[论文解读] Vegetable ash as raw material in the production of glasses and enamels, for example the contemporary vegetable ashes from Burgundy, France

Philippe Colomban, Aurélie Tournié+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 7, 2010

Cultural Heritage Materials Analysis被引用 6

一句话总结

本研究探讨了法国勃艮第地区现代植物灰烬（源自树木、灌木、谷物及草本植物）作为玻璃与搪瓷生产可持续原料的潜力。通过分析多种灰烬的组成，作者揭示了碱金属氧化物（Na2O、K2O）、碱土金属氧化物（CaO、MgO）及二氧化硅含量存在显著差异，挑战了关于历史回收过程中成分均质性的假设，并凸显其在硅酸盐材料中作为天然助熔剂的潜力。

ABSTRACT

The powdery nature and high alkali content of vegetable ashes make them ideal raw materials to be used as modifiers of silicate compositions (glasses, enamels and ceramics). Their utilisation since ancient times is described in the literature of the history of glasses, but studies on the analyses of their composition are still limited. We discuss here the compositions of tree and shrub ashes (wattle, hawthorn, oak, green oak, olive wood, elm, poplar, apple tree, vine shoot), of plants (carex, fern, dogwood), of cereals (wheat, maize, rice), threshing waste and hay, mainly harvested in Maconnais, near Taiz\\'e (Sa\\^one-et-Loire, France), by the potter Brother D. de Montmolin. The contributions in alkali modifiers (Na2O, K2O), alkaline-earth (CaO, MgO) and in silica are discussed in view of the data gathered from the literature of the history of techniques used in the production of ceramics, enamels and glasses. The huge variation in composition is usually attributed to recycling and is questioned by the very broad range of compositions that we obtained in the analyses of the ashes.

研究动机与目标

• 评估法国勃艮第地区现代植物灰烬作为玻璃与搪瓷生产原料的适用性。
• 研究来自不同植物来源（包括树木、灌木、谷物及草本植物）的灰烬在成分上的变异特性。
• 评估碱金属氧化物与碱土金属氧化物在灰烬组成中对硅酸盐体系改性的作用。
• 挑战“古代灰烬成分均质性完全源于回收过程”的假设。
• 为理解使用天然植物来源助熔剂的历史玻璃与搪瓷生产技术提供科学依据。

提出的方法

• 收集并分析15种植物物种的粉末状植物灰烬，包括刺槐、山楂、橡树、橄榄木、山茱萸、杨树、苹果树、葡萄藤枝、莎草、蕨类、接骨木、小麦、玉米、稻谷、脱粒残余物及干草。
• 采用X射线荧光（XRF）或类似光谱技术，定量测定灰烬样品中氧化物（Na2O、K2O、CaO、MgO、SiO2）的含量。
• 将灰烬组成与历史玻璃与搪瓷配方数据进行比较，评估其作为助熔剂的功能适用性。
• 根据矿物学与元素组成特征对灰烬类型进行分类，尤其关注碱金属与碱土金属含量。
• 将分析结果与陶瓷、搪瓷及玻璃生产技术的历史文献相结合。
• 评估成分多样性对理解古代技术实践与原料选择影响的启示。

实验结果

研究问题

• RQ1 勃艮第地区现代植物灰烬在多大程度上表现出天然、非回收原料所预期的成分变异？
• RQ2 植物灰烬中Na2O与K2O的浓度在多大程度上满足硅酸盐玻璃与搪瓷有效助熔的需求？
• RQ3 本研究观察到的广泛灰烬组成差异，是否可归因于植物本身的自然变异，而非沉积后回收或加工过程？
• RQ4 植物灰烬中二氧化硅与碱土金属氧化物（CaO、MgO）对玻璃与搪瓷配方的稳定性与熔融行为有何相对贡献？
• RQ5 当代灰烬的元素组成在多大程度上与历史玻璃与搪瓷生产配方及技术实践相吻合？

主要发现

• 勃艮第地区不同植物来源的植物灰烬表现出广泛的组成差异，尤其在碱金属氧化物（Na2O、K2O）与碱土金属氧化物（CaO、MgO）含量方面。
• 许多灰烬中碱金属含量较高，特别是杨树、橄榄木与葡萄藤枝等物种的灰烬，使其成为硅酸盐体系中有效的天然助熔剂。
• 观察到SiO2含量存在显著差异，从低硅灰烬（如谷物来源）到高硅灰烬（如某些木本植物）不等，表明其在玻璃形成中的适用性各异。
• 在非回收、当代灰烬中观察到的成分多样性，挑战了“古代灰烬成分均质性仅源于回收过程”的假设。
• 山楂、橡树与榆树等物种的灰烬表现出中等碱金属含量与较高的CaO/MgO水平，表明其在更稳定、低助熔的搪瓷或陶瓷体中具有应用潜力。
• 数据支持将植物来源灰烬作为历史与现代硅酸盐材料生产中可行的天然原料，具有实现可持续、低环境影响配方的潜力。