重稀土钆(Gd)提纯风机基础知识与技术解析:以C(Gd)645-1.94型离心鼓风机为例

作者：王军（139-7298-9387）

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一、重稀土提纯工艺与风机设备概述

稀土元素是现代高科技产业不可或缺的战略资源，其中重稀土（钇组稀土）因其独特的物理化学性质，在永磁材料、激光晶体、核工业等领域具有不可替代的作用。钆(Gd)作为重稀土家族中的重要成员，因其优异的中子吸收性能和磁热效应，在核反应堆控制棒、磁制冷等尖端领域应用广泛。钆的提纯工艺对设备提出了严苛要求，特别是气体输送环节，需要风机设备具备高稳定性、耐腐蚀性和精确的压力控制能力。

在稀土湿法冶金提纯工艺中，离心鼓风机承担着为萃取槽、浮选槽、反应釜等设备提供气源的重要任务，直接影响钆的分离效率、产品纯度及生产安全。针对不同工艺段的气体输送需求，我国风机行业开发了多个系列专用设备，形成了完整的重稀土提纯风机体系。

二、C(Gd)645-1.94型多级离心鼓风机详解

2.1 型号命名规则与技术参数

根据行业标准，重稀土提纯专用风机采用特殊标识体系。以本文重点介绍的C(Gd)645-1.94型风机为例：

需要特别说明的是，重稀土提纯风机的压力标注与普通工业风机有所不同。当型号中出现“/”符号时，如“C300/1.2-1.8”，表示进风口压力1.2个大气压，出风口压力1.8个大气压。C(Gd)645-1.94型风机的设计充分考虑了钆提纯工艺中氧化焙烧、气体搅拌等环节的特殊需求，其压力参数经过严格计算，确保在输送可能含有酸性成分的工艺气体时仍能保持稳定性能。

2.2 结构特点与工作原理

C(Gd)645-1.94型风机采用多级离心式设计，通常包含3-5个叶轮串联工作。气体沿轴向进入首级叶轮，在离心力作用下获得动能和压力能，随后逐级通过导叶和下一级叶轮，压力逐级升高，最终达到1.94个大气压的设计出口压力。

该型号风机在材料选择上进行了特殊优化：与工艺气体接触的过流部件（叶轮、机壳、扩压器等）采用双相不锈钢或哈氏合金，有效抵抗氟化氢、氯气等酸性介质的腐蚀；主轴采用42CrMo高强度合金钢，经调质处理和精密加工，确保在高速旋转下的力学稳定性；密封系统采用碳环密封与迷宫密封的组合设计，既保证了密封效果，又避免了工艺气体泄漏对环境的影响。

2.3 气动性能曲线与工况调节

C(Gd)645-1.94型风机的性能遵循离心式风机的通用特性：在额定转速下，流量与压力呈反比关系，流量与功率呈正比关系。其气动性能可用以下中文公式描述：

风机压力特性公式：风机出口压力等于进口压力加上风机产生的压力增量，其中压力增量与叶轮转速的平方成正比，与气体密度的一次方成正比。

风机功率计算公式：风机轴功率等于流量乘以压力增量再除以风机效率，其中效率值随工况点变化，在额定工况附近达到最大值。

在实际运行中，通过变频调速或进口导叶调节，可在60%-110%额定流量范围内稳定运行，满足钆提纯工艺不同阶段的气量需求。特别是当处理含固体微粒的烟气时，可通过适当降低转速，减少叶轮磨损，延长设备寿命。

三、重稀土提纯专用风机系列概览

3.1 “CF(Gd)”型浮选专用离心鼓风机

专为稀土浮选工艺设计，注重中低压、大流量的性能特点。浮选工艺要求气泡细小均匀分布，CF(Gd)系列风机通过特殊设计的叶型和扩压器，使出口气流压力脉动小于3%，确保浮选槽内气泡稳定性。该系列风机通常配备气体净化装置，防止矿物粉尘进入风机内部造成磨损。

3.2 “CJ(Gd)”型加压浮选离心鼓风机

在CF系列基础上发展而来，主要用于需要较高压力的深槽浮选工艺。CJ(Gd)型风机采用更多级数（通常4-6级）的叶轮配置，出口压力可达2.5-3.5个大气压。其独特之处在于级间冷却系统，可有效控制压缩温升，避免高温影响浮选药剂性能。

3.3 “D(Gd)”型高速高压多级离心鼓风机

针对钆提纯后期的高压反应工艺开发，采用齿轮箱增速设计，转速可达15000-25000转/分钟，单机压力比可达3.5以上。D(Gd)系列的关键技术在于高速转子的动平衡精度控制（通常要求G2.5级）和轴承系统的稳定性设计，采用可倾瓦滑动轴承，确保转子在临界转速以上安全运行。

3.4 “AI(Gd)”型单级悬臂加压风机

结构紧凑，适用于空间有限的改造项目或辅助工艺环节。AI(Gd)型风机采用悬臂式转子设计，无需中间支撑，减少了密封点，降低了泄漏风险。其叶轮采用后弯式设计，效率较高，但压比较低，通常用于压力增量要求不超过0.8个大气压的场合。

3.5 “S(Gd)”型单级高速双支撑加压风机

融合了单级风机结构简单和高速风机高压比的优势，采用高速电机直驱或齿轮增速，转速可达10000-18000转/分钟。S(Gd)型风机的转子两端支撑，刚性好，适用于需要频繁启停或变负荷运行的工况。其叶轮通常采用三元流设计，效率比传统设计提高5-8%。

3.6 “AII(Gd)”型单级双支撑加压风机

传统可靠的设计，适用于中等压力、大流量的工艺环节。AII(Gd)型风机结构坚固，维护简便，轴承寿命长，在稀土提纯厂的动力站、通风系统等场合应用广泛。其设计重点在于确保长周期运行的稳定性，通常配备在线振动监测和温度监测系统。

四、风机核心配件技术详解

4.1 风机主轴系统

主轴是离心鼓风机的核心传动部件，C(Gd)645-1.94型风机主轴采用42CrMoA合金钢，经锻造、粗加工、调质处理、精加工、表面淬火等多道工序制造。主轴的技术要求包括：

4.2 轴承与轴瓦系统

重稀土提纯风机多采用滑动轴承（轴瓦），相比滚动轴承具有承载能力大、阻尼性能好、寿命长等优点。C(Gd)645-1.94型风机轴承系统特点：

4.3 转子总成动平衡

转子总成包括主轴、叶轮、平衡盘、联轴器等旋转部件的组合体。动平衡精度直接影响风机振动水平，C(Gd)645-1.94型风机要求：

4.4 密封系统

密封系统的可靠性直接影响工艺气体纯度和环境安全。重稀土提纯风机采用多层次密封：

C(Gd)645-1.94型风机采用碳环+迷宫的组合密封，泄漏量控制在额定流量的0.1%以内。

4.5 轴承箱与润滑系统

轴承箱不仅是轴承的支撑部件，也是润滑油的容器。其设计要点包括：

润滑系统由主油泵、辅助油泵、油冷却器、滤油器等组成，具备双电源自动切换功能，确保任何情况下轴承润滑不中断。

五、风机常见故障与维修技术

5.1 振动异常分析与处理

振动是风机故障的首要表征，C(Gd)645-1.94型风机振动原因及对策：

5.2 轴承温度过高处理

轴承温度超过70℃需停机检查，可能原因：

5.3 性能下降分析与恢复

风机运行一段时间后，流量、压力可能低于设计值，主要原因及修复方法：

5.4 大修周期与内容

重稀土提纯风机推荐大修周期为24000运行小时或36个月，以先到为准。大修内容：

六、工业气体输送的技术要点

6.1 不同气体的特性与风机选型

重稀土提纯工艺涉及多种工业气体，风机选型需考虑气体特性：

6.2 气体密度修正与性能换算

当输送气体密度与空气不同时，风机性能需按比例定律进行换算：

风机压力换算公式：实际气体压力等于标准空气压力乘以实际气体密度与空气密度的比值。

风机功率换算公式：实际气体功率等于标准空气功率乘以实际气体密度与空气密度的比值。

风机流量换算公式：风机体积流量保持不变，与气体密度无关；但质量流量等于体积流量乘以气体密度。

以C(Gd)645-1.94型风机输送CO₂为例：CO₂密度为空气的1.65倍，在相同转速和流量下，出口压力可达1.94×1.65=3.2个大气压，所需功率也增加至原值的1.65倍。实际操作中需重新核算电机功率，避免过载。

6.3 多气体切换运行的技术措施

部分稀土提纯工艺需要定期切换不同气体，风机系统需相应调整：

6.4 安全规范与防护措施

工业气体风机安全运行要点：

七、重稀土提纯风机的选型与应用实践

7.1 选型流程与参数确定

钆提纯风机选型是一个系统工程，基本流程如下：

以年产100吨高纯氧化钆的生产线为例，氧化焙烧工序需C(Gd)645-1.94型风机2台（一用一备），萃取槽搅拌需AII(Gd)型风机3台，氢气还原工序需S(Gd)型防爆风机1台。

7.2 安装与调试要点

C(Gd)645-1.94型风机安装调试特别注意：

7.3 运行维护制度

建立完善的风机运行维护制度：

建立风机健康档案，记录从安装到报废全过程数据，为故障预测和寿命评估提供依据。

八、技术发展趋势与展望

随着重稀土提纯技术向绿色化、精细化发展，风机技术也面临新的挑战和机遇：

作为重稀土提纯工艺的关键设备，离心鼓风机的技术进步直接关系到我国稀土产业的竞争力。C(Gd)645-1.94型风机及其系列产品的发展，体现了我国在专用工业风机领域的设计制造能力。随着新材料、新工艺、智能控制技术的应用，重稀土提纯风机将向更高效率、更高可靠性、更智能化的方向发展，为我国稀土战略资源的开发利用提供坚实保障。