气相是硫化铜矿生物堆浸体系的重要组成部分,强制通气是提高矿堆内部氧气含量的重要手段。论文以强制通气条件下硫化铜矿生物浸出体系为研究对象,聚焦通气作用下铜矿生物浸出规律和矿堆溶液渗流行为,以优化强制通气效果、促进矿物浸出为目标,主要研究工作包括:(1)完成了不同通气强度下硫化铜矿生物柱浸实验,分析了浸出过程细菌浓度、pH、离子浓度、铜浸出率等变化规律,得到了通气强度对浸矿参数变化的影响特征,结果表明通气条件下铜浸出率随通气强度的增加先增大后减小;基于16S rDNA测序,研究了不同浸矿阶段浸矿体系微生物种群构成及差异特征,揭示了通气强度对微生物种群结构演化的影响规律。(2)采用Micro-CT扫描和图像处理技术,研究了不同通气强度下浸矿体系孔隙率变化规律,揭示了通气强度对浸柱环向、径向、轴向孔隙率均匀性的影响特征;创新性引入孔隙网络模型方法,实现了浸矿体系连通孔隙簇细观结构参数和连通特征的量化表征,分析了浸出过程连通孔隙细观孔喉参数演化规律;揭示了通气强度对浸出过程孔隙结构参数演化的影响,得到了不同通气强度下浸出过程孔隙迂曲度变化规律。(3)构建了堆浸体系细观物理模型,引入粒子图像测速和激光诱导荧光技术开展了堆浸体系溶液细观渗流场无扰动测试,研究了饱和及通气条件下矿石粒间孔隙内溶液渗流速度场分布特征,揭示了堆浸体系溶液细观流速分布随注液强度和通气强度的演化特征,分析了注液强度和通气强度对溶液最大流速、平均流速、流速标准差的影响规律。(4)分析了自然条件下矿堆内外气体传输机制,研究了强制通气过程临界启动压力,探讨了通气压力对矿石粒间孔隙溶液内气相形态的影响,分析了气泡流、团状流、连通流之间的转化过程;分析了颗粒间孔隙溶液中单个气泡受力情况,建立了强制通气条件下矿堆气液流动方程,研究了强制通气对浸矿体系流动溶液、不动溶液、矿堆沉缩、孔隙堵塞的影响机制。(5)开展了堆浸体系强制通气过程空气流动规律数值模拟,分析了通气时间、通气强度、通气管道间距对矿堆内部气体渗流行为的影响;从工艺优化、添加外加剂、施加物理场的角度提出了优化堆内气体分布和强化气液传质的技术思路。