摘要：中温菌浸出黄铜矿的速度慢,浸出率低,严重制约着生物浸出技术在实际生产中处理黄铜矿的应用。高温菌对黄铜矿显示出好的浸出效果,其浸矿潜力及浸矿机制越来越受到生物冶金领域研究者的重视。本论文在热力学分析基础上,采用吸附量、动电位、接触角测定等方法研究了中温菌和高温菌对黄铜矿表面性质的影响及与溶解机制的关系；并运用X射线衍射、拉曼光谱、扫描电镜和能谱等检测方法,以及电化学分析等手段,详细考察和比较了中温菌及高温菌作用下黄铜矿浸出过程的差别,深入讨论了导致黄铜矿浸出效果差异的原因及影响黄铜矿溶解机理的因素,从而揭示微生物浸出过程中黄铜矿的分步溶解机制。本文提出了黄铜矿的浸出是一个分步溶解过程,在低氧化还原电位下可转化为次生铜,次生铜的生成是深度溶解的关键,促进浸出,这是导致中温菌和高温菌浸出差异的关键原因之一。高温菌浸出过程中,Fe3+离子易于转化为铁矾沉淀,而高温菌氧化亚铁的速率远远低于其生成的速率,从而导致体系的氧化还原电位保持在较低的水平,黄铜矿可以转化为次生铜,有利于浸出；而中温菌浸出的过程中,体系的电位基本保持在高电位下,次生铜难以生成,浸出速度缓慢。而浸出过程中生成的硫膜、黄钾铁矾沉淀不是制约黄铜矿溶解的本质原因。论文的主要结论如下：(1)热力学分析结果表明：酸性条件下,黄铜矿可转化为Cu5FeS4, CuS, Cu2S的铜硫化合物,最终释放出Cu2+离子,不同温度条件下各组分优势区间的范围相近。高温酸性条件下,Fe3+离子更容易生成KFe3(SO4)2(OH)6沉淀；另外,溶液中离子浓度升高也促进了Fe3+离子转化为KFe3(SO4)2(OH)6沉淀。Fe3+离子的沉淀过程可降低浸出体系的氧化还原电位,从而影响黄铜矿的分解。(2)尽管不同能源物质培养的细菌在黄铜矿表面吸附的速度及程度有所差别,但中温菌和高温菌在黄铜矿表面的初步吸附及对其表面性质的影响规律相似,因此不是造成这两类细菌浸矿差异的主要因素。而随着微生物对黄铜矿作用时间的延长,黄铜矿接触角的变化与其溶解机制密切相关,溶解过程中会生成疏水的单质硫、铜硫化物及亲水的铁矾等,从而改变了矿物表面的接触角大小。中、高温菌作用下,黄铜矿接触角变化规律存在差异。(3)浸出体系的氧化还原电位决定了黄铜矿是否能生成次生铜,次生铜易氧化分解,从而促进浸出。中温菌浸出过程中,仅在浸出的最初几天电位较低,之后一直保持在较高的数值(550mV vs. SCE)以上。与之对应,浸出前几天的浸渣能检测到次生铜Cu2S,浸出速度相对较快；当电位达到较高数值时,次生铜的生成受到抑制,浸出速度缓慢。然而,黄铜矿的高温菌浸出过程中,体系的氧化还原电位一直保持在较低的水平(380-450mV vs. SCE),可生成Cu2S,此时的浸出效果较中温菌浸出大幅提高。(4)微生物浸出过程中,微生物的主要作用是氧化铁或者氧化硫。因此,高温菌和中温菌对黄铜矿显示出不同的浸出效果应该是基于其氧化铁或者硫的能力的差异。以单质硫为能源物质培养的高温菌氧化铁的能力明显弱于可溶性亚铁培养的中温菌。另外,温度升高,Fe3+离子易转化为铁矾沉淀而消耗。这是造成中温菌和高温菌浸出体系氧化还原电位差异的主要因素。(5)电化学研究结果表明：温度的变化和细菌的加入不改变黄铜矿的分解机理,但温度的升高和细菌的加入反应速度增大。另外,中温菌的浸出过程中,5天后黄铜矿电极的开路电位大幅降低,之后升高并保持在较高的电位值；而高温菌的浸出过程中,黄铜矿的开路电位迅速下降后一直保持在较低的水平；可见在中温菌浸出黄铜矿时,仅在浸出的前几天矿物易分解,之后浸出困难；而高温菌浸出的整个过程中,黄铜矿均易分解。(6)黄铜矿的浸出过程中,硫膜、黄钾铁矾沉淀不是制约黄铜矿溶解的本质原因。中温菌浸出中,铁氧化菌L. ferriphilum菌浸出黄铜矿的体系中加入硫氧化菌A. thiooxidans菌后,导致硫膜的消失,但铜浸出率提高不显著。而浸出中生成的铁矾疏松且脱落后黄铜矿表面没有铁矾沉积,不会阻碍浸出。另外,高温菌的浸出效果较中温菌浸出大幅提高,但浸渣中检测到硫和黄钾铁矾,进一步说明其不是制约黄铜矿溶解的本质原因。