagioklasu uzavřené ve skle, okolo fayality (XPL); c) tenké lišty fayalitu, sklo a časté póry (XPL); d) tenké lišty fayalitu, sklo a časté póry (PPL); e) lištovitá zrna fayalitu a sklo vyplňující prostor mezi zrny olivínu (obraz BSE, foto P. Gadas)

34 Tab. č. 5: WDX mikroanalýza skel (hm. %), u vzorku č. 3 byla provedena analýza na dvou různých místech, lišících se chemismem (označeno 3a, 3b) vzorek č analýza 3a 3b P 2 O 5 0,42 0,53 3,40 0,07 1,17 SiO 2 39,25 43,13 47,23 57,25 39,57 TiO 2 0,64 0,85 0,65 0,96 0,10 Al 2 O 3 13,50 16,02 9,75 16,94 14,58 Cr 2 O 3 0,02 0,00 0,01 0,02 0,00 V 2 O 3 0,00 0,00 0,00 0,02 0,07 BaO 0,00 0,12 0,00 0,04 0,18 CaO 8,47 12,98 17,27 5,80 14,83 FeO 33,35 22,41 5,66 2,95 20,63 MgO 0,06 0,00 6,52 3,85 0,00 MnO 0,19 0,08 0,88 0,12 0,09 NiO 0,04 0,01 0,00 0,00 0,00 SrO 0,01 0,05 0,03 0,00 0,00 ZnO 0,05 0,05 0,00 0,00 0,01 K 2 O 2,62 2,80 5,60 9,66 4,98 Na 2 O 0,36 0,39 0,78 0,81 0,56 Cl 0,01 0,00 0,01 0,00 0,00 F 0,01 0,12 0,15 0,14 0,17 Celkem 99,00 99,54 97,94 98,63 96,94

35 Tab. č. 6: Výsledky WDX analýzy olivínů (hm. %) a přepočet na vzorec se čtyřmi atomy kyslíku vzorek P 2 O 5 0,08 0,04 0,12 P 5+ 0,002 0,001 0,004 SiO 2 30,12 29,79 29,24 Si 4+ 1,010 1,015 1,011 TiO 2 0,02 0,02 0,01 Ti ,001 0 Al 2 O 3 0,19 0,13 0,11 Al 3+ 0,008 0,005 0,004 Cr 2 O 3 0, Cr 3+ 0, V 2 O 3 0,03 0 0,02 V 3+ 0, ,001 BaO 0,06 0 0,10 Ba 2+ 0, ,001 CaO 0,47 0,54 0,70 Ca 2+ 0,017 0,020 0,026 FeO 65,41 66,71 66,07 Fe 2+ 1,839 1,900 1,910 MgO 1,59 0,58 0,28 Mg 2+ 0,080 0,029 0,014 MnO 0,52 0,23 0,26 Mn 2+ 0,015 0,007 0,008 NiO 0, Ni SrO Sr ZnO 0,01 0,01 0,05 Zn ,001 K 2 O 0,03 0,03 0 K + 0,001 0,001 0 Na 2 O 0,04 0,05 0,03 Na + 0,003 0,003 0,002 Cl 0,01 0,01 0 Cl - 0,001 0,001 0 F F Celkem 98,626 98,14 96,99 catsum 2,979 2,983 2, Vzorek č. 2 Struska obsahuje v podstatné míře olivín. Dalšími fázemi jsou wüstit, sklo, reliktní zrna křemene a inkluze kovu. Hlavní složkou je olivín, který zaujímá 65,8 % z celkové plochy. Vytváří hypautomorfně až automorfně vyvinuté krystaly, které mohou být různé morfologie. Vyskytují se zde partie lištovitých zrn, které následně přechází až v izometrická zrna (obr. 10 a, b). V některých případech přesahují olivíny i délku 1 mm. V přírůstkových zónách jsou často uzavírány inkluze skla nebo kostrovitý wüstit. V XPL má zřetelně vysoký dvojlom a obvykle lze spatřit

36 interferenční barvy II. řádu. V PPL vykazuje světle žluté, místy nazelenalé zbarvení. Podle WDX analýzy (tab. 6) je v olivínu zastoupen převážně fayalit (96,5 mol. %) s příměsí forsteritu (1,5 mol. %) a larnitu (1 mol. %). Wüstit je opakní fáze, kterou lze rozeznat jen v odraženém světle, kde vytváří bílošedé dendritické útvary (obr. 10 c). Dendrity zde dosahují drobných rozměrů, maximální délka je 0,18 mm. Většinou se nachází vrostlé ve skle nebo v zrnech fayalitu. Jeho podíl je ve výbrusu 7,2 %. Sklo vyplňuje prostor mezi zrny a má v PPL rezavě hnědé zbarvení, v některých případech se jeví i jako opakní. Při pozorování v odraženém světle je tmavošedé a často v sobě uzavírá dendritický wüstit. Na některých místech je patrná devitrifikace skla na krystalky kostrovitého tvaru (obr. 10 d). Sklo zaujímá 18 % celkové plochy výbrusu. Ve skle jsou přítomny okrouhlé póry, jež zaujímají 7,7 % ve výbrusu. Mikroanalýzou skla mezi zrny olivínu bylo zjištěno, že obsahuje vysoké množství SiO 2 (43,13 hm. %), FeO (22,4 hm. %), Al 2 O 3 (16 hm. %) a CaO (13 hm. %), (tab. 5). Křemen tvoří jen 1 % z celkové plochy výbrusu. Vytváří bezbarvá, xenomorfně omezená zrna nepravidelných tvarů. V XPL má šedou i bílou interferenční barvu. Některá zrna jsou rozpraskaná a undulózně zháší. Další nalezenou fází jsou drobounké inkluze kovu, které jsou patrné jen při větším zvětšení. V procházejícím světle jsou opakní a v odraženém světle vykazují jasně bílé zbarvení.

37 Obr. 10: Vzorek č. 2: a) přechod od lištovitých fayalitů do automorfně omezených izometrických zrn (PPL); b) přechod od lištovitých fayalitů do automorfně omezených izometrických zrn (XPL); c) kostrovitý vývin wüstitu (bílý), fayalit, tmavošedé sklo uzavírající wüstit; (odražené světlo), d) částečná devitrifikace skla (odražené světlo) Vzorek č. 3 Základní hmota je tvořena izotropní skelnou fází a křemennými zrny. V menším množství se tu nachází i fayalit, wüstit, mullit, opakní kapky kovu a zatavený úlomek minerálu ze skupiny Al 2 SiO 5. Sklo je v procházejícím světle buď opakní, bezbarvé nebo hnědé a odlišuje se od ostatních fází zřetelně svým velmi nízkým reliéfem (obr. 11 c). V XPL je dokonale izotropní. V odraženém

38 světle je tmavě šedé. Sklo tvoří 51,1 % celkové plochy výbrusu a uzavírá okrouhlé póry, které zaujímají 25 %. Mikroanalýza skla byla provedena na dvou různých místech, lišících se svým chemismem, jež se při pozorování v odražených elektronech jeví jako světlejší a tmavší místa (obr. 11 e). Světleji zbarvené partie skla obsahují podstatné množství SiO 2 (47 hm. %), CaO (17 hm. %), Al 2 O 3 (9,7 hm. %), FeO (5,6 hm. %) a K 2 O (5,6 hm. %), (tab. 5; analýza 3a). Tmavější partie jsou bohatší na SiO 2 (57 hm. %), Al 2 O 3 (16,9 hm. %) i K 2 O (9,6 hm. %). Výrazně chudší jsou o CaO (5,8 hm. %), (tab. 5; analýza 3b). Křemen se vyskytuje buď jednotlivě nebo tvoří shluky. Z výbrusu zaujímá 15,3 %. Na některých místech je křemen zakalený, rozpukaný, xenomorfně omezený a převažují zrna, která undulózně zháší. V XPL má světle šedou a bílou interferenční barvu I. řádu. Největší zrno dosahuje délky 2,05 mm. Wüstit se zde vyskytuje jen ojediněle (cca 1 %) a to ve formě shluků, nahromaděných na malém prostoru (obr. 11 a). Wüstit tvoří kostrovitě vyvinuté útvary, které jsou v procházejícím světle opakní a v odraženém světle bílošedé. Další fází je fayalit, který se zde vyskytuje jen v malém množství uzavřený ve skelné fázi, kde vytváří tenké lištovité průřezy stejné jako u vzorku č. 1. Akcesoricky se zde vyskytují i drobné kapičky kovu (obr. 11 f). V procházejícím světle se jeví jako opakní, v odraženém světle mají jasně bílou barvu. Největší nalezená částice kovu dosahuje rozměru 0,29 mm. Ve vzorku se vyskytuje i zatavený úlomek minerálu (obr. 11 d), který je různě rozpraskaný. V XPL má interferenční barvy od žluté I. řádu po modrou II. řádu, v PPL je bezbarvý a bez pleochroismu. Dle WDX analýzy (tab. 7) odpovídá jeho stechiometrie přibližně fázi ze skupiny Al 2 SiO 5, ale poměr Al/Si byl pravděpodobně značně ovlivněn vysokou teplotou. Mullit se zde nachází ve formě vláknitých agregátů nebo tenkých jehliček (obr. 11 b). Charakteristický je svým nízkým indexem lomu a nízkým dvojlomem. Ve výbrusu se nachází na 5,6 % celkové plochy. WDX analýza mulitu je uvedena v tab. č. 7.

39 Obr. 11: Vzorek č. 3: a) nahromaděný shluk wüstitů (odražené světlo); b) jehličky mullitu, sklo, křemen, (XPL); c) bezbarvá, hnědá a opakní skelná fáze, křemen (PPL); d) číslem 1 je vyznačené místo WDX analýzy zataveného minerálu ze skupiny Al 2 SiO 5, číslo 2 označuje místo analýzy mullitu (obraz BSE, foto P. Gadas); e) světlé a tmavší partie skla analyzované mikrosondou označené červeným křížkem, šedá zrna - křemen (obraz BSE, foto P. Gadas); f) inkluze kovu, šedé lišty fayalitu, tmavě šedé sklo (odražené světlo)

40 Tab č. 7: Výsledky WDX analýzy mullitu (hm. %, přepočet na vzorec se 13 atomy kyslíku) a zataveného minerálu ze skupiny Al 2 SiO 5 (hm. %, přepočet na 5 atomů kyslíku). Vzorek č. 3 Vzorek č. 3 mullit Al 2 SiO 5 hm. % apfu hm. % apfu P 2 O 5 0 P 5+ 0 P 2 O 5 0,12 P 5+ 0,003 SiO 2 36,81 Si 4+ 2,609 SiO 2 54,11 Si 4+ 1,510 TiO 2 0 Ti 4+ 0 TiO 2 0,94 Ti 4+ 0,020 Al 2 O 3 61,71 Al 3+ 5,155 Al 2 O 3 34,3 Al 3+ 1,128 Cr 2 O 3 0,01 Cr 3+ 0,001 Cr 2 O 3 0,02 Cr 3+ 0 V 2 O 3 0,01 V 3+ 0,001 V 2 O 3 0,11 V 3+ 0,002 BaO 0,02 Ba 2+ 0,001 BaO 0,11 Ba 2+ 0,001 CaO 0,04 Ca 2+ 0,003 CaO 0,34 Ca 2+ 0,010 FeO 0,24 Fe 2+ 0,013 FeO 6,59 Fe 2+ 0,154 MgO 0,02 Mg 2+ 0,002 MgO 0,38 Mg 2+ 0,016 MnO 0 Mn 2+ 0 MnO 0 Mn 2+ 0 NiO 0,02 Ni 2+ 0,001 NiO 0 Ni 2+ 0 SrO 0 Sr 2+ 0 SrO 0 Sr 2+ 0 ZnO 0,08 Zn 2+ 0,004 ZnO 0,04 Zn 2+ 0,001 K 2 O 0 K + 0 K 2 O 1,95 K + 0,069 Na 2 O 0,02 Na + 0,003 Na 2 O 0,51 Na + 0,028 Cl 0,01 Cl - 0,001 Cl 0 Cl - 0 F 0,09 F - 0,020 F 0,07 F - 0,006 Celkem: 99,08 catsum 7,814 Celkem: 99,59 catsum 2,948

41 Vzorek č. 4 Analyzovaná struska se příliš neliší od vzorku č. 2. Dominantní složkou je opět olivín. Dále se zde nachází wüstit, mezerní skelná hmota a drobné částečky kovu. Od vzorku číslo 2 se liší především vyšší pórovitostí, která zde představuje 15 % plochy výbrusu. Ve výbrusu lze pozorovat především hypautomorfně až automorfně omezený olivín, který tvoří izometrická zrna různé velikosti a krátké sloupce často pyramidálně zakončené. V PPL má světle žlutou, místy až nazelenalou barvu, V XPL interferenční barvy odpovídající střednímu až vysokému dvojlomu. Z celkové plochy výbrusu zaujímá olivín 54,6 %. Dále se zde nalézají zapečená malá reliktní zrna křemene (obr. 12), opakní wüstit (10 %), rezavě hnědá skelná fáze (19 %) a částice kovu, které mají stejné vlastnosti jako u vzorku č. 2. Mikroanalýza fází u tohoto vzorku nebyla provedena. Obr. 12: Vzorek č. 4: zatavená zrna křemene, automorfně omezené krystaly fayalitu, mezerní wüstit a skelná fáze (PPL, XPL)

42 Vzorek č. 5 Struska je tvořena olivíny, wüstitem, sklem, kapičkami kovu, hematitem a opakními spinelidy. Olivín zde tvoří dlouze protáhlá lištovitá individua (obr. 13 d). Ve výbruse zaujímá 50,5 %. Některé lišty dosahují délky i 5 mm. V procházejícím světle je světle žlutý, v XPL má vysoký dvojlom. Obvyklé interferenční barvy jsou II. řádu. V odraženém světle se odlišuje od ostatních fází svou šedou barvou. Mikroanalýza prokázala, že olivín je tvořen z 97 mol. % fayalitem, s příměsí 1,3 mol. % larnitové složky a 0,7 mol. % forsteritu (tab. 6). Wüstit se zde vyskytuje zarostlý v zrnech fayalitu i ve skle a tvoří 37,5 % z celkové plochy výbrusu. Nachází se zde v několika různých vývinech, buď jako vějířovitě uspořádané dendrity (obr. 13 c) nebo je kostrovitě vyvinutý, místy vytváří i automorfně vyvinutá individua (obr. 13 b). Maximální naměřená délka dendritů je 0,31 mm. Na základě mikroanalýzy bylo prokázáno, že se jedná téměř o čistý wüstit (91 mol. % FeO). Při analýze byla částí elektronového svazku pravděpodobně zachycena i okolní skelná fáze, což odpovídá zvýšeným obsahům Al 2 O 3 a SiO 2 (tab. 8). Další fází, zjištěnou až pomocí mikrosondy, jsou spinelidy, které se nacházejí uzavřené ve skle mezi zrny olivínu (obr. 13 a, e). Výsledky získané z mikrosondy poukazují, že se jedná o magnetit s 24 mol. % hercynitové složky (tab. 8). Sklo je ve výbrusu v průhledu rezavě hnědé barvy a zaujímá 10,1 %. Bezpečné odlišení od ostatních fází lze uskutečnit v odraženém světle, kde má tmavě šedé zbarvení. Mikroanalýza skla je uvedena v tab. č. 4. Sklo se vyznačuje vysokým obsahem SiO 2 (39,6 hm. %), FeO (20,6 hm. %), Al 2 O 3 (14,6 hm. %) a CaO (14,8 hm. %). Hematit je ve výbrusu opakní a vyskytuje se jako tenké tabulkovité průřezy (obr. 13 e). Při pozorování v odraženém světle je bílošedý a od wüstitu ho lze rozeznat jen na základě jejich rozdílného tvaru. WDX analýza hematitu je uvedena v tab. č. 8. Místy se objevují drobounké kapky kovu, jež mají v odraženém světle jasně bílou barvu.

43 Obr. 13: Vzorek č. 5: a) zrna analyzovaného spinelidu uzavřená ve skle, sklo, fayalit, (obraz BSE, foto P. Gadas); b) automorfně vyvinutá zrna wüstitu, šedý fayalit, tmavošedé sklo (odražené světlo); c) vějířovitě uspořádaný wüstit vrostlý ve fayalitu, (XPL); d) dlouhá lištovitá zrna fayalitu s kostrovitým wüstitem, (XPL); e) spinelid, wüstit, hematit, sklo, fayalit (obraz BSE, foto P. Gadas)

44 Tab č. 8: WDX analýza wüstitu (hm. %, přepočet na vzorec s 1 atomem kyslíku), spinelidu (hm. %, přepočet na vzorec se 4 atomy kyslíku) a hematitu (hm. %, přepočet na vzorec se 3 atomy kyslíku). Celkové železo z WDX analýzy spinelidu (FeO tot.) bylo přepočteno na dvojmocné a trojmocné tak, aby suma kationtů byla 3 apfu. Vzorek č. 5 Vzorek č. 5 Vzorek č. 5 wüstit spinelid hematit analýza hm.% apfu analýza hm. % apfu analýza hm. % apfu P 2 O 5 0,01 P 5+ 0 SiO 2 1,85 Si 4+ 0,067 SiO 2 9,11 Si 4+ 0,222 SiO 2 2,82 Si 4+ 0,034 TiO 2 1,13 Ti 4+ 0,030 TiO 2 0,35 Ti 4+ 0,006 TiO 2 0,58 Ti 4+ 0,005 Al 2 O 3 10,42 Al 3+ 0,439 Al 2 O 3 3,42 Al 3+ 0,098 Al 2 O 3 2,94 Al 3+ 0,042 Cr 2 O 3 0,01 Cr 3+ 0 Cr 2 O 3 0 Cr 3+ 0 Cr 2 O 3 0,03 Cr 3+ 0 Fe 2 O 3 50,85 Fe 3+ 1,367 Fe 2 O 3 86,1 Fe 3+ 1,580 V 2 O 3 0,06 V 3+ 0,001 V 2 O 3 0,02 V 3+ 0,001 V 2 O 3 0,02 V 3+ 0 BaO 0 Ba 2+ 0 CaO 0,23 Ca 2+ 0,009 CaO 0,73 Ca 2+ 0,019 CaO 0,19 Ca 2+ 0,002 CoO 0,08 Co 2+ 0,002 CoO 0,07 Co 2+ 0,001 FeO 84,62 Fe 2+ 0,853 FeO 36,20 Fe 2+ 1,082 MgO 0,02 Mg 2+ 0,001 MgO 0,03 Mg 2+ 0 MgO 0 Mg 2+ 0 MnO 0,09 Mn 2+ 0,002 MnO 0,11 Mn 2+ 0,001 MnO 0,06 Mn 2+ 0,002 NiO 0 Ni 2+ 0 NiO 0 Ni 2+ 0 NiO 0,02 Ni 2+ 0 ZnO 0,08 Zn 2+ 0,001 SrO 0 Sr 2+ 0 ZnO 0,05 Zn 2+ 0,001 Celkem 99,99 catsum 1,930 ZnO 0 Zn 2+ 0 Celkem 100,92 catsum 3,000 K 2 O 0,03 K + 0 FeO tot. 79,16 Na 2 O 0 Na + 0 Cl 0,02 Cl - 0 F 0 F - 0 Celkem 91,44 catsum 0,938