生物堆浸处理低品位硫化铜矿在世界范围内是一种可靠的处理技术,生物堆浸原理是利用含有有效细菌的浸出剂,将目的固态金属矿物分解转换成液态的金属盐溶液,其中矿物颗粒的物理性质,如粒度、微裂纹、孔隙等是影响浸出剂渗透性能的关键。紫金山铜矿生物堆浸厂是我国具有代表性的低品位硫化铜矿生物堆浸厂,本文以紫金山铜矿为研究对象探究微裂纹、孔隙等矿物颗粒物理性质在堆浸过程中对浸出率的影响。本文提出扩增颗粒裂纹的技术思路,采用物理破碎试验、摇瓶浸出试验、柱浸试验、裂纹颗粒模型模拟、机理分析等手段。对比了颚式破碎机与高压辊磨机产品的破碎及裂纹效果,研究了铜矿石粉碎产品的物料特性和摇瓶浸出特性,并借助扫描电镜(SEM)、体式显微镜(SM)、反光显微镜(RM)等,进一步探究了常规破碎与高压辊破碎方式下颗粒裂纹的变化趋势,建立了理想裂纹热扩散模型。开展了现阶段紫金山铜矿石性质的研究试验,工艺矿物学结果表明,原矿石中铜品位仅为0.23%,矿石的主要金属矿物是硫化铜矿,其中以蓝辉铜矿、铜蓝、硫砷铜矿为主;主要脉石矿物为石英,含有少量明矾石、地开石。本文首先采用常规颚式破碎机和高压辊磨机对铜矿石分别进行开路粉碎,并对粉碎产品的粒度特性、金属量分布等特性进行对比,结果表明,高压辊磨机的物料产品粒径分布维数较大,且形状更有益于堆浸。其次对浸矿细菌进行对比培养,比较不同菌种生长能力及氧化还原活性,选取合适浸矿菌种,并对两种不同破碎方式下-0.9 mm粒级矿物进行摇瓶浸出试验,-3+0.9 mm、-6+3 mm和-9+6 mm三个粒级产品分别进行小型柱浸试验研究,摇瓶浸出结果表明,经高压辊磨破碎后-0.9 mm粒级矿物摇瓶浸出率提高7.89%;柱浸试验结果表明两种破碎方式在-6+3 mm粒级矿物试样的浸出效果最好,在该粒级下经高压辊磨破碎试样较常规颚式破碎试样浸出率提高12.22%。最后建立矿物颗粒裂纹热扩散模型,模拟在裂纹模型条件下,浸出剂在固体颗粒中的扩散速度及扩散深度,得出在裂纹条件下,浸出剂与矿物颗粒表面及内部作用机理。本文的研究表明多裂纹颗粒在摇瓶浸出及小型柱浸试验中可明显提高紫金山铜矿的浸出率,揭示了不同破碎方式对紫金山低品位铜矿石颗粒裂纹特性的影响,可为高压辊磨机在铜矿堆浸领域的应用提供一定理论指导。