Copper metallurgical slags: mineralogy, bio/weathering processes and metal bioleaching

FIGURE 3.9 Schematic picture presenting organic acids leaching experiment  
carried out for each slag. 
 
3.1.3.3  Bioweathering experiments 
All incubations were performed according to the same protocol. Crushed and sieved slags (1-
2  mm)  were  placed  in  perforated  polypropylene  tubes  and  then  introduced  to  glassy  bottles 
containing the weathering solution. The holes in polypropylene tubes (0.5±0.1 mm) ensured 
contact between the weathering solution and the slag. Three different solutions were used in 
this  study:  i)  growth  medium  inoculated  with  the  bacteria  Pseudomonas  aeruginosa  (biotic 
incubation - GMB), ii) abiotic growth medium (GM) and iii) abiotic ultrapure water (UPW). 
Growth medium was prepared by dissolution in ultrapure water (per liter): 4 g of succinic acid 
(C
4
H
6
O
4
),  1  g  of  ammonium  sulfate  ((NH
4
)
2
SO
4
),  0.2  g  of  disodium  hydrogen  phosphate 
(Na
2
HPO
4
)  and  6  g  of  Tris  buffer  (C
4
H
11
NO
3
).  The  initial  pH  of  the  growth  medium  was 
adjusted  to  the  value  of  7.8  ±  0.1  using  5  M  NaOH.  The  growth  medium  was  deliberately 
devoid  of iron and trace elements  as  these compounds were expected to  be sustained by the 
slags  (Aouad  et  al.,  2006;  Yin  et  al.,  2014).  Furthermore,  inoculated  slag-free  GM  solution 
was used for a comparison purpose of bacterial growth.  
75 mL of solution and 3 g of slag were used in order to maintain a liquid to solid ratio at 25 
(v/w). The experiments were extended up to 112 days with the regular sampling interval of 14 
days  when  slags  were  replaced  by  fresh  solutions.  Experiments  were  carried  out  at  room 
temperature (21±1°C) and bottles were continuously agitated on the table shaker at 120 rpm. 
All experiments were performed in acid (10% HNO
3
) washed glassy bottles of 250 mL. Prior 
to experiments, all solutions, slag samples, and glass/polypropylene materials were autoclaved 
for  20  minutes  at  120°C.  Slag  grains  were  sterilized  separately  from  the  medium.  Every 
handling was performed under sterile conditions.  Experiments were carried out in triplicates 
except slag-free treatment which was not replicated. 

---

CHAPTER 3: MATERIALS AND METHODS
 
 
92 
 
Sampling  protocol:  The  pH  of  the  weathering  solution  was  measured  during  sampling 
immediately after slag removal; the solutions were then divided onto three aliquots. The first 
aliquot  was  filtered  through  0.22  µm  cellulose  acetate  filters  (Minisart)  and  acidified  with 
65%  HNO
3 
(2%  v/v.,  Suprapur,  Merck)  in  case  of  abiotic  experiments,  while  filtered  biotic 
aliquots  were  subjected  to  70%  perchloric  acid  (HClO
4
)  digestion  at  80°C  for  the 
determination  of  the  dissolved  fraction.  One  biotic  aliquot  was  not  filtered  but  submitted  to 
perchloric  acid  (HClO
4
)  digestion  at  80°C  for  the  determination  of  total  elements  released 
from slag upon incubation experiments. It was assumed that the difference between the total 
and  dissolved  fraction  represents  microbial  uptake  of  elements  and/or  mineral  precipitate 
formation.  The  last  aliquot  was  filtered  through  0.22  µm  acetate  cellulose  filers  (Spartan 
13/0.2  RC  Whatman)  for  metabolites  determination.  In  order  to  confirm  sterile  conditions 
were  maintained,  weathering  solutions  were  plated  onto  agar  plates  every  sampling  and 
observed with respect to bacterial growth.