Çal (Denizli) bölgesi killerinin mineralojik özellikleri ve seramik hammaddesi olarak kullanılabilirliklerinin araştırılması

Year 2024, Volume: 14 Issue: 2, 568 - 581, 15.06.2024

Baris Semiz

https://doi.org/10.17714/gumusfenbil.1413745

Abstract

Bu çalışmada, Çal (Denizli) bölgesinde iki farklı lokasyondan alınan kil bakımından zengin hammaddelerin mineralojik özelliklerinin belirlenmesi ve endüstriyel işlemlerle geleneksel seramik ürünlerin üretiminde kullanım potansiyellerinin ortaya koyulması, ayrıca arkeolojik seramik (çanak-çömlek vb.) hammaddesi olarak kullanılma potansiyelinin ortaya konması amaçlanmıştır. Bu kapsamda fiziksel, kimyasal (X-ışını floresansı, XRF), mineralojik (X-ışını kırınımı, XRD), termal analiz (Diferansiyel Termal Analizör-Termogravimetri, DTA-TG), kıvam limitleri ve tane boyu dağılımı analiz yöntemleri kullanılmıştır. Ayrıca, teknolojik testler için silindirik numuneler hazırlanıp 700°C'den 1100°C'ye pişirilmiş ve tüm sıcaklıklarda birim hacim ağırlığı, su emme, tek eksenli basınç dayanımı, boy kısalması ve hacimce büzülme değerleri ölçülmüştür. İncelenen killerin (ÇL4 ve ÇL5) kimyasal ve mineralojik bileşimlerinin incelenmesi sonucunda bileşimlerinde çok büyük farklılıkların olmadıkları tespit edilmiştir. Genel olarak kuvars, kalsit ve klorit mineralleri ile kil minerali olarak illit ve kaolinit içerdikleri, ÇL4 örneğinde ise farklı olarak klorit-simektit türü tabakalı killer tespit edilmiştir. Kimyasal olarak Çal killerinin ana oksitleri, SiO2, Al2O3 ve Fe2O3'ten oluşmakta olup ÇL4 örneğinde yüksek CaO ve kızdırma kaybı içeriğiyle karakterize edilmiştir. Fiziksel özellikleri açısından incelenen örnekler genellikle siltli kil olarak tanımlanmıştır. Plastisite indekslerinin (PI) %15-16 gibi yüksek bir değerde belirlenmesi, çalışılan killerin orta-yüksek plastik hammadde potansiyeline sahip olduğunu göstermektedir. ÇL4 örneğinin ÇL5 örneğine göre düşük birim hacim ağırlık ve daha yüksek su emme değerleri içerdikleri tespit edilmiştir. Tek eksenli basınç dayanımları ÇL5 örneklerinde kademeli olarak artış gösterdiği, ÇL4 örneğinde ise 800oC’den itibaren düşüş gösterdiği belirlenmiştir. Teknik testler, Çal killerinin tuğla ve kiremit gibi yapısal seramik ürünlerin imalatında ve ayrıca plastik killerin ilave edilmesi ile çanak-çömlek üretiminde uygun olduğunu göstermiştir.

Keywords

Jeokimya, Kırmızı kil, Mineraloji, Tuğla-kiremit, Teknolojik testler

Investigation of mineralogical properties of Çal (Denizli) region clays and their usability as ceramics raw material

Abstract

This study aimed to determine the mineralogical properties of clay-rich raw materials from two different locations in the Çal (Denizli) region and to reveal their potential use in the production of traditional ceramic products through industrial processes. Additionally, it was also aimed to determine the possible use as raw materials for archaeological ceramics (pottery, etc.). In this context, physical, chemical (X-ray fluorescence, XRF), mineralogical (X-ray diffraction, XRD), thermal analysis (Differential Thermal Analyzer-Thermogravimetry, DTA-TG), Atterberg limits and grain size analysis methods were performed. In addition, cylindrical samples were prepared for technological tests and fired from 700°C to 1100°C after that, unit volume weight, water absorption, uniaxial compressive strength, firing shrinkage and volumetric shrinkage values were measured at all temperatures. As a result of the examination of the chemical and mineralogical compositions of the clays (ÇL4 and ÇL5), it was determined that there were no major differences. In general, they were found to contain quartz, calcite and chlorite minerals and illite and kaolinite as clay minerals, but in the ÇL4 sample, they were found to have different chlorite-smectite type layered clays. Chemically, the main oxides of Çal clays consist of SiO2, Al2O3 and Fe2O3 and are characterized by high CaO and Loss on ignition (LOI) content in the ÇL4 sample. The samples examined in terms of their physical properties are generally defined as silty clay. Plasticity indexes (PI) at high values about 15-16% show that the clays have medium-high plastic raw materials potential. It was determined that the ÇL4 sample contained lower unit volume weight and higher water absorption values than the ÇL5 sample. It was also determined that the uniaxial compressive strengths increased gradually in the ÇL5 samples and decreased starting from 800oC in the ÇL4 sample. Technical tests show that Çal clays are suitable for the manufacture of structural ceramic products such as bricks and tiles, as well as for the production of pottery with the addition of plastic clays.

Keywords

Geochemistry, Red clays, Mineralogy, Brick-tile, Technological tests

References

• Alçiçek, MC., Mayda, S. & Alçiçek, H. (2012). Faunal and palaeoenvironmental changes in the Çal Basin, SW Anatolia: Implications for regional stratigraphic correlation of late Cenozoic basins. Comptes Rendus Geoscience, 344, 89–98. https://doi:10.1016/j.crte.2012.01.003
• Akyol, A.A., Kadıoğlu, Y.K. & Şenol, A.K. (2013). Bybassos Helenistik ticari amphoraları arkeometrik çalışmaları, Cedrus I, 163-177. https://doi.org/10.13113/CEDRUS/20131684
• Brindley, G.W. & Nakahira, M. (1959). The kaolinite–mullite reaction series: II. Metakolin. J. Am. Ceram. Soc. 42 (7), 314–318.
• Bun Kim, N., Hasmaliza, M., Shamsul, K.S., Kiyoshi, O. & Zainal, A.A. (2011). Some ceramic properties of clays from central Cambodia. Applied Clay Science, 53, 33–41. https://doi.org/10.1016/j.clay.2011.04.017
• Casagrande, A. (1947). Classification and identification of soils. ASCE Transactions Paper No. 2351, 901–991.
• Cultrone, G., Sebastian, E., Elerk, K., De la Torre, MJ., Cazalla, O. & Rodriguez-Navarro, C. (2004). Influence of mineralogy and firing temperature on the porosity of bricks. Journal of the European Ceramic Society, 24, 547–56. https://doi.org/10.1016/S0955-2219(03)00249-8
• Çelik, H. (2010). Technological characterization and industrial application of two Turkish clays for the ceramic industry. Applied Clay Science, 50, 245–254. https://doi.org/10.1016/j.clay.2010.08.005
• Dondi, M., Raimondo, M. & Zanelli, C. (2014). Clays and bodies for ceramic tiles: Reappraisal and technological classification. Applied Clay Science, 96, 91–109. https://doi.org/10.1016/j.clay.2014.01.013
• Holtz, RD. & Kovacs, WD. (1981). An introduction to Geotechnical Engineering, Prentice- Hall, Inc., New Jersey, USA.
• Konak, N., Akdeniz, N. & Çakır, H. (1986). Çal-Çivril Karahallı Dolayının Jeolojisi (Geology of the Çal-Çivril-Karahallı region). MTA Report No: 8945.
• Lahcen D., Hicham, E.E., Latifa, S., Abderrahmane, A., Jamal, B., Mohamed, W., Meriam, E. & Nathalie, F., (2014). Characteristics and ceramic properties of clayey materials from Amezmiz region (Western High Atlas, Morocco). Applied Clay Science, 102, 139-147. https://doi.org/10.1016/j.clay.2014.09.029
• Manukaji John, U. (2013). Chemical and mechanical characterization of clay samples from Kaduna State Nigeria. International Journal of Engineering Inventions, 2-7, 20-26.
• Manoharan, C, Sutharsan, P, Dhanapandian, S, & Venkatachalapathy, R. (2012). Characteristics of some clay materials from Tamilnadu, India, and their possible ceramic uses. Cerâmica, 58, 412-418.
• Meseguer, S, Pardo, F, Jordán, MM, Sanfeliu, T, & González, I. (2010). Ceramic behavior of five Chilean clays which can be used in the manufacture of ceramic tile bodies. Applied Clay Science, 47, 372–377. https://doi.org/10.1016/j.clay.2009.11.056
• Monterio, S.N. & Vieira, C.M.F. (2004). Influence of firing temperature on the ceramic properties of clays from Campos dos Goytacazes, Brazil. Applied Clay Science, 27, 229–234. https://doi.org/10.1016/j.clay.2004.03.002
• Murray, HH. (2007). Applied clay mineralogy, Developments in Clay Science 2, Elsevier B.V. 180p.
• Özpınar, Y., Hancer, M., & Semiz, B. (2006). Belevi (Çal) kil yatakları, 1-3 Eylül 2006. Denizli. Çal Sempozyumu Bildiriler kitabı,188-199.
• Semiz, B. (2017). Characteristics of clay-rich raw materials for ceramic applications in Denizli region (Western Anatolia), Applied Clay Science, 137, 83-93. https://doi.org/10.1016/j.clay.2016.12.014
• Semiz, B. (2018). Pamukkale (Denizli) bölgesi killerinin karakteristik özellikleri ve seramik sektöründe kullanılabilirlikleri, Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 24/6, 1237-1244. https://doi.org/10.5505/pajes.2017.77853
• Semiz, B., Abay, E., Dedeoğlu, F., Konakçı, E. & Ozan, A. (2018). An archaeometric investigation of Early and Middle Bronze age pottery from the upper Meander basın in southwestern Anatolia, Mediterranean Archaeology and Archaeometry, 18/3, 121-151. https://doi.org/10.5281/zenodo.1461625
• Semiz, B. & Çelik, SB. (2020). Mineralogical and geochemical characteristics of Belevi clay deposits at Denizli, SW Turkey: industrial raw material potential. Arabian Journal of Geosciences, 13, 313. https://doi.org/10.1007/s12517-020-05292-z
• Şahin, S. (2001). Türkiye’de Tuğla-Kiremit Sanayiinin Genel Görünümü ve Çorum İli Örneği, G.Ü. Gazi Eğitim Fakültesi Dergisi, 21/2, 19-41.
• Türktaş, M.M. (2012). Denizli efsaneleri, Doktora Tezi, Pamukkale Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü Türk Dili Ve Edebiyatı Anabilim Dalı, 351.
• Whitney, D.L. & Evans, B.W. (2010). Abbreviations for names of rock-forming minerals. American Mineralogist, 95, 185-187.
• Yalçın, H. & Bozkaya, Ö. 2002. Hekimhan (Malatya) çevresindeki Üst Kretase yaşlı volkaniklerin alterasyon mineralojisi ve jeokimyası: deniz suyu-kayaç etkileşimine bir örnek. Cumhuriyet Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi Seri A-Yerbilimleri, 19, 81-98.