随着我国冶金行业的快速发展,经济有效的利用低品位有色金属资源,对我国的可持续发展具有重要意义。作为提取冶金的两大技术之一,湿法冶金的显著优点在于对原料中有价金属综合回收程度高、有利于环境保护、生产过程较易实现连续化和自动化,因此更适合低品位矿产资源的回收利用。置换过程是金湿法冶金的重要工序之一,目前置换过程的控制还停留在离线分析、经验调整、手动控制的水平,导致整个金湿法冶金企业生产效率低、资源消耗大、产品质量不稳定,成为制约我国金湿法冶金工业发展的瓶颈。本文针对湿法冶金置换过程产品质量的优化问题,在深入分析湿法冶金置换生产过程工艺和特点的基础上,全面系统的开展了对湿法冶金置换过程建模与优化方面的研究。本文主要工作包括：1、从置换过程基本原理出发,首先简要介绍了影响置换过程的主要因素。基于反应动力学和物料平衡关系,建立了置换过程动态机理模型。通过模型仿真,揭示了置换过程动态特性和稳态特性,确定了数据建模中的辅助变量,为数据模型的建立奠定基础。针对动态机理模型的参数难以准确获得以及一些假设条件对模型准确性的影响,采用核偏最小二乘算法建立了置换过程的数据模型。通过仿真验证,证明了上述数据建模方法的有效性。2、针对置换过程间歇重复的特性,对置换过程进行批次间迭代优化,得到最佳的锌粉添加量。由于生产过程中的不确定因素,使得模型和实际过程存在不匹配问题。针对这一问题,本文将带修正项的自适应优化方法引入置换过程批次间迭代优化中。该方法利用先前批次信息以及当前在线测量信息,通过对优化目标和约束条件进行实时修正,达到校正一阶必要条件,获取实际过程的最优操作轨迹的目的。通过仿真实验,验证了上述方法的有效性。3、针对置换过程实时优化问题,以及批次间与批次内的扰动和模型不确定性对过程优化的影响,提出了一种集成批次间与批次内优化的自适应实时优化方法。一方面,该方法集成了批次间优化与批次内实时优化两种优化策略,充分发挥二者各自的优点,能有效解决批次间和批次内的扰动问题；另一方面,带修正项的自适应优化算法能有效克服批次间和批次内的近似模型与实际过程不匹配问题。通过仿真实验,验证了上述实时优化方法的有效性。4、结合前面提出的建模和优化方法,设计并开发了置换过程预测与优化操作系统,为置换过程提供优化操作指导。