基于RSM-BBD的拜耳法赤泥胶结充填配比优化

李帅　于正　冯如　潘纪龙

摘要：针对拜耳法赤泥难以规模化利用的问题，开发拜耳法赤泥作为矿山胶结充填骨料。基于配方探索试验结果，运用BBD方法设计9组试验，以响应面优化法探究料浆浓度和拜耳法赤泥C料质量比与充填体抗压强度、坍落度和C料单耗3个响应量的相关关系及最佳配比。结果表明：在拜耳法赤泥C料质量比为6.88、料浆浓度为58.69 %时满意度值达到最大，为0.729，此时充填体28 d龄期抗压强度为1.56 MPa，坍落度为29.5 cm，C料单耗为74.716 kg/t，符合矿山实际生产要求。将拜耳法赤泥用于矿山采空区充填既消除了采空区安全隐患，保障了矿山的安全持续开采，又实现了拜耳法赤泥的大规模利用，保护了地表环境。

关键词：拜耳法赤泥;BBD试验设计;胶结充填;配方探索;响应面优化;配比优化

中图分类号：TD853.34文献标志码：A开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

文章编号：1001-1277（2022）01-0034-08doi：10.11792/hj20220106

基金项目：湖南省自然科学基金项目（2021JJ40745）;国家自然科学基金青年基金项目（51804337）

引言

随着经济社会的发展，世界资源需求量急剧增加，其中，铝作为一种常用的金属材料，其2020年全球需求量高达1.084亿t，预计到2040年全球鋁需求量将达到1.637亿t[1]，如此大的需求量使得铝成为世界第二大金属，仅次于钢铁。在冶炼铝的过程中会产生一种固体废物——拜耳法赤泥，每生产1 t电解铝将产生2.0～3.6 t的拜耳法赤泥，中国拜耳法赤泥年产量高达7 000万t，但其年综合利用量却不足500万t，大量拜耳法赤泥只能就地或筑坝堆积，不仅占用大量土地资源，而且对周边环境造成严重污染，威胁到矿山的安全可持续生产。

国内外就拜耳法赤泥的综合利用提出了数十种方法，主要包括有价金属元素回收、充当建筑材料和吸附材料、生态修复及陶瓷生产等[2-11]。李阳等[12]将拜耳法赤泥用于生产混凝土路缘石，研究结果表明：当材料混合质量配比为水泥∶砂∶碎石∶拜耳法赤泥=1∶0.34∶2.72∶0.77时，拜耳法赤泥混凝土路缘石28 d龄期抗压、抗折强度分别达35.3 MPa和5.3 MPa，可作为理想的混凝土路缘石原材料;林伟等[13]研发的拜耳法赤泥改性陶瓷轻质砖较传统陶瓷轻质砖具有保温效果好、抗折强度高、抗静电能力强等优点，已经在佛山石湾鹰牌陶瓷有限公司生产线上制得了样品;SHOPPERT 等[14]首先用稀盐酸在搅拌下浸出拜耳法赤泥，然后在一定条件下除去可溶性离子Ca、Na等，剩余固体残渣中铁和钛的质量分数分别增加到57.7 %和6.4 %，实现了从拜耳法赤泥中提取铁和钛的两步酸浸提法;BHATTACHARYA等[15]对拜耳法赤泥进行球磨并在试验条件下进行改良修饰，使其表现出最高的赝电容行为，可作为稳定可靠的超级电容器电极。

受原矿矿石、生产工艺和堆积时间的影响，不同产地甚至同产地不同批次的拜耳法赤泥中的物质组成及化学成分差别较大，而上述方法是在对拜耳法赤泥的物理化学性质进行充分研究和利用的基础之上进行的，针对不同的拜耳法赤泥不具备通用性。此外，这些方法多数需用到强酸强碱等价格昂贵的辅助材料，导致成本过高，无法进行工业化规模生产，无法实现拜耳法赤泥规模化、经济性的安全利用。近年来，越来越多类似于拜耳法赤泥的工业固体废物被应用于矿山充填开采，取得了较好的效果[16-19]。因此，本文研究了将拜耳法赤泥作为矿山胶结充填骨料的可行性，为实现拜耳法赤泥的大规模利用，消除采空区安全隐患提供新的途径。

1 研究背景及试验材料

1.1研究背景

中国某省70 %的铝土矿资源属于煤下铝，本次模拟以该省某典型铝土矿为例。该铝土矿赋存于中石炭统本溪组下部，与底部奥陶系灰岩、铁黏土岩侵蚀面呈不整合接触。上覆地层由本溪组黏土岩和泥岩、太原组泥岩和砂岩、新近系红土及第四系黄土组成。矿体平均厚度为2.85 m，平均倾角为7°，铝硅比为5.5，Al2O3质量分数为65 %，上覆煤层厚6.10 m，距矿体53 m。矿体顶板极限抗拉强度低，为0.48 MPa，软化系数为0.53，顶板软弱且不稳定。目前，该矿山拟采用条带式进路充填采矿法作为主要采矿方法，条带式进路充填分两步：第一步采用高强度拜尔法赤泥基胶结充填体对条状采空区进行充填，第二步采用低强度拜尔法赤泥基胶结充填体进行充填。

1.2试验材料

拜耳法赤泥属二类一般工业固体废物，可用于矿山采空区胶结充填。本文主要研究材料为拜耳法赤泥、强度等级42.5水泥、S95矿渣粉和铝灰，外加剂为石灰和水玻璃。研究表明，充填骨料的物理性质和化学成分对胶结充填体的各项参数均有极大影响[20]。为此，对本文使用的拜耳法赤泥进行分析，其粒度分布如图1所示。由图1可知：该拜耳法赤泥粒度较细，小于5 μm的颗粒占66 %，大于38 μm的颗粒仅占4 %;同时，其不均匀系数小于5，曲率系数小于1，说明级配较差。此外，拜耳法赤泥的比表面积较普通胶结剂高，且渗透系数低（3.35×10-7 cm/s），这些特性都不利于拜耳法赤泥基胶结充填体的强度发展。利用X射线衍射仪（XRD）测定了拜耳法赤泥的矿物成分，主要包括方解石、钙矾石、水氯苏拉石、赤铁矿、三水铝石、云母和绿泥石，均不具有潜在的水化特性。综上所述，拜耳法赤泥的物理性质和化学成分对胶结充填体的各项参数均有较大的不利影响，不是一种理想的充填骨料。

2 充填配方试验

2.1充填配方探索试验设计

由于拜耳法赤泥含水率为20 %以上，试验前将拜耳法赤泥在烘箱中烘干至其含水率变化范围不超过1 %，并棒磨至粉末状。为探索拜耳法赤泥最佳的充填配方，设计9组试验观察不同胶凝材料组合对充填体pH、凝结速度和抗压强度的影响，试验方案如表1所示。试验时按设计方案称取材料，于搅拌桶中充分混合后加入水充分搅拌，直至获得均匀的充填料浆，然后浇灌至直径5 cm、高10 cm的标准模具中，采取人工振动的方式去除料浆中存在的空气，待其凝固后刮模、脱模，放入养护箱中进行养护，分别测定其3 d、7 d及28 d龄期抗压强度。

2.2充填配方配比优化试验设计

通过充填配方探索试验得到较为理想的拜耳法赤泥基胶结充填配方后，在实际应用过程中，还需要考虑充填体的综合性能和经济性，因此对充填配方进行配比优化很有必要。响应面优化法（Response Surface Methodology，RSM）是一种解决非线性优化问题的数理统计方法，包括试验的设计、模型的建立、模型适用性的检验及最佳组合条件的求解等众多统计及试验技术。Box-Behnken设计（Box-Behnken Design，BBD）是RSM常用的试验设计方法之一，是可以评价指标和因素间非线性关系的一种试验设计方法，BBD的优点是不需要连续进行多次试验，并且在因素数量相同的情况下较其他试验设计方法设计出来的试验组合数更少。

充填性能参数主要有充填体抗压强度、料浆流动性、坍落度、黏度、屈服应力、充填材料成本等，相应的影响因素为灰砂比、料浆浓度、温度、充填材料物理性质、粒度分布及C料（胶凝材料）单耗等。本次试验采用3因素3水平设计方案，研究拜耳法赤泥C料质量比（x1）和料浆浓度（x2）对充填体28 d龄期抗压强度（Y1）、坍落度（Y2）及C料单耗（Y3）（每吨充填料浆中C料质量）3个响应量的影响。由于BBD方案至少包含3个影响因素，因此添加常量（x3）作为一个影响因素，如表2所示。初步设计的试验方案共17组，除去8组中心水平和常量（x3）参与的重复性试验后，实际上只有9组试验，为便于试验数据观察及分析，将其按顺序重新排列，如表3所示。

3结果和分析

3.1配方探索試验

为探索拜耳法赤泥最佳的充填配方，设计9组试验观察各个变量对充填体pH、凝结速度和抗压强度的影响，试验结果如表4所示。

从以上试验结果可得出以下结论：

1）水泥作为胶结剂时，拜耳法赤泥-水泥充填浆体凝结速度快，早期强度低但后期强度可稳定达到1.0 MPa以上，在加入石灰后会导致其抗压强度随龄期增加而产生较大程度的降低。

2）S95矿渣粉与拜耳法赤泥混合浆体凝结速度慢，制成的试块早期没有抗压强度，后期抗压强度最大也只有0.2 MPa左右，但是在加入适量石灰后，不仅凝结速度显著加快，其7 d和28 d抗压强度也增加至1.0 MPa以上。

3）铝灰作为起泡剂无法与拜耳法赤泥产生胶结作用，水玻璃作为外加剂对充填体抗压强度基本无影响。

4）拜耳法赤泥具有强碱性，其pH值为10.29～11.83，浸出液pH值为12.1～13.0。试验结果显示：S95矿渣粉和石灰混合胶凝材料对其强碱性具有一定程度的抑制作用。一方面S95矿渣粉及石灰中的Ca2+可与拜耳法赤泥中的Na+进行置换反应产生可溶性碱，这部分碱溶于液相中排出;另一方面Ca2+与拜耳法赤泥浆体中游离的碱性阴离子发生沉淀反应生成不溶性钙盐和化学结合碱，这一部分碱的稳定性提高，可以稳定吸附于晶格中，不易析出，也使得碱性得到控制。

3.2配比优化试验

根据BBD试验设计方案，记录试验中拜耳法赤泥C料质量比和料浆浓度对充填体28 d龄期抗压强度、坍落度及C料单耗3个响应量的影响。试验结果如表5所示。

根据表5的结果，结合响应面自动优化及手动优化，分别对3个响应面函数进行拟合。

1）28 d龄期抗压强度响应面函数拟合。为了检验3个因素及其复合因素的显著作用，对28 d龄期抗压强度响应面回归模型进行方差分析，如表6、表7所示，表中p>0.05，p<0.05，p<0.001和p<0.000 1分别表示该因素影响不显著、较显著、高度显著和极显著。由表6、表7可知：模型总体p值为0.035 7<0.05，可见模型是较显著的;常量x、复合因素xx、xx的p值分别为0.956 7，0.774 6，0.453 2均大于不显著判断标准0.05，由此可见常量对响应量基本无影响。去除不显著的常量x和包含x的复合因素后，模型值为1 265.24，p值小于0.001，模型总体高度显著。其中，复合因素x和x的p值分别为0.061 1及0.268 6，大于显著性判断标准0.05，但是考虑到模型总体已为极显著，此时再去除复合因素会导致模型精确度降低，因此复合因素x和x不必从拟合模型中去除。

根据上述分析，充填体28 d龄期抗压强度Y1的响应面函数为：Y=-0.822 7x+0.132 7x-0.076 5xx-0.053 3x-0.024 7x+1.16，相关系数平方为0.999 5。

2）坍落度响应面函数拟合。为了检验3个因素及其复合因素的显著作用，对坍落度响应面回归模型进行方差分析，如表8、表9所示，模型总体p值为0.353 8>0.05，模型不显著。将p值较大的x及包含x的复合因素去除后模型f值为10.79，p值为0.039 1<0.05，模型总体较显著。其中，复合因素xx和x的p值分别为0.297 8及0.567 1，远大于显著性判断标准0.05，而此时模型值为0.039 1，只略小于0.05。这说明复合因素x1x2和x22的p值与判断标准0.05如此大的差距可能会导致模型总体精确度不高，分别去除复合因素xx和x进行对比，去除复合因素xx设为模型A，去除复合因素x设为模型B，结果如表10所示。在去除复合因素xx和x之后模型总体皆为较显著。其中，模型A总体p值为0.018 4，模型B总体p值为0.010 3。显然去除复合因素x22对提升模型精确度更为有效，但此时模型B中复合因素x1x2的值为0.245 2，大于显著性判别标准0.05，考虑到去除过多因素会导致模型出现更大的误差甚至错误，因此保留复合因素x1x2。

根据上述分析，坍落度Y2的响应面函数为：Y=-5.08x-4.20x+1.53xx-4.75x+24.83，相关系数平方为0.940 1。

3）C料单耗响应面函数拟合。C料单耗响应面回归模型方差分析如表11所示。由表11可知：虽然模型总体f值为14 425.24，值为0.006 4，模型较显著，但是常量因素x及其复合因素p值皆远大于0.05，不显著，因此将常量因素及包含常量因素的复合因素去除后重新拟合。在去除常量因素x3及其复合因素后，模型显著性由较显著变为极显著，此时复合因素x的p值为0.864 9，远大于显著性判断标准0.05，将其去除后模型显著性仍为极显著，但考虑到去除全部不显著项将导致结果失拟程度大大增加，因此保留复合因素x以增加数学模型的拟合精确度。

根据上述分析，C料单耗Y3的响应面函数为：Y=-15.58x+2.32x-0.525 0xx+3.48x-0.016 7x+24.83，相关系数平方为1.000 0。

不同响应量单因素影响分析如图2所示。在28 d龄期抗压强度响应面回归模型中（如图2-a）所示），拜耳法赤泥C料质量比及料浆浓度之间交互作用显著，且拜耳法赤泥C料质量比和料浆浓度对充填体抗压强度的影响皆为极显著;随着拜耳法赤泥C料质量比的增大，充填体28 d龄期抗压强度逐渐降低，近似呈线性关系;随着料浆浓度的提升，充填体28 d龄期抗压强度缓慢增加。在坍落度响应面回归模型中（如图2-b）所示），拜耳法赤泥C料质量比和料浆浓度对坍落度的影响均为显著，因素之间交互作用不显著;随着拜耳法赤泥C料质量比的增加，坍落度呈先缓慢增加后迅速减小的趋势;在拜耳法赤泥C料质量比为7时坍落度达到最大值，为26.0 cm，而随着料浆浓度的增加，坍落度呈线性降低的趋势。

拜耳法赤泥C料质量比、料浆浓度对坍落度和C料单耗的交互作用如图3所示。在C料单耗响应面回归模型中，拜耳法赤泥C料质量比和料浆浓度对其影响均为极显著，且二者之间存在显著的交互作用;随着拜耳法赤泥C料质量比和料浆浓度的增加，C料单耗近似呈线性增加的趋势，与理论计算结果一致。

3.3充填配比优化

充填配比优化应遵循充填体强度达到设计要求、料浆流动性与输送工艺相匹配和减少C料用量降低充填成本3个原则。目标矿山充填体满意强度按照文献[21]提出的方法进行计算：

式中：σ为充填体28 d龄期抗压强度（MPa）;为充填体密度（g/cm）;为充填体自立高度（m）;为充填体埋深（m）;l为充填体长度（m）;为充填体滑动面倾角（°）;为安全系数;a为经验系数;为匹配系数;为覆岩容重（kN/m）;为围岩的弹性模量（MPa）。

将研究对象矿山相关参数代入计算并结合实际情况可得充填体抗压强度目标值为1.24 MPa，考虑容差将充填体28 d龄期抗压强度目标值设置为1.50 MPa，其次为遵循料浆浓度与输送工艺相匹配和降低C料单耗以减少充填成本的原则，将坍落度设置为最大，C料单耗设置为最小，料浆浓度及拜耳法赤泥C料质量比分别设置为58 %～62 %和6～10，如表12所示。

拜耳法赤泥C料质量比单因素及拜耳法赤泥C料质量比和料浆浓度复合因素对满意度的影响如图4所示。由图4可知：拜耳法赤泥C料质量比为6～7时满意度呈线性增加的趋势，大于7之后满意度呈抛物线形逐渐降低，大于9.5后对满意度基本没有影响，常量对整体满意度无影响。整体满意度如图5所示。由图5可知：在拜耳法赤泥C料质量比为6.88、料浆浓度为58.69 %时满意度值达到最大，为0.729，此时预测的充填体28 d龄期抗压强度为1.56 MPa，坍落度为29.5 cm，C料单耗为74.716 kg/t，符合矿山实际生产要求。

3.4拜耳法赤泥充填可行性分析

1）环保效益分析。拜耳法赤泥是工业提纯氧化铝过程中产生的一种固体废物。长期以来，工厂通常采用将其送往堆场堆积或选址堆坝等方法来处理拜耳法赤泥。但是，由于拜耳法赤泥结合着大量难以去除的化学碱，因此仅仅通过堆积、筑坝等简单的方式来处理拜耳法赤泥，不仅会占用大量宝贵的土地资源，而且很容易造成土地盐碱化和地下水的污染。而随着全球市场对铝的需求量逐年攀升，拜耳法赤泥的堆存量势必将越来越大，其对环境造成的污染也将会越来越严重。基于上述原因，我們应当“变废为宝”——将拜耳法赤泥进行资源化利用。

本文将拜耳法赤泥在充填采矿中的应用作为赤泥资源化利用的研究方向。针对拜耳法赤泥用于矿山胶结充填过程中的环保问题，本团队已进行了充填料浆泌水试验、充填体浸泡试验及重金属离子TCLP毒性浸出试验，以GB/T 14848—2017 《地下水质量标准》并结合相关评价方法进行综合评价，充填料浆泌水试验及充填体浸泡试验检测结果显示，除氨氮（NH3-N）、亚硝酸盐、钠离子含量较高属于Ⅳ类地下水外，其余有毒有害物质含量均属于Ⅰ、Ⅱ类地下水，对其进行模糊综和评价得出其整体属于Ⅲ类地下水，即充填料浆泌水及充填体浸泡水不会对地下水环境造成较大不良影响;TCLP毒性浸出试验结果也表明重金属离子浓度满足Ⅲ类地下水标准。

拜耳法赤泥本身具有强碱性，其pH值为10.29～11.83，浸出液pH值为12.1～13.0。因此，进行了将酸性固体废物（如磷石膏）与拜耳法赤泥混合作充填骨料的相关试验，虽然碱性得到了有效抑制，但是充填体力学性能较差。后续采取了“石灰脱碱法”的思路进行试验，一方面利用S95矿渣粉及石灰中的Ca与拜耳法赤泥中的Na进行置换反应产生可溶性碱，这部分碱溶于液相中排出;另一方面Ca与拜耳法赤泥浆体中游离的碱性阴离子发生沉淀反应生成不溶性钙盐和化学结合碱，这一部分碱的稳定性提高，可以稳定吸附于晶格中，不易析出，也使碱性得到了控制。文中已补充充填料浆即时pH数据，约为11，可以发现S95矿渣粉及石灰混合胶凝材料对拜耳法赤泥的强碱性具有一定程度的抑制作用，后续充填料浆泌水、充填体浸泡试验及相关溶质扩散预测分析证实了这部分可溶性碱对矿山地下水环境不会造成较大不良影响，同时也为矿山设计了对应的处理措施，保证其环境友好性。

2）经济效益分析。S95矿渣粉目前市场价格为380～450元/t，强度等级42.5水泥的市场价格为500元/t左右，且后续将继续试验开发价格更为低廉的普通矿渣代替S95矿渣粉作为胶凝材料主材料。按S95矿渣粉380元/t和强度等级42.5水泥500元/t计算，根据表12计算结果得出1 t充填料浆使用S95矿渣粉及石灰混合胶凝材料较强度等级42.5水泥成本降低约6.49元，显然S95矿渣粉及石灰混合胶凝材料经济效益更佳。

4结论

1）拜耳法赤泥粒度较细，比表面积较大且渗透系数低，不利于拜耳法赤泥基胶结充填体的强度发展，所含矿物成分均为不具备潜在水化特性的物质，不是一种理想的充填骨料;以充填体抗压强度为评判标准，通过配方探索试验确定S95矿渣粉和石灰混合材料是合适的胶凝材料。

2）引入常量因素，以充填体28 d龄期抗压强度、坍落度及C料单耗为响应量，运用BBD设置3因素3水平试验，分析了料浆浓度和拜耳法赤泥C料质量比与3个响应量之间的相关关系和最优配比，结果表明：在拜耳法赤泥C料质量比为6.88、料浆浓度为58.69 %时满意度值达到最大，为0.729，此时预测的充填体28 d龄期抗压强度1.56 MPa，坍落度29.5 cm，C料单耗74.716 kg/t，符合矿山实际生产要求。

3）拜尔法赤泥可以应用于矿山胶结充填，不会对环境造成不利影响。充填料浆泌水及充填体浸泡水不会对地下水环境造成较大不良影响;利用S95矿渣粉及石灰混合胶凝材料能够在一定程度上抑制拜耳法赤泥的强碱性，且对其中的重金属离子固化作用更好。此外，S95矿渣粉及石灰混合胶凝材料作胶凝材料的充填成本更低。

[参 考 文 献]

[1]董春明.2025年全球铝需求量将超1.2亿吨  工业可持续发展面临巨大挑战[J].资源再生，2012（12）：46-48.

[2]廖仕臻，杨金林，马少健.赤泥综合利用研究进展[J].矿产保护与利用，2019，39（3）：21-27.

[3]吴世超，朱立新，孙体昌，等.赤泥综合利用现状及展望[J].金属矿山，2019（6）：38-44.

[4]罗丹，李紫龙，杜秋，等.赤泥综合利用研究进展[J].环境工程，2014（增刊1）：616-618.

[5]朱晓波，李望，管学茂.赤泥综合利用研究现状及分析[J].矿产综合利用，2016（1）：7-10.

[6]张雪凯，周康根，陈伟，等.酸浸-分步萃取法从赤泥中回收铁和稀土[J].中南大学学报（英文版），2019，26（2）：458-466.

[7]张淑敏，袁帅，韩跃新，等.气基还原焙烧—弱磁选回收赤泥中铁矿物试验[J].金属矿山，2018（6）：179-182.

[8]任孟杰，郭焱.利用拜耳法赤泥和氟化钙污泥制备烧结砖块[J].环境工程学报，2017，11（8）：4 797-4 802.

[9]SADANGI J K，DAS S P，TRFPATHY S K，et al.Investigation into recovery of iron values from red mud dumps[J].Separation Science and Technology，2018，53（14）：2 186-2 191.

[10]FEIGL V，VIKTQRIAE，VASZITA E，et al.Influence of red mud on soil microbial communities：application and comprehensive evaluation of the Biolog EcoPlate approach as a tool in soil microbiological studies[J].Science of The Total Environment，2017，595：903-911.

[11]RAVANBAKHSH S，BEHNAM S，MOHAMMAD R R，et al.Reusing red mud waste and low grade bauxite as raw materials for brick manufacturing by experimental design technique[J].International Journal of Environment and Waste Management，2020，27（1）：46-60.

[12]李陽，梁乃兴，曾晟，等.水泥赤泥混凝土路缘石力学性能的研究[J].中外公路，2017，37（6）：296-298.

[13]林伟，李小雷，韩复兴，等.拜耳法赤泥改性陶瓷轻质砖工艺研究[J].陶瓷，2011（8）：22-25.

[14]SHOPPERT A，LOGINOVA V.Red mud as an additional source of titanium raw materials[J].KnE Materials Science，2017，10：150-157.

[15]BHATTACHARYA G，FISHLOCK S J，ROY J S，et al.Effective utilization of waste red mud for high performance supercapacitor electrodes[J].Global Challenges，2019，3（2）：1800066.

[16]玄祖普，孟慶葛.磷石膏基充填胶凝材料试验研究[J].现代矿业，2020，36（8）：178-180.

[17]兰文涛，吴爱祥，王贻明，等.基于正交试验的半水磷石膏充填配比优化[J].中国有色金属学报，2019，29（5）：1 083-1 091.

[18]CHEN Q S，ZHANG Q L，XIAO C C，et al.Backfilling behavior of a mixed aggregate based on construction waste and ultrafine tailings[J].Plos One，2017，12（6）：e0179872.

[19]杨志强，杨啸，高谦，等.戈壁砂和全尾砂充填骨料在金川矿山的应用研究[J].矿产综合利用，2015（4）：57-62.

[20]KESIMAL A，YILMAZ E，ERCIKDI B，et al.Effect of properties of tailings and binder on the short and longterm strength and stability of cemented paste backfill[J].Materials Letters，2005，59（28）：3 703-3 709.

[21]吴浩，赵国彦，陈英.多目标条件下矿山充填材料配比优化实验[J].哈尔滨工业大学学报，2017，49（11）：101-108.

作者简介：李帅（1989—），男，河南邓州人，副教授，博士，研究方向为充填采矿工艺技术;长沙市麓山南路932号，中南大学资源与安全工程学院，410083;E-mail：15200826420@163.com

通信作者，E-mail：1713102136@qq.com，19898804638

李帅，于正，冯如，潘纪龙（中南大学资源与安全工程学院）

Proportioning optimization of cemented filling of Bayer red mud based on RSM-BBDLi Shuai，Yu Zheng，Feng Ru，Pan Jilong

（School of Resources and Safety Engineering，Central South University）

Abstract：Bayer red mud is difficult to utilize in large scale，in light of which a cemented filling aggregate made of Bayer red mud is developed.Based on the proportioning exploration test results，BBD method is used to design 9 groups of tests，and the response surface method is used to explore the relation between slurry concentration，mass ratio of Bayer red mud and C material，and the 3 response values of filling body compressive strength，slump and single consumption of C material，as well as the optimal proportion.The results show that the degree of satisfaction is 0.729，reaching the highest level，when the mass ratio of Bayer red mud and C material is 6.88 and the slurry concentration is 58.69 %.At the time，the compressive strength of filling body after 28 d is 1.56 MPa，the slump is 29.5 cm，the single consumption of C material is 74.716 kg/t，meeting the actual requirement in mine production.The application of Bayer red mud to filling in goafs of mines not only eliminates the safety risks in goafs and ensures the actual requirement in mine production，but also realizes scaled-up utilization of Bayer red mud and protects surface environment.

Keywords：Bayer red mud;BBD test design;cemented filling;formula exploration;response surface optimization;proportioning optimization