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

 
 
Crystalline Cu-slag 
(CS) 
Granulated Cu-slag (GS) 
 
Bulk chemical composition 
 
Major compounds (wt.%) 
Si 
17.6 
15.2 
Fe 
35.5 
11.5 
Metalic elements (mg/kg) 
Cu 
5657 
11425 
Zn 
3962 
7810 
Pb 
111 
21135 
Structure 
crystalline 
Amorphous 
Mineral phases: (++ major, + minor, (+) traces) 

 
Fayalite (Fe
2+
2
SiO
4
) ++ 

 
Glass ++ 

 
Bornite (Cu
5
FeS
4
) + 

 
Chalcopyrite (CuFeS
2
) (+) 

 
Pyrrhotite (Fe
(x-1)
S) + 

 
Glass ++ 

 
Metallic Cu-droplets + 
 
 
6.2.2  Experimental approach 
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  sulphate  ((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 

---

CHAPTER 6: BACTERIALLY MEDIATED WEATHERING OF CRYSTALLINE AND AMORPHOUS Cu-SLAGS
 
170 
 
handling was performed under sterile conditions.  Experiments were carried out in triplicates 
except slag-free treatment which was not replicated.