矿物生物浸出由于能充分利用低品位资源、低环境污染等优势,已成为矿物加工领域中发展最快、研究最为活跃的领域之一。由于传质、混合效果好,易于放大等优点,搅拌槽式反应器是目前工业生物浸出中最常用的反应器之一,但仍存在一些缺陷,如能耗较高、剪切强度较大以及矿浆浓度受限制等。基于此,本论文设计了新型搅拌式生物冶金反应器,并通过实验系统考察了反应器的固体悬浮和气液传质性能,获得了优化的反应器构型。　　 提出一种基于光纤法的固体颗粒悬浮特性测量方法。采用该方法测定了水一二氧化硅两相体系临界离底悬浮转速,并和传统目测法、取样法测定结果进行了对比。结果表明,由于目测法判据相对严格,光纤法比目测法测定结果偏低;光纤法与取样法测量结果较接近,但取样法操作较繁琐,光纤法更快速、简便,可应用于不透明容器中,因而具有重要的工业应用价值。　　 设计了新型搅拌式生物槽浸反应器。该反应器的主要特点:无挡板设计,中间加设直筒状导流筒,流动更加均匀,有效降低剪切力对微生物细胞的损伤。通过实验对反应器内气体分布器尺寸、双层桨构型等进行了优化,主要取得了如下结果:　　 (1)小直径的气体分布器具有更低的泛点转速,低速下气泡即能分散良好;大直径的气体分布器气泡没有经过搅拌器剪切直接进入导流筒外区,气泡直径较大,优化的环形气体分布器直径为搅拌桨直径D的0.8-1.0倍;　　 (2)桨间距的大小是多层桨搅拌槽反应器的一个重要设计参数。本实验中,下层桨离底高度维持不变,当桨间距C2/D＞2.0时,上层桨距液面较近,在中央位置处易于形成漩涡,对混合不利;桨间距C2/D≤1.0时,由于叶轮之间相互作用增强,彼此产生的流场相互干扰,搅拌桨的功效降低。优化的桨间距为1.5-2.0D;　　 (3)在测定不同组合桨的泛点转速和临界离底悬浮转速时发现,六斜叶圆盘涡轮桨和Techmix335下压式水翼桨作为底层桨时,泛点转速较小,气体分散效果较好;开启式斜叶涡轮桨和六斜叶圆盘涡轮桨作为底层桨时临界悬浮转速较小,固体悬浮效果较好;　　 (4)具有较强轴向循环能力的Techmix335下压式水翼桨作为上层桨,六斜叶圆盘涡轮桨作为下层桨时,气液体积传质系数最高。因此,综合考虑固体悬浮和气体分散因素,选取此种组合为优化的搅拌桨组合;　　 (5)考察了操作条件对优化后的反应器气液体积传质系数kLα的影响,发现kLα随搅拌转速和通气量的增加而增大,并且通气量变大后,kLα的增加幅度减小;kLα随固含率的增加而减小,但减小的幅度不大,这有利于高矿浆浓度下生物浸出体系保持足够高的氧传递速率。