一种基于温变、电离和离心作用的磁流变液回收装置及处理方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于温变、电离和离心作用的磁流变液回收装置及处理方法，属于磁性废液回收处理技术领域。该装置包括外桶体、内桶体、吸附管和过滤网，内桶体通过轴承转动安装在外桶体内且通过电机驱动，内桶体的侧壁上设有过滤孔，吸附管设置在内桶体内，吸附管内设置线圈，内桶体中设置加热电阻、冷却管和电极板，过滤网设在内桶体的内侧壁上，并覆盖住过滤孔，外桶体的外壁上设置有回收截止阀。本发明方法通过温变处理、离心破断和分离处理实现磁流变液的分离回收处理。本发明对磁流变液进行处理，分离回收主分散颗粒和载液，前期无需任何处理剂进行初步处理，回收效率高，同时回收的载液稍加处理即可作为新的载液使用。
【专利说明】
一种基于温变、电离和离心作用的磁流变液回收装置及处理 方法
技术领域
[0001] 本发明属于磁性废液回收处理技术领域，更具体地说，涉及一种基于温变、电离和 离心作用的磁流变液回收装置及处理方法。
【背景技术】
[0002] 磁流变液(MagnetorheoIogical Fluid，简称MR流体）属可控流体，是一种新兴的 智能材料，它主要由磁性颗粒、载液和稳定剂组成，是具有随外加磁场变化而有可控流变特 征的非胶体性质的悬浮液体。磁流变液在磁场下能产生明显的磁流变效应，可在液体和固 体或半固体之间实现快速可逆的转换，该过程中磁流变液的粘度保持连续变化，整个转化 过程极快且可控，具有能耗极小、制备方便、温度适用范围宽、不易污染等特点，因而在汽 车、机械、建筑、航空等领域获得了广泛应用，如各类可控阻尼减振器、离合器和光学器件智 能抛光等，被认为最具前途的智能材料之一。
[0003] 磁流变液主要由作为分散相的主分散颗粒、作为分散相载体的基础液，又称载液 和为改善磁流变性能而加入的添加剂三部分组成。其中主分散颗粒主要由磁性颗粒组成， 尺寸主要有微米和纳米级。长时间使用磁流变液后，其中磁性颗粒物质的耗损以及载液和 添加剂的变性，会导致其力学性能、磁学性能、响应时间等指标急速下降。目前应对此种现 象最常见的办法为更换磁流变液，将原有性能变差的磁流变液丢弃。
[0004] 然而，因磁流变液中含有大量的铁磁物质、多种化合物质组成的载液，成分复杂， 容易对环境造成危害。截至目前，很少有对磁流变液进行回收处理的装置或方法，经检索， 中国专利申请号为：201511025405.1，申请公布日为:2016年3月23日的专利申请文件公开 了一种磁流变液回收装置及其控制方法与部件制造方法，它包括入口截止阀、上壳体、下壳 体、静电过滤板、上吸附管、下吸附管、肋管、线圈、加热器、搅拌器、栗、回流管、出口截止阀； 所述的上壳体和下壳体通过螺栓连接，并在贴合处设置密封圈，所述的入口截止阀设置在 上壳体上；同时该发明还提供了其控制方法和关键部件的制造方法，该发明通过静电过滤 板的过滤、吸附作用完成对混合液的初步处理，再利用上吸附管、下吸附管与肋管吸附进一 步来完成对混合液的处理，并增设加热器、搅拌器和循环系统，达到磁性物质和溶剂彻底分 离的目的。但是该发明的回收装置在处理的过程中存在以下缺陷：（1)因其吸附管和肋管数 量有限，不能保证溶液与其充分接触，造成处理效果低下；（2)同时因吸附管和肋管的形状 复杂，不利于加工，也不利于收集吸附在表面的磁性物质；（3)溶液在装置中的流通速率较 低，且流向可控型差，降低了处理效率。
[0005] 又如中国专利申请号为：201511025384.3,申请公布日为2016年4月6日的专利申 请文件公开了一种磁流变液多级处理装置及其控制方法与部件制造方法，属于机械制造技 术领域。它包括前置活塞缸、中置活塞缸、后置活塞缸、前置活塞、中置活塞、后置活塞、前置 过滤箱、中置过滤箱、后置过滤箱、前置过滤网、中置过滤网、后置过滤网，所述的前置活塞 缸通过螺栓与前置活塞相连，所述的前置活塞与前置过滤箱的内腔相配合，所述的前置过 滤箱竖直放置，其轴线为竖直方向。该发明通过静置、过滤的方式，来对混合液进行过滤，以 求达到分离磁性物质和溶剂的目的，但是其不仅存在上述引用专利文献所存在的缺陷，同 时因其采用多级处理的方式，造成了装置体积过大，操作不便，成本高的问题。
[0006] 另外，上述两个装置在对磁流变液进行处理时，都需要采用处理剂进行初步处理， 使主分散颗粒和载液失去粘结作用，其直接导致在载液中引入了新的成分，从而造成对分 离后的载液的处理难度加大。因此急需研制相应的设备，对废弃的磁流变液进行处理，不仅 能够降低对环境的污染，而且可以对其中的相关物质进行回收利用，节约了能源。
[0007] 乳状液破乳的研究可追溯到很久以前，早在《日用化学工业》1983年02期中刘光诚 写的一篇文章，就记载几种破乳方法，包括搅拌过滤破乳、离心破乳、外加电场破乳、温变破 乳，以及其它化学方法破乳。这些方法基本处于研究阶段，目前也很少用到磁流变液的处理 上，还没有专门的处理设备和处理方法。上述引用的两篇文献是先通过降解剂达到破乳，破 坏了表面活性剂的作用，使得主分散颗粒和载液得到分离，再利用过滤回收磁性物质。本发 明力求研制出采用上述方法进行磁流变液回收处理的装置和方法。
【发明内容】
[0008] 1、要解决的问题
[0009] 针对现有废弃的磁流变液难以回收，直接丢弃造成对环境污染，并造成能源浪费 的问题，本发明提供一种基于温变、电离和离心作用的磁流变液回收装置及处理方法，通过 温变和离心作用能够磁流变液进行回收处理，分离回收主分散颗粒和载液，前期无需任何 处理剂进行初步处理，磁性物质的回收效率高，同时，处理中未引入任何新的物质，回收的 载液稍加处理即可作为新的载液使用。
[0010] 2、技术方案
[0011] 为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
[0012] -种基于温变、电离和离心作用的磁流变液回收装置，包括外桶体、内桶体、吸附 管和过滤网；所述的内桶体通过轴承转动安装在外桶体内且通过电机驱动，内桶体的侧壁 上设置有连通其内外的过滤孔;所述的吸附管设置在内桶体内的中间，吸附管内设置线圈； 所述的内桶体中设置有加热电阻、冷却管和电极板;所述的过滤网设置在内桶体的内侧壁 上，并覆盖住过滤孔;所述的外桶体的外壁上设置有回收截止阀。
[0013] 进一步地，所述的内桶体的底部设有转轴;所述的电机安装在外桶体的底部，电机 的输出轴穿过外桶体的底部后通过联轴器与内桶体的转轴连接。
[0014] 进一步地，所述的内桶体的底部与外桶体之间通过推力轴承支撑连接，内桶体的 外侧壁与外桶体的内侧壁之间安装侧向轴承。
[0015] 进一步地，所述的过滤网的目数为2400-2500目，且过滤网上附着有烧结材料。
[0016] 进一步地，所述的烧结材料由活性氧化铝、石墨、硬脂酸、酚醛树脂、沥青以质量比 1:2:1:2.5:2组成。
[0017] 进一步地，所述的外桶体设有外桶盖，内桶体设有内桶盖，内桶盖和外桶盖上均设 有排气阀。
[0018] 进一步地，所述的电极板的面积为80-1 OOcm2，正负极板间距为10-18mm。
[0019] 一种磁流变液回收处理方法，其步骤为：
[0020] 步骤一、温变处理
[0021] 先将待处理的磁流变液加入内桶体中；然后对加热电阻通入电压为220V，电流为 0.5-0.8A，频率为50Hz的交流电，将溶液加热至90-95 °C，保温5-1 Omin;接着，向冷却管中通 入冷却介质，使溶液冷却至零下15-20 °C，冷却25-30min;最后，重复上述操作3-5次，完成温 变处理；
[0022] 步骤二、首次离心处理
[0023]①对吸附管中的线圈通电，控制线圈产生的磁场强度为2.5-3T;
[0024]②电机工作，驱动内桶体转动，并控制内桶体的转速为955-1020r/min，保持8-IOmin；
[0025] ③经步骤②后，控制内桶体的转速降为10r/min，保持2-3min;
[0026] ④重复步骤②和步骤③3-4次；
[0027] ⑤电机停止工作，线圈断电，从内桶体中回收主分散物质，并打开回收截止阀，从 外桶体内回收溶液，完成首次离心处理；
[0028] 步骤三、电离处理
[0029]先将步骤二得到的溶液重新加入内桶体中，然后向电极板通入频率为70-90HZ，电 压为220V的交流电，通电20min;再加入浓度为6-10m〇l/L的盐酸溶液，将混合液的PH值调整 为4-5，继续通电IOmin;接着，加入氯化钠，并调节溶液中氯化钠浓度为6-8g/L，继续通电 40min，完成电离处理；
[0030] 步骤四、再次离心处理
[0031] ①吸附管内线圈不通电，吸附管和电极板接电源负极，电源正极接内桶体中溶液， 控制电源电压为100-120V;
[0032] ②通过电机控制内桶体的转速为955-1020r/min，保持8-10min;
[0033] ③调整内桶体的转速降为10r/min，保持2-3min;
[0034] ④重复步骤②和③3-4次，完成再次离心处理；
[0035] 步骤五、物料回收
[0036]步骤四结束后，打开回收截止阀，从外桶体中回收处理后的溶液，并从内桶体中回 收分离出的物质，即完成磁流变液的回收处理。
[0037]进一步地，所述的步骤一和步骤三的处理过程中，通过电机控制内桶体的转速为 10_20r/min〇
[0038]进一步地，所述的步骤一中冷却介质是纯度为98.5%的工业级液氮。
[0039] 3、有益效果
[0040] 相比于现有技术，本发明的有益效果为：
[0041] (1)本发明基于温变、电离和离心作用的磁流变液回收装置，通过温变、电离和离 心配合作用，先将磁流变液中的主分散颗粒与载液的粘结作用断绝，然后再将已经断绝粘 结作用的主分散液和载液分离并回收，相比于现有的处理装置，其结构得到大大简化，缩小 设备体积;且本装置采用物理处理方法处理，避免对废旧磁流变液中引入新的成分，从而避 免因新加入成分的影响而使得分离后对载液的回收处理难度加大，同时由于没有引入新的 物质，对回收后的载液只要稍加处理就可以作为新的载液来使用；另外，由于内桶体的转 动，对溶液的搅拌作用，磁流变液内主分散颗粒不易沉降、团聚和板结，在内桶体内分散较 为均匀，有利于主分散颗粒的吸附收集；
[0042] (2)本发明基于温变、电离和离心作用的磁流变液回收装置，内外桶体之间通过轴 承连接，内桶体的底部与外桶体之间通过推力轴承连接，支撑内桶体的转动，内桶体的外侧 壁与外桶体的内侧壁之间也安装侧向轴承，保证内桶体转动稳定性，有效减小因内桶体受 力不均、抖动而造成的整机震动和噪音，也提高整机结构强度；
[0043] (3)本发明基于温变、电离和离心作用的磁流变液回收装置，根据主分散颗粒大 小、结构强度设置过滤网的目数在2400-2500目之间，同时过滤网附着烧结材料，且烧结材 料由活性氧化铝、石墨、硬脂酸、酚醛树脂、沥青以质量比1:2:1:2.5:2组成，提高过滤网整 体结构强度，空隙率高，孔径较为均匀，采用特定比例原料制成的烧结材料，能很牢固地附 着在过滤网上，即使过滤网卷成圆柱状也不易脱落，而且在处理过程中也不会因内桶体的 转动产生的震动而脱落;它的纳污容量大，过滤精度高，具有良好的渗透率，流量大，更换周 期长，抗腐蚀能力强，同时清洗再生简单，可以多次使用；
[0044] (4)本发明基于温变、电离和离心作用的磁流变液回收装置，外桶体设有外桶盖， 内桶体设有内桶盖，避免内外桶体内液体飞溅相互影响或溅出桶体外，提高回收率及操作 安全性，同时，内外桶盖上的排气阀是方便在温变处理过程中对内桶体的急速降温处理；
[0045] (5)本发明温变、电离和离心作用的磁流变液回收装置，电极板的面积为80-IOOcm2，正负极板间距为10-18mm，根据电离所需强度确定，保证最好的电离效果前提下，电 能消耗达到最小；
[0046] (6)本发明磁流变液回收处理方法，首先利用温变处理的作用，将部分主分散颗粒 与载液之间的粘结关系断绝，然后利用离心处理将此部分主分散颗粒分离回收;再利用电 离作用，将在温变处理中未处理完全的磁流变液中的主分散颗粒与载液之间的粘结关系彻 底断绝，接着再利用离心分离的作用，剩余将主分散颗粒与载液分离开，此时载液位于外桶 体中并可以通过回收截止阀中放出，从而达到磁流变液分离回收的目的；采用本发明的方 法对磁流变液进行回收处理，用时短，回收率高，是现有技术所无法比拟的，是在发明人刻 苦钻研，不厌其烦的尝试、更正中化繁为简，所总结出的成果，具有很高的原创性；
[0047] (7)本发明磁流变液回收处理方法，温变过程中采用液氮来冷却，冷却速率快，同 时由于氮气为惰性气体，不会与溶液发生化学发生，从而避免在溶液中引入新的物质而造 成后期处理不便；
[0048] (8)本发明磁流变液回收处理方法，在温变和电离处理过程中，保持内桶体的转速 为10-20r/min，以使得溶液能够不停地流动，提高加热和冷却效率，以及溶液与电极板的充 分接触，增强温变和电离处理效率和效果。
【附图说明】
[0049] 图1为本发明一种基于温变、电离和离心作用的磁流变液回收装置的结构示意图。
[0050] 图中：1、外桶体;2、内桶体;201、过滤孔;3、吸附管;4、过滤网；5、推力轴承;6、侧向 轴承;7、回收截止阀；8、电机;9、内桶盖；10、外桶盖；11、加热电阻；12、冷却管；13、电极板； 14、排气阀。
【具体实施方式】
[0051] 下面结合具体实施例和附图对本发明进一步进行描述。
[0052] 实施例1
[0053]如图1所示，本实施例的一种基于温变、电离和离心作用的磁流变液回收装置，包 括外桶体1、内桶体2、吸附管3和过滤网4。其中，所述的内桶体2通过轴承转动安装在外桶体 1内，具体到本实施例中，内桶体2的底部与外桶体1之间通过推力轴承5支撑连接，内桶体2 的外侧壁与外桶体1的内侧壁之间安装侧向轴承，推力轴承5支撑内桶体2的转动，侧向轴承 保证内桶体2转动稳定性，有效减小因内桶体2受力不均、抖动而造成的整机震动和噪音，也 提高整机结构强度。内桶体2通过电机8驱动，具体地，在内桶体2的底部设有转轴，电机8安 装在外桶体1的底部，且电机8的输出轴穿过外桶体1的底部后通过联轴器与内桶体2的转轴 连接，此种安装方式较为紧凑。所述的内桶体2中设置有加热电阻11、冷却管12和电极板13， 电极板13由正负极板组成，其面积为80-1 OOcm2，正负极板间距为10-18mm，它是根据电离所 需强度确定，保证最好的电离效果前提下，电能消耗达到最小，并且本实施例中，电极板13 优选铝板，使用中不会生成氧化铝薄膜阻止反应的进行。所述的外桶体1的外壁上设置有回 收截止阀7，用于将外桶体1中溶液排出。
[0054]内桶体2的侧壁上设置有连通其内外的过滤孔201，孔直径为2-8mm，过滤网4的目 数在2400目到2500目之间，它设置在内桶体2的内侧壁上，并覆盖住过滤孔201，过滤网4对 磁性物质其阻隔作用，防止磁性物质从过滤孔201进入外桶体1内。所述的吸附管3设置在内 桶体2内的中间，吸附管3内设置线圈。
[0055] 值得一提的是，本实施例中，在过滤网4上附着有烧结材料，烧结材料由活性氧化 铝、石墨、硬脂酸、酚醛树脂、沥青以质量比1:2:1:2.5:2组成。过滤网4的此种设计，提高其 整体结构强度，采用特定比例原料制成的烧结材料，空隙率高，孔径较为均匀，能很牢固地 附着在过滤网4上，即使过滤网4卷成圆柱状也不易脱落，而且在处理过程中也不会因内桶 体2的转动产生的震动而脱落;它的纳污容量大，过滤精度高，具有良的渗透率，流量大，压 力上升慢，更换周期长，抗腐蚀能力强，同时清洗再生简单，可以多次使用。
[0056] 另外，在本实施例中，外桶体1设有外桶盖10，内桶体2设有内桶盖9，避免在内桶体 2转动过程中，内外桶体内液体飞溅相互影响或溅出桶体外，提高回收率及操作安全性，内 桶盖9和外桶盖10上均设有排气阀14,方便在温变处理过程中对内桶体2的急速降温处理。 [0057]后续实施例将对本装置工作过程原理做详细说明，在此不再赘述。
[0058] 本发明基于温变、电离和离心作用的磁流变液回收装置，通过温变、温变和离心配 合作用，先将磁流变液中的主分散颗粒与载液的粘结作用断绝，然后再将已经断绝粘结作 用的主分散液和载液分离并回收，相比于现有的处理装置，其结构得到大大简化，缩小设备 体积;且本装置采用物理处理方法处理，避免对废旧磁流变液中引入新的成分，从而避免因 新加入成分的影响而使得分离后对载液的回收处理难度加大，同时由于没有引入新的物 质，对回收后的载液只要稍加处理就可以作为新的载液来使用；另外，由于内桶体2的转动， 对溶液的搅拌作用，磁流变液内主分散颗粒不易沉降、团聚和板结，在内桶体2内分散较为 均匀，有利于主分散颗粒的吸附收集。
[0059] 实施例2
[0060]本实施例提供一种磁流变液回收处理方法，采用实施例1的装置对废弃磁流变液 进行处理，并具体限定过滤孔201的孔径为2mm，过滤网4的目数在2400目，电极板13的面积 为80cm2，正负极板间距为10mm。所处理的磁流变液是以油酸为表面活性剂主要成分的磁流 变液，主分散颗粒为羟基铁粉，磁饱和度为2.5T，载液为二甲基硅油;且本实施例中待处理 的该磁流变液废液是在其使用超过其剪切疲劳寿命后的溶液，此时其零剪切粘度和可调倍 数的变化量在检验过程中均超过±10%。具体操作步骤如下：
[0061 ] 步骤一、温变处理
[0062] 先将待处理的磁流变液加入内桶体2中；然后对加热电阻11通入电压为220V，电流 为0.5A，频率为50Hz的交流电，将溶液加热至90 °C，保温IOmin;接着，打开内桶盖9和外桶盖 10上的排气阀14,并向冷却管12中以速率为3ml/s通入纯度为98.5%的工业级液氮作为冷 却介质，使溶液冷却至零下15°C，冷却30min后关闭排气阀14;最后，重复上述操作5次，完成 温变处理。
[0063] 本步骤中需要说明的是，在温变处理过程中，通过电机8控制内桶体2的转速为 lOr/min，以使得溶液能够不停地流动，避免溶液流动不畅而造成部分溶液加热或冷却不 足，以提高加热和冷却效率，增强温变处理效率和效果。
[0064] 在本步骤中，需要特别注意的是冷却速率对于磁流变液中主分散颗粒和载液的分 离率至关重要，冷却速度过快或过慢都会导致分离率的下降，也会影响后续的离心处理，从 而导致最终的分离率偏低。经过长期不断摸索和试验，我们发现，在温变处理中当冷却速率 V满足:V = ^时(式中:v的单位为TVminJ1为以单位为°C的冷却前温度的数值，T2为以单 位为°C的冷却前温度的数值，κ为以单位为ml/s的冷却介质通入速率的数值），温变处理分离 率达到最好。在本实例中，1'1 = 90，了2 = -15，1〇 = 3，从而得至丨> =^^. = ^^ = 20.2°(::7丨11丨(1， 即以20.2 °C /min的速率将内桶体2中液体从90 °C降低到-15 °C，其温变处理分离率效果达到 最好，经一次冷却处理分离率达到36%，经过本步骤的5次重复处理，分离率达到48.2%。
[0065] 本步骤先将磁流变液加热，因其颗粒之间的激烈碰撞和溶液的粘度降低，导致其 不稳定;再快速冷却，使得磁流变液中连接主分散颗粒和载液的表面活性剂的亲水基与主 分散颗粒连接性降低或分开;并通过多次的急速加热和冷却，温度的剧变导致磁流变液失 去稳定性而使得部分主分散颗粒和载液分离，同时也有利于下一步的处理。
[0066] 步骤二、首次离心处理
[0067]①对吸附管3中的线圈通电，控制线圈产生的磁场强度为2.5 T;
[0068]②电机8工作，驱动内桶体2转动，并控制内桶体2的转速为955r/min，保持IOmin; [0069]③经步骤②后，控制内桶体2的转速降为10r/min，保持3min;
[0070]④重复步骤②和步骤③4次；
[0071 ]⑤电机8停止工作，线圈断电，从内桶体2中回收主分散物质，并打开回收截止阀7， 从外桶体1内回收溶液，完成首次离心处理。
[0072]本步骤中需要特别说明的是，因内桶体2旋转过程中，在离心力作用下磁性物质具 有向过滤网4靠近的趋势，从而在磁场力作用下，磁性物质需要克服离心力向吸附管3靠近， 所以必须保证磁性物质受到的磁场力大于离心力，磁性物质才不会粘结到过滤网4上，而限 于磁场大小的限制、转速小磁性物质与载液不能有效分离、磁性物质的磁饱和度以及处理 效率等的综合考虑，它们之间的相互关系是非常重要的。在本实施例中，通过对内桶体2的 直径、转速和线圈产生的磁场长度之间综合考虑限定，以力求解决上述问题，具体地，内桶 jt 〇2 体2的旋转直径D满足:D = ^ ;其中，D单位为m，B为以单位为T的磁场强度的数值，v为以单 位为r/min的内桶体2转速的数值，λ为常系数，取值为2.5。在本实施例中，B = 2.5，V = 995， 将上述各数据带入公式，可得到内桶体2的旋转直径D = 1.57 m。通过对内 桶体2的转速、直径及磁场强度三者之间的关系优化设计，保证在该装置对磁流变液处理过 程中磁性物质和载液能够迅速分离，单次处理磁流变液处理量达到最大，效率高。
[0073] 步骤三、电离处理
[0074]先将步骤二得到的溶液重新加入内桶体2中，然后向电极板13通入频率为70Hz，电 压为220V的交流电，使得电极板13中电流密度为0.008A/cm2,通电20min;再加入浓度为 lOmol/L的盐酸溶液，将混合液的PH值调整为5，继续通电IOmin;接着，加入氯化钠，并调节 溶液中氯化钠浓度为6g/L，继续通电40min，完成电离处理。
[0075]在此步骤的处理过程中，通过电机8控制内桶体2的转速为10r/min，使得溶液能够 不停地流动，避免溶液流动不畅而造成部分溶液未与电极板13接触，以提高电离效率，增强 电离效果。
[0076]此步骤是利用电极板13通电产生电场，达到电离作用，其原理为:首先在电场的作 用下，电极金属被氧化，产生氢氧化物胶体，利用胶体吸附作用、凝聚作用和电解过程中的 氧化还原反应对磁流变液中载液和添加剂进行初步去除，然后加入氯化钠后继续进行电 离，产生强氧化剂氯气、次氯酸盐和金属胶体，利用强氧化剂的氧化作用再次对载液和添加 剂进行去除，以及利用金属胶体的吸附作用进一步达到去除载液和添加剂的作用，与此同 时磁流变液中的部分铁被电离形成Fe(OH) 2,不仅将部分主分散物质(铁)与载液分开，而且 电离形成的Fe(OH)2还起到了对载液和添加剂的吸附作用，从而将在温变处理中未完全处 理的主分散颗粒与载液之间的粘结关系断绝。
[0077] 步骤四、再次离心处理
[0078]①吸附管3内线圈不通电，吸附管3和电极板13接电源负极，电源正极接内桶体2中 溶液，控制电源电压为IOOV;
[0079] ②通过电机8控制内桶体2的转速为955r/min，保持IOmin;
[0080] ③调整内桶体2的转速降为10r/min，保持3min;
[0081]④重复步骤②和③4次，完成再次离心处理。
[0082]本步骤中需要特别强调，由于步骤三电离处理产生的Fe(OH)2没有磁性，不能采用 磁场处理，所以本步骤中吸附管3内线圈无需通电，而是将吸附管3和电极板13接电源负极， 电源正极接溶液，利用电场对Fe(OH) 2进行吸附；然后，利用离心作用将残余的主分散颗粒 和载液分离彻底。本步骤先以高速运行一段时间后，再以低速运转，目的是为了能将处于内 桶体2边缘的磁性物质通过低速搅拌的作用向吸附管3和电极板13运动，从而被吸附，得到 分离。
[0083] 步骤五、物料回收
[0084]步骤四结束后，打开回收截止阀7,从外桶体1中回收处理后的溶液，并从内桶体2 中回收分离出的物质，即完成磁流变液的回收处理。
[0085]对经过步骤五后回收的溶液进行检测，主分散颗粒分离率达到了99.3%。由此可 见，采用本发明的基于温变和离心作用相结合的方式对废旧磁流变液进行处理，不仅操作 简单、效率高，而且分离回收率高，其原理与【背景技术】中的磁流变液回收装置（申请号 201511025405.1)和磁流变液多级处理装置（申请号201511025384.3)完全不同，且相比它 们，采用本发明的装置和方法，磁流变液的分离效果高出11 %以上。
[0086] 实施例3
[0087]本实施例提供一种磁流变液回收处理方法，采用实施例1的装置对废弃磁流变液 进行处理，并具体限定过滤孔201的孔径为5mm，过滤网4的目数在2450目，电极板13的面积 为90cm2，正负极板间距为14mm。所处理的磁流变液是以油酸为表面活性剂主要成分的磁流 变液，主分散颗粒为羟基铁粉，磁饱和度为2.7T，载液为二甲基硅油;且本实施例中待处理 的该磁流变液废液是在其使用超过其剪切疲劳寿命后的溶液，此时其零剪切粘度和可调倍 数的变化量在检验过程中均超过±10%。具体操作步骤如下：
[0088] 步骤一、温变处理
[0089]先将待处理的磁流变液加入内桶体2中；然后对加热电阻11通入电压为220V，电流 为0.6A，频率为50Hz的交流电，将溶液加热至93°C，保温7min;接着，打开内桶盖9和外桶盖 10上的排气阀14,并向冷却管12中以速率为4ml/s通入纯度为98.5%的工业级液氮作为冷 却介质，使溶液冷却至零下18°C，冷却28min后关闭排气阀14;最后，重复上述操作4次，完成 温变处理。
[0090]本步骤中需要说明的是，在温变处理过程中，通过电机8控制内桶体2的转速为 15r/min，以使得溶液能够不停地流动，避免溶液流动不畅而造成部分溶液加热或冷却不 足，以提高加热和冷却效率，增强温变处理效率和效果。
[0091 ]在本步骤中，需要特别注意的是冷却速率对于磁流变液中主分散颗粒和载液的分 离率至关重要，冷却速度过快或过慢都会导致分离率的下降，也会影响后续的离心处理，从 而导致最终的分离率偏低。经过长期不断摸索和试验，我们发现，在温变处理中当冷却速率 V满足:V = ^时式中：v的单位为TVminJ1为以单位为tC的冷却前温度的数值，T2为以单 位为°C的冷却前温度的数值，κ为以单位为ml /s的冷却介质通入速率的数值，温变处理分离率 达到最好。在本实例中，Ti = 93, T2 = -18, κ = 4,从而得到V = '成=? = 18.5 C/min, 即以18.5°C/min的速率将内桶体2中液体从93°C降低到-18°C，其温变处理分离率效果达到 最好，经一次冷却处理分离率达到39%，经过本步骤的4次重复处理，分离率达到49%。 [0092] 步骤二、首次离心处理
[0093]①对吸附管3中的线圈通电，控制线圈产生的磁场强度为2.7T;
[0094]②电机8工作，驱动内桶体2转动，并控制内桶体2的转速为1020r/min，保持8min;
[0095] ③经步骤②后，控制内桶体2的转速降为10r/min，保持2min;
[0096] ④重复步骤②和步骤③3次；
[0097] ⑤电机8停止工作，线圈断电，从内桶体2中回收主分散物质，并打开回收截止阀7， 从外桶体1内回收溶液，完成首次离心处理。
[0098] 本步骤中需要特别说明的是，因内桶体2旋转过程中，在离心力作用下磁性物质具 有向过滤网4靠近的趋势，从而在磁场力作用下，磁性物质需要克服离心力向吸附管3靠近， 所以必须保证磁性物质受到的磁场力大于离心力，磁性物质才不会粘结到过滤网4上，而限 于磁场大小的限制、转速小磁性物质与载液不能有效分离、磁性物质的磁饱和度以及处理 效率等的综合考虑，它们之间的相互关系是非常重要的。在本实施例中，通过对内桶体2的 直径、转速和线圈产生的磁场长度之间综合考虑限定，以力求解决上述问题，具体地，内桶 体2的旋转直径D满足:D = ^ ;其中，D单位为m，B为以单位为T的磁场强度的数值，V为以单 位为r/min的内桶体2转速的数值，λ为常系数，取值为2.5。在本实施例中，B = 2.7，V = 1020， 将上述各数据带入公式，可得到内桶体2的旋转直径D = ^ = = 1.8 m。通过对内桶 体2的转速、直径及磁场强度三者之间的关系优化设计，保证在该装置对磁流变液处理过程 中磁性物质和载液能够迅速分离，单次处理磁流变液处理量达到最大，效率高。
[0099] 步骤三、电离处理
[0100]先将步骤二得到的溶液重新加入内桶体2中，然后向电极板13通入频率为90Hz，电 压为220V的交流电，使得电极板13中电流密度为0.015A/cm2,通电20min;再加入浓度为 6mol/L的盐酸溶液，将混合液的PH值调整为4，继续通电IOmin;接着，加入氯化钠，并调节溶 液中氯化钠浓度为8g/L，继续通电40min，完成电离处理。
[0101 ]在此步骤的处理过程中，通过电机8控制内桶体2的转速为15r/min，使得溶液能够 不停地流动，避免溶液流动不畅而造成部分溶液未与电极板13接触，以提高电离效率，增强 电离效果。
[0102] 步骤四、再次离心处理
[0103] ①吸附管3内线圈不通电，吸附管3和电极板13接电源负极，电源正极接内桶体2中 溶液，控制电源电压为120V;
[0104] ②通过电机8控制内桶体2的转速为1020r/min，保持8min;
[0105] ③调整内桶体2的转速降为10r/min，保持2min;
[0106] ④重复步骤②和③3次，完成再次离心处理。
[0107]步骤五、物料回收
[0108] 步骤四结束后，打开回收截止阀7,从外桶体1中回收处理后的溶液，并从内桶体2 中回收分离出的物质，即完成磁流变液的回收处理。
[0109] 对经过步骤五后回收的溶液进行检测，主分散颗粒分离率达到了 99.6%。
[0110] 实施例4
[0111] 本实施例提供一种磁流变液回收处理方法，采用实施例1的装置对废弃磁流变液 进行处理，并具体限定过滤孔201的孔径为8mm，过滤网4的目数在2500目，电极板13的面积 为IOOcm 2，正负极板间距为18mm。所处理的磁流变液是以油酸为表面活性剂主要成分的磁 流变液，主分散颗粒为羟基铁粉，磁饱和度为3T，载液为二甲基硅油;且本实施例中待处理 的该磁流变液废液是在其使用超过其剪切疲劳寿命后的溶液，此时其零剪切粘度和可调倍 数的变化量在检验过程中均超过±10%。具体操作步骤如下：
[0112] 步骤一、温变处理
[0113] 先将待处理的磁流变液加入内桶体2中；然后对加热电阻11通入电压为220V，电流 为0.8A，频率为50Hz的交流电，将溶液加热至95°C，保温5min;接着，打开内桶盖9和外桶盖 10上的排气阀14,并向冷却管12中以速率为5ml/s通入纯度为98.5%的工业级液氮作为冷 却介质，使溶液冷却至零下20 °C，冷却25min后关闭排气阀14;最后，重复上述操作3次，完成 温变处理。
[0114] 本步骤中需要说明的是，在温变处理过程中，通过电机8控制内桶体2的转速为 20r/min，以使得溶液能够不停地流动，避免溶液流动不畅而造成部分溶液加热或冷却不 足，以提高加热和冷却效率，增强温变处理效率和效果。
[0115] 在本步骤中，需要特别注意的是冷却速率对于磁流变液中主分散颗粒和载液的分 离率至关重要，冷却速度过快或过慢都会导致分离率的下降，也会影响后续的离心处理，从 而导致最终的分离率偏低。经过长期不断摸索和试验，我们发现，在温变处理中当冷却速率V 满足:V = ^时式中:v的单位为TVminJ1为以单位为°C的冷却前温度的数值，T2S以单位 为°(：的冷却前温度的数值，κ为以单位为ml/s的冷却介质通入速率的数值，温变处理分离率 达到最好。在本实例中，1^ = 95 4 = -20,κ = 5,从而得到V = ^ = S =17.2: °G/miii， 即以17.2°C/min的速率将内桶体2中液体从95°C降低到-20°C，其温变处理分离率效果达到 最好，经一次冷却处理分离率达到41 %，经过本步骤的3次重复处理，分离率达到47.5%。
[0116] 步骤二、首次离心处理
[0117] ①对吸附管3中的线圈通电，控制线圈产生的磁场强度为3T;
[0118] ②电机8工作，驱动内桶体2转动，并控制内桶体2的转速为1000r/min，保持9min;
[0119] ③经步骤②后，控制内桶体2的转速降为10r/min，保持2.5min;
[0120] ④重复步骤②和步骤③4次；
[0121 ]⑤电机8停止工作，线圈断电，从内桶体2中回收主分散物质，并打开回收截止阀7， 从外桶体1内回收溶液，完成首次离心处理。
[0122] 本步骤中需要特别说明的是，因内桶体2旋转过程中，在离心力作用下磁性物质具 有向过滤网4靠近的趋势，从而在磁场力作用下，磁性物质需要克服离心力向吸附管3靠近， 所以必须保证磁性物质受到的磁场力大于离心力，磁性物质才不会粘结到过滤网4上，而限 于磁场大小的限制、转速小磁性物质与载液不能有效分离、磁性物质的磁饱和度以及处理 效率等的综合考虑，它们之间的相互关系是非常重要的。在本实施例中，通过对内桶体2的 直径、转速和线圈产生的磁场长度之间综合考虑限定，以力求解决上述问题，具体地，内桶 I p2 体2的旋转直径D满足:D = ^ ;其中，D单位为m，B为以单位为T的磁场强度的数值，V为以单 位为r/min的内桶体2转速的数值，λ为常系数，取值为2.5。在本实施例中，B = 3, V= 1〇〇〇,将 上述各数据带入公式，可得到内桶体2的旋转直径D = $ = ^ = 2.2S m。通过对内桶 Vv VlOOO 体2的转速、直径及磁场强度三者之间的关系优化设计，保证在该装置对磁流变液处理过程 中磁性物质和载液能够迅速分离，单次处理磁流变液处理量达到最大，效率高。
[0123] 步骤三、电离处理
[0124] 先将步骤二得到的溶液重新加入内桶体2中，然后向电极板13通入频率为80Hz，电 压为220V的交流电，使得电极板13中电流密度为O.OlA/cm 2,通电20min;再加入浓度为 8mol/L的盐酸溶液，将混合液的PH值调整为4，继续通电IOmin;接着，加入氯化钠，并调节溶 液中氯化钠浓度为7g/L，继续通电40min，完成电离处理。
[0125]在此步骤的处理过程中，通过电机8控制内桶体2的转速为20r/min，使得溶液能够 不停地流动，避免溶液流动不畅而造成部分溶液未与电极板13接触，以提高电离效率，增强 电离效果。
[0126] 步骤四、再次离心处理
[0127] ①吸附管3内线圈不通电，吸附管3和电极板13接电源负极，电源正极接内桶体2中 溶液，控制电源电压为11OV;
[0128] ②通过电机8控制内桶体2的转速为1000r/min，保持9min;
[0129] ③调整内桶体2的转速降为10r/min，保持2.5min;
[0130] ④重复步骤②和③4次，完成再次离心处理。
[0131] 步骤五、物料回收
[0132] 步骤四结束后，打开回收截止阀7,从外桶体1中回收处理后的溶液，并从内桶体2 中回收分离出的物质，即完成磁流变液的回收处理。
[0133] 对经过步骤五后回收的溶液进行检测，主分散颗粒分离率达到了 99.5%。
[0134] 本发明中首先利用温变处理，将部分的主分散颗粒与载液的粘结作用破除，此时 并未引入新的物质，再利用离心分离将其分开，部分主分散物质得到分离回收;此后载液中 剩余无法通过温变来处理的主分散颗粒，此时再将其利用电离的作用，来对余下的主分散 颗粒进行彻底地处理，不仅不影响载液，而且彻底分离出载液中的主分散颗粒并回收，对于 含有氢氧化物的少量主分散颗粒可以单独放置或处理。
[0135] 本发明所述实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明构思和 范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术 方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种基于温变、电离和离心作用的磁流变液回收装置，其特征在于:包括外桶体（1)、 内桶体(2)、吸附管(3)和过滤网(4);所述的内桶体(2)通过轴承转动安装在外桶体（1)内且 通过电机(8)驱动，内桶体(2)的侧壁上设置有连通其内外的过滤孔（201);所述的吸附管 (3)设置在内桶体(2)内的中间，吸附管(3)内设置线圈；所述的内桶体(2)中设置有加热电 阻（11)、冷却管（12)和电极板(13);所述的过滤网(4)设置在内桶体(2)的内侧壁上，并覆盖 住过滤孔(201);所述的外桶体(1)的外壁上设置有回收截止阀（7)。2. 根据权利要求1所述的一种基于温变、电离和离心作用的磁流变液回收装置，其特征 在于:所述的内桶体(2)的底部设有转轴;所述的电机(8)安装在外桶体(1)的底部，电机(8) 的输出轴穿过外桶体(1)的底部后通过联轴器与内桶体(2)的转轴连接。3. 根据权利要求1所述的一种基于温变、电离和离心作用的磁流变液回收装置，其特征 在于:所述的内桶体(2)的底部与外桶体（1)之间通过推力轴承(5)支撑连接，内桶体(2)的 外侧壁与外桶体(1)的内侧壁之间安装侧向轴承。4. 根据权利要求1或2或3所述的一种基于温变、电离和离心作用的磁流变液回收装置， 其特征在于:所述的过滤网(4)的目数为2400-2500目，且过滤网(4)上附着有烧结材料。5. 根据权利要求4所述的一种基于温变、电离和离心作用的磁流变液回收装置，其特征 在于:所述的烧结材料由活性氧化铝、石墨、硬脂酸、酚醛树脂、沥青以质量比1:2:1:2.5:2 组成。6. 根据权利要求1所述的一种基于温变、电离和离心作用的磁流变液回收装置，其特征 在于:所述的外桶体（1)设有外桶盖（10)，内桶体(2)设有内桶盖(9)，内桶盖(9)和外桶盖 (10)上均设有排气阀（14)。7. 根据权利要求1所述的一种基于温变、电离和离心作用的磁流变液回收装置，其特征 在于:所述的电极板(13)的面积为80-100cm 2，正负极板间距为10-18mm。8. -种磁流变液回收处理方法，其步骤为： 步骤一、温变处理 先将待处理的磁流变液加入内桶体(2)中；然后对加热电阻（11)通入电压为220V，电流 为0.5-0.84，频率为50他的交流电，将溶液加热至90-95°(：，保温5-101^11;接着，向冷却管 (12)中通入冷却介质，使溶液冷却至零下15-20°C，冷却25-30min;最后，重复上述操作3-5 次，完成温变处理； 步骤二、首次离心处理 ① 对吸附管(3)中的线圈通电，控制线圈产生的磁场强度为2.5-3T; ② 电机(8)工作，驱动内桶体(2)转动，并控制内桶体(2)的转速为955-1020r/min，保持 8-10min； ③ 经步骤②后，控制内桶体(2)的转速降为10r/min，保持2-3min; ④ 重复步骤②和步骤③3-4次； ⑤ 电机(8)停止工作，线圈断电，从内桶体（2)中回收主分散物质，并打开回收截止阀 (7)，从外桶体(1)内回收溶液，完成首次离心处理； 步骤三、电离处理 先将步骤二得到的溶液重新加入内桶体（2)中，然后向电极板（13)通入频率为70-90Hz，电压为220V的交流电，通电20min;再加入浓度为6-10m 〇VL的盐酸溶液，将混合液的 PH值调整为4-5，继续通电lOmin;接着，加入氯化钠，并调节溶液中氯化钠浓度为6-8g/L，继 续通电40min，完成电离处理； 步骤四、再次离心处理 ① 吸附管(3)内线圈不通电，吸附管（3)和电极板（13)接电源负极，电源正极接内桶体 (2)中溶液，控制电源电压为100-120V; ② 通过电机(8)控制内桶体(2)的转速为955-1020r/min，保持8-10min; ③ 调整内桶体(2)的转速降为10r/min，保持2-3min; ④ 重复步骤②和③3-4次，完成再次离心处理； 步骤五、物料回收 步骤四结束后，打开回收截止阀（7)，从外桶体（1)中回收处理后的溶液，并从内桶体 (2)中回收分离出的物质，即完成磁流变液的回收处理。9. 根据权利要求8所述的一种磁流变液回收处理方法，其特征在于:在所述的步骤一和 步骤三的处理过程中，通过电机(8)控制内桶体(2)的转速为10-20r/min。10. 根据权利要求7所述的一种磁流变液回收处理方法，其特征在于:所述的步骤一中 冷却介质是纯度为98.5%的工业级液氮。
【文档编号】H01F1/44GK106007163SQ201610616332
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月29日
【发明人】邢战伟, 赵奎, 刘鹏
【申请人】马鞍山福来伊环保科技有限公司