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

8.4.3  Chemical leaching and metal recovery: opportunities and limitations 
Chemical leaching (Figure 8.10) is surely feasible for extracting metals from slags. Based on 
literature  review  it  has  been  already  shown  that  various  leaching  agents  can  extract  metals 
efficiently whereby sulfuric acid has been one of the most frequently used (review: Potysz et 
al.,  2015  and  references  therein).  In  spite  of  being  unrivalled  in  its  leaching  duration 
compared  to  biological  leaching,  there  are  many  obstacles  that  can  be  a  limiting  factors  for 
technology development. Since the principal components of most Cu-slag are silicate phases 
(e.g.  olivine,  pyroxene,  glass),  the  content  of  Si  is  definitely  expected  to  be  high.  As 
mentioned above, that might bring an important limitation of silica gel formation which can 
entrap metals leached out (Anand et al., 1983; Banza et al., 2002; Deng & Ling, 2007; Yang 
et  al.,  2010).  Some  effort  have  been  devoted  to  overcome  this  problem,  therefore  a  main 
perspective arising from chemical treatment is silica removal from the leachate. An interesting 
approach  would  be  to  develop  combined  high  pressure  and  high  temperature  sulfuric  acid 
leaching. As noted by He et al. (2010), sulfuric acid coupled with air pressure supply allows 
to form dehydrated SiO
2 
instead of silica gel. Additional output of this approach is minimizing 
Fe extraction (Anand et al., 1983; Banza et al., 2002) which might be a challenging factor in 
the  metal  (e.g.  Cu)  separation  from  the  leachate.  Microwave  assisted  leaching  has  recently 
been  proposed  as  the  technology  which  could  improve  the  extraction  efficiency  in  terms  of 
time  needed  for  treatment  as  well  as  the  metal  gain  (Al-Harahsheh  &  Kingman,  2004). 
Furthermore,  selective  leaching  could  also  be  applied  depending  on  slag  composition.  For 
example, Yin et al. (2014b) have recently proposed magnetic separation following leaching as 
the  method  for  selective  Cu  ad  Co  recovery.  Nevertheless,  the  main  prerequisite  of  such  an 
approach  is  the  presence  of  metals  of  interest  in  the  minerals  displaying  different  magnetic 
properties.  
The next challenging aspect in chemical approach is separation of the metals. There are many 
methods  to  be  implemented  depending  on  metal  targeted  and  impurities  present.  The  main 
possibilities are precipitation, electrochemical treatment and biosoprtion, each of them with its 
own advantages and limitations. Chemical approach could be based on hydrogen sulfide use, 
while biologically produced compound is also of possible application (Alvarez et  al., 2007). 
This technology enables generation of metal bearing (sulfide) final product in form usable for 
further  treatment.  Sulfide  precipitation  embraces  number  of  parameters  which  affect  the 
efficiency and purity of the precipitate. Those include: reagent dosage as well as optimal pH 
which  are  the  very  important  variables  whose  appropriate  combination  ensures  successful 
recovery  (Lewis,  2010).  Moreover,  the  competition  effect  in  polymetallic  leachate  is  also 
likely  to  happen.  Therefore,  the  interference  between  the  desired  metal  and  other 
accompanying  elements  (competition  effect)  in  the  leachate  is  challenging  to  overcome. 
Copper  has  been  found  to  be  one  the  most  difficult  metals  targeted  to  become  precipitate. 
That  is  because  of  formation  of  intermediate  species.  However,  achievement  of  amorphous 

---

CHAPTER 8: GENERAL DISCUSSION AND PERSPECTIVES
 
 
251 
 
precipitate and further aging can lead to formation of crystalline product with the composition 
approximated  to  this  of  traditionally/naturally  formed  sulfides  such  as  e.g.  covellite.  This 
approach also displays many advantages such as fast precipitation rate, low solubility of final 
precipitate as well as selectivity of the method (Lewis, 2010). Electrowinning is a method at 
which metal of interest is deposed on cathode. In some cases possible solution pretreatment at 
which interfering metal is removed by cementation, solvent extraction or ion exchange might 
be needed. Cation exchange resins (CER) have found their foremost application in wastewater 
treatment  (Dabrowski  et  al.,  2004).  Nevertheless  the  good  performance  of  this  method 
towards  metal  removal  from  liquid  solution  makes  it  appealing  to  use  CER  for  leachates 
purification. Chemical methods have already been well investigated and reviewed and clearly 
indicate feasibility of selective copper recovery by means of chemical treatment. However, in 
regards of environmental-friendly concept, biological metal  recovery approach would be the 
most  desired.  Biosorption  is  a  “green”  recovery  method  of  removal  metals  from  aqueous 
solutions.  Wide  variety  of  biosorbens  might  be  used  for  metal  separation  and  display  an 
ability  to  uptake  metals  due  to  their  physiological  functions.  The  uptake  pathways  utilized 
include adsorption, ion exchange, complexation and chelation. Biomass that can be employed 
includes algae, bacteria and fungi, however the extent of uptake varies from one biosorbent to 
another and does also depend on competition effect caused by the presence of other metal ions 
in the solution (Vijayaraghavan & Balasubramanian, 2015). The studies concerning efficiency 
of individual biosorbents mostly focus on artificial leachates that has been indicated as one of 
the  major  challenges  on  development  of  the  process.  However,  as  mentioned  leachate  from 
slag treatment  contains  many other  elements,  some of them lacking biological  functions but 
entering  the  sorption  system.  The  presence  of  anions  which  exhibit  complexing  ability 
towards metals  and consequently decreasing their affinity to  biosorbent  itself may also  limit 
the  process  efficiency.  Another  imperative  aspect  to  be  taken  into  consideration  is 
regeneration  of  biomass  that  decreases  significantly  the  operational  cost  (Vijayaraghavan  & 
Balasubramanian, 2015;  Robalds et al., 2016). Combining both, bioleaching and biosorption 
would  be  the  most  desired  approach  of  fully  friendly  specificity.  However,  there  are  still 
many  steps  forward  to  improve  the  processes  designs  that  would  ensure  entirely  successful 
copper recovery under economically viable conditions.  
 
According to the data collected during this PhD work slags exhibited good leachability under 
exposure  to  nitric  acid  (Chapter  4;  Potysz  et  al.,  2016b).  Other  chemical  treatment  such  as 
metal  extraction  with  sulfuric  acid  could  be  even  more  efficient  due  to  higher  corrosion 
property  of  this  extractant.  Moreover,  extraction  kinetic  could  be  investigated  in  order  to 
optimize  the  time  needed  for  efficient  leaching.  As  formation  of  silica  gel  was  evident  for 
granulated slag, a combination of sulfuric acid with oxidant (e.g. hydrogen peroxide) could be 
interesting for Cu leaching from this slag. Furthermore, a high Fe
2
O
3
 content (up to 51 wt.%) 
also indicates the perspective of Fe recovery from such materials.  

---

CHAPTER 8: GENERAL DISCUSSION AND PERSPECTIVES
 
 
252