全尾砂深锥浓密是低浓度尾砂浆在重力、絮凝、低速搅拌作用下实现固液分离，并生产膏体产品的复杂动态过程。该过程中全尾砂位置不断运移演化，位置的演化影响到絮团的结构与床层的渗透性，进一步对固液逆向运移速度和阻力等关键因素产生影响，最终影响脱水速率和底流浓度。因此，全尾砂絮团的结构和行为是浓密过程研究的核心，开展结构尺寸特征、运移演化规律等方面的研究对浓密效果的影响具有重要意义。
本文以矿山尾砂深锥浓密过程为研究背景，以絮凝全尾砂及絮团的行为规律为研究对象，以理论分析和物理实验为研究手段，提出了沉降——压缩综合实验方法，研制了深锥浓密半工业实验平台，探明了全尾砂浓度宏观分布规律，揭示了细观层面上的絮团结构、导水过程对于浓密效果的影响机理，建立了全尾砂可浓密性能表征方法和搅拌扭矩计算模型，丰富了深锥浓密基础理论，推动了理论向成果的转化。论文主要研究成果包括：
（1）研制了国内首套深锥浓密半工业实验平台并开展相关实验。该平台消除了小型实验尺寸效应的不利影响，提高了研究结果的精确性；增加了连续进出料、底流循环、给料井混合等室内实验无法模拟的影响因素；通过实验分析了8因素对底流浓度的影响规律和权重，揭示了深锥内部物料浓度分布特征，建立了浓度分区模型。
（2）发展了全尾砂可浓密性能的表征方法。基于实验现象，将全尾砂浓密过程划分为絮凝沉降和床层压缩两个子过程。利用力学、数学原理，分析了絮团在两子过程中力学行为的相似性，继而将两子过程的表征进行统一。提出了新型的实验方法，探明了压缩屈服应力和干涉沉降系数变化规律。利用压缩屈服应力表征全尾砂浆的脱水浓度，干涉沉降系数表征其脱水速度，从而对全尾砂浆的两个关键性质进行表征。
（3）开展了全尾砂絮团群细观结构变化规律及力学机理研究，首次提出了剪切导水模型。首先，获取了沉降絮团的细观结构图像，分析了其结构尺寸的分形特征，研究了结构参数对于沉降速度、脱水浓度的影响规律；其次，定量研究了动态条件下的导水通道分布，阐明了液体上升机制，提出了基于压缩和拉伸的剪切导水模式假说。最后，分析了网状结构的抗压强度和抗剪强度，建立了压缩屈服应力和剪切屈服应力之间的关系，揭示了静态、动态浓密脱水过程的力学机理。
（4）优化了固体通量的计算方法，完善了浓密机直径的设计理论。建立了基于床层压缩过程的深锥浓密动态模型，模拟了浓密机固体通量的变化规律，并利用物理实验结果进行验证，提出了固体通量计算和浓密机直径设计的新方法。以会泽矿充填参数为背景，将新方法与传统C-C法、T-F法计算结果进行对比，结果表明新方法误差减小了13.66 - 29.55 %，提高了预测精度。
（5）建立了基于浆体流变参数的深锥复杂结构耙架扭矩计算模型，并验证了模型的可靠性。将絮团行为和浓密机理的研究应用于耙架扭矩的计算中，基于浆体流变学理论和工程实践，对耙架的不同部位进行应力分析，提出了扭矩计算新模型。以会泽深锥浓密机参数为原型，进行扭矩验算，结果表明，最大值超出设计值21.85 %，易发生耙架过载停机事故，与现场情况相符。