近年来,随着我国冶金行业的快速发展,如何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,导致整个湿法冶金企业生产效率低、资源消耗大、产品质量不稳定,已经成为制约我国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问题,在深入分析湿法冶金置换过程特点的基础上,全面系统的开展了湿法冶金置换过程机理建模、数据建模以及批次内优化方面的研究。本文主要内容包括：1、在对湿法冶金置换过程深入分析的基础上,结合反应过程中锌粉和金的物料平衡关系、化学反应的动力学公式以及板框式压滤机在置换过程中自身的一些特性,建立了锌粉置换过程动态机理模型,并通过一系列仿真实验,验证了模型的有效性；2、针对动态机理模型在工业现场难以直接应用的难题,提出采用数据建模的方法来解决置换率的在线预测问题。首先,将间歇过程中的过程变量由三维矩阵的形式按批次展开为二维矩阵,然后再进行数据处理,采用核偏最小二乘算法(KPLS)建立了置换过程的数据模型,并通过一系列仿真实验,验证了模型的有效性；3、由于锌粉置换过程中批次内的随机扰动,产品的终点质量可能会偏离期望得到的质量指标,并由此导致生产成本的提高。针对这一问题,本文在数据模型的基础上,采用粒子群优化的方法对批次内的锌粉添加量进行优化,在保证可以达到期望产品质量指标的基础上消耗最少的锌粉。数值仿真表明,采用该方法可以在线有效的求解出后续时段的锌粉添加量,为现场工人在批次内添加锌粉提供了很好的操作指导。