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

TABLE 4.2 Primary (formed during slag solidification) phases identified in the studied slags. 
Name 
Formula 
HS 
SFS 
GS 
LS 
Glass and synthetic equivalents of silicates 
Interstitial glass
a 
 
++ (n=13) 
++ (n=22) 
++ (n=29) 
+ (n=10) 
Surface glass
a 
 
- 
++ (n=20) 
 
 
Pyroxene (diopside)
a,
 
b 
CaMgSi
2
O
6
 
- 
++ (n=9) 
- 
- 
Olivine (fayalite)
 a,
 
b  
Fe
2+
2
SiO
4
 
++ (n=21) 
- 
- 
+ (n=9) 
 
 
 
 
 
 
Sulfides and intermetallic compounds 
Bornite
a 
Cu
5
FeS
4
 
+ (n=10) 
+ (n=13) 
- 
+ (n=16) 
Chalcopyrite
 a
 
CuFeS
2
 
(+)(n=10) 
(+)(n=6) 
- 
+ (n=27) 
Pyrrhotite
 a
 
Fe
(1-X)
S 
+ (n=13) 
- 
- 
+ (n=3) 
Sphalerite 
(marmatite)
a, b
 
(Zn,Fe)S 
- 
+ (n=5) 
- 
++ (n=17) 
Metallic Cu
 a, b
 
 
- 
- 
+ (n=6) 
- 
Metallic Pb
 a
 
 
 
 
 
+ (n=4) 
 
 
 
 
 
 
Oxides 
 
 
 
 
 
Spinel (hercynite)
a 
Fe
2+
Al
2
O
4
 
- 
- 
(+) (n=2) 
- 
++  -  major,  +  -  minor,  (+)  –  traces, 
a
  –  phases  inferred  on  the  basis  of  SEM-EDS  and  microprobe  analyses, 
b
-  phases 
identified by XRD, n- number of chemical analyses 
(HS: historical slag; SFS: shaft furnace slag, GS: granulated slag, LS: lead slag) 
 
4.4.3.2  Chemical composition of slag phases  
4.4.3.2.1  Silicates 
Glass 
Silicate glass is found to be an ubiquitous phase in HS, SFS and GS, whereas it is present in 
much  lower  quantities  in  LS.  A  variability  of  chemical  composition  of  glass  is  presented  in 
Table 4.3. The glass displays a common chemistry observed for silicate phases and it mainly 
contains SiO
2
, FeO and Al
2
O
3
. It is also composed of various alkali compounds such as CaO, 
MgO,  Na
2
O  and  K
2
O  and  demonstrates  significant  distribution  of  metallic  elements  such  as 
ZnO, CuO and PbO (Table 4.3). 
Chemical components of glass present in HS and LS achieve comparable average quantities, 
however  a  slightly  higher  content  of  K
2
O  and  lower  content  of  CaO  is  observed  in  HS 
compared  to  LS.  The  glasses  in  SFS  and  GS  are  impoverished  in  FeO  and  richer  in  CaO 
relative  to  HS  and  LS  (Table  4.3).  The  SFS  contains  two  types  of  glass:  a  surface  and  an 
interstitial one. These types of glass display slightly a different composition, however both of 
them 
contain 
compounds 
with 
the 
following 
relations 
of 
concentrations: 
Si>>Ca>Al>Fe>Mg>K>Na  (Table  4.3).  The  proportions  of  metallic  components  in  glasses 
vary  from  one  slag  to  another.  The  glass  in  GS  contains  even  up  to:  4.77  wt.%  of  Pb,  3.70 
wt.% of Cu and 1.90 wt.% of Zn. Although glasses in other slags (HS, SFS, LS) reach average 
metals  content  one  order  of  magnitude  lower,  they  should  be  considered  as  important  metal 
carriers as well. 

---

CHAPTER 4: CHARACTERIZATION AND pH-DEPENDENT LEACHING BEHAVIOUR OF HISTORICAL AND MODERN COPPER SLAGS
 
 
112