轻稀土(铈组稀土)镧(La)提纯风机技术解析与应用实践

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：轻稀土提纯、铈组稀土、镧(La)提纯风机、D(La)2109-1.38离心鼓风机、风机配件、风机维修、工业气体输送、稀土冶炼设备

引言

稀土元素作为现代高新技术产业和国防工业的关键战略资源，其提纯工艺对设备性能提出了极高要求。在轻稀土（铈组稀土）元素中，镧(La)作为重要的轻稀土代表，其提纯过程需要高度专业化的气体输送与压力控制设备。离心鼓风机作为稀土冶炼流程中的核心动力设备，其性能直接影响到提纯效率、产品质量和能耗指标。本文将围绕稀土矿提纯用离心鼓风机的基础知识展开，重点解析D(La)2109-1.38型风机的技术特点，并对风机配件、维修保养以及工业气体输送应用进行系统阐述。

一、轻稀土提纯工艺与风机需求特性

轻稀土（铈组稀土）主要包括镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)等元素，其提纯过程通常采用溶剂萃取、离子交换、分级结晶等工艺。在这些工艺中，气体输送设备扮演着关键角色：

稀土提纯对鼓风机的特殊要求包括：

二、稀土提纯专用离心鼓风机系列概览

根据稀土冶炼不同工艺环节的需求，开发了多个专用风机系列：

1. “C(La)”型系列多级离心鼓风机

适用于中低压、大流量的稀土冶炼前处理工序，通常用于矿石破碎、筛选系统的气力输送，以及初期焙烧过程的助燃空气供应。该系列风机采用多级叶轮串联设计，在相对较低的转速下实现较高的压力提升，具有运行平稳、维护简便的特点。

2. “CF(La)”型与“CJ(La)”型系列专用浮选离心鼓风机

专门为稀土矿浮选工艺开发，提供稳定气泡发生所需的气源。CF系列注重耐腐蚀设计，适用于酸性浮选环境；CJ系列则优化了气液混合效率，提升浮选回收率。两者均采用特殊的密封系统，防止矿物浆料进入风机内部。

3. “D(La)”型系列高速高压多级离心鼓风机

本文重点分析的D系列，专为高压、小流量工况设计，特别适用于稀土萃取分离的高压推动、精密气体控制系统。该系列采用高速齿轮箱驱动，转速可达15000-30000rpm，单级压比高，结构紧凑。

4. “AI(La)”型系列单级悬臂加压风机

采用悬臂式转子设计，结构简单，适用于中低压、清洁气体的输送，常用于稀土产品的干燥、包装环节的气氛控制。

5. “S(La)”型系列单级高速双支撑加压风机

高速直联设计，双支撑轴承系统确保高转速下的稳定性，适用于需要快速响应的气体压力调节系统。

6. “AII(La)”型系列单级双支撑加压风机

介于AI和S系列之间，兼顾结构刚性和经济性，适用于一般性的气体增压输送。

三、D(La)2109-1.38型高速高压多级离心鼓风机详解

3.1 型号含义解析

“D(La)2109-1.38”完整型号分解：

3.2 设计与性能参数

D(La)2109-1.38型风机是针对镧提纯工艺中高压气体输送需求专门开发的设备：

气动性能：

机械参数：

工作环境：

3.3 结构特点与技术优势

3.3.1 高速转子系统

D(La)2109-1.38采用柔性转子设计，工作转速远超一阶临界转速，但低于二阶临界转速，确保运行平稳。转子组件经过高速动平衡校正，残余不平衡量小于G1.0级（ISO1940标准）。叶轮采用高强度铝合金锻造后五轴加工中心精密制造，表面进行硬质阳极氧化处理，提高耐磨性和抗腐蚀能力。

3.3.2 多级压缩流道

四级叶轮采用后弯式叶片设计，每级叶轮后设置无叶扩压器和回流器，逐步提高气体压力。流道表面光滑度Ra＜0.8μm，减少流动损失。级间采用迷宫密封控制内部泄漏，泄漏量控制在总流量的0.5%以内。

3.3.3 齿轮传动系统

采用单级斜齿轮增速箱，齿轮精度达到AGMA 13级，齿面经过渗碳淬火和磨齿加工，确保传动平稳、噪声低。齿轮箱配备独立的强制润滑系统，油温、油压、油滤状态实时监控。

3.3.4 轴承与润滑

高速轴采用可倾瓦滑动轴承，低速轴采用圆柱滚子轴承+角接触球轴承组合。可倾瓦轴承具有优异的阻尼特性，可抑制油膜振荡，确保高速稳定性。润滑系统提供恒温恒压的润滑油，油品采用合成润滑油，抗氧化性能优异，换油周期可达8000小时。

3.3.5 密封系统

针对稀土提纯工艺对清洁度的要求，D(La)2109-1.38采用三重密封设计：

四、风机核心配件详解

4.1 风机主轴

D(La)2109-1.38主轴采用42CrMoA合金钢锻造，调质处理后硬度达到HRC28-32，轴颈表面高频淬火硬度HRC50-55。主轴跳动要求全长度内小于0.01mm，与叶轮配合的锥度面接触面积大于85%。主轴设计考虑了高速旋转的临界转速避开，同时保证足够的刚性抵抗弯曲变形。

4.2 风机轴承与轴瓦

高速轴采用五瓦块可倾瓦轴承，瓦块材料为巴氏合金（SnSb11Cu6）离心浇铸在钢背上，厚度3-5mm。轴承间隙控制在轴径的0.15%-0.2%，供油压力0.15-0.2MPa，油温控制在40±2℃。轴承设计参数确保最小油膜厚度大于两表面粗糙度之和的三倍，处于完全流体润滑状态。

4.3 风机转子总成

转子总成包括主轴、四级叶轮、平衡盘、联轴器法兰等组件。装配前每个叶轮单独做静平衡，装配后做高速动平衡，平衡转速为工作转速的1.2倍。最终残余不平衡量按公式“允许不平衡量=平衡精度等级×转子质量/角速度”计算，达到G1.0级标准。转子总成轴向定位采用平衡盘+推力轴承组合，平衡盘直径经精确计算，可抵消85%以上的轴向力。

4.4 气封与油封系统

碳环密封：由6-8个碳环组成，碳材料为浸渍呋喃树脂的碳石墨，抗压强度＞120MPa，摩擦系数＜0.15。碳环内径比轴径大0.3-0.5mm，依靠弹簧力实现径向自调节。密封气体泄漏量按公式“泄漏量=密封间隙截面积×流速×压缩系数”计算，设计值＜0.5Nm³/h。

迷宫密封：间隙设计按公式“径向间隙=0.2+轴径(mm)/100”计算，密封齿数6-8齿，齿形为台阶式，可有效增加流动阻力。

油封：采用双唇口氟橡胶油封，辅助以甩油环和回油槽设计，确保润滑油零泄漏。

4.5 轴承箱与壳体

轴承箱为铸铁HT250制造，分上下半结构，结合面精加工后刮研，确保严密配合。轴承箱设有观察窗、温度计接口、振动传感器接口。风机壳体采用球墨铸铁QT450，流道型线经CFD优化，进出口法兰按PN16标准设计。

五、风机维修与保养规范

5.1 日常维护要点

5.2 定期检查内容

每季度检查：

每年检查：

5.3 常见故障与处理

5.3.1 振动超标

可能原因及处理：

5.3.2 轴承温度高

处理步骤：

5.3.3 性能下降

5.4 大修规程

大修周期一般为3-5年或24000运行小时，主要包括：

六、工业气体输送应用技术

6.1 可输送气体类型及特性

D系列风机可适应多种工业气体，材料选择和密封方案需相应调整：

6.2 气体特性对风机设计的影响

6.2.1 气体密度影响

风机压升与气体密度成正比，输送轻气体（如氢气）时，相同压升需要更多级数或更高转速。性能换算公式：对于同一台风机，流量不变时，压比与气体分子量的平方根成反比；功率与气体分子量的平方根成正比。

6.2.2 可压缩性影响

高压比时需考虑气体可压缩性，实际温升按公式“出口温度=进口温度×压比^((绝热指数-1)/绝热指数)”计算，绝热指数：空气1.4，氢气1.41，氩气1.67。

6.2.3 腐蚀性气体处理

酸性气体需采用不锈钢（316L）或钛材，流速控制在腐蚀临界速度以下，避免湍流加剧腐蚀。内部涂层可采用聚四氟乙烯或环氧酚醛涂层。

6.3 系统集成注意事项

6.3.1 安全保护系统

6.3.2 控制系统

采用PLC+触摸屏控制，实现：

6.3.3 辅助系统匹配

七、D(La)2109-1.38在镧提纯工艺中的应用实践

7.1 在萃取分离工序的应用

在镧的溶剂萃取提纯中，D(La)2109-1.38为脉冲萃取柱提供稳定气压，控制两相流体界面和传质效率。风机出口压力1.38atm正好匹配萃取柱10m液柱静压加上管路阻力。实际应用中，通过变频器调节转速，实现压力精确控制，波动范围＜±0.5%。

7.2 在气氛保护系统的应用

高纯镧制备需要惰性气体保护，D(La)2109-1.38经材料调整后，可输送高纯氩气，维持还原炉内氧分压＜10ppm。特殊设计的碳环密封将氩气泄漏损失控制在＜0.3%/天。

7.3 节能优化措施

7.4 实际运行数据

在某稀土分离厂两年运行统计显示：