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

FIGURE 7.9 Extraction yields achieved in the experiments with A. thiooxidans.  
(Filled bars: GM: growth medium, Pattern bars: GMB: growth medium with bacteria,  
PS: particle size, PD: pulp density) 

---

CHAPTER 7: COMPARISON OF Cu, Zn AND Fe BIOLEACHING FROM Cu-METALLURGICAL SLAGS IN THE 
PRESENCE OF PSEUDOMONAS FLUORESCENS AND ACIDITHIOBACILLUS THIOOXIDANS
 
 
221 
 
An  initial  pH  increase  may  be  due  to  H
+
  replacing  Fe
2+
  during  fayalite  dissolution  (Eq.  2) 
(Kleiv  &  Thornhill,  2006).  Furthermore,  hydrogen  ion  replacement  with  glass  constituents 
may have the same effect (Eq. 3). The continued decrease of solution pH may either be due 
to:  i)  microbial  S
0
  oxidation  and  consequent  formation  of  sulfuric  acid  (Eq.  1)  either  ii)  the 
dissolution of sulfides (Eq. 4). The formation of sulfuric acid hindered the neutralization input 
provided  by  the  silicates.  The  dissolution  features  on  fayalite,  glass  and  sulfides  were 
confirmed by SEM observations (Figure 7.6). 
 
(Fe
2+
)
2
SiO
4 
+ 4H
+ 
→ 2 Fe
2+ 
+ H
4
SiO
4 
 
 
Eq. 2 
– Si – O – M 
(glass)
 + H
+ 
↔ – Si – OH 
(glass) 
+ M
+
(aq) 
 
Eq. 3 
MeS
2
 + 7/2 O
2
 + H
2
O → Me
2+ 
+ 2 SO
4
2-
(aq)
 + 2 H
+  
 
Eq. 4 
 
The particle sizes of CS in the experiments with A. thiooxidans did not have any significant 
effect on the Fe extraction efficiencies as the quantities released were comparable and after 40 
days  the  extraction  efficiencies  were  72  %  (1  %  PD)  and  56  %  (3  %  PD)  for  1-2  mm  size 
material and 72 % (1 % PD) and 61 % (3 % PD) for < 0.3 mm size material (Figure 7.9). The 
trends observed for these metals might be attributed to the mineralogical composition of CS. 
As Cu is  mainly associated with  Cu-bearing sulfides (Potysz et  al.,  2016b), the reduction of 
the particle size undoubtedly favored the exposure of these phases to the bioleaching solution, 
whereas  larger  particle  sizes  and  subsequent  encapsulation  of  the  main  Cu-carriers  reduced 
Cu  leaching  (Carranza  et  al.,  2009).  The  slag  particle  size  may  have  little  effect  on  Fe 
leaching because the omnipresent Fe-bearing phases (i.e., fayalite and glass) have unrestricted 
exposure  to  the  bioleaching  solution.  A  similar  observation  was  made  by  Liu  et  al.  (2011) 
who reported lack of the effect of the particle size on Fe release from pyrite leached with  A. 
thiooxidans.  In  contrast,  particle  size  had  an  effect  on  Zn  leachability,  even  though  it  is 
mainly  present  as  an  impurity  of  fayalite  and  glass.  Zinc  impurities  reveal  an  irregular 
compositional  distribution  gradient  along  fayalite  and  glass  according  to  microprobe  data 
(Potysz  et  al.,  2016b).  Additionally,  Zn  occurs  as  wurtzite  ((Zn,Fe)S)  micro-inclusions 
distributed within bornite (Kierczak et al., 2013). Furthermore, some impurities of Zn are also 
incorporated in chalcopyrite and pyrrhotite (Potysz et al., 2016b). Hence, the reduction of the 
particle size renders accessibility of these minor sulfide components and Zn-enriched zones of 
fayalite and glass better and results in a higher liberation of Zn from smaller (< 0.3 mm) slag