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

5.4.5  Environmental considerations and perspectives 
The  weathering  case  considered  in  this  study  included  only  impact  of  organic  acids  on 
mobilization of metals from the slags. Mobilization of metals from mineral phases present in 
slag  is  driven  by  prevailing  pH  variations,  however  it  has  to  be  emphasized  that  a  real 
dumping  scenario  would  involve  many  other  factors  including  activity  of  microbial 
organisms,  sorption  of  metals  on  soil  particles  as  well  as  precipitation  of  secondary  phases. 
All  of  these  processes  acting  together  would  undoubtedly  modify  the  real  weathering  rates 
through  hindering  or  facilitating  migration  of  elements  depending  on  the  actual  conditions 
faced. For example, the activity of microorganisms (not considered in this study) could affect 
slag dissolution in double way. First, organic acids could serve for microorganisms as energy 
source which could further lead to mineralization of organic compounds or decomposition of 
soil  organic  matter  (Jones,  1998).  For  example,  Banks  et  al.  (1994)  demonstrated  that  the 
release of Zn from  mine tailings  was inversely proportional  to  the acid  concentration due to 
organic  acid  degradation  by  microorganisms.  On  the  other  hand,  microbial  activity,  related 
metabolites  as  well  as  the  presence  of  the  multi-species  communities  in  the  soil  and 
rhizosphere  environment  could  increase  degradation  of  mineral  phases  present  in  slags  at 
various  pH,  Eh  conditions  and  thus  enhance  the  release  of  elements.  As  shown  by  previous 
studies,  the  presence  of  bacteria  (e.g.  Pseudomonas  aeruginosa)  significantly  contributed  to 
alteration of the mineral phases in slags (Yin et al., 2014; van Hullebusch et al., 2015; Potysz 
et al., 2016b). Therefore, a deeper study including the presence of microbial organisms would 
be required in order to separate the effect of organic acids themselves and microbial activity. 
Furthermore, a comparison of slags behavior under pH-stat conditions could be done in order 
to separate the effect of acidolysis and complexolysis, while column tests could be useful to 
represent  a  scenario  closer  to  what  is  occurring  in  the  field  (Seignez  et  al.,  2008).  The 
precipitation of secondary phases such as Fe-oxyhydroxides, carbonates, sulfates in the field 
conditions could also serve as sorbent for metals and thus hinder their mobility (Lottermoser, 
2002;  Ettler  et  al.,  2004).  Therefore,  a  detailed  analysis  of  secondary  phases  formation  is 

---

CHAPTER 5: METAL MOBILIZATION FROM Cu-SLAGS BY SOIL ORGANIC ACIDS
 
 
156 
 
further  required to  complete the study of the  fate of the  released metals  from the weathered 
slags  in  dump  sites.  In  addition,  a  consideration  of  redox  potential  in  such  environmental 
systems  would be interesting since conditional changes  might  affect  metal  speciation,  hence 
its  mobility  and  bioavailability.  Most  of  mineral  phases  present  in  slag  would  rather  be 
expected  to  exhibit  low  solubility  under  reductive  conditions,  nevertheless  metal  sorbed  on 
secondarily  formed  Fe  and  Mn-oxides  might  become  mobile.  Therefore,  redox  potential  is 
relevant  for  assessing  the  mobility  of  metals  resulting  from  slags  weathering  when 
considering soil system as a whole. 
It  is  noteworthy  that  the  vegetation  cover  of  slag  dumps  which  are  good  prevention  for 
erosion and particle dispersion by wind, may not  always  be a good remediation  solution  for 
the dual  reason  of root exudation and possibly insufficient  metal  uptake  and/or toxic effects 
on  plants  growing  there  (Houben  et  al.,  2013;  Bunzl  et  al.,  2001).  Therefore,  potential 
counterbalance between metal mobilization by root exudates as well as accumulation dynamic 
and  capacity  of  plants  need  to  be  estimated.  Additionally,  the  factors  such  as  plant  species 
diversity,  the  growth  density  and  uptake  capacity  are  also  decisive.  Therefore,  all  these 
aspects should be considered when designing a remediation strategy for slag dumping sites.