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

TABLE 4.7 The range of content of Cu, Zn and Pb in copper slags. 
SLAG 
Cu 
wt. % 
Zn 
wt. % 
Pb 
wt. % 
References 
Slags from this study 
Historical (massive) slag 
POLAND 
up to 0.82 
up to 0.83 
up to 0.03 
Kierczak & Pietranik  
(2011) 
Kierczak et al.,  
(2013) 
Shaft furnace slag  
0.27 
0.38 
0.16 
- 
Granulated slag  
1.14 
0.78 
2.11 
- 
Lead slag  
1.09 
7.64 
2.61 
- 
Literature data 
ITALY 
Campigilia Marittima district: 
Capattoli Valley 
0.22-0.31 
1.62-6.07 
0.53-3.40 
Manasse et al., 
(2001) 
ITALY 
Massa Marittima district 
0.07-1.23 
0.31- 5.26 
0.01-1.95 
Manasse & Mellini, 
(2002) 
AUSTRALIA 
North Queensland 
0.14-0.86 
up to 5.86 
up to 5.16 
Lottermoser, 
(2002) 
SPAIN 
Huelva Province, 
Cabezo Jure 
0.14-28.06 
up to 0.14 
up to 0.46 
Sāez et al.  
(2003) 
USA 
Vermont/Tennessee 
0.19-1.35 
0.23-1.02 
0.0047 
Piatak et al., 
(2004) 
NAMIBIA 
Tsumeb 
0.49-12.19 
2.8-12.09 
0.98-18.38 
Ettler et al., 
(2009) 
PORTUGAL 
Sao Domingos District 
 
 
 
Alvarez-Valero et al.,  
(2009) 
Historical 
0.1 
0.03 
0.05 
 
Modern 
0.27 
0.89 
0.51 
 
ZAMBIA 
Copperbelt Province 
<2 wt.% 
(few samples 
8.6-35 wt.%) 
up to 0.23 
up to 0.11 
Vítková et al.,  
(2010) 

---

CHAPTER 4: CHARACTERIZATION AND pH-DEPENDENT LEACHING BEHAVIOUR OF HISTORICAL AND 
MODERN COPPER SLAGS
 
 
123 
 
4.5.2  Phase composition 
For both the HS and SFS, silicates and glass were  the
 
major components, what is congruent 
with  data  obtained  for  other  metallurgical  slags  having  these  phases  as  major  components 
(Parsons  et  al.,  2001;  Manasse  et  al.,  2001;  Manasse  &  Mellini,  2002;  Lottermoser,  2002; 
Sāez et al., 2003; Piatak et al., 2004; Ettler et al., 2009; Álvarez-Valero et al., 2009; Mateus et 
al., 2011; Vítková et al., 2010; Kierczak & Pietranik, 2011; Kierczak et al., 2013; Piatak et al., 
2014). The granulated slag  exhibits a different phase composition
 
and represents
 
amorphous 
material resulting from fast cooling using water. The lead slag presents various characteristics 
due  to  the  fact  that  it  represents  a  mixture  of  matte  and  silicate  slag  and  sulfides  are 
significantly more abundant  than silicate phases.  Fayalite  is
 
a  commonly  identified phase in 
metallurgical  slags  (Mihailova  &  Mehandrejiev,  2010).  The  presence  of  fayalite  in  studied 
slags (HS and LS) may be attributed to the melt composition impoverished in CaO (Ettler et 
al.,  2001).  Furthermore,  it  carries  significant  concentrations  of  ZnO  that  are  due  to  its 
substitution for Fe
2+
 in the olivine crystal structure (Ettler et al., 2001).  
 
The chemical composition of glass present in historical (HS) and modern slags (SFS and LS) 
was found to contain important quantities of metallic elements. 
Comparing  the  distribution  of  metals  of  interest  (Cu,  Zn,  Pb)  in  glass  to  these  observed  in 
other  copper  slags  (Table  4.8),  it  may  be  noticed  that  previously  investigated  copper  slags 
may have similar or even higher concentrations of these metals. It has been shown previously 
that glass can entrap even as much as 6.9 wt.% of Cu (Vítková et al., 2010), 17.8 wt.% of Zn 
(Manasse & Mellini, 2002) and 11.80 wt.% of Pb (Ettler et al., 2009).  
 
TABLE 4.8 Distribution of metallic elements within glasses analysed for different Cu-slags. 
 
SLAG 
CuO 
ZnO 
PbO 
References 
[wt.%]