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

2.3.1.1  Primary phases 
Literature  focused  on  copper  slags  abounds  with  results  of  mineralogical  analyses  that 
revealed the most frequently present phases within Cu-slags. Fayalite and silicate glass are the 
most  identified  silicate  phases  and  represent  volumetrically  major  compounds  of  the 
materials.  Pure  crystals  of  fayalite  (Fe
2
SiO
4
)  correspond  to  the  composition  of  FeO  70.51% 

---

CHAPTER 2: COPPER METALLURGICLA SLAGS- CURRENT KNOWLEDGE AND FATE:  
A REVIEW
 
 
24 
 
and SiO
2
 29.49% (Table 2.1) (Mihailova & Mehandjiev, 2010). Apart from fayalite, olivine-
group phases with the composition corresponding to kirschsteinite (CaFe
2+
SiO
4
) and forsterite 
(Mg
2
SiO
4
)  are  also  often  observed  (Manasse  et  al.,  2001;  Manasse  &  Mellini,  2002; 
Lottermoser, 2002; Piatak et al., 2004; Vítková et al., 2010; Mateus et al., 2011). Other phases 
representing  pyroxene  group  minerals  such  as  hedenbergite  (CaFeSi
2
O
6
)  and  diopside 
(FeCaSi
2
O
6
) are commonly found in Cu-slags (Manasse et al., 2001; Lottermoser, 2002; Sāez 
et al., 2003; Vítková et al., 2010; Mateus et al., 2011; Piatak, 2015). Melilite ((Ca, Na)
2
(Al, 
Mg,  Fe
2+
)(Si,  Al)
2
O
7
)  and  willemite  (Zn
2
SiO
4
)  represent  fairly  common  silicates 
(Lottermoser, 2002;  Ettler et  al.,  2009;  Mateus  et  al.,  2011), whereas  wollastonite (CaSiO
3
), 
leucite  (KAlSi
2
O
6
)  and  iscorite  (Fe
2+
5
Fe
3+
2
SiO
10
)  occur  occasionally  (Lottermoser,  2002; 
Manasse & Mellini, 2002; Vítková et al., 2010). The presence of pyroxomangite (MnSiO
3
), 
titanite (CaTiSiO
5
) and chrysocolla (CuAl)
2
H
2
Si
2
O
5
(OH)
4
×n(H
2
O) was hardly ever observed 
(Sāez et al., 2003).  
Mineralogical  examination  of  Cu-slags  showed  quite  common  formation  of  oxides  such  as 
spinels (MgAl
2
O
4
), hematite (Fe
2
O
3
), wüstite (FeO) and magnetite (Fe
2+
Fe
3+
2
O
4
) (Parsons et 
al., 2001; Manasse & Mellini, 2002; Lottermoser, 2002; Sāez et al., 2003; Piatak et al., 2004; 
Ettler et  al., 2009; Vítková et al., 2010; Mateus et al., 2011). Additionally, particular major 
phases  (glassy  matrix  and  silicates)  demonstrate  various  substitutions  of  metallic  elements 
(Vítková et al., 2010). Nevertheless, metallic elements (e.g., Cu, Pb, Zn, As etc.) are mostly 
associated  with  copper  sulfides  such  as  bornite  (Cu
5
FeS
4
),  chalcopyrite  (CuFeS
2
)  and 
chalcocite (Cu
2
S) (Parsons et al., 2001; Manasse & Mellini, 2002; Lottermoser, 2002; Sāez et 
al., 2003; Ettler et al., 2009; Álvarez-Valero et al., 2009; Vítková et al., 2010; Kierczak et al., 
2013)  as  well  as  other  sulfide  phases  such  as  pyrrhotite  (Fe
(1-X)
S),  sphalerite  ((Zn,Fe)S), 
galena (PbS) and wurtzite ((Zn,Fe)S) (Manasse & Mellini, 2002; Lottermoser, 2002; Ettler et 
al., 2009; Álvarez-Valero et al., 2009; Piatak et al., 2015) due to the fact that these minerals 
are often associated with copper ores. Other sulfides e.g. cubanite (CuFe
2
S
3
), covellite (CuS), 
digenite (Cu
9
S
5
), troilite (FeS) and pentlandite ((Fe,Ni)
9
S
8
) are hardly observed within copper 
slags (Parsons et al., 2001; Ettler et al., 2009; Vítková et al., 2010).  
Despite  sulfides  are  volumetrically  minor  phases  in  slags,  they  are  primary  metal-carriers 
what makes them significant for environmental risk assessment. Intermetallic compounds are 
also  considered  as  environmentally  important  metal-bearing  phases  because  similarly  to 
sulfides, they are very susceptible to weathering and contain high concentrations of metallic 
elements. As mentioned before, ores applied for the pyrometallurgical process contain sulfide 
minerals, hence some slag compounds reflect the kind of ores that were used for the smelting.