黄金是一种战略金属,具有重要的商业价值和金融属性。我国是世界第一黄金生产与消费大国,黄金增储对我国具有重要的战略意义。经过多年开采,高品位金矿逐渐枯竭,低品位难处理金矿已经成为我国黄金生产的主要资源。其中,高硫含砷难处理金矿具有储量大、处理难等资源特点及问题。本论文针对上述问题,以高硫含砷难处理金矿为研究对象,开展了高硫含砷难处理金矿细菌氧化机理和微波/微波-超声活化强化细菌浸出机理的研究。通过本研究完善了高硫含砷难处理金矿的细菌氧化机理,拓展了高硫含砷难处理金矿细菌强化浸出手段及理论体系,缩短了细菌氧化周期,提高了细菌氧化效率。该研究对我国高硫含砷难处理金矿的细菌氧化生产工艺的工业应用具有重要的理论指导意义,获得研究结果如下:(1)高硫含砷难处理金矿单槽细菌氧化预处理-氰化试验研究表明,通过控制分批加矿量及细菌氧化体系pH,可以提高细菌对矿浆体系的适应性,缩短迟滞期,进而缩短细菌氧化周期,有效提高细菌氧化效率。采用分批加矿量为15 g及控制细菌氧化体系pH在1.25~1.29之间的加矿制度,细菌氧化周期缩短约16%,硫、铁和砷的平均溶解速率分别达到55.4 mg·L-1·h-1、53.0 mg·L-1·h-1和3.4 mg·L-1·h-1。氰化试验研究表明,金和银的回收率分别与硫和铁的氧化率呈线性增长的关系;(2)高硫含砷难处理金矿细菌连续氧化预处理-氰化试验研究表明,游离细菌浓度和吸附细菌浓度随矿浆浓度的增加而减少。由于细菌在氧化过程中主要起催化作用,因此,催化剂浓度(游离菌浓度和吸附菌浓度)的降低对高矿浆浓度条件下高硫含砷难处理金矿的细菌连续氧化预处理造成不利的影响;为定量分析高硫含砷难处理金矿的细菌连续氧化效率,本研究提出了平均体积溶解速率和平均质量溶解速率两个参数。铁、硫和砷的平均体积溶解速率随实际矿浆浓度的增加而增加,而铁、硫和砷的平均质量溶解速率随实际矿浆浓度的增加而减小。相比于平均体积溶解速率,平均质量溶解速率能够更加直观地反映出高矿浆浓度对细菌连续氧化过程的不利影响;(3)通过分析不同加矿制度条件下高硫含砷难处理金矿的细菌氧化预处理过程,提出了高硫含砷难处理金矿中黄铁矿的两种反应机理模型:1)FeS2→S80→S2O32-→SO42-;2)FeS2→S80→SO42-。不同浓度下高硫含砷难处理金矿细菌连续氧化过程的动力学分析结果表明,高硫含砷难处理金矿细菌连续氧化过程中铁反应速率的控制方式为化学反应控制,硫和砷反应速率的控制方式皆为内扩散控制;(4)高硫含砷难处理金矿的微波/微波-超声活化强化细菌浸出试验研究表明,通过微波/微波-超声活化可有效缩短高硫含砷难处理金矿的细菌氧化周期,提高细菌氧化效率。通过优化,微波/微波-超声活化的最优条件如下:反应器直径为74 mm、溶液pH为7.00(超纯水)、微波活化时间为300 s、微波功率为349 W、目标温度为75℃、矿浆浓度为10%(w/v)、超声功率为1000 W。与原矿相比,采用优化条件可使细菌氧化周期缩短30%~40%,砷、铁和硫的平均溶解速率分别提高1.5~2.1倍;(5)研究了不同条件下微波活化体系升温特性曲线和温度场分布。研究发现在微波活化过程中,溶液pH对微波活化体系升温速率影响不显著。微波活化体系升温速率随微波功率的增加、反应器直径及矿浆浓度的减小而增大。活化体系温度并不均匀,形成了高温、中温和低温三个不同的温度区域;(6)活化前后高硫含砷难处理金矿矿物特性分析研究表明,微波/微波-超声活化促进了矿物颗粒中晶体晶粒尺寸的减小和显微应变的增加,有利于矿物颗粒粒径的减小和比表面积的增大,促进了矿物颗粒表面元素铁和硫的氧化,提高了矿物颗粒表面的亲水性,增加了矿物颗粒的表面自由能。经微波/微波-超声活化后,矿物颗粒表面出现显微裂纹,变得凹凸不平,甚至发生剥离现象,产生严重破坏;(7)根据高硫含砷难处理金矿的矿物颗粒物相组成的不同,提出了复杂物相(两种及两种以上)组成的矿物颗粒的微波/微波-超声活化强化细菌浸出机理模型和单一物相(黄铁矿)构成的矿物颗粒的微波/微波-超声活化强化细菌浸出机理模型。