推进膏体技术发展是践行国家“绿色开采”理念的重要举措。作为该技术的基础和首要环节,全尾砂膏体浓密是低浓度尾砂浆与絮凝剂混合后,在重力-剪切作用下实现固液分离,并生产膏体产品的复杂动态过程。针对膏体浓密性能(即固体通量、处理能力与底流浓度的相互关系)的研究,传统重力浓密理论表现出较差的适用性,在工程应用中存在诸多问题。浓密性能是全尾砂絮团压缩性和渗透性的外在表现,而全尾砂絮团结构尺寸的变化是其压缩性和渗透性优劣的根本原因。因此,开展膏体浓密过程全尾砂絮团尺寸变化及其压渗性能等方面的研究具有重要的意义。本文将浓密过程全尾砂絮团视为球状,凝胶浓度、压缩屈服应力表征其压缩性,干涉沉降系数表征其渗透性。以絮凝剂遴选和沉降条件优化为切入点,借助物理实验、理论分析和数值计算等手段,围绕絮团尺寸变化及其压渗性能、膏体浓密性能展开了研究。最终阐明了不同剪切环境下全尾砂絮团尺寸变化与其压缩性和渗透性的内在联系,实现了膏体浓密性能的有效分析。完成的主要研究工作包括:(1)完成了絮凝剂遴选和沉降实验条件优化工作。提出以浓密效果因子评价沉降实验效果,优选出适合于新疆某铜矿全尾砂沉降的絮凝剂XT9020,采用4因素3水平Box-Behnken设计方案,开展了静态沉降条件优化实验,分析了入料浓度、絮凝剂单耗、絮凝剂溶液浓度和入料速率四个因素对沉降效果的影响,获得了浓密效果因子预测模型,借助响应曲面法确定了最佳沉降实验条件:入料质量浓度为18.43%,絮凝剂单耗为19.57 g/t,絮凝剂溶液浓度为0.04%,入料速率为0.38 m/s。(2)考察了膏体浓密机全压力下全尾砂絮团压缩性和渗透性变化规律。在全尾砂絮团沉降和压滤行为数学模型的基础上,以动态沉降实验和压滤实验分别研究膏体浓密机低压力和高压力下全尾砂絮团脱水行为,实现了不同剪切环境膏体浓密机全压力物理模拟,考察了耙架转速对全尾砂絮团压缩性和渗透性的影响规律,在此基础上构建了不同剪切环境稳态条件下全尾砂絮团压缩性和渗透性参数随底流浓度变化的关系式。(3)深入研究了不同剪切环境下全尾砂絮团尺寸变化行为。耙架的剪切作用引起絮团尺寸变化,迫使絮团发生致密行为。以直径比例因子表征絮团剪切致密程度,以直径致密速率表征絮团剪切致密速度,在对全尾砂絮团沉降过程分析的基础上,建立了随时间变化的絮团致密方程,结合稳态条件下全尾砂絮团压缩性和渗透性参数,考察了全尾砂絮团尺寸变化对其压缩性和渗透性的影响,获得了考虑时效性的全尾砂絮团压缩性和渗透性演化方程。(4)提出了有动力膏体浓密性能分析方法。结合Coe-Clevenger沉降理论和Buscall-White脱水理论,借鉴新疆某铜矿膏体浓密机尺寸参数,利用无动力膏体浓密模型,阐述了无动力膏体浓密机固体通量、处理能力随底流浓度的变化规律。在此基础上,引入考虑时效性的全尾砂絮团压缩性和渗透性演化方程,获得了有动力膏体浓密性能分析方法,对比分析了无/有动力膏体浓密性能。(5)总结了全尾砂膏体浓密系统设计的推荐流程。以新疆某膏体充填项目为背景,结合本文研究成果,借助相似理论,确定了浓密机系统入料参数和运行参数。通过现场膏体浓密机试车运行,验证了膏体浓密模型和性能研究的适用性。目标底流浓度下,实际泥层压力与理论泥层压力平均误差为3.25%,对应的浓密机理论平均处理能力为99.3 t/h,浓密机实际平均处理能为102.0 t/h,理论值与实际值基本一致。最后总结了全尾砂膏体浓密系统设计的推荐流程。