尽管很早就有关于生物冶金的应用和记载，但人们对于冶金微生物的认识比较晚。1947年美国A.R.科尔默^[注]和M.E.欣克尔^[注]首次分离到冶金微生物——嗜酸氧化亚铁硫杆菌（Acidithiobacillus ferrooxidans）。1954年L.C.布吕纳^[注]和J.V.贝克^[注]从铜矿矿坑水中发现了嗜酸氧化硫杆菌（Acidithiobacillus thiooxidans），并证明了这些细菌可以氧化各种硫化矿。此后，氧化亚铁钩端螺旋菌（Leptospirillum ferrooxidans）、嗜酸热硫化叶菌（Sulfolobus acidocaldarius）、嗜热硫氧化硫化杆菌（Sulfobacillus thermosulfooxidans）、金属硫化叶菌（Sulfolobus metallicus）、嗜酸喜温硫杆菌（Acidithiobacillus caldus）、嗜铁钩端螺旋菌（Leptospirillum ferriphilium）、万座酸两面菌（Acidianus manzaensis）、嗜热铁原体菌（Ferroplasma thermophilum）、金属球菌（Metallosphaera cuprina）等重要冶金微生物先后被分离出来。至2019年已经分离的冶金微生物多达50种以上。1999年中国中南大学和美国橡树岭国家实验室合作，开始进行浸矿微生物基因组学研究。2007年第一个基于基因组分析的冶金微生物检测国家标准《嗜酸氧化亚铁硫杆菌及其活性的基因芯片检测方法》在中国公布。

冶金微生物的种类比较多，已发现的冶金微生物多数为原核微生物，少数为真核微生物的真菌；多数是嗜酸的微生物，有少数为嗜碱的微生物。

根据功能不同可将冶金微生物分为：①亚铁氧菌。能将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，并获得能量，而生成的Fe³⁺在低pH值下是一种强氧化剂，能够氧化分解硫化物型矿物。在此过程中Fe³⁺，被还原为Fe²⁺，矿物中Fe也以Fe²⁺形式溶解出来，这些Fe²⁺又为铁氧化菌提供能源物质。主要有属于细菌的钩端螺旋菌属（Leptospirillum）4个种，属于古菌的铁质菌属（Ferroplasma）4个种和酸质菌属（Acidiplasma）2个种，属于放线菌的酸微菌属（Acidimicrobium）1个种。其中常用的有氧化亚铁钩端螺旋菌、嗜铁钩端螺旋菌和嗜热铁原体菌等。②硫氧化菌。能以单质硫或还原态无机硫化物为能源物质，但不能直接氧化分解硫化矿。一方面它们氧化获得硫酸作为氧化剂可氧化分解矿物，另一方面够通过氧化元素硫，去除硫化矿表面因氧化分解产生的硫钝化层，从而加速硫化矿的浸出。主要包括属于细菌的嗜酸氧化硫杆菌属（Acidithiobacillus）的5个种和硫单胞菌属(Thiomonas)的4个种，以及属于古菌的金属球菌属（Metallosphaera）、硫化叶菌属（Sulfolobus）和酸菌属（Acidianus）的一些种，其中常用的有嗜酸氧化硫硫杆菌和嗜酸喜温硫杆菌等。③铁硫氧化菌。既能氧化铁又能氧化硫，因此它们既能氧化含铁矿物又能氧化含硫矿物，并且可以单独氧化溶解矿物和浸出金属。主要包括属于细菌的嗜酸氧化硫杆菌属的3个种和硫化杆菌属（Sulfobacillus）的5个种，属于古菌的酸菌属3个种和硫化叶菌属1个种。最常用的有如氧化亚铁嗜酸硫杆菌、嗜热硫氧化硫化杆菌和金属硫化叶菌（Sulfolobus metallicus）等。④铁还原菌。在厌氧条件下，以Fe³⁺电子受体，利用有机或无机硫作为电子供体进行厌氧呼吸。因此它们可以在厌氧条件下生长，并与铁/硫氧化菌协同作用提高生物冶金体系铁硫氧化速率。主要包括属于古菌的铁质菌属和酸质菌属的5个种、属于细菌的硫化杆菌属5个种和嗜酸菌属（Acidiphilium）4个种，常用的有隐藏嗜酸菌（Acidiphilium cryptum）等。⑤异养嗜酸菌。能够利用有机物或H₂还原Fe³⁺而获得能量进行化能异养生长，主要作用是消耗铁氧化或硫氧化菌代谢过程中产生的有机物，以解除这些有机物对严格自养的铁氧化或硫氧化菌的抑制作用。主要包括属于细菌的嗜酸菌4个种和脂环酸芽孢杆菌属（Alicyclobacillus）的3个种。⑥硅酸盐细菌。能分解硅酸盐类矿物，是一种化能异养菌，主要包括环状芽孢杆菌（Bacillus circulans）和胶质芽孢杆菌（Bacillus mucilaginosus）等。⑦产氨细菌。能分解尿素并产生氨，氨与矿物发生络合反应，实现金属离子的浸出。主要应用于浸出碱性氧化铜矿。这类细菌主要有普罗威登斯菌属（Providencia）的少数种。

根据对温度的适应性不同可分为：①耐冷菌。其生长温度可低于20℃，如耐冷嗜酸氧化亚铁硫杆菌可在5～30℃生长。②中温菌。其最适生长温度为20～45℃，主要包括属于细菌的嗜酸氧化硫杆菌、钩端螺旋菌和嗜酸菌等3 属12种，以及属于放线菌的高铁微菌属（Ferrimicrobium）、高铁丝菌属（Ferrithrix）和酸丝菌属（Acidithrix）等3个属，其中嗜酸硫杆菌属和钩端螺旋菌属为常用菌属。③中度嗜热菌。其最适生长温度为45～60℃，主要有属于细菌的嗜酸硫杆菌属、硫化杆菌属，以及属于古菌的铁质菌属和属于放线菌的酸微菌属。其中常用的有嗜酸喜温硫杆菌和嗜热硫氧化硫化杆菌等。④极度嗜热菌。其最适生长温度在60℃以上，它们大都是从富含铁、硫的高温酸性热泉或沸泉中分离获得的古菌，主要包括金属球菌属、硫化叶菌属、硫还原球菌属（Sulfurococcus）和酸菌属等4个属。其中常用的有勤奋金属球菌、金属硫化叶菌和万座酸两面菌等。

冶金微生物是生物冶金技术的核心组成部分，是决定生物冶金效率的关键因素之一。冶金微生物的研究主要围绕如何获得高效菌种与菌群以及如何使优良菌种在生物冶金体系发挥最佳效果而开展，相关研究内容包括：①冶金微生物的鉴定与检测，如形态观察、生理生化实验、氧化活性测定、抗性鉴定、基因与基因组检测等。②冶金微生物多样性及其分布规律与群落形成机制，冶金微生物种群协同作用规律以及协同作用机理。③冶金微生物氧化矿物的遗传学、生物化学机制，特别是高效菌种铁、硫氧化代谢机制和铁、硫氧化代谢系统的基因调控网络。④冶金微生物对重金属离子产生抗性的分子生物学机制以及高抗性和高耐受力菌株的选育。⑤高效菌种的筛选与高效浸矿菌选育以及高效菌群的构建与使用。⑥生物冶金过程中微生物的演替规律与功能调控。

浸出速度慢、浸出率低是生物冶金的最大难题。冶金微生物对浸出效率具有决定性的作用，不同的冶金微生物具有不同的氧化效率、环境适应性和有毒金属离子抗性。不同矿区冶金微生物的群落结构与功能均存在较大差异，同一生物冶金体系在不同时间冶金微生物群落也会有较大变化。因此，有必要在基因组学水平阐明浸矿体系中微生物种群相互作用机理和浸矿行为的微生物学基础，建立浸矿微生物种群优化调控理论，揭示硫化矿浸出体系中硫氧化行为与微生物群落和功能变化规律，实现对浸矿体系种群数量的定量测定与功能分析。并在蛋白质组学和功能基因组学水平上阐明高效菌种硫氧化行为、环境因素影响及硫氧化活性调控的生物化学基础，揭示高效菌种硫生物氧化分子机制，阐明高效菌种硫氧化代谢系统的调控机理，建立浸矿体系微生物硫氧化活性优化调控的理论基础，并选育高效菌种和优良的菌群组合，解决生物冶金浸出效率低的难题。

由于缺少优良菌种以及不能对浸矿微生物进行定量分析，难以对浸矿工艺参数和微生物种群进行优化调控，导致硫化矿生物浸出速度慢、浸出率低，采用优良菌种和菌群组合是实现高效浸出的有效途径之一。相关的工作包括：①使冶金微生物的鉴定检测从常规的形态、生理生化测定转为分子生物学技术检测（如基因与基因组测定等），利用基因芯片等基因组学检测方法筛选高效浸矿菌株，建立了适于不同矿产资源特点的冶金微生物资源库。②使菌种选育方法从传统的活性驯化和诱变育种转向以基因组学为基础的分子生物学育种。③加强高温浸矿微生物菌种资源多样性分析，获得大量适应不同类型硫化矿特点的高温浸矿菌株，并开展应用基础和浸矿潜力研究。④分离筛选和驯化耐寒和嗜冷等极端浸矿微生物的以利于高寒地区生物冶金的工业应用。⑤设计优良的人工合成菌群并使其尽快适应新建的矿堆体系，进一步提高生物冶金的浸出效率。