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矿物生物浸出由于能充分利用资源、低环境污染等优势，已成为矿物加工领域中研究最为活跃的领域之一。现有搅拌式生物浸出反应器存在能耗较高、剪切强度较大以及矿浆浓度受限制(～200g/L)等问题。本文以转鼓式生物浸出反应器为研究对象，在一定规模范围内，进行了转鼓式生物反应器的逐级放大，并对放大转鼓反应器的特性进行研究，以期为转鼓反应器的进一步放大提供基础数据和理论依据。
首先设计加工了环隙式转桶反应器，考察了流体剪切和固体颗粒浓度对At.f生长和氧化活性的影响。然后在实验室18L新型转鼓式反应器基础上，根据几何相似的放大原则，逐级放大至100L和700L，并对放大后转鼓反应器中流体流动、气液传质、混合以及功耗等进行了实验研究，主要取得了如下结果:
(1)实验研究了不同操作条件下100L转鼓中流体流动、气体分布、气液传质、功耗以及固体分布等性能，发现转鼓中流场稳定后形成一个大漩涡占主导，数个小漩涡并存的流动状态;转鼓中气体分布是不对称的，曝气管正上方和挡板入水区域气含率最高，挡板出水区域气含率最低;随着转速和通气增加，氧的体积传质系数kLa随之提高;转鼓转速和功耗成正相关，而通气对功耗影响很小;反应器内固体颗粒达到充分悬浮后，其浓度在反应器径向上的分布是不对称的，挡板入水区域的固含率比平均固含率低，出水区域的比平均值高，中心区域和正下方挡板区域固含率接近平均值。
(2)放大至总容量约为700L的转鼓生物反应器中，提高了曝气面积比，加强了同轴性设计，解决了转鼓轴承处易泄漏的问题。研究了转鼓中操作条件对流体流动、气体分布、气液传质、功耗等性能的影响，结果表明操作条件对700L转鼓中流场和气体分布的影响规律同100L转鼓类似;由于转鼓曝气面积比增加，相同操作条件下氧传质能力得到改善;增加挡板数目和提高挡板宽度，都能提高转鼓kLa，挡板垂直于内壁时，传质效果最好，左右偏转45°，会略有降低;在固含率0～0.075范围内，固含率对kLa影响很小，当通气0.28vvm、固含率0.1时，kLa下降了30％左右;气体分布器结构、空间布局和安装位置是影响转鼓kLa的决定因素;700L转鼓中径向混合效果好，轴向混合效率低;操作条件对功耗的影响规律与100L转鼓类似，转鼓体积功耗与自身装液量成负相关，转鼓净体积功耗与反应器直径成正相关，700L转鼓功耗比传统搅拌罐低得多，71％装液量时，对于固含率0.1的氧化铝粉体系，在转速为6.3r/min时，转鼓总体积功耗为0.242WL-1，不到同等规格搅拌罐的1/3;增加挡板数目和提高挡板宽度，都会引起功耗增加，转速高时更加明显，挡板左右偏转45°对功耗影响较小，挡板垂直于内壁时，功耗稍高;转鼓径向上固体颗粒分布，同100L转鼓具有类似的规律。
(3)通过以上研究，初步得出转鼓式反应器的一般设计方法:反应器放大的基本原则是几何相似，长径比根据工况要求确定，宜着重考虑沿轴向放大;挡板应垂直于内壁安装，挡板与内壁间隙要合理;挡板数目8块，宽度与内径比满足0.1～0.15;气体分布器决定了转鼓式反应器气液传质能力，在转鼓反应器放大设计中，在保证曝气面积比不变的同时，曝气管应保持合理的间距，曝气管长度应接近转鼓长度，曝气管应尽可能降低安装高度。曝气管间距d约为50mm，曝气面积比AG/AR约为0.3，装液量在70％左右，转速为3～7r/min。
(4)最后，在700L转鼓和搅拌罐中进行了不同浓度氧化铝颗粒和含砷金矿的At.f菌生长和氧化实验，结果表明细菌在转鼓式反应器中有更好的生长和氧化活性，并且能够耐受更高的固体颗粒浓度，这体现了转鼓式生物反应器中碰撞强度低、混合温和的特点。