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

 
 
FIGURE 4.6 Diagrams presenting relative values of leached metals versus pH (± 0.1). 
(HS: historical slag, SFS: shaft furnace slag, GS: granulated slag, LS: lead slag,  
pH “N”: natural sample’s pH) 

---

CHAPTER 4: CHARACTERIZATION AND pH-DEPENDENT LEACHING BEHAVIOUR OF HISTORICAL AND 
MODERN COPPER SLAGS
 
 
121 
 
4.5  DISCUSSION 
4.5.1  Bulk composition of copper slags 
Chemical  analyses  of  Cu-slags  discharged  in  two  different  periods  of  pyrometallurgical 
activities revealed that historical and modern slags display a different chemical composition. 
Bulk chemistry of slags varies from one type of slag to another (Table 4.1). Although modern 
slags  are  resulting
 
from  improved  industrial  processes,  they  still  contain  considerable
 
concentrations  of  metallic  elements,  unexpectedly  even  higher  than  those  observed  in 
historical  slags.  It  suggests  that  not  only  historical  slags,  but  also  those  originating  from 
nowadays  production  should  be  considered  as  substantial  waste  materials.  It  may  appear 
surprising  that  historical  slags  show  lower  concentrations  of  metallic  elements  compared  to 
those  issued  from  nowadays  processing.  Nevertheless,  it  does  not  have  to  mean  a  lower 
efficiency of nowadays processing. 
Modern  pyrometallurgical  industry  likely  generates  lesser  quantities  of  slags  compared  to 
historical  ones.  Therefore,  it  may  be  assumed  that  metallic  elements  unrecovered  during 
modern  processing  are  concentrated  in  wastes  giving  a  higher  metal  content,  whereas 
historical  slags  were  produced  in  larger  quantities  and  the  distribution  of  these  metallic 
compounds could have been dispersed in larger quantities of these materials giving their final 
lower  concentration.  Furthermore,  it  has  to  be  noticed  that  ores  mined  in  historical  times 
contained comparable Cu concentration (1.2-3.8%) to those mined nowadays (for the process 
where  the  investigated  slags  originate  from:  1.3-2.6%).  However,  modern  pyrometallurgy 
applies enriched concentrate (up to 30% of Cu) as the initial input to the process, whereas in 
historical times pyrometallurgical technology was not as much developed and ore was directly 
submitted  to  processing.  Therefore,  the  most  probable  reason  of  the  higher  metal 
concentration in modern slags is the fact of its higher content in the initial processing product. 
The bulk  chemistry of modern slags  distinctly  indicates them as  the materials  with  potential 
for  further  industrial  processing  such  as  metal  recovery  which  attracts  scientific  attention 
lately. 
The comparison of slags bulk chemistry with other previously examined copper slags is listed 
in  the  Table  4.7.  The  bulk  content  of  metallic  elements  in  HS  does  not  exceed  1%  for 
individual  elements,  whereas  previous  studies  demonstrated  that  metal  quantities  may  reach 
even up to 28.06 wt.% of Cu, 12.09 wt.% of Zn and 18.38 wt.% of Pb as shown in slags from 
Tsumeb in Namibia (Ettler et al., 2009). Furthermore, the GS and LS predominantly owe their 
high metal concentrations to their phase composition. 
The  lead  slag  is  an  exceptional  material  (mixture  of  matte  and  silicate  slag)  that  has
 
an
 
extremely  high  sulfide  content.  These  phases  are  considered  as  important  metal  carriers, 
hence the bulk concentration of metallic elements for this slag is also very high (Table  4.7). 

---

CHAPTER 4: CHARACTERIZATION AND pH-DEPENDENT LEACHING BEHAVIOUR OF HISTORICAL AND 
MODERN COPPER SLAGS
 
 
122 
 
Additionally, it has  to  be highlighted that volumetrically minor metallic  Pb was  found to  be 
the most important Pb carrier. Therefore, not only major phases, but also the minor ones have 
an important relation with the bulk chemistry of slags. The granulated slag has  a high metal 
content  due  to  the  presence  of  Cu-droplets  distributed  within  the  glass  and  important 
distribution  of  metals  in  glass  itself.  The  zinc  content  in  the  GS  is  almost  ten  times  lower 
compared to that in LS indicating sphalerite as the most important Zn carrier. Nevertheless, its 
concentration within glass and silicates may be also considered as significant.