针铁矿法沉铁过程是常压富氧直接浸出炼锌工艺的一个重要工序,它由五个反应器串联而成。串级反应器的Fe2+浓度呈梯度下降,能表征系统Fe2+的氧化速度,是衡量系统工作状态的关键参数。生产过程中,通过调节各反应器的氧气量和氧化锌量,控制Fe2+的氧化速度和溶液pH值,使铁离子以针铁矿的形式沉淀,并使5#反应器出口全铁浓度及溶液pH值满足生产要求。为此,需研究系统Fe2’浓度梯度和pH值的优化设定,保证生产稳定,并降低氧气的消耗。论文在深入分析针铁矿法沉铁过程工艺特点和影响因素的基础上,提出了基于沉铁过程出口Fe2+/Fe3+浓度预测模型的Fe2+浓度梯度优化方案。(1)在分析与简化反应器结构的前提下,以反应动力学为基础,建立了Fe2+/Fe3+浓度机理预测模型；针对模型中参数无法确定的问题,提出了基于单纯形法的模型参数辨识算法,并利用现场获取的数据,确定了模型参数。(2)分析了Fe2+浓度梯度及pH值对沉铁效果、铁渣品位及氧气消耗的影响,建立了以Fe2+浓度梯度及pH值为优化变量,氧气消耗总量最小为优化目标,各反应器中的Fe3+浓度、pH值和其它工艺限制为约束条件的优化模型。(3)综合分析了优化模型的结构和特点,采用罚函数法将约束优化问题转化为无约束优化问题,并利用PSO优化算法对优化问题进行求解。仿真研究表明：本文建立的Fe2+/Fe3+浓度机理预测模型物理意义明确,具有较高的预测精度,能满足沉铁过程的实际需求。通过对串联沉铁过程Fe2+浓度梯度及pH值的优化设定,能有效克服入口浸出液流量和成份波动对生产的影响,使系统出口全铁浓度满足生产的要求,并降低了氧气消耗量,为沉铁过程的稳定优化控制打下了很好的基础。