Investigation of the use of granodiorite wastes in ıron oxide glazes: an aesthetic and sustainability perspective

Year 2025, Volume: 15 Issue: 4, 978 - 1004, 15.12.2025

Fidan Tonza Helvacıkara , Aslı Çakır Arıanpour , İmre Deniz Işıktaş , Mehmet Ali Gücer , Ferkan Sipahi , Serap Bedel Özek

https://doi.org/10.17714/gumusfenbil.1701070

Abstract

Ceramic production involves multi-step processes based on natural raw materials. However, increasing environmental concerns and the depletion of raw materials resources have made the search for alternative raw materials and waste management priority issues in the ceramic industry. In particular, waste generated by the natural stone industry offers significant opportunities for reducing environmental impacts and creating economic value. In this context, granitoidic rocks have been evaluated as a potential waste material capable of providing aesthetic and functional contributions to ceramic glazes, particularly due to its iron oxide content and granodiorite waste obtained from a marble factory in the central Gümüşhane province was used as a coloring component in iron oxide-based glazes. Petrographic analysis revealed that the rock samples were classified as granodiorite, diorite and granite. The granodiorite sample (H1), which contained high amounts of mafic minerals such as biotite and hornblende, was found to have a total Fe₂O₃ content of 3.96%. Therefore, the granodiorite sample was used in glaze formulations. Granodiorite-based glazes were applied to five different ceramic bodies (red, chamotte, casting, porcelain and stoneware) and fired at temperatures between 1040°C and 1100°C, resulting in surfaces with significant aventurine effects. The results of the trials showed that the granodiorite waste positively influenced glaze surface properties, coloration and aesthetic characteristics. The data obtained indicate that this waste material presents a valuable alternative in the ceramic industry, offering both sustainability and aesthetic diversity.

Keywords

İron oxide glaze , Granodiorite waste , Gümüşhane , Colorant , Sustainable raw material

Project Number

23.F5114.04.02

Granodiyorit atıklarının demir oksitli sırlarda kullanımının araştırılması: estetik ve sürdürülebilirlik perspektifi

Abstract

Seramik üretimi, doğal hammaddelere dayalı çok aşamalı süreçler gerektirir. Ancak artan çevresel kaygılar ve hammadde kaynakların tükenmesi, alternatif hammadde arayışını ve atık yönetimini seramik endüstrisinin öncelikli konuları haline getirmiştir. Özellikle doğal taş endüstrisinde oluşan atıklar hem çevresel etkilerin azaltılması hem de ekonomik değer yaratılması açısından önemli fırsatlar sunmaktadır. Bu bağlamda, granitoyidik kayaçlar, özellikle demir oksit içeriği sayesinde seramik sırlarında estetik ve işlevsel katkı sağlayabilecek potansiyel bir atık malzeme olarak değerlendirilmiş ve Gümüşhane il merkezindeki bir mermer işletmesinden temin edilen granodiyorit atıklar, demir oksitli sırların renklendirici bileşeni olarak kullanılmıştır. Petrografik analizler sonucunda kayaç numuneleri granodiyorit, diyorit ve granit olarak sınıflandırılmış; özellikle biyotit ve hornblend gibi mafik mineralleri yüksek oranda içeren granodiyorit (H1) örneklerinde toplam Fe₂O₃ oranının %3,96 olduğu belirlenmiştir. Bu nedenle sır formülasyonlarında granodiyorit örneği esas alınmıştır. Beş farklı seramik bünye (kırmızı, şamot, döküm, porselen ve stoneware) üzerine uygulanan granodiyorit katkılı sırlar 1040°C–1100°C aralığında pişirilmiş ve özellikle aventurin etkili yüzeyler elde edilmiştir. Denemeler sonucunda, granodiyorit atıklarının sır yüzey özelliklerini, renklenme karakterini ve estetik niteliklerini olumlu yönde etkilediği gözlemlenmiştir. Elde edilen veriler, bu atık malzemenin seramik sektöründe hem sürdürülebilirlik hem de estetik çeşitlilik açısından değerli bir alternatif sunduğunu göstermektedir.

Keywords

Demir oksitli sır , Granodiyorit atıkları , Gümüşhane , Renklendirici , Sürdürülebilir hammadde

Supporting Institution

Gümüşhane Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri (GÜBAP) Koordinatörlüğü “Madencilik İhtisaslaşma Destek Programı”

Project Number

23.F5114.04.02

References

• Arianpour Çakır, A., & Arianpour, F. (2022). Characterization, technological properties, and ceramic applications of Kastamonu alluvial clays (Northern Turkey) in building materials. Construction and Building Materials, 356, 129304. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.129304
• Arianpour Çakır, A., & Arianpour, F. (2023). Çelik Üretiminde Ortaya Çıkan Atık Demir Oksit’in Aventurin Sırlarında Yeniden Kullanımı. International Journal of Engineering Research and Development, 15(3), 143-152. https://doi.org/10.29137/umagd.1312191
• Aydın, G., & Karakurt, İ. (2020). Doğaltaş üretim ve işleme tesisi atıklarının değerlendirilmesi. ALKU Fen Bilimleri Dergisi, 2(2), 62-77. https://doi.org/10.46740/alku.759847
• Dvornichenko, I. N., & Matsenko, S. V. (2000). Production of iron-containing crystalline glazes. Glass and Ceramics, 57, 67-68. https://doi.org/10.1007/BF02681489
• Erkan, Y. (2006). Magmatik Petrografi. Jeoloji Mühendisleri Odası Yayınları.
• Eser, A., Bayer Oztürk, Z., Atabey, İ. İ., & Çelikten, S. (2024). Uçucu kül ve farklı seramik sektörü atıklarının kullanımı ile üretilen geopolimer harçların dayanım özellikleri. Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 13(2), 550-557. https://doi.org/10.28948/ngumuh.1400321
• Genç, S. (2022). Artistik seramik sırları. Geliştirilmiş 2. baskı. Ülkü Ofset.
• Gücer, M. A., Güner, A. M., & Çimen, O. (2024) Erken Eosen yaşlı adakitik andezitler (Gümüşhane, KD Türkiye) içerisindeki mikrogranüler anklavların jeokimyasal karakteristikleri. Yerbilimleri, 45(2), 154-184. https://doi.org/10.17824/yerbilimleri.1426237
• Güngör, M. C., & Çizer, İ. S. (2022). Demir oksit içeren sırlar. Ulakbilge, 10(71), 279-289. https://doi.org/10.7816/ulakbilge-10-71-01
• Haldar, S. K., & Tišljar, J. (2014). Introduction to Mineralogy and Petrology. Elsevier.
• Hasözbek, A., Erdoğan B., Satır, M., Siebel, W., Akay, E., Doğan, G. D., & Taubald, H. (2012). Al-in-Hornblende Thermobarometry and Sr-Nd-O-Pb Isotopic Compositions of the Early Miocene Alaçam Granite in NW Anatolia (Turkey). Turkish Journal of Earth Sciences, 21(1), Article 3. https://doi.org/10.3906/yer-1007-33
• Jiang, C., Lei, Y., Deng, B., Fan, X., Li, M., & Wu, M. (2025). Effect of mesoscopic heterogeneity on hydraulic fracturing characteristics of granite under high temperature. Geoenergy Science and Engineering, 246, 213626. https://doi.org/10.1016/j.geoen.2024.213626
• Kaygusuz, A., Arslan, M., Siebel, W., Sipahi, F., & İlbeyli, N. (2012). Geochronological evidence and tectonic significance of Carboniferous magmatism in the southwest Trabzon area, eastern Pontides, Turkey. International Geological Review, 54(15), 1776-1800. https://doi.org/10.1080/00206814.2012.676371
• Kaygusuz, A., Sipahi, F., İlbeyli, N., Arslan, M., Chen, B., & Aydınçakır, E. (2013). Petrogenesis of the Late Cretaceous Turnagöl intrusion in the eastern Pontides: Implications for magma genesis in the arc setting. Geoscience Frontiers, 4(4), 423-438. https://doi.org/10.1016/j.gsf.2012.09.003
• Kaygusuz, A., Yücel, C., Arslan, M., Sipahi, F., Temizel, İ., Çakmak, G., & Güloğlu, Z. S. (2018). Bayburt kuzeyindeki (Doğu Pontidler) Senozoyik yaşlı plütonik kayaçların petrografisi, mineral kimyası ve kristallenme koşulları. Maden Tetkik ve Arama Dergisi, 157, 75-102. https://doi.org/10.19111/bulletinofmre.427829
• Kılınç Mirdalı, N., & İşler, F. (2008). Kromit atığının duvar karosu sırlarında renklendirici olarak değerlendirilmesi. Ç.Ü Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 17(1), 11-21.
• Middlemost, E.A. (1994). Naming materials in the magma/igneous rock system. Earth-Science Reviews, 37, 215-224. https://doi.org/10.1016/0012-8252(94)90029-9
• Peccerillo, A., & Taylor, S. R. (1976). Geochemistry of Eocene calc-alkaline volcanic rocks from the Kastamonu area, Northern Turkey. Contributions to Mineralogy and Petrology, 58, 63-81. https://doi.org/10.1007/BF00384745
• Semiz, B., Ersoy, EY., Özpınar, Y., Helvacı, C., Palmer, MR., & Billor, MZ., (2015). 40Ar/39Ar geochronology, geochemistry and petrology of volcanic rocks from the Simav Graben, western Turkey. Contrib. Mineral. Petrol., 170(24).
• Semiz, B., Özpınar, Y., & Helvacı, C. (2010). Geochemistry of the Pinarbasi granite (Gediz-Kutahya-Western Anatolia). Goldschmidt Conference, Geochimica et Cosmochimica Acta, 13-18 June, Knoxville, Tennessee, USA, A933.
• Sipahi, F. (2011). Formation of skarns at Gümüşhane (Northeastern Turkey). Neues Jahrbuch für Mineralogie-Abhandlungen, 188(2), 169-190. https://doi.org/10.1127/0077-7757/2011/0199
• Sipahi, F., & Sadıklar, M. B. (2014). Geochemistry of dacitic volcanics in the Eastern Pontides (NE Turkey). Geochemistry International. 52(4), 296–315. https://doi.org/10.7868/S0016752514040086
• Sipahi, F., Akpınar, İ., Gücer, M. A., Kaygusuz, A., Vural, A., & Saydam Eker, Ç. (2025). Origin and tectonic setting of the carbonate-hosted Kopuz Fe Skarn Deposit, Sakarya Zone, NE Türkiye. Journal of Asian Earth Sciences, Iron and critical metals special issue, 294, Article no: 106769, 1-17. https://doi.org/10.1016/j.jseaes.2025.106769
• Sipahi, F., Akpınar, İ., Saydam Eker, Ç., Kaygusuz, A., Vural, A., & Yılmaz, M. (2017). Formation of the Eğrikar (Gümüşhane) Fe–Cu skarn type mineralization in NE Turkey: U–Pb zircon age, lithogeochemistry, mineral chemistry, fluid inclusion, and O-H-C-S isotopic compositions. Journal of Geochemical Exploration, 182, Part A, 32-52. https://doi.org/10.1016/j.gexplo.2017.08.006
• Sipahi, F., Gücer, M. A., & Saydam Eker, Ç. (2020). Geochemical composition of magnetite from different iron skarn mineralizations in NE Turkey: implication for source of ore forming fluids. Arabian Journal of Geosciences, 13(2), 70. https://doi.org/10.1007/s12517-019-5052-2
• Sipahi, F., Gücer, M. A., Yi, K., Dokuz, A., Kaygusuz, A., Akaryalı, E., Saydam Eker, Ç., & Doruk, C. (2023a). The Sr, Nd, Pb and Hf Isotope and Crystallization Conditions of the middle Eocene Dağdibi Pluton in the eastern Sakarya Zone, Turkey. Geological Magazine, 160(6), 1193-1210. https://doi.org/10.1017/S001675682300033X
• Sipahi, F., Sadıklar, M.B., Gücer, M.A., Aydın, A., Kara, R.T. (2023b). A study on the magnetite skarn mineralization (Gümüşhane, Türkiye): a magnetic survey. Turkish Journal of Earth Sciences, 33(7):915-930. https://doi.org/10.55730/1300-0985.1882
• Sipahi, F., Kaygusuz, A., Saydam Eker, Ç., Vural, A., & Akpınar, İ. (2018). Late Cretaceous Arc Igneous Activity: The Eğrikar Monzogranite Example. International Geology Review, 60(3), 382-400. https://doi.org/10.1080/00206814.2017.1336120
• Sipahi, F., Saydam Eker, Ç., Akpınar, İ., Gücer, M.A., Vural, A., Kaygusuz, A., & Aydurmuş, T. (2022). Eocene magmatism and associated Fe-Cu mineralization in northeastern Turkey: A case study of the Karadağ skarn. International Geology Review, 64(11), 1530-1555. https://doi.org/10.1080/00206814.2021.1941323
• Tığlı Boya, Z. (2022). Bakır cürufunun aventurin sırlarında kullanım olanaklarının araştırılması. Yüksek Lisans Tezi Kastamonu Ünı̇versı̇tesı̇ Sosyal Bı̇lı̇mler Enstı̇tüsü.
• Tığlı Boya, Z., & Arıanpour Çakır, A. (2023). Sanatsal aventurin seramik sırlarının geliştirilmesi için demir bakımından zengin bakır cürufunun uygulanabileceği üzerine bir araştırma. International Social Sciences Studies Journal, 9(110), 6387-6396. http://dx.doi.org/10.29228/sssj.689 31
• Tonza Helvacıkara, F., Çakır Arianpour, A., Işıktaş, İ. D., Gücer, M. A. & Sipahi, F., Bedel Özek, S. (2025). Granitoyid Atıklarının (Gümüşhane) Seramik Sırlarda Renklendirici Olarak Kullanılması: Sürdürülebilir Üretim Açısından Bir Değerlendirme. Uluslararası Katılımlı 77. Türkiye Jeoloji Kurultayı, 14-18 Nisan 2025, Ankara, Türkiye.
• Yardımcı, D., & Sakarya, N. (2021). Seramik kaplama malzemelerinde volkanik kayaç türü olan ignimbritlerin boyar madde olarak kullanımı. Çukurova Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü Dergisi, 30(2), 113-124. https://doi.org/10.35379/cusosbil.748933