Investigation of the industrial raw material potential of sandstones from the Mescitli Formation (Gümüşhane, Türkiye)

Year 2025, Volume: 15 Issue: 3, 763 - 779, 15.09.2025

Serhat Dağ , Mehmet Ali Gücer , Abdurrahman Dokuz , Ferkan Sipahi , Halil İbrahim Zeybek , İbrahim Çavuşoğlu , Şener Aliyazıcıoğlu

https://doi.org/10.17714/gumusfenbil.1698536

Abstract

The identification of natural resources and the evaluation of the local rocks for the industrial applications by the contribution to the economy have gained significant importance today. In this study, the potential use of sandstones from Mescitli Formation (Gümüşhane) as industrial raw material was investigated. The sandstones consist mainly of monocrystalline and polycrystalline quartz, feldspar, volcanic and sedimentary rock fragments, opaque minerals, matrix (clay) and minor amounts of cement (carbonate/silica minerals). The sandstones are classified as graywacke (psammite) and were determined to be minimally affected by alteration based on chemical alteration index (CIA) parameter. The geotechnical properties include average dry density of 2.48 g/cm3, saturated density of 2.54 g/cm3, porosity of 6.63%, void ratio of 7.11%, ultrasonic P-wave velocity of 4793 m/s, uniaxial compressive strength of 103.09 MPa, and indirect tensile strength 5,86 MPa. Frost loss was determined as 1.19% by freeze-thaw test, and an average mass loss of 9.8 g and 17.9 g was observed in sandstone samples heated up to 600-800ºC. Under the same temperature conditions, the strength of the sandstones decreased by 7.64% and 15.17%, respectively. No toxic effects were observed in cell cytotoxicity analyses. The results suggest that Mescitli sandstones were not suitable for use in areas exposed to sunlight but could be used in building interiors and decorative coatings. Temperature resistance and cell cytotoxicity analyses indicated that sandstones could be used as grill stones.

Keywords

Industry , Gümüşhane , Raw material , Geochemistry , Geotechnical , Sandstone

Mescitli Formasyonu’na (Gümüşhane, Türkiye) ait kumtaşlarının endüstriyel hammadde olarak kullanım potansiyelinin incelenmesi

Abstract

Doğal zenginliklerin ortaya çıkarılması ve yöresel kayaçların ekonomiye kazandırılarak endüstriyel kullanım alanlarının belirlenmesi günümüzde büyük önem taşımaktadır. Bu çalışmada, Gümüşhane’deki Mescitli Formasyonu kumtaşlarının endüstriyel hammadde olarak kullanım potansiyeli araştırılmıştır. Kumtaşları başlıca monokristalin ve polikristalin kuvars, feldispat, volkanik ve tortul kayaç parçaları, opak mineral, kil matriks ve az oranda bağlayıcı karbonat/silis minerali içermektedir. Grovak (psammit) olarak sınıflandırılan kumtaşlarının kimyasal ayrışma indeksi (CIA) parametresine göre alterasyondan çok fazla etkilenmediği belirlenmiştir. Jeoteknik özellikler açısından, ortalama kuru yoğunluk 2.48 gr/cm3, doygun yoğunluk 2.54 gr/cm3, gözeneklilik %6.63 boşluk oranı %7.11, ultrasonik P-dalga hızı 4793 m/sn, tek eksenli basınç dayanımı 103.09 MPa ve dolaylı çekme dayanımı 5,86 MPa olarak belirlenmiştir. Donma-çözünme deneyi ile don kaybı %1.19 olarak belirlenmiş, 600-800ºC sıcaklıklara kadar ısıtılan kumtaşı numunelerinde ortalama 9.8 gr ve 17.9 gr kütle kaybı gözlenmiştir. Aynı sıcaklık koşullarında kumtaşlarının dayanımının sıra ile %7.64 ve %15.17 oranında azaldığı görülmüştür. Hücre Sitotoksisite analizlerinde toksik etkiye rastlanmamıştır. Sonuçlar, kumtaşlarının günlenmeye maruz kalacak alanlarda kullanım için uygun olmadığı, bina içyapı ve dekoratif amaçlı kaplamalarda kullanılabileceğini göstermiştir. Sıcaklık dayanımı ve hücre sitotoksisite analizleri ise kumtaşlarının ızgara taşı olarak kullanılabileceğini ortaya koymuştur.

Keywords

Endüstri , Gümüşhane , Hammadde , Jeokimya , Jeoteknik , Kumtaşı

Ethical Statement

Bu makalenin yazarları, bu çalışmada kullanılan materyal ve yöntemlerin etik kurul izni ve/veya yasal-özel izin gerektirmediğini beyan etmektedir.

Supporting Institution

Bu çalışma Gümüşhane Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri (GÜBAP) Koordinatörlüğü tarafından 23.F5114.02.01 proje kodu ile maddi olarak desteklenmiştir.

Thanks

Proje kapsamında, saha çalışmalarındaki yardımları dolayısıyla Arş. Gör. Kadir SÜNNETCİ, Jeoloji Yük. Müh. Ekrem SARI, Jeoloji Yük. Müh. Tanju AYDURMUŞ ve Onur KILIÇARSLAN’a teşekkür ederiz. Arazi çalışmalarında endüstriyel hammadde (ızgara taşı) eski işletme alanının belirlenmesi ve örnekleme esnasındaki katkı ve derstekilerinden dolayı Ramis BAYIR’a, projenin jeoteknik çalışmaları aşamasındaki katkılarından dolayı Arş. Gör. Dr. Yavuz Selim AKSÜT ve Hücre Sitotoksisite analizinin yapılmasında yardımcı olan Prof. Dr. Ebru Emine ŞÜKÜROĞLU’na şükranlarımızı sunarız.

References

• Arslan, M., & Aliyazıcıoğlu, İ. (2001). Geochemical and petrological characteristics of the Kale (Gümüshane) volcanic rocks: Implications for the Eocene evolution of Eastern Pontide arc volcanism, Northeast Turkey. International Geology Review, 43, 595-610.
• Barltrop, J. A, Owen, T. C., Cory, A. H., & Cory, J. G. (1991). 5-(3carboxymethoxyphenyl)-2-(4,5-dimethylthiazolyl)-3(4-sulfophenyl) tetrazolium, inner salt (MTS) and related analogs of 3-(4,5-dimethylthiazolyl)-2,5 diphenyltetrazolium bromide (MTT) reducing to purple water-soluble formazans as cell-viability indicators. Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters, 1(11), 611-614.
• Dağ, S., Alemdağ, S., & Kaya, A. (2021). The effects of freeze-thaw cycles and block size on the use of the Gümüşhane Granitoid Gümüşhane Turkey as building stone. Arabian Journal of Geosciences, 14(15), 1-14..
• Dokuz, A., Aydınçakır, E., Kandemir, R., Karslı, O., Siebel, W., Derman, A.S., & Turan, M. (2017). Late Jurassic magmatism and stratigraphy in the Eastern Sakarya Zone, Turkey: Evidence for the slab breakoff of Paleotethyan Oceanic Lithosphere. The Journal of Geology, 125, 1-31.
• Fedo, C. M., Nesbitt, H. W., & Young, G. M. (1995). Unravelling the effects of potassium metasomatism in sedimentary rocks and paleosols, with implications for palaeo-weathering conditions and provenance. Geology, 23, 921-924.
• Gökalp, İ., Uz, V. E., Saltan, M., & Tutumluer, E. (2018). Technical and environmental evaluation of metallurgical slags as aggregate for sustainable pavement layer applications. Transportation Geotechnics, 14, 61-69.
• Güven, İ. H. 1993. Doğu Karadeniz Bölgesi’nin 1/25.000 ölçekli jeolojisi ve komplikasyonu, MTA, Ankara (yayınlanmamış).
• Huang, H. L., Hsing, H. W., Lai, T. C., Chen, Y. W., Lee, T. R., Chan, H. T., Lyu, P. C., Wu, C. L., Lu, Y. C., Lin, S. T., Lin, C. W., Lai, C. H., Chang, H. T., Chou, H. C., & Chan, H. L. (2010). Trypsin-induced proteomealte ration during cell subculture in mammalian cells. Journal of Biomedical Science, 17, 36.
• ISRM (2007) ISRM, 2007. The Complete ISRM Suggested Methods for Rock Characterization, Testing and Monitoring: 1974-2006. R. Ulusay and J.A. Hudson (eds.), Suggested Methods Prepared by the Commission on Testing Methods, International Society for Rock Mechanics, Compilation Arranged by the ISRM Turkish National Group, Kozan Ofset, Ankara, Turkey, 628 p.
• Kandemir, R., & Yılmaz, C. (2009). Lithostratigraphy, facies, and deposition environment of the lower Jurassic Ammonitico Rosso type sediments (ARTS) in the Gümüşhane area, NE Turkey: Implications for the opening of the northern branch of the Neo-Tethys Ocean. Journal of Asian Earth Sciences, 34, 586-598.
• Karakul, H., & Ulusay, R. (2012). Prediction of strength properties of rocks at different saturation conditions from P-wave velocity and sensitivity of P-wave velocity to physical properties. Hacettepe Earthscience, 33(3), 239-268 (In Turkish).
• Kaygısız, H. (2010). Kayseri yöresindeki yapıtaşlarının fiziko-mekanik özelliklerinin belirlenmesi. Yayımlanmamış yüksek lisans tezi, Çukurova Üniversitesi, Adana.
• Kılıç, A. M., Sakatoğlu S., Kahraman, E., & Yılmaz, M. (2015). Adana ili taş (kalker) işletmelerinde üretilen agreganın il açısından önemi. TMMOB, Adana Kent Sorunları Sempozyumu-III, 561-574.
• Koçak, E. (2011). Kayseri bazaltının yapı taşı olarak kullanım olanaklarının araştırılması. Yayımlanmamış yüksek lisans tezi, Mimar Sinan Güzel Sanatlar Üniversitesi, İstanbul.
• Kulaksız, S. (2007). Doğaltaş (Mermer) maden işletmeciliği ve işleme teknolojileri. TMMOB Maden Mühendisleri Odası, 1. Baskı, Ankara
• Kuşoğlu, R., Kabakcı, B., & Kadıoğlu, Y.K. (2012). Kaya yünü özelliği taşıyan bazaltların jeokimyasal özelliği ve Türkiye’den örnekler. Uluslararası Katılımlı 5. Jeokimya Sempozyumu, 209-210.
• Mossman T. (1983). Rapid colorimetric assay for cellular growth and survival: Application to proliferation and cytotoxicity assays. Journal of Immunological Methods, 65, 55-63.
• Nesbitt, H. W., & Young, G. M. (1982). Early Proterozoic climates and plate motions inferred from major element chemistry of lutites. Nature, 199, 715-717.
• Nesbitt, H. W., Markovics, G., & Price, R. C. (1980). Chemical processes affecting alkalis and alkaline earths during continental weathering. Geochimica et Cosmochimica Acta, 44, 1659-1666.
• Nesbitt, H. W., & Young, G.M. (1984). Prediction of some weathering trends of plutonic and volcanic rocks based on thermodynamic and kinetic considerations. Geochimica et Cosmochimica Acta, 48, 1523-1534.
• Okay, A. İ., & Tüysüz, O. (1999). Tethyan sutures of northern Turkey. Geological Society, London, Special Publications, 156, 475-515.
• Pelin, S. (1977). Alucra (Giresun) Güneydogu yöresinin petrol olanakları bakımından jeolojik incelenmesi, KTÜ Yayınları, 87, 103s, Trabzon.
• Pettijohn, F. J., Potter, P. E., & Siever, R. (1972) Sand and Sandstone. Springer-Verlag, Berlin.
• Reimer, T.O. (1985). Volcanic rocks and weathering in the early Proterozoic Witwatersrand Supergroup, South Africa. Bulletin of the Geological Society of Finland, 331, 33-49.
• Saydam, Ç. (2002). Doğu Pontidler'de Geç Kretase yaşlı kırıntılı çökellerin sedimanter, petrografik ve organik jeokimyasal özellikleri. Doktora Tezi, Karadeniz Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü.
• Schau, M., & Henderson, J.B. (1983). Archean chemical weathering at three localities on the Canadian Shield. Precambrian Research, 20, 189-224.
• Soysal, Z. (2017). Kermutdere formasyonu kumtaşlarının farklı doygunluk ve anizotropi koşullarında fiziksel ve dayanım özelliklerindeki değişimlerin incelenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü.
• Şahin, K. (2014). Mescitli (Gümüşhane) ve çevresindeki Eosen yaşlı volkanik kayaçların petrografik, jeokimyasal ve petrolojik özeliklerinin incelenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü.
• Taşdemir, C. (2016). Agrega tür ve boyutunun betonun dayanımına ve donma - çözülme direncine etkileri. Agrega Bülteni, 3, 6-12.
• TS 1910., Kaplama Taşı Olarak Kullanılan Doğal Taşlar Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.
• TS 2513., Doğal Yapı Taşları, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.
• TS 699 (1987). Tabii Yapı Taşları-Muayene ve Deney Metotları, 81 syf, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.
• Ulupınar, Ö. (2000). Bazı kumtaşı kireçtaşı ve tüflerde kimyasal yöntemlerle sağlamlaştırma üzerine bir araştırma. Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi.
• Uz, B. (1990). Ülkemizde sert mermer grubu serpantinit-ultrabazikler. Mermer Dergisi, 25-27.
• Yıldız, T. D., Gültekin, A. H., & Özdamar, Ş. (2022). Gerede-Kavacık bazaltlarının endüstriyel kullanım alanlarına uygunluğu. Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, 10, 7-27.
• Yüzer, E., & Angı, S. (2007). Nerede hangi doğaltaş. Hanlar-Kervansaraylar Geleneksel ve Modern Mimaride Taş Sempozyumu, 155-164.
• Yüzer, E., Angı, S., & Güngör, Y. (2008). Doğal taş deyince, granitaş taş kültürü yayını, İstanbul.