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

particles.  
 
The results of this study, metal  extraction from  AS  was accomplished using larger size slag 
(1-2  mm)  and  1  %  pulp  density.  Optimal  conditions  for  AS  were  found  to  be  at  1  %  pulp 
density. The metal leaching yield accomplished after 21 days was: 81 % (Cu) and 79 % (Zn) 
(Figure  7.9).  When  bioleaching  was  extended  up  to  40  days,  a  somewhat  higher  extraction 

---

CHAPTER 7: COMPARISON OF Cu, Zn AND Fe BIOLEACHING FROM Cu-METALLURGICAL SLAGS IN THE 
PRESENCE OF PSEUDOMONAS FLUORESCENS AND ACIDITHIOBACILLUS THIOOXIDANS
 
 
222 
 
efficiency (87.5 %) was achieved for Cu and almost the same (70 %) for Zn. The extraction 
yield gained for smaller-sized slags of AS did not exceed 48 % for Cu and Zn. As the leaching 
trends obtained for particle sizes < 0.3 mm did not reach steady state, further extension of the 
processing  time  could  improve  the  removal  of  metals  from  slag.  Similarly  to  CS,  Fe 
solubilization presented a steep increase throughout all experiments with smaller (< 0.3 mm) 
and larger (1-2 mm) particles at 1 % pulp density, mainly due to its liberation from the glass 
matrix. 
In the case of AS, a smaller particle size, which would be expected to give a greater extraction 
efficiency,  showed  an  adverse  effect  on  Cu  and  Zn  leaching.  The  reason  for  this  behaviour 
might  be  the  pH  trend  which  dropped  to  lower  pH  for  particle  sizes  1-2  mm  (pH  0.8)  as 
compared  to  smaller  particle  sizes  <  0.3  mm  (pH  3.2).  A  possible  explanation  is  that  the 
neutralizing  potential  of  the  larger-sized  slag  was  lower  than  in  batches  with  smaller-sized 
fractions  (Male  et  al.,  1997).  Moreover,  higher  pulp  density  has  a  greater  neutralizing 
potential  (Chen  et  al.,  2001).  Nevertheless,  the  1-2  mm  particles  at  a  3  %  pulp  density 
revealed a lower efficiency than those of < 0.3 mm despite the initially lower pH values. The 
final  higher  pH  achieved  in  the  batch  incubations  with  AS  of  <  0.3 mm  particle  size  would 
imply that both the neutralizing potential of the material and a higher solid content (3 %) had 
an  effect  on  the  bioleaching  efficiency.  Those  parameters  thus  inhibited  the  bioleaching 
performance  or  at  least  extended  the  time  required  by  A.  thiooxidans  for  sulfuric  acid 
production (Chen et al., 2001).  
The better performance of A. thiooxidans in the experiments carried out with CS suggests that 
sulfides present in its structure served as an additional sulfur source for bacteria (Eq. 5  - 7). 
This  is  supported  by  the  observation  that  AS  lacking  this  element  did  not  support  bacterial 
growth.  As  demonstrated  by  Bevilaqua  et  al.  (2002),  A.  thiooxidans  cannot  perform  the 
leaching  process  efficiently  when  it  is  devoid  of  sulfur  source,  hence  sulfides  could  be  an 
additional  complementary  energy  source  in  CS  bioleaching.  Male  et  al.  (1997)  also 
emphasized that the slag itself may serve as an energy substrate for microbial growth. These 
authors  demonstrated  that  medium  lacking  an  electron  donor,  but  supplemented  with  slag, 
allowed bacterial cultures of Acidithiobacillus sp. to proliferate (Male et al., 1997). 
 
MS + H
2
SO
4
 + 0.5 O
2 
→ MSO
4 
+ S + H
2
O    
Eq. 5 
 
Extraction  allows  the  removal  of  metals  that  renders  slags  less  toxic.  Moreover,  such  an 
approach  could  partially satisfy market  demand  on metals  which would  be otherwise lost in 
the  slags.  Smaller  particle  sizes  of  the  AS  led  to  a  rapid  increase  of  solution  pH  and  this 
problem  should  be  addressed  in  the  optimization  of  the  process.  This  could  be  achieved  by 
starting  the  bioleaching  process  at  a  much  lower  pH  (<  2.5)  and  allowing  the  material  to 
neutralize  to  a  pre-set  pH  until  the  slag  neutralizing  capacity  is  exhausted  and  the  desired 
value  of  3.5  to  4.0  (optimal  conditions  for  A.  thiooxidans)  is  achieved.  Bacteria  could  be 

---

CHAPTER 7: COMPARISON OF Cu, Zn AND Fe BIOLEACHING FROM Cu-METALLURGICAL SLAGS IN THE 
PRESENCE OF PSEUDOMONAS FLUORESCENS AND ACIDITHIOBACILLUS THIOOXIDANS
 
 
223 
 
introduced to the reactor as soon as these conditions are met during operation. From a process 
intensification  viewpoint,  optimizing  parameters  such  as  sulfur  addition,  inoculum  volume 
and pulp density could certainly improve the efficiency of CS bioleaching. Moreover, reduced 
particle size (far below 0.3 mm) could also be a favorable factor in the case of CS. 
Mixing  the  bacterial  culture  (A.  thiooxidans)  together  with  Fe-oxidizing acidophiles  such  as 
A.  ferrooxidans  is  not  recommended  for  the  improvement  of  bioleaching.  According  to 
literature reports, mixed cultures of bacteria do not show better performance as compared to 
pure  cultures  if  the  process  conditions  are  not  properly  adjusted  (Donati  et  al.,  1995).  As 
evidenced by Santelli et al. (2001), Fe oxidizing bacteria may suppress the dissolution of Fe-
silicates such as fayalite. The suppression can presumably be due to the supersaturation of Fe 
with respect to secondary phases, subsequently forming a passivation layer and inhibiting the 
surface area of the minerals  exposed to  the leaching solution  as  well as  re-adsorption  of the 
released metals.