周友行^a，b， 宋佳林^a， 徐长锋^a， 沈 旺^a， 赵 玉^a

（湘潭大学 a. 机械工程学院; b. 复杂轨迹加工工艺及装备教育部工程研究中心， 湖南 湘潭 411105）

DOI:10.13732/j.issn.1008-5548.2021.03.013

收稿日期： 2020-11-05，修回日期：2020-12-04，在线出版时间：2021-04-07 13:02。

基金项目：国家自然科学基金项目，编号：51775468；湖南省教育厅科学研究项目，编号：20A505。

第一作者简介：周友行(1971—)，男，博士，教授，博士生导师，研究方向为数字化设计及制造。E-mail：zhouyouhang@xtu.edu.cn。

摘要：机械破碎方法因摩擦、挤压作用而极易损坏纤维状黏土矿物的纤维结构，为解决该问题，本文中提出一种全新的纤维状黏土矿物破碎方法——温压瞬变破碎法。高温高压下的格里菲斯强度理论以及蒸汽爆裂技术为该方法的理论基础，通过选取海泡石为原材料设计试验验证了该方法的可行性。结果表明:这种破碎方法能够保存海泡石的纤维结构;随着压力容器设定压力值的增大，海泡石矿石的破碎效果更加显著，破碎后的小粒径海泡石颗粒占比也明显提高。

关键词：矿物粉体；纤维结构；温压瞬变；格里菲思强度理论；张力破碎

Abstract：The mechanical crushing method is easy to damage the fiber structure of fibrous clay minerals due to friction and extrusion. To solve this problem,this paper proposes a new method for crushing fibrous clay minerals,namely,crushing using transient temperature and pressure change. The use of the Griffith's strength theory under high-temperature,high-pressure,and dry saturated steam explosion improvesthe theoretical basis of the method,the feasibility of this method is verified by the design test of sepiolite as raw material. The results from the experiment show that this method can preserve its fiber structure. As the set pressure of the pressure vessel increases,the sepiolite ore is increasingly crushed into a fine power,and the precision of the crushed mineral powder also increases.

Keywords：mineral powder; fiber structure; temperature and pressure transients; Griffith's strength theory; tension breaking

参考文献（References）：

[1]尹艳丽, 于鹤龙, 王红美, 等. 不同结构层状硅酸盐矿物作为润滑油添加剂的摩擦学性能[J]. 硅酸盐学报, 2020, 48(2): 299-308.

[2]MA Y, WU X, ZHANG G. Core-shell Ag/Pt nanoparticles supported on sepiolite nanofibers for the catalytic reduction of nitrophenols in water: enhanced catalytic performance and DFT study[J]. Applied Catalysis B: Environmental, 2017,205: 262-270.

[3]李臣， 姜志宏， 夏刘洋. 基于离散元的剪切挤压破碎机破碎过程能耗分析[J]. 中国粉体技术, 2017, 23(5): 93-98.

[4]ZHOU W T, HAN Y H, SUNY S, et al. Multi-scale impact crushing characteristics of polymetallic sulphide ores[J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2019, 29(9): 1929-1938.

[5]何东坡， 左惠宇. 基于流变学的玄武岩矿物纤维改性岩沥青高低温性能研究[J]. 功能材料, 2020, 51(10): 10081-10088.

[6]SUAREZ M S M, MORALES J M J, TORRES-PARDO A T A, et al. A micromorphological study on natural and folded sepiolite[J]. European Journal of Mineralogy, 2015, 27(1): 81-90.

[7]王里， 刘红彬， 鞠杨， 等. 高强高性能混凝土高温爆裂机理研究进展[J]. 力学与实践, 2014, 36(4): 403-412.

[8]鞠杨， 刘红彬， 田开培， 等. RPC高温爆裂的微细观孔隙结构与蒸汽压变化机制的研究[J]. 中国科学(技术科学), 2013, 43(2): 141-152.

[9]潘继良， 郭奇峰， 田莉梅， 等. 基于统一强度理论的岩石统计损伤软化本构模型及其参数研究[J]. 矿业研究与开发, 2019, 39(8): 38-42.

[10]HAN L, HE Y, ZHANG H. Study of rock splitting failure based on griffith strength theory[J]. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 2016, 83: 116-121.

[11]HUANG K, SHIMADA T, OZAKI N, et al. A unified and universal Griffith-based criterion for brittle fracture[J]. International Journal of Solids and Structures, 2017, 128: 67-72.

[12]唐世斌， 唐春安， 李连崇， 等. 脆性材料热-力耦合模型及热破裂数值分析方法[J]. 计算力学学报, 2009, 26(2): 172-179.

[13]纪延亮, 周本谋, 黄亚冬, 等. 蒸汽爆炸推进机理的数值研究[J]. 高压物理学报, 2016, 30(5): 427-433.

[14]沈正祥， 陈虎， 陈定岳， 等. 半封闭空间蒸汽爆炸的影响因素分析[J]. 中国安全科学学报, 2018, 28 (7): 52-57.

[15]高光发， 雷天刚， 戴兰宏. 第三届全国爆炸与冲击动力学青年学者学术研讨会报告综述[J]. 力学学报, 2020, 52(4): 1211-1219.

[16]李臻， 刘彦， 黄风雷， 等. 接触爆炸和近距离爆炸比冲量数值仿真研究[J]. 北京理工大学学报, 2020, 40(2): 143-149.