随着矿产资源的不断开发,有价金属品位不断降低,共伴生程度日益复杂,浸出过程中有价有害元素同步溶解,后续溶液分离难度大,实现有价金属选择性浸出是湿法冶金未来发展的趋势。紫金山铜矿是我国大型斑岩型次生硫化铜矿,铜品位低,黄铁矿含量高,生物浸出中出现酸过剩、铁累积现象,对环境影响大,并导致生产成本升高,是制约铜金属高效回收的瓶颈技术难题。本论文以福建紫金山铜矿为研究对象,针对主要矿物黄铁矿、辉铜矿和铜蓝,采用MLA矿物组成分析法、模拟计算和高通量测序法等现代研究手段,通过电子结构特性、电化学、动力学、微生物学等研究探讨了选择性浸出机理,揭示不同硫化矿物溶解差异性,并确立合理的调控手段,为低品位硫化铜矿选择性浸出提供了新的研究思路和理论指导。通过采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,从分子和原子水平研究了黄铁矿、辉铜矿和铜蓝三种硫化物电子结构及性质,在微观本质上揭示了三种硫化矿物溶解差异性。研究表明,从黄铁矿、铜蓝到辉铜矿,能带宽度依次变窄,稳定性逐渐减弱,溶解反应难度依次降低,黄铁矿的氧化性最强,更易得到电子,而辉铜矿的还原性最强,更易失去电子。三种硫化矿物晶体结构不同,决定了溶解性存在较大差异,为实现选择性浸出奠定了理论基础。基于缩核模型,得到细菌接种浓度、Fe3+浓度、pH值、温度等因素与硫化溶解速率之间的关联指数,建立了硫化矿溶解半经验动力学模型。升高温度是促进黄铁矿、辉铜矿和铜蓝溶解的关键因素,其中铜蓝活化能(84.97kJ/mol)最高,对温度最敏感,而细菌接种浓度、Fe3+浓度、pH值与溶解速率关联指数较低,对浸出过程影响较小。氧化还原电位对辉铜矿和铜蓝浸出影响较小,在低电位下,浸出速率也较快。而黄铁矿的浸出与电位呈强相关性,当电位低于760mV时,黄铁矿浸出速率很慢,浸出20天,铁浸出率不足20%。低温、低电位下,黄铁矿与辉铜矿和铜蓝溶解差异性显著。揭示了矿物种类、电位与优势菌群组成之间的关联规律,建立以硫氧化菌为优势菌的浸出体系,是实现选择性浸出的必要条件。不同类型硫化矿,对细菌组成有一定影响,黄铁矿与辉铜矿和铜蓝性质存在差异,对细菌的影响不同。黄铁矿浸出过程中优势菌主要以铁氧化菌Leptospirillum为主,随着浸出过程的进行,Acidithiobacillus和Sulfobacillus菌数量和占比大幅降低。而铜蓝和辉铜矿浸出过程中,优势菌主要为Acidithiobacillus和Sulfobacills,其中Sulfobacilus菌属占比较高。当氧化还原电位较高时,浸出体系优势菌主要以Leptospirillum为主,随着氧化还原电位的降低,占比逐渐降低,当电位低于700mV以下时,Leptospirillum菌占比基本降为零,而氧化还原电位对Acidithiobacillus菌的影响较小,不同电位下都可成为优势菌。低温(≤45℃)、低电位(≤760mV)和硫氧化菌占绝对优势的浸出体系下,黄铁矿与辉铜矿和铜蓝硫化矿物溶解差异性最大,能确保实现辉铜矿和铜蓝的高效浸出,并可有效抑制黄铁矿的浸出。