根据微生物在回收金属过程中所起的作用，可分为生物吸附、生物累积、生物浸出（细菌浸出）3类。生物吸附即溶液中的金属离子依靠物理化学作用被结合在细胞膜或细胞壁上。生物累积则依靠生物体的代谢作用而在体内累积金属离子。生物浸出就是利用微生物自身的氧化或还原特性，使矿物的某些组分氧化或还原，而使有用组分以可溶态或沉淀形式与原物质分离的直接作用过程；或者使微生物的代谢产物与矿物进行反应而得到有用组分的间接作用过程。生物浸出技术已在工业上应用，如低品位铜矿的细菌堆浸等。用于浸矿的细菌有20多种，比较重要的有氧化铁硫杆菌以及氧化铁铁杆菌、氧化硫硫杆菌等。生物浸取投资少、能耗低、生产成本低，可用于处理现有冶金方法难以处理的物料。但细菌浸出反应速度慢，生产率低，浸取周期长，细菌的培养和繁殖受环境影响较大。通过生物吸附、生物累积以及代谢物沉淀等方式可以从水溶液中提取金属。

早在公元前六七世纪中国的《山海经》中就有关于生物冶金的记载，其描述为：松果之山，濩水出焉，北流注于渭，其中多铜；公元前2世纪中国汉淮南王刘安撰写的《淮南万毕术》也有“白青得铁，即化为铜”的胆水浸铜记载；至中国的唐、宋时期已有官办的湿法炼铜工厂，最高铜年产量达到50多吨。在欧洲生物冶金技术的应用至少始于公元2世纪，比较公认的最早记载是1752年在西班牙的里奥廷托（Rio Tinto）矿采用酸性矿坑水浸出含铜矿石。1947年A.R.科尔默^[注]和M.E.欣克尔^[注]从酸性矿坑水中分离到一种能氧化硫化矿的细菌——嗜酸氧化亚铁硫杆菌；1953年葡萄牙开始进行铀矿生物自然浸出研究；1955年美国学者首次申请了生物堆浸专利并转让给美国肯尼科特（Kennecott）公司，实现了生物冶金的工业应用。

1958年中国何复熙成立生物冶金实验室，开始了对生物冶金的研究。1960年中国科学院微生物研究所在铜官山铜矿进行生物冶金工业试验；70年代在湖南711铀矿进行了处理量为700吨贫铀矿石的细菌堆浸扩大试验；1976年第一届国际生物湿法冶金大会召开。1988年第一家难处理金矿生物预氧化处理厂在南非投产；1995年中南工业大学开始进行中国江西德兴铜矿表外矿废石生物冶金回收铜的工业化生产，并于1997年建成了年产2000吨的生物湿法提铜厂，使生物冶金进入工业化的应用阶段。

铜矿生物冶金

生物冶金过程涉及矿物原料、冶金微生物、矿物-微生物界面反应以及冶金过程与工艺等多种因素，研究内容包括：①冶金微生物的多样性以及高效菌种和优化菌群组合的选育。②微生物-矿物多相界面反应机制及反应过程的调控。③生物冶金体系中物料、微生物种类、浸出反应及操作参数的多样性及其相互匹配性。④生物冶金过程的工程化理论与技术。⑤生物冶金过程复杂溶液体系结构与组元行为及其优化。⑥矿区生态环境治理与修复。

生物冶金的主要问题是在处理原生硫化矿时浸出速度慢、浸出率低，需要通过选育高效菌种和菌群、加快微生物矿物界面反应速度和优化浸出工艺来解决。在菌种选育方法上，常规技术是基于转代培养的菌种活性驯化和诱变育种等。2005年后分子生物学与基因组学等方法（如基因芯片、高通量测序等）也被用于冶金微生物菌种和菌群的选育。在菌种选育类群方面，采用高温浸矿菌提高浸出效率已获广泛认同，截至2016年已发现的具有浸矿功能的高温菌有20余种，占浸矿微生物总数的三分之二以上。耐寒和嗜冷等极端浸矿微生物的应用有利于生物冶金技术在高寒地区的工业应用。此外，浸出过程中微生物群落的演变及其控制技术也受到重视。

矿物-微生物界面是矿物氧化溶解反应的主要场所和生物冶金机理解析的重点。基于界面反应的生物冶金机理主要有直接作用、间接作用、接触作用以及直接和间接复合作用机制等。2010年后，中国应用同步辐射等技术手段，建立了黄铜矿等几种矿物的分步氧化模型。但对于不同类型的矿物可能存在不同的氧化溶解机理，对这些机理进行完全解析还有很多问题需要解决，包括从分子水平研究微生物与矿物作用的化学-生物学过程、细菌与矿物多相界面相互作用本质、微生物-矿物界面微环境形成的分子机制等。

生物冶金过程的工程化理论与技术研究是实现生物冶金产业化的关键。在浸出过程中，细菌生长模式、浸矿过程氧化机理、浸出过程数学模拟、生物冶金工程化技术的完善与标准化等是研究与应用的重点和难点。生物氧化过程中矿物元素转移转化规律与浸矿体系流动、混合、传递和反应的多尺度耦合机制，生物冶金工程应用中的生物安全性、重金属的迁移转化及其对环境的影响机理，也是生物冶金的重要研究方向。

矿产资源是工业发展的主要原料，经过长期开采后，品位低、复杂难处理矿的比例越来越高，采用传统采矿、选矿、冶金工艺处理这类矿产资源时，效率低、流程长、生产成本高、环境污染严重。生物冶金具有流程短、成本低、环境友好和低污染等特点，特别适合处理低品位、复杂、难处理的矿产资源。采用生物冶金技术处理传统选冶工艺不能经济回收的各种矿产资源，以及从表外矿和尾矿中回收金属，可以大幅度提高矿产资源的开发利用率，扩大可开发利用的矿产资源量。生物冶金技术能获得高纯金属离子溶液，特别适合于制备高纯金属及其粉体或化合物。生物冶金过程反应温和、环境友好、流程短，可大幅度减少传统选冶工艺对电、煤、油等能源的大量消耗，降低传统冶金过程的废气、废渣、废水污染，改善生态环境。