面向膏体充填尾砂浓密的絮团结构研究进展综述

李翠平 陈格仲 侯贺子 颜丙恒

（1.北京科技大学土木与资源工程学院，北京100083；2.金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京100083）

发展膏体充填技术是践行国家“绿色开采”理念 的重要举措，具有环保、安全、高效等优点，是未来矿山生产发展的主要方向［1-2］。尾砂浓密作为膏体充填技术的首要环节，底流效果的好坏对后续工艺环节产生重要影响，稳定高浓度的底流可为矿山连续充填开采提供有力保障。为此，确保浓密机底流浓度的稳定性是实现膏体充填的关键。

尾砂浓密是将选矿厂排放的低浓度尾砂料浆在浓密机中与絮凝剂溶液混合后形成尾砂絮团，沉降中受尾砂床层压力、耙架剪切力等作用实现固液分离，制备出高浓度底流料浆的复杂动态过程［3］。尾砂浓密工艺涉及流体力学、机械动力学、胶体表面化学、颗粒物质等研究领域，引起国内外学者的广泛关注。目前学术界从浓密机结构［4］、尾砂床层高度［5］、耙架剪切作用［6］、絮凝剂选型［7］、颗粒絮凝［8］等方面开展了相关研究，取得了丰富的研究成果。但在矿山实际生产运营中，依然存在浓密机底流浓度波动大、底流排放连续性差等工程问题，严重影响了后续工艺环节的顺利进行。纵观国内外的研究进展发现，浓密环节底流浓度不稳定现象除了受宏观因素影响外，尾砂絮团结构是决定脱水效果的根本原因。为此，本研究从微细观入手，以尾砂絮团结构为切入点，系统阐述了絮团排水过程中尾砂颗粒絮凝、絮团结构变化、絮团水含量变化、压密区孔隙通道等方面的最新研究进展，深入分析了当前浓密脱水过程中存在的问题以及发展趋势。

1 尾砂颗粒絮凝及宏观影响因素

1.1 尾砂颗粒絮凝

絮凝是向悬浮液中加入絮凝剂或混凝剂溶液，使悬浮液中颗粒物质与药剂发生物理化学作用在脱稳后进一步形成絮团结构，以提高颗粒介质沉降速率的工业技术，如图1中区域Ⅱ所示。絮凝主要用于提高废水净化效率、尾矿浓密增稠等领域，在国内外的工业废水处理、食品、医药、造纸、采矿等行业有较为成熟的技术体系，可显著降低固液分离时的经济成本。已有研究表明，絮凝剂与料浆中尾砂颗粒主要发生吸附架桥、网捕卷扫、电荷中和以及压缩双电层等作用［9］，按照作用机理的差异，可将絮凝剂主要分为有机絮凝剂和无机絮凝剂两大类［10-11］。传统无机絮凝剂多为无机盐类，现场应用时存在使用量大、效果不佳等缺点，已逐步被高分子有机絮凝剂代替。目前，国内矿山企业多采用有机絮凝剂中的阴离子聚丙烯酰胺，其具有经济高效、环保、操作流程简便的优点。

浓密起始阶段低浓度尾砂料浆与絮凝剂溶液在浓密机中心桶中进行物料混合，尾砂颗粒与絮凝剂溶液发生物理化学作用，形成结构松散、强度较低、形态不一的尾砂絮团［10］。初始阶段絮团结构的生成一方面降低了上清液的浊度，有利于工业水资源循环利用；另一方面提高了细尾砂颗粒的沉降速率，解决了细颗粒尾砂难以快速沉降的问题，提高了沉降阶段固液分离效率［7］。絮凝剂与溶液中尾砂颗粒絮凝过程表现为：首先，絮凝剂与水溶液混合；之后，絮凝剂溶液稀释分散与料浆中尾砂颗粒发生凝聚作用；最后发生絮凝作用，形成尾砂絮团［7，12］。絮凝作用发生的前提是料浆中尾砂颗粒表面存在空白电位，絮凝剂链的官能团才能与尾砂颗粒发生吸附架桥作用，打破细颗粒尾砂的悬浮状态进而形成尾砂絮团［9，13］。

1.2 絮凝宏观影响因素分析

除了絮凝剂类型外，尾砂颗粒絮凝成团过程受多种外界宏观因素影响，包括絮凝剂单耗、絮凝剂溶液浓度、尾砂料浆浓度、溶液pH值、温度、絮凝剂分子量和离子度等因素。

1.2.1 絮凝剂单耗

絮凝剂单耗对絮凝效果具有决定性作用。絮凝剂单耗较低时虽可以降低经济成本，但无法使全部尾砂颗粒絮凝成团，部分细尾砂颗粒仍悬浮于上清液中，增大了溢流液的浊度，额外增加了工业循环水再次使用的处理步骤［7］。而较高的絮凝剂单耗不仅增加了经济成本，还会引起尾砂颗粒表面电位过饱和现象从而降低吸附架桥作用的效率［14］，易生成结构稳定的小絮团，产生絮凝效果不佳的问题；同时絮凝剂单耗增加将会提升料浆整体黏度，使絮团沉降阻力加大，絮团沉降速率降低，最后导致压密区尾砂料浆排水阻力升高等问题［15-16］。

1.2.2 絮凝剂溶液浓度

絮凝剂溶液浓度较高时，溶液难以快速稀释到与尾砂料浆混合的最佳浓度，易引起部分尾砂颗粒吸附过饱和，无法确保尾砂颗粒有效絮凝，导致絮凝的尾砂絮团较小以及溢流液浊度较高［16］。因此，在现场应用中絮凝剂溶液浓度一般较低，浓度范围多位于千分位到万分位之间。

1.2.3 尾砂料浆浓度

尾砂料浆浓度较高，会导致尾砂颗粒难以快速与絮凝剂溶液充分混合，不易达到良好的絮凝效果。尾砂浓度较低，颗粒之间难以形成结构密实的絮团，同时加剧了水资源消耗［17］。因此，选择适宜的絮凝剂用量与尾砂料浆浓度，可促进絮凝剂与尾砂颗粒快速充分接触，提高颗粒絮凝效率。

1.2.4 溶液pH值

料浆pH值对絮团形成的影响表现在两个方面［16］：一是通过改变颗粒表面Zeta电位来调节尾砂颗粒之间的相互作用力，压缩颗粒表面双电层结构以便于吸附架桥；二是改变絮凝剂链的状态，促进絮凝剂链吸附至尾砂颗粒表面从而更高效地完成颗粒絮凝［17］。

1.2.5 温 度

温度对尾砂颗粒絮凝过程的影响主要表现在：适宜溶液温度下可以降低料浆的黏度，提高絮凝剂的溶解度，便于絮凝剂溶液快速与尾砂料浆混合，更好地完成吸附架桥作用［18］，并且适当提高温度可以加剧料浆中尾砂颗粒的布朗运动，有利于料浆快速絮凝。此外，在适宜温度范围内可有效提高絮凝剂活性，有利于提高颗粒絮凝速率［19-20］。

1.2.6 絮凝剂分子量和离子度

有机高分子絮凝剂的分子量和离子度对颗粒絮凝效率具有重要影响［21-22］。在絮凝剂离子度相同的情况下，低分子量的絮凝剂形成的絮团尺寸较小，结构较为疏松，上清液浊度高。随着絮凝剂分子量增加，尾砂颗粒吸附架桥作用明显增强，形成的絮团尺寸逐步增大，结构较为密实。但过高的分子量难以确保絮凝剂分子链在水解过程中完全打开，无法充分发挥絮凝作用。同理，相同分子量情况下，离子度较低的絮凝剂所提供的电解质有限，不易打破颗粒的稳定状态，降低了尾砂颗粒的絮凝效率。随着絮凝剂离子度增加，水解后得到的电解质增多，有助于稳定悬浮颗粒失稳，实现较好的吸附架桥作用。但是离子度过高则会降低絮凝剂的水解度，进而抑制电解质发挥作用，降低絮凝效率。因此，适量提高絮凝剂分子量和离子度有助于增加尾砂颗粒絮凝效率以及形成结构密实的尾砂絮团。

尾砂颗粒絮凝是浓密机中实行固液分离的第一步，了解其作用机理及影响因素对整个浓密环节具有重要的意义。尾砂颗粒絮凝的宏观影响因素较多，各因素的作用规律往往并非独立存在，多因素之间耦合作用较强。因此，在尾砂絮凝的过程中需要综合考虑各方面的宏观影响因素，进行多因素优化设计，实现最理想的颗粒絮凝效果。除此之外，现有浓密机在中心筒处沿用单点加药、一次絮凝的方式进行物料混合，存在上清液浊度较高的现象，为工业生产带来不少困扰。为此，改进物料混合方式，采用多点加药，多段絮凝的新工艺有望为解决该类工程问题提供新的技术思路。

2 絮团结构变化

浓密机中尾砂颗粒絮凝成团后，在重力作用下向浓密机底部沉降。沉降过程中絮团受到外力扰动，结构发生相应变化，物理性质也随之改变。国内外学者根据絮团在浓密机中的受力以及结构变化机制的差异性，将絮团结构变化过程分为沉降区和压密区两个部分。

2.1 沉降区絮团结构变化

絮凝沉降过程中影响絮团结构变化的外界因素较多，国内外学者利用不同试验手段对沉降过程中絮团结构变化开展了大量研究工作。由早期的高清相机拍摄［23］、激光散射［24］等絮团观测方式，逐步发展到探头式原位检测技术，如聚焦光束反射测量技术（Focused Beam Reflectance Measurement，FBRM）、颗粒录影显微镜技术（Particle Video Microscope，PVM）［25］等观测手段，分析不同条件下絮团尺寸、强度、分形维数等物理性质的变化规律。获得了尾砂絮团尺寸与流体剪切应力紧密相连，并随流体剪切应力增大而降低的一系列实测理论成果［26-27］。其研究表明，絮团早期阶段更容易发生破碎和重组现象，当絮团强度不低于流体剪切应力时，絮团尺寸不再减小，达到平衡阶段，絮团破碎与重组的过程是多次重复的，具有絮凝—破碎—再生（A—B—R）的性质［28］。依据最新研究结果，絮团尺寸的总体发展变化过程可分为初始凝聚阶段、絮凝成团阶段、絮团破碎阶段以及动态平衡阶段［29-30］，如图2所示。破碎和重组后所形成的尾砂絮团性质与之前相比存在较大差异性，主要表现为：破碎后的絮团尺寸整体有所降低，但絮团结构更加致密，絮团的强度和分形维数比破碎前更高［31-32］。

絮团在沉降区运动过程中，流体剪切、差速沉降和布朗运动对其结构产生影响［33-34］，其中流体剪切作用是导致沉降区絮团结构变化的根本原因［35］。流体剪切主要发生在两处：一处是中心筒内物料混合时流体强烈剪切作用区；另一处是絮团沉降过程中，由浓密机耙架与导水杆转动所带动的浓密机内液体规则旋转而形成的流体剪切作用区，该处的剪切作用决定了沉降区絮团的最终形态。絮团结构变化以剪切破碎、碰撞重组方式体现，其中，剪切破碎是絮团结构变化的最主要方式［36］。

絮团受流体剪切作用后主要有两种破碎形式［37］，如图1区域Ⅲ中①、②所示，两种破碎机制以Kolmogorov尺寸作为主要判定标准。当絮团尺寸达到或超过Kolmogorov尺度时，絮团将发生破裂，此时大絮团孔隙率较高，絮团强度较低，在流体剪切作用下，絮团内部结构薄弱区出现破裂，导致大絮团分散为多个小絮团；当絮团尺寸小于Kolmogorov尺度时，絮团发生侵蚀，在较弱的流体剪切作用下，絮团表面所吸附的不牢固微小絮团脱落，造成絮团体积减小［28，38］，脱落的絮团将重新回到溶液中与其它絮团产生作用［39］。絮团结构破碎过程中，可根据溶液中的金属离子对絮团结构产生的影响，将絮团的破碎分为可逆破碎与不可逆破碎［40］。尾砂絮团破碎后生成的碎片，一方面可为絮团碰撞重组提供更多附着位点［41-42］，另一方面较小的絮团碎片在流动过程中易与大絮团发生碰撞重组过程，如图1区域Ⅲ中③所示，进一步改变了絮团结构物理性质［43-44］。

可见，对沉降区絮团结构方面的研究大多是借鉴泥沙、污水处理等相关学科领域的研究成果，而对于尾砂浓密沉降环节国内学者多采用粒子图像测速法（Particle Image Velocimetry，PIV）［45］、计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）数值模拟［46］等技术，分析絮团在沉降过程中的轨迹运移、沉降速度等问题，基于固体通量、C-C法（Coe-Clevenger）、Kynch等理论构建沉降模型，为浓密机设计提供指导，但以往的研究忽略了沉降过程中絮团结构以及密度的变化对底流浓度产生的影响。

2.2 压密区絮团结构变化

浓密机上部絮团沉降至底部后，逐渐累积形成具有一定高度的尾砂床层，由于絮团结构的强度较低，在床层压力及耙架剪切力共同作用下，絮团进一步发生破碎，絮团的密度、强度等物理性质出现变化，对底流浓度产生较大影响。

当前对压密区絮团的研究，主要是通过直接取料或冷冻取料的方式开展絮团结构观测试验。借助图像分析技术、显微摄像技术等［47-48］，对不同压力、剪切作用等外界条件影响下的絮团结构、强度、尾砂颗粒间接触状态进行了分析，得出絮团结构在受压、受剪作用下的变化规律。耙架剪切过程中由于絮团形状和尺寸的各向异性，床层中尾砂絮团的结构不断发生破碎、重组等过程，导致絮团整体尺寸逐渐减小，絮团的分形维数逐渐增大，絮团强度与密度逐渐增加［49］。而压滤试验表明，絮团尺寸随压力的增大而逐渐减小，直至床层骨架强度与所施加的压力相当时，絮团尺寸不再发生变化，当再次加压时，絮团尺寸将继续减小，直到再次平衡［50］，如图3所示。因此，随着尾砂床层的不断升高，在床层压力和耙架剪切力的耦合作用下，压密区的絮团结构和物理性质处于动态平衡［51］。通过环境扫描电镜（Environmental Scanning Electron Microscope，ESEM）对压密区絮团结构进一步分析表明，力学作用下压密区尾砂颗粒之间的接触状态同步存在变化［52-53］，使絮团结构向更加密实的状态发展。

压密区絮团结构的变化直接影响底流料浆浓度，但目前对压密区尾砂絮团的研究多采用取样分析，此种技术对絮团结构状态具有一定的扰动，难以真实表征压密区絮团结构变化与力学作用之间的关联。

3 絮团水含量变化

絮凝沉降对比试验表明，相同条件下，添加絮凝剂后的底流浓度比未添加絮凝剂的底流浓度要低［54-55］，而絮团水含量的变化是引起这一现象的主要原因，研究中通常将絮团水细分为絮团内水和絮团间水［54］，如图1区域Ⅴ中所示。

3.1 沉降区絮团内水含量变化

絮团内水伴随着絮团结构的出现而产生，尾砂颗粒絮凝形成的单个絮团具有较高的孔隙率，孔隙体积均由液相水填充于内，形成絮团内水，显著降低了单个絮团的密度，其含量与絮团结构密切相关，也随絮团结构的变化而改变［55-56］。已有研究表明，絮凝剂单耗对絮团内水含量的变化具有重要影响，过量的絮凝剂可使尾砂絮团内水含量进一步增加，不利于制备高浓度底流［54］。此外，絮团沉降过程中，流体剪切、絮团碰撞等外力作用导致絮团结构在薄弱处发生破裂［57］，使絮团内水得到相应释放，絮团密实度提高，沉降速度加快，有利于提高固液分离效率。同理，不同溶液温度、pH值等宏观条件下絮团内水含量也会出现相应的变化［58-59］，而力学作用下的絮团结构破碎则是导致絮团内水含量减少、絮团密度提高的根本原因。但由于技术水平发展有限，已有的相关研究多基于理论公式推导，进而推测絮团密度的理论数值，具有一定的借鉴意义，但对于实际絮团密度的物理试验测试成果尚未有相关报道。因此，深入研究尾砂浓密沉降过程中的絮团内水含量变化，分析受外界条件作用下沉降过程中絮团密度的变化规律，可为实现高浓度底流奠定基础。

3.2 压密区絮团水含量变化

絮凝形成的絮团结构具有各向异性和不规则性，多以棒状、椭圆状、饼状为主，沉降至浓密机底部的絮团层层堆积，絮团间形成大量的孔隙结构，孔隙内充满液体，构成絮团间水。随着絮团不断堆积压缩，压密区形成具有高孔隙率的“蛋糕”状多孔介质，大量的絮团间水位于其中，促使底流浓度跨度较大，形成高度饱和的非均质多孔介质［60-61］。尾砂床层在重力和耙架剪切作用下，絮团结构破碎，絮团内水和絮团间水均得到释放，浓密机底流浓度得到提高。已有压滤试验表明，低压力作用下的絮团水释放有限［62］，要获得较高的底流浓度必须施以极大的压力和较长的作用时间，但在实际生产中难以实现。床层的剪切屈服应力相比于压缩屈服应力更低，耙架剪切作用对絮团的结构扰动较强烈，有利于絮团水的释放。床层未耙动时，在重力作用下，压密区尾砂床层絮团水含量高并呈现稳定状态，耙架转动时，在耙架剪切和床层压力耦合作用下絮团结构进一步破碎形成更小更致密的絮团［63-64］，絮团水的排放更加彻底。因此，在重力及耙架剪切作用下，压密区絮团水含量随絮团结构变化处于动态变化中。国外学者借助CT扫描技术对稳定后的泥层进行了三维重构分析［65-66］，得出絮团内水含量随絮团结构变化呈正态分布规律。此外，也有学者通过添加化学药剂的方法对絮团水释放进行了相关研究［67］。但以上研究主要集中在如何释放絮团水，对力学作用下絮团水含量变化问题研究较少，只分析了泥层重力下絮团内水含量变化，未对耙架剪切后絮团内水含量变化进行研究，存在一定的不足之处，且国内鲜有相关研究成果见诸报道。

目前业内学者认为尾砂絮团结构中存有絮团内水和絮团间水，借鉴相关学科的基础理论，将多孔介质中存在的水分类型分为4种［68］：结晶水、表面吸附水、间隙水以及自由水。常规手段难以去除尾砂颗粒的结晶水和表面吸附水［69］，间隙水在泥层中存在的比例较高，是造成泥层浓度较低的根本原因，自由水存在于泥层上部，不与泥层颗粒发生作用。但是这些概念主要从其它学科借鉴而来，虽然具有一定的价值，但尾砂颗粒的性质与泥沙、污泥不尽相同，尤其是化学添加剂的引入，导致絮团水含量增加的理论不够明确。因此，明晰尾砂浓密环节水分种类至关重要，探究絮团水含量在外界宏观因素作用下的变化规律以及如何更好、更快地降低絮团水含量，对于提高浓密机底流浓度具有重要意义。

4 尾砂床层孔隙通道演化

压密区床层料浆浓度的质量直接影响后续充填环节的开展，进而制备出稳定的高浓度料浆是浓密环节的首要目标。尾砂床层的沉积行为反映了料浆内部结构对力学作用的响应，尾砂絮团在重力及耙架剪切力的作用下结构发生破裂，释放的絮团内水与絮团间水相汇聚，在床层压力作用下通过絮团间复杂的孔隙通道向上部排出，如图1区域Ⅵ中所示，进而制备出高浓度的底流料浆，满足充填需要。研究表明，尾砂床层沉积是一个高度动态的过程，床层的骨架强度和孔隙水压力最终会与上部床层重力形成平衡，达到一种稳定状态，在到达平衡之前，床层中排水通道的形状和结构伴随压密区絮团结构的变化一直处于动态演变过程中。不断演变的孔隙结构将影响孔隙内流体流动和颗粒运移，进而影响压密区料浆的排水效率。早期研究发现，床层中的液相水通过孔隙通道向上排出的过程中将会与尾砂颗粒进行等体积交换。但实际中颗粒的沉积与流体流动之间的耦合是一个复杂的过程，力学作用下尾砂床层中孔隙通道的结构形态变化以及通道结构对流体流动影响的研究依然充满了挑战［70-71］。

实际生产中，絮团沉积至底部所形成的尾砂床层高度不断增加，床层压力从上到下逐渐递增，絮团间隙不断缩小，床层孔隙体积不断降低。因此，随着尾砂床层的高度增加，浓密机底部的尾砂料浆浓度较高。压渗试验表明，力学作用下的孔隙结构物理性质变化较为明显［72］，尾砂床层孔隙、孔径变化范围较大，导致床层渗透系数在垂直方向上出现较大的差异性，致使压密区尾砂料浆具有高度非均质性的多孔介质属性。基于水力传导率的特征，将床层中孔隙通道分为有效通道和无效通道两大类［73］，床层中絮团水通过有效通道排出，无效通道单独存在于床层中，无法有效地将床层中的水排出，不利于提高底流浓度。在床层不断增高的过程中，沉积作用使排水通道的孔隙连通性及孔隙结构处于极不稳定状态，通道的分散性随床层高度的增加急剧增长，从而增加了流体运输的曲折度，加大了流体的排出阻力［74］。絮团水在孔隙通道向上排出的过程中，伴随通道结构的变化，致使部分通道中流体剪切力增加，当流体剪切力大于尾砂颗粒间的黏附力时，尾砂颗粒将会从排水通道内部脱离，流体带动微细颗粒尾砂向上流动，最终在床层界面处形成火山口［75］。此外，床层的力学作用改变了尾砂颗粒间的接触状态，不仅使絮团的结构更加密实，堆积的尾砂颗粒还增加了床层中孔隙微观结构的复杂程度，促使部分尾砂颗粒对有效通道产生封堵效应，相应增加了无效通道的数量。同时床层中细颗粒尾砂易将孔隙填充得更加密实，降低了床层的逆向渗透率［76-77］，表明尾砂颗粒级配对孔隙排水通道产生的影响也不容忽视。

浓密机底部的尾砂料浆受到床层重力作用的同时，还会受到耙架转动引起的机械剪切力作用。耙架剪切不仅改变了压密区絮团结构性质，还会影响床层孔隙结构性质以及排水通道类型［78］。在导水杆和耙架综合剪切作用下，床层内的絮团结构将发生破裂，进一步改变了孔隙通道的结构状态［79］。耙架转动下尾砂床层中产生低引力区域，进而形成新的孔隙通道，逐步使絮团水得到释放。因此耙架的转速大小将直接影响浓密机底流质量分数，合理转速范围有利于尾砂床层内孔隙通道的形成，提高尾砂料浆底流浓度。目前国内学者主要对床层受剪切时排水通道的出现与湮灭进行了理论描述，同时考虑了耙架转速等宏观影响因素的作用规律［79］，而涉及压密区床层排水通道的微观结构分析较少，尤其是实际工程中耙架和导水杆的综合剪切作用使孔隙通道的结构变化更为复杂，目前国内对此方面问题的研究处于起步阶段，需进一步探究压密区絮团水的排出规律以及孔隙通道结构的演化规律，以期为浓密环节的现场调控提供理论指导。

5 现存的问题与研究趋势

5.1 现存的问题

纵观国内外研究现状，虽然在尾砂浓密领域针对颗粒絮凝、絮团结构变化、剪切排水等方面开展了大量的研究工作，取得了丰富的科研进展，但理论研究仍需进一步加强。以往研究将沉降区和压密区单独分离开，研究内容主要集中在宏观试验，并且多为室内静态浓密试验，对沉降区与压密区同步开展研究的连续动态浓密试验涉及较少。微细观方面虽然进行了一定程度的研究，但不够深入，如尾砂絮团水含量变化研究，沉降区到压密区絮团结构整体变化的原位观测研究，压密区絮团结构变化对尾砂床层孔隙通道的影响研究，以及孔隙通道中流体的运动状态研究等领域，均需要进一步开展更全面深入的分析。针对现场实际需求以及相应的研究进展状况，目前还存在以下几方面问题亟待解决：

（1）力学作用下对絮团结构效应认识不足。目前对尾砂絮团结构变化的研究主要集中于特定条件下的二维图像分析领域，以沉降区絮团结构分析为主。但对整个浓密环节由沉降区到压密区，由单一重力压密到重力—剪切力耦合作用下的尾砂絮团原位结构观测研究较少，同时尚未对力学作用下絮团三维结构变化机理进行分析。

（2）絮团结构效应下对絮团水含量变化认识不足。目前对浓密环节尾砂料浆中的水分分类认识不明晰。添加絮凝剂虽然解决了细尾砂难以快速沉降的问题，却导致絮团水含量增加的负面效应，目前还未能开展使用化学添加剂后絮团水含量增加原因的研究，以及絮团水含量的定量分析研究，更未对外界宏观条件作用下絮团水含量随絮团结构变化问题进行相关分析。

（3）压密区絮团结构效应下尾砂料浆微观孔隙结构的演化机理不明晰。目前对压密区力学作用下尾砂料浆排水问题的研究多集中在宏观作用规律上，而力学作用下絮团结构效应对孔隙通道的微细观影响分析较少。同时尚未开展絮团结构效应对孔隙通道形态的影响分析，也未对孔隙三维结构发展以及演化趋势进行分析，更未见力学作用下尾砂颗粒级配以及尾砂颗粒间的接触状态对孔隙通道形态产生的影响以及孔隙通道形态变化影响流体运动状态的研究。

5.2 研究趋势

（1）在现有静态沉降研究的基础上，利用实验室浓密机模型开展连续动态沉降试验，结合原位监测技术，对絮团结构进行实时、动态、原位的监测与表征，从沉降区至压密区进行一体化研究，揭示力学作用下絮团结构的发展演化规律。

（2）在现有絮团结构的二维研究基础上，利用计算机断层扫描技术与三维重构技术对尾砂絮团进行三维空间结构表征，研究絮团孔隙体积的变化规律以及不同试验条件下絮团水含量随絮团结构的演化规律，实现宏观到微观、定性到定量、二维到三维的拓展研究。

（3）在现有尾砂床层宏观试验研究的基础上，开展压密区床层排水通道的微观观测试验，建立孔隙通道的三维立体结构模型，通过物理试验与数值模拟相结合的方式，探究床层压力与耙架剪切耦合作用下孔隙通道结构演化以及通道内流体运动状态变化，研究尾砂床层内水的排出过程，为实现稳定高浓度底流排放提供理论指导。