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

TABLE 8.1 Cu uptake capacity of plants (aboveground biomass) growing on different 
contaminated sites around the world (A review). 
Plant 
Site location 
Cu 
accumulation 
Capacity 
Reference 
Minuartia verna 
Könnern 
GERMANY 
1074 mg/kg 
Ernst (1974) 
Stachys coccinnea 
Zacatecas 
MEXICO 
112 mg/kg 
González & González-Chávez 
(2006) 
Acalypha cupricola 
Crepidorhopalon 
Perennis 
Vigna dolomitica 
Vernonia petersii 
Upper-Katanga 
REPUBLIC OF CONGO 
>1000 mg/kg 
or ~1000 mg/kg 
Faucon et al. (2007) 
Convolvulus arvensis 
 
Laboratory conditions 
560 mg/kg 
Gardea-Torresdey et al. 
(2004) 
Polypogon fugax 
Sarcheshmeh 
IRAN 
4012 mg/kg 
Ghaderian et al. (2012) 
Acorus calamus 
Typha angustifolia 
Eleocharis valleculosa 
Phalaris arundinacea 
Leersia hexandra 
Hubei, Guangdong and 
Hunan Provinces 
CHINA 
<100 mg/kg 
 
~100 mg/kg- 
 
>160 mg/kg 
Deng et al. (2004) 
Lavandula dentata 
South MAROCCO 
125 mg/kg 
Boularbah et al. (2006) 
Tamarix sp. 
Cartagena–La Unión mining 
district  
SPAIN 
~11 mg/kg 
Conesa et al. (2003) 
Eriophorum 
angustifolium 
Boliden 
mine site SWEDEN 
22.6 mg/kg 
Stoltz & Greger (2002) 
Silene cucubalus 
Salzburg 
AUSTRIA 
722 mg/kg 
Wenzel & Jockwer (1999) 
Arundinella 
yunnanensis 
Lanping lead–zinc mine area, 
CHINA 
61.7 mg/kg 
Yanqun (2004) 
Paspalum notatum 
Gentiana pennelliana 
Rubus fruticosus 
Solidago altissima
 
FLORIDA 
352 mg/kg 
200 mg/kg 
265 mg/kg 
241 mg/kg 
Yoon et al. (2006) 
 

---

CHAPTER 8: GENERAL DISCUSSION AND PERSPECTIVES
 
 
242 
 
8.3.3  Bio-weathering 
Microorganisms are recognized to be a factor playing an important role in the rock weathering 
processes (Gadd, 2010). Since mineral phases of slag are the synthetic equivalents of naturally 
formed minerals, the bio-weathering is likely to occur at dumping sites. Microbial proximity 
of slags might therefore impact their stability and related metal mobility. It has already been 
shown  that  the  presence  of  bacteria  plays  a  role  in  slag  alteration  (Yin  et  al.,  2014a;  
van Hullebusch et al., 2015; Potysz et al., 2016a). However, there are still many questions that 
remain to be answered. The effect of different bacteria/fungi species and their effect in multi 
species  combination  is  needed  to  see  how  bioweathering  proceeds  in  a  more  complex 
environment.  
The study  concerning slag bio-weathering was  undertaken in  order to  compare behaviour of 
two  wastes  exhibiting  different  chemical  and  textural  properties  in  the  presence  of  bacteria 
(Chapter  6).  The  key  research  objectives  addressed  in  this  work  referred  to  mineral  phases 
that  can  be  altered  by  bacteria  as  well  as  mobility  of  metals  in  such  set-up.  Besides,  metal 
mobilization,  metal  up-take  capacity  of  bacterial  biomass  has  also  been  taken  into 
consideration.. 
The results  of this  part of the dissertation provide notable information  about  contribution  of 
bacteria to slag weathering and related metal release. An exposure of slags to bacteria resulted 
in  mobilization  of  up  to  9.1  wt.  %  of  Cu  from  crystalline  slag,  while  the  amount  of  metals 
leached  out  from  granulated  slag  did  not  exceed  1.6  wt.  %.  Chemical  composition  of  the 
leachates coupled with mineralogical studies demonstrated that metal accommodating phases 
such as sulfides are more susceptible to dissolution than intermetallic phases of GS. However, 
when comparing general behavior of these two slags, it is evident that granulated amorphous 
slag  is  more  susceptible  to  weathering  than  crystalline  slag.  That  is  because  glass  being  the 
principal  component  of  GS  weathers  easier  than  major  phases  of  CS  (fayalite  and  glass). 
Furthermore,  an  interesting  outcome  of  this  study  is  the  presence  of  alteration  zones  on 
fayalite  whose  dissolution  was  exclusively  driven  by  the  presence  of  bacteria.  Fundamental 
findings from this work are presented in Figure 8.8.  
 
The perspectives arising from this part of the thesis include following aspects: 
1) Contribution of different bacteria species or its evaluation in multi-species combination 
2) Size exclusion chromatography could be applied for extracellular molecules separation and 
elements binding when coupled with ICP-MS (on-going).  
3) Transmission electron microscopy (TEM) could  be useful for determination of secondary 
phases predicted by Visual MinteQ model.  
 

---

CHAPTER 8: GENERAL DISCUSSION AND PERSPECTIVES
 
 
243