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

48 h 
RDS 
72 h 
RDS 
168 h 
RDS 
960 h 
RDS 
ARE (pH 2.9) 
214.7 
(±18.9) 
326.2 
(±4.7) 
357.3 
(±63.2) 
468.1 
(±99.5) 
803.1 
(± 226.0) 
ARE (pH 4.4) 
83.7 
(± 1.5) 
147.2 
(±13.5) 
184.4 
(±4.5) 
203.0 
(±6.0) 
302.0 
(± 10.1) 
HA (pH 4.4) 
41.9 
(± 2.5) 
42.5 
(±4.3) 
45.2 
(±0.9) 
61.9 
(±13.4) 
126.7 
(± 4.6) 
FA (pH 4.4) 
55.4 
(± 15.9) 
47.2 
(±4.6) 
47.2 
(±1.1) 
59.0 
(±2.4) 
130.0 
(± 22.4) 
UPW  
(pH 5.6) 
37.5 
(± 2.5) 
49.5 
(±9.6) 
35.4 
(±4.5) 
37.0 
(±1.8) 
97.7 
(± 3.9) 
Zn 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ARE (pH 2.9) 
118.6 
(± 7.1) 
122.8 
(±3.8) 
119.0 
(±5.0) 
120.4 
(±3.0) 
79.6 
(± 18.0) 
ARE (pH 4.4) 
61.5 
(± 0.5) 
61.3 
(±3.0) 
67.8 
(±1.5) 
75.6 
(±4.5) 
90.3 
(± 0.4) 
HA (pH 4.4) 
7.6 
(± 0.8) 
8.3 
(±0.5) 
9.3 
(±2.1) 
11.1 
(±2.5) 
13.7 
(± 0.7) 
FA (pH 4.4) 
9.3 
(± 2.8) 
8.6 
(±0.6) 
11.9 
(±2.4) 
9.5 
(±0.5) 
11.7 
(± 1.3) 
UPW  
(pH 5.6) 
7.8 
(± 0.4) 
12.1 
(±2.8) 
8.9 
(±1.2) 
8.8 
(±0.4) 
14.0 
(± 1.5) 
Pb 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ARE (pH 2.9) 
11.6 
(± 0.5) 
13.9 
(±0.7) 
13.4 
(±1.3) 
15.6 
(±1.6) 
23.0 
(± 5.8) 
ARE (pH 4.4) 
4.00 
(± 0.02) 
4.9 
(±0.7) 
3.85 
(±0) 
2.15 
(±0) 
4.00 
(± 0.1) 
HA (pH 4.4) 
0.02 
(± 0.01) 
0.06 
(±0.06) 
0.02 
(±0.02) 
0.03 
(±0.01) 
0.02 
(± 0.00) 
FA (pH 4.4) 
0.09 
(± 0.04) 
0.04 
(±0.01) 
0.36 
(±0.16) 
0.02 
(±0.00) 
0.08 
(± 0.02) 
UPW  
(pH 5.6) 
0.04 
(± 0.01) 
0.05 
(±0.02) 
0.03 
(±0.03) 
0.01 
(±0.00) 
0.2 
(± 0.1) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SFS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Cu 
24 h 
RDS 
48 h 
RDS 
72 h 
RDS 
168 h 
RDS 
960 h 
RDS 
ARE (pH 2.9) 
300.2 
(± 32.9) 
416.6 
(±28.9) 
541.8 
(±43.1) 
693.5 
(±8.7) 
810.2 
(± 120.5) 
ARE (pH 4.4) 
90.5 
(± 0.8) 
137.8 
(±3.1) 
141.2 
(±7.1) 
149.9 
(±2.4) 
219.4 
(±4.0) 
HA (pH 4.4) 
1.9 
(± 0.4) 
2.0 
(±0.2) 
1.9 
(±0.5) 
2.0 
(±0.3) 
1.2 
(± 0.1) 
FA (pH 4.4) 
1.7 
(± 0.2) 
1.4 
(±0.3) 
2.0 
(±0.3) 
1.7 
(±0.2) 
0.8 
(± 0.2) 
UPW 
 (pH 5.6) 
0.1 
(± 0.0) 
0.2 
(±0.0) 
0.2 
(±0.1) 
0.1 
(±0.0) 
0.7 
(± 0.3) 
Zn 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ARE (pH 2.9) 
533.5 
(± 19.0) 
535.7 
(±29.7) 
587.7 
(±39.8) 
584.0 
(±18.6) 
485.6 
(± 82.1) 
ARE (pH 4.4) 
224.4 
(± 14.4) 
277.4 
(±0) 
292.7 
(±0) 
332.5 
(±7.2) 
245.4 
(± 8.9) 
HA (pH 4.4) 
0.6 
(± 0.2) 
0.7 
(±0.1) 
0.5 
(±0.2) 
0.4 
(±0.1) 
0.4 
(± 0.1) 
FA (pH 4.4) 
0.6 
(± 0.1) 
0.5 
(±0.2) 
1.7 
(±0.8) 
0.6 
(±0.1) 
0.2 
(± 0.1) 
UPW  
(pH 5.6) 
0.0 
(± 0.0) 
0.07 
(±0.03) 
0.09 
(±0.03) 
0.15 
(±0.02) 
0.2 
(± 0.04) 
Pb 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ARE (pH 2.9) 
712.0 
(± 67.5) 
740.6 
(±37.7) 
756.2 
(±48.3) 
629.6 
(±13.0) 
525.7 
(± 85.7) 
ARE (pH 4.4) 
477.3 
(± 0.0) 
491.7 
(±0.0) 
492.0 
(±15.7) 
481.7 
(±39.2) 
290.6 
(± 3.5) 
HA (pH 4.4) 
4.6 
(± 1.5) 
5.6 
(±0.7) 
5.2 
(±2.6) 
3.3 
(±0.9) 
3.6 
(± 0.6) 
FA (pH 4.4) 
5.2 
(± 0.5) 
3.8 
(±0.8) 
3.6 
(±0.9) 
5.3 
(±0.7) 
1.8 
(± 0.7) 
UPW  
(pH 5.6) 
0.3 
(± 0.0) 
0.5 
(±0.0) 
0.3 
(±0.1) 
0.3 
(±0.0) 
0.7 
(± 0.2) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
GS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Cu 
24 h 
RDS 
48 h 
RDS 
72 h 
RDS 
168 h 
RDS 
960 h 
RDS 
ARE (pH 2.9) 
2127.9 
(± 44.1) 
2345.8 
(±17.3) 
2298.6 
(±0.3) 
2526.6 
(±21.8) 
2728.7 
(± 931.5) 
ARE (pH 4.4) 
1387.2 
(± 28.8) 
1495.3 
(±43.3) 
1595.3 
(±79.3) 
1717.2 
(±36.1) 
1919.6 
(± 7.2) 
HA (pH 4.4) 
9.0 
(± 1.3) 
9.4 
(±0.4) 
10.1 
(±0.6) 
10.8 
(±0.8) 
13.6 
(± 0.1) 
FA (pH 4.4) 
5.6 
(± 1.3) 
7.8 
(±0.8) 
9.9 
(±1.5) 
9.0 
(±2.0) 
6.6 
(± 2.5) 
UPW  
(pH 5.6) 
2.2 
(±0.2) 
0.6 
(±0.1) 
0.4 
(±0.0) 
0.5 
(±0.1) 
2.1 
(± 0.1) 
Zn 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ARE (pH 2.9) 
646.5 
(± 16.9) 
705.8 
(±33.2) 
683.6 
(±3.3) 
730.1 
(±6.9) 
910.4 
(± 51.3) 
ARE (pH 4.4) 
260.1 
(± 7.2) 
270.8 
(±14.4) 
300.4 
(±7.2) 
325.4 
(±7.2) 
391.2 
(± 10.0) 
HA (pH 4.4) 
0.5 
(± 0.3) 
1.3 
(±0.6) 
0.5 
(±0.1) 
0.7 
(±0.2) 
1.0 
(± 0.4) 
FA (pH 4.4) 
0.5 
(± 0.1) 
0.6 
(±0.1) 
2.0 
(±0.3) 
0.6 
(±0.2) 
0.5 
(± 0.2) 
UPW  
(pH 5.6) 
0.00 
(± 0.0) 
0.00 
(± 0.0) 
0.2 
(±0.2)
 
0.2 
(±0.1) 
0.2 
(± 0.01) 

---

CHAPTER 5: METAL MOBILIZATION FROM Cu-SLAGS BY SOIL ORGANIC ACIDS
 
 
147 
 
Pb 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ARE (pH 2.9) 
1021.9 
(± 76.4) 
979.4 
(±26.5) 
875.4 
(±45.7) 
822.0 
(±14.1) 
2505.9 
(± 292.0) 
ARE (pH 4.4) 
508.8 
(± 0.9) 
527.9 
(±15.0) 
554.4 
(±15.0) 
568.2 
(±30.0) 
580.1 
(± 20.0) 
HA (pH 4.4) 
1.0 
(± 0.2) 
1.4 
(±0.1) 
0.6 
(±0.0) 
0.9 
(±0.1) 
1.0 
(± 0.3) 
FA (pH 4.4) 
1.0 
(± 0.2) 
1.5 
(±0.2) 
1.1 
(±0.1) 
1.2 
(±0.1) 
0.5 
(± 0.1) 
UPW  
(pH 5.6) 
0.1 
(± 0.02) 
0.05 
(±0.00) 
0.03 
(±0.00) 
0.15 
(±0.10) 
0.1 
(± 0.0) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Cu 
24 h 
RDS 
48 h 
RDS 
72 h 
RDS 
168 h 
RDS 
960 h 
RDS 
ARE (pH 2.9) 
7.8 
(±1.3) 
14.5 
(±2.4) 
16.8 
(±1.1) 
42.5 
(±4.3) 
565.0 
(± 13.0) 
ARE (pH 4.4) 
6.7 
(±0.8) 
9.2 
(±0.2) 
10.8 
(±1.0) 
34.7 
(±6.0) 
172.0 
(±10.0) 
HA (pH 4.4) 
0.07 
(±0.02) 
0.07 
(±0.01) 
0.13 
(±0.09) 
0.15 
(±0.00) 
0.11 
(± 0.02) 
FA (pH 4.4) 
0.04 
(±0.02) 
0.04 
(±0.02) 
0.12 
(±0.03) 
0.20 
(±0.19) 
0.32 
(± 0.18) 
UPW  
(pH 5.6) 
0.08 
(±0.03) 
0.1 
(±0.02) 
0.1 
(±0.0) 
0.5 
(±0.02) 
0.80 
(± 0.1) 
Zn 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ARE (pH 2.9) 
2767.4 
(± 41.5) 
3700.7 
(±26.4) 
3932.7 
(±137.0) 
11825.5 
(±1459.3) 
6462.3 
(± 154.1) 
ARE (pH 4.4) 
1307.1 
(± 70.7) 
1345.0 
(±20.2) 
1430.7 
(±30.3) 
1470.0 
(±20.2) 
1537.1 
(±10.4) 
HA (pH 4.4) 
692.1 
(± 51.5) 
544.0 
(±12.1) 
488.8 
(±25.4) 
445.7 
(±42.0) 
1329.9 
(± 454.9) 
FA (pH 4.4) 
2243.5 
(±177.5)  573.9 
(±19.3) 
494.8 
(±18.3) 
704.9 
(±115.5) 
1032.5 
(± 184.5) 
UPW  
(pH 5.6) 
413.5 
(± 37.5) 
1015.0 
(±136.4) 
581.8 
(±25.4) 
744.0 
(±54.8) 
926.5 
(± 457.5) 
Pb 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ARE (pH 2.9) 
4391.6 
(±187.6)  5631.9  (±50.1) 
7735.9 
(±216.4)  11529.4  (±1239.1)  5323.6  (± 1031.7) 
ARE (pH 4.4) 
2500.0 
(±505.1)  3821.4  (±202.0)  4321.4  (±0.0) 
4835.7 
(±202.0) 
5721.4 
(± 101.0) 
HA (pH 4.4) 
168.3 
(± 6.6) 
85.7 
(±0.2) 
82.2 
(±7.2) 
67.0 
(±7.1) 
62.3 
(± 4.8) 
FA (pH 4.4) 
514.7 
(± 146) 
85.0 
(±5.1) 
64.4 
(±6.9) 
70.8 
(±14.0) 
57.9 
(± 1.4) 
UPW  
(pH 5.6) 
42.6 
(± 5.2) 
96.5 
(±22.4) 
54.9 
(±3.9) 
53.8 
(±2.7) 
40.3 
(± 10.2) 

---

CHAPTER 5: METAL MOBILIZATION FROM Cu-SLAGS BY SOIL ORGANIC ACIDS
 
 
148 
 
5.3.3  SEM observations 
5.3.3.1  Weathering with artificial root exudates 
Historical slag immersed in the ARE solution was found to have erosion features on fayalite 
and glass (Figure 5.5 A1) as well as important changes on sulfides structures (Figure 5.5 A2). 
Alteration  of  fayalite  was  similar  to  previously  observed  microbial  dissolution  (Chapter  5: 
Potysz  et  al.,  2016b).  The  changes  associated  with  exposure  of  SFS  to  the  ARE  solution 
mainly resulted in the presence of glass alteration (Figure 5.5 B1) and dissolution of sulfides 
(Figure 5.5 B2), however to lesser extend as compared to HS. The alterations noted on the GS 
surface  were  principally  present  in  the  form  of  glass  fractures  and  removal  of  Cu-blebs 
present in glass (Figure 5.5 C1 and 5.5 C2). Weathering signatures similar to those were also 
observed in our previous study considering abiotic and biotic alterations (Chapter 5: Potysz et 
al.,  2015b).  Lead  slag  immersed  in  the  ARE  solution  was  found  to  exhibit  disruption  of 
gathered sulfide groups, especially sphalerite and pyrrhotite (Figure 5.5 D1 and 5.5 D2).