细菌浸矿工艺多种多样，根据菌液与矿石接触方式不同，大致可分为两大类：细菌堆浸和搅拌浸出。细菌堆浸是指通过重力和压力作用使菌液通过矿石堆的一种浸出方法，最典型的渗滤浸出就是细菌堆浸。细菌堆浸已广泛应用于低品位铜矿、铀矿的细菌浸出，在难处理金矿预处理中也已得到了应用。对于堆浸而言，它具有工艺简单、投资少、成本较低的特点。但是由于堆没温度过低，通常浸矿周期达数月，甚至数年。用于搅拌浸出的物料一般粒度非常细，并且浸出是在比较低的浓度条件下进行，这是因为在高浓度的矿浆中，微生物对于剪切效应更为敏感，容易出现细胞损伤，从而细菌生长状况不佳。然而搅拌的作用使被浸矿石与细菌浸矿剂充分混合，矿浆吸入更多的空气，从而使含有固、液、气的三相紊动系统充分接触，为细菌生长提供充足的氧气和二氧化碳，提高传质和浸出速率。相对于细菌堆浸来说，搅拌浸出的生产成本高(需要搅拌、加热、冷却及通气设备、耐酸的反应罐等)，因此，它只适合于用来处理那些单位价格高的矿种，比如金矿。微生物预氧化处理硫化矿浸金工艺流程如图5-5所示。
难处理浮选金精矿等高品位硫化矿生物预先氧化氰化浸出的工业应用中，高效反应器的构建是提高生产效率的关键。然而，国外发表的生物浸矿的论文中，有关反应器的论文不足6%，国内这方面的论文更加鲜见。目前难处理金精矿的生物浸出处理中，由于菌种的局限性，常温菌的反应温度最高为40～45℃，中温菌的反应温度也仅为50～60℃，要使硫化矿达到必要的氧化率(65%～95%)，一般需要4～7天，而其他湿法冶金技术仅需数小时;另一方面，生物浸出时矿浆浓度也仅限于20%以下，造成设备的单位处理能力较小，因此，高品位硫化矿生物浸出技术欲在投产和生产成本上与其他湿法冶金方法相比而取得竞争优势，迫切需要解决过程工程问题，开发出高效生物浸出反应器，缩短浸出周期，提高矿浆浓度，降低生产成本。
迄今为止，有关微生物冶金生物反应器的研究较少，一般实验室中应用最多的还是三角摇瓶，其次是柱式反应器及带或不带搅拌装置的槽式反应器，工业生产中常用带或不带搅拌装置的反应器，其工作容积一般在数百立方米左右，搅拌可以通过机械或空气达到。目前最常用的反应器有搅拌槽式反应器(STR)和气升式反应器(ALR)，此外还有泡沫柱式反应器(BCR)、巴秋卡箱、低能耗反应器、转筒式生物反应器等针对生物浸出过程设计的新型反应器。
(1)机械搅拌槽式反应器(STR)。机械搅拌槽式反应器是一种从化工过程套用的反应器。其螺旋桨起了最重要的作用，至少要求实现三大任务：固体颗粒的悬浮、空气与水相的混合和溶入水相、増大气相和水相的界面。在这些反应器中最初较普遍采用透平式螺旋桨，近来则使用曲形桨叶的轴向流动螺旋桨，因为达到同样搅拌水平时后者所需动力较低，产生的剪切力较小。搅拌槽式反应器虽然有长期的使用经验，但亦存在着一些明显的缺点，比如功率消耗大，加工困难，投资高，维修麻烦，搅拌剪切力大，对细胞生长损伤大，大型化后混合不均匀，传热面积不足，传质效率下降等。
(2)气开式反应器。气升式反应器(ALR)原理：通过流体(气体、液体)的上升运动使固体颗粒维持在悬浮状态进行反应。反应器升流区气体、液体和悬浮的固体颗粒一起向上运动，在降流区，液相及固体颗粒向下流到反应器底部，升、降流区不同的气相含率产生的压差迫使降流区液相和固体颗粒流入升流区，由此形成反应器内气、液、固三相的循环流动，产生流态化效果，达到紊流状态。Fang用At.tTs6和Brettanomyces B65混合菌在单级气升式反应器(见图5-6)浸出活性污泥中的铬，维持反应温度为30℃，用3天的时间，浸出率就超过95%，但是气升式反应器的构造成本太大，并且处理量小，因此Mousavi等人建立了一种如图5-7所示的生物浸出工艺，用于浸出闪锌矿。具体工艺流程为：通过水浴槽维持At.f的生长温度28℃，然后通过恒流泵将细菌培养液从储存器里输入矿物填料柱中，在填料柱中浸出液和气体互相逆流，填料塔采用绝缘材料，防止矿物产生的热散失，从浸矿柱中流出的溶液再通过重力的作用，重新流入储存器里，如此循环。在28℃下，浸出120天，锌的浸出率达到72%。相对于气升式反应器，该工艺虽然增加了浸出周期，可是减少了矿物搅拌的成本消耗。但是由于没有对浸矿柱进行适当搅拌，当浸出液自上而下流过浸矿柱的时候，容易形成沟壑，限制了矿物与浸出液的充分接触，降低了浸出率。
(3)膜生物反应器。膜生物反应器(MBR)是20世纪末发展起来的高新技术，它将膜分离技术和生物技术有机地结合在一起，具有传统工艺不可比拟的优点，成为近些年来生物技术领域研究的热点。膜生物反应器应用具有以下几个方面的优点：l)增大反应速率。在生物学中有许多反应是产物抑制型，即随着反应的进行，产物浓度提高，反应速率下降。采用膜生物反应器可在反应过程中移去产物，使产物浓度保持恒定，反应速率提高。2)提高反应转化率。膜生物反应器可使产物或副产物从反应区连续地分离出来，打理反应的平衡，从而可大大地提高反应转化率，增加产率或处理能力，过程能耗低，效率高。3)简化生产步骤。膜生物反应器使反应和分离在同一个步骤里完成，简化了生产步骤，减少了劳动量，提高了劳动效率。4)截留生物催化剂，使细胞或酶在高浓度下进行。5)减少了能耗，节约了成本。但是，在生物冶金领域，膜生物浸出反应器却鲜见报道，目前有报道利用膜生物浸出反应器浸出镍钼矿，镍和钼的浸出率高于相同条件下的柱浸。未来若能进一步加强这方面的研究，MBR必将在生物浸出领域大有作为。
对生物预氧化过程起作用的微生物根据其适宜的温度范围主要可分为嗜温细菌组(Mesophile)、中等嗜热细菌组(Moderate thermophile)及高温嗜热菌(Exterme thermophile)三组。目前发现可用于生物湿法冶金的微生物已报道的有20余种，工业生产中用于预氧化处理金矿石的细菌主要有4种：氧化亚
铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans，简称A.f菌)、氧化硫硫杆菌(Acidithiobacillus thiooxidans，简称A.t菌)、氧化亚铁钩端螺旋菌(Leptospirillum ferrooxidans，简称L.f茵)和耐热氧化硫杆菌(Sulfobacillum thermosul fidooxidans，以上几种细菌都是嗜酸、好氧，无机化能自养，以空气中的CO2为碳源，其中前三种均属于中温菌，最适合生长的pH值为1.5~2.0，温度为25~35℃。其中使用最多的是A.f菌和A.t菌，目前在酸性环境下氧化浸矿的主导细菌是A.f菌。A.f茵容易分离、培养，对溶液中的金属离子Cu2+、Mg2+、Fe3+等有一定的耐受性，但不耐热，使用的温度一般不能超过40℃。Brierley认为在强酸性环境中硫化矿物生物氧化体系中采用氧化铁铁杆菌和铁氧化钩端螺菌的混合菌氧化效果最佳。Schrenk等人的研究指出，L.f菌与A.f菌分布广泛，对硫化矿物的生物氧化极具工业应用前景。从浸出反应动力学来看，中高温菌在较高温度条件下不仅可以显著地加快反应速度，缩短预氧化周期，而且可以防止硫化矿物的过度钝化而阻碍浸出反应，因此目前人们越来越重视中高温菌在生物冶金领域的应用。Henry等人研究表明：高于60℃环境下生长的高度嗜热菌在硫化矿生物浸出工业中应用较为困难，而最佳生长温度在45～55℃的中度嗜热菌在工业应用中极具优势，因为高度嗜热菌多为古细菌，其大部分缺少细胞壁，通常难以耐受高矿浆浓度造成的较强剪切力，相对而言中度嗜热菌就具有较高矿浆浓度的耐受能力。澳大利亚BacTech公司培养出一种耐热温度可达45-90℃、最适宜生存温度为60℃的高温耐热菌，而且在缺氧条件下可以存活数小时，已完成该细菌的半工业试验且计划在哈萨克斯坦采用该工艺建厂生产。我国中科院兰州化学物理所分离的T-901菌株和李雅序等人花费10年分离的MP30菌株都为中度嗜热菌，能同时氧化铁和硫，氧化金属硫化物矿物最适宜温度为45-50℃。姚国成等研究者也进行了中高温细菌强化浸矿的研究工作，而为了适应北美气候，加拿大学者培育出了低温下高活性的A.f菌，其适宜的温度范围为5-35℃，并对该A.f菌对难处理硫化矿的低温氧化行为进行了研究。
细菌作为活的机体，一方面需要各种营养成分来保证自身的成长，另一方面又作为催化剂参与反应，因此优良菌种的获取是微生物技术的关键和核心。微生物赖以生存并繁殖的营养介质就是培养基，主要由氮、钾、磷及微量元素组成，培养基有液体培养基和固体培养基之分，液体培养基主要用于粗略的分离和培养某种微生物，而固体培养基主要是用于微生物的纯种分离。常用的浸矿培养基有9K和Leathen培养基。国内外学者的研究表明浸矿菌的生物量与浸出速率和浸出率有明显的正相关性，细菌的活性、浓度和生物量直接影响力生物氧化的效果，因此不少学者通过对浸矿微生物营养学的研究试图促进生物冶金效率低的问题得到有效解决。俄罗斯科学家将饲料工业废弃的胶原蛋白降解成制剂应用于冶金微生物浸矿过程中，对浸矿效果有良好的促进作用。在BIOX工艺的营养液中含有5%的酵母水解物，现阶段国内从微生物生长所需营养条件角度进行的研究较少。浸矿细菌在使用前，需要对工业环境中的各种条件进行适应性驯化，以使细菌尽快进入生长对数期，廖梦霞等人经过近10年的选育、分离、驯化，培育出了耐砷18g/L的高效浸矿工程菌株Mdl。
生物氧化预处理过程是一个复杂的反应过程，需要依靠细菌来完成，其本质是细菌的生命活动，细菌所表现出的浸出机理是直接作用还是间接作用，都是由其内在的生理、生化特性决定的，用于生物预氧化难处理金矿的菌群数量以及细菌对硫化矿的氧化能力都受环境影响。由此可见，只有选用氧化能力强、繁殖速度快的菌株作菌种并保证细胞生长、繁殖环境，才能提高氧化速率及氧化率。
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