轻稀土(铈组稀土)镧(La)提纯风机基础知识与应用详解

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：稀土矿提纯、离心鼓风机、镧提纯、D(La)392-1.31、风机配件、风机修理、工业气体输送、多级离心鼓风机

一、轻稀土提纯工艺与风机技术概述

在稀土矿产资源开发与综合利用领域，铈组稀土（轻稀土）的提取与精炼是关键环节之一。其中，镧（La）作为轻稀土的重要成员，广泛应用于储氢材料、光学玻璃、催化剂及高性能合金等领域。其工业化提纯过程通常包括采矿、破碎、选矿、焙烧、酸溶、萃取分离、沉淀、煅烧等多个步骤。在整个工艺流程中，气体输送、物料浮选、反应气体加压及尾气处理等环节都需要高性能的离心鼓风机提供稳定可靠的气流动力。

离心鼓风机以其压力范围宽、运行稳定、维护相对简便等特点，在稀土冶金行业中扮演着不可替代的角色。针对不同的工艺环节，风机需要具备不同的性能参数和结构特点。例如，在浮选工序中，风机需要提供稳定且适当的气量以实现矿浆的充分充气；在气体输送环节，风机需要耐受工艺气体的化学性质，保持长期密封可靠；在反应器加压过程中，风机需提供精确可控的压力输出。

根据稀土提纯各阶段的不同需求，行业内开发了多个专门化的风机系列。这些系列包括：“C(La)”型系列多级离心鼓风机，适用于中等压力、大流量场景；“CF(La)”型系列专用浮选离心鼓风机，针对浮选工艺优化设计；“CJ(La)”型系列专用浮选离心鼓风机，侧重节能与精确控制；“D(La)”型系列高速高压多级离心鼓风机，满足高压气体输送需求；“AI(La)”型系列单级悬臂加压风机，结构紧凑，适用于空间受限场合；“S(La)”型系列单级高速双支撑加压风机，运行平稳，振动小；“AII(La)”型系列单级双支撑加压风机，兼顾稳定性与维护便利性。

这些风机可输送的气体种类多样，包括空气、工业烟气、二氧化碳（CO₂）、氮气（N₂）、氧气（O₂）、氦气（He）、氖气（Ne）、氩气（Ar）、氢气（H₂）以及混合无毒工业气体。风机选型时必须充分考虑所输送介质的物理化学特性，如密度、腐蚀性、毒性、爆炸极限等，以确保运行安全与设备寿命。

二、D(La)系列高速高压多级离心鼓风机详解

1. 型号命名规则与技术参数解读

在稀土提纯领域，“D(La)”型系列高速高压多级离心鼓风机是应对高压气体输送需求的关键设备。以型号“D(La)392-1.31”为例，其命名遵循统一的规则：“D”代表该风机属于D系列高速高压多级离心鼓风机；“La”指明该风机主要服务于镧（La）元素的提纯工艺系统；“392”表示风机在设计工况下的进口流量为每分钟392立方米；“-1.31”则表示风机的出口压力为1.31个标准大气压（表压）。需要特别注意的是，此型号表示中未使用“/”符号，按照惯例，这表示风机的进口压力为环境大气压，即1个标准大气压（绝对压力）。若型号中出现如“D(La)300/1.2-1.8”的表示，则“/”后的“1.2”代表进口压力为1.2个大气压。

型号“D(La)300-1.8”是另一个典型示例，其解读为：D系列用于镧提纯的离心鼓风机，进口流量为每分钟300立方米，出口压力为1.8个大气压，进口压力为默认的1个大气压。该型号风机常用于与跳汰机配套，其选型需根据跳汰机的具体工艺参数（如床层厚度、物料粒度、处理量等）进行严格计算和匹配，以确保提供恰到好处的气量和压力，实现最优分选效果。

2. D(La)392-1.31风机在镧提纯流程中的定位

D(La)392-1.31风机主要设计用于镧提纯工艺流程中需要中高压气源的环节。具体可能包括：

萃取分离工序的气体搅拌与保护：在溶剂萃取槽中，通入惰性气体（如氮气N₂）进行搅拌，可以促进水相与有机相的混合，提高传质效率，同时形成保护气氛，防止某些价态离子被氧化。1.31个大气压的出气压力足以克服液柱静压和管道阻力，实现气体的均匀分布。

沉淀或煅烧工序的气体输送：在草酸镧或碳酸镧沉淀后的煅烧工序中，可能需要输送特定气体（如氧气O₂用于控制煅烧气氛，或氩气Ar用于保护性煅烧）。风机提供稳定的气流，确保炉内气氛的均匀性和可控性。

工艺尾气的加压输送：对某些工艺环节产生的废气（如含少量酸性气体的工业烟气）进行收集并加压，以便输送到后续的废气处理系统（如吸收塔、SCR反应器等）。

该型号风机的流量（392立方米/分钟）和压力（1.31大气压）参数，通常是基于特定生产线的物料平衡、反应动力学要求以及系统阻力计算得出的优化结果，旨在保证工艺效果的同时，兼顾运行能耗的经济性。

三、风机核心部件结构与功能解析

离心鼓风机的可靠性与效率，很大程度上取决于其核心部件的设计与制造质量。以下结合D(La)系列等风机，对关键部件进行说明：

1. 风机主轴

主轴是传递驱动扭矩、支撑转子旋转的核心部件。在D(La)系列高速高压风机中，主轴通常采用高强度合金钢（如40CrNiMoA）锻造而成，经过精密加工和热处理（调质），确保具有优异的综合机械性能:高抗扭强度、高疲劳强度以及良好的韧性。主轴的设计需进行严格的临界转速计算，确保工作转速远离其一阶和二阶临界转速，避免共振。对于多级风机，各级叶轮等组件以过盈配合或键连接的方式固定于主轴上，形成转子总成。

2. 风机转子总成

转子总成是风机的“心脏”，由主轴、多级叶轮、平衡盘（鼓）、推力盘以及定距套等部件组成。每级叶轮都由高强度铝合金或不锈钢精密铸造或焊接而成，其型线设计直接影响风机的压比和效率。叶轮装配后必须进行高速动平衡校正，将不平衡量控制在极低范围内（如G2.5级或更高），这是确保风机高速平稳运行、振动值达标的关键。在多级设计中，气体每经过一级叶轮和扩压器，压力就得到一次提升。

3. 风机轴承与轴瓦

对于大型高速离心鼓风机，滑动轴承（采用轴瓦）比滚动轴承更为常见，因其承载能力大、运行平稳、阻尼性能好。轴瓦通常采用巴氏合金（锡基或铅基）作为衬层，这种材料具有良好的嵌入性、顺应性和抗咬合性。润滑油在轴与轴瓦之间形成稳定的油膜，实现液体摩擦，极大地降低了磨损。轴承系统设计需计算比压、线速度、PV值等参数，并确保充分的润滑油供应和冷却。

4. 密封系统

密封是防止气体泄漏和润滑油污染的关键，尤其在输送昂贵或危险工业气体时至关重要。

气封与油封：在轴贯穿机壳的部位，需要设置密封。气封主要用于防止机壳内高压气体沿轴向泄漏；油封则用于防止轴承箱内的润滑油向外泄漏。常见的结构包括迷宫密封、涨圈密封等。

碳环密封：在要求更高的场合，特别是输送如氢气（H₂）、氦气（He）等小分子气体或易燃易爆气体时，常采用碳环密封。碳环由特殊石墨材料制成，具有自润滑、耐高温、化学性质稳定等特点。多个碳环串联使用，在弹簧力作用下紧密贴合在轴上，形成多级节流的非接触或微接触密封，泄漏量极小，安全可靠。

5. 轴承箱

轴承箱是容纳和支持主轴轴承的部件，为轴承提供精确的定位和稳定的运行环境。轴承箱内部设计有合理的油路，确保润滑油能顺畅地流到轴瓦的每一个润滑点。箱体通常为铸铁或铸钢件，具有足够的刚度和减振性能。轴承箱上还集成了温度传感器（如铂热电阻）和振动传感器探头安装接口，用于在线监测轴承温度和振动状态。

四、风机维护保养与常见故障修理

为确保稀土提纯生产线连续稳定运行，风机的预防性维护和及时修理至关重要。

1. 日常维护与巡检

振动与温度监测：每日记录风机轴承箱的振动值（速度或位移）和轴承温度、润滑油温度。异常升高往往是故障的早期征兆。

润滑油系统检查：检查油位、油压、油温是否正常，定期分析润滑油品质（水分、粘度、金属颗粒含量）。

密封状况检查：观察气封、油封及碳环密封处是否有明显泄漏。

听音检查：使用听音棒监听风机运行声音，注意是否有异常摩擦、撞击声。

2. 定期保养

润滑油更换：按照设备说明书规定的时间或根据油品分析结果更换润滑油和清洗油过滤器。

联轴器对中复查：风机与电机运行一段时间后，基础可能发生细微变化，需定期复查并校正对中情况。

密封件检查：根据运行小时数，定期检查气封、油封磨损情况，必要时更换。碳环密封需检查磨损量和弹簧弹力。

3. 常见故障分析与修理

振动超标

原因：转子动平衡破坏（叶轮结垢、磨损不均、部件松动）；对中不良；基础松动；轴承磨损；油膜振荡。

修理：停机检查，重新进行转子动平衡校正；重新对中；紧固地脚螺栓；更换轴瓦；调整润滑油参数或轴承间隙。

轴承温度过高

原因：润滑油量不足或油质恶化；冷却系统故障（水冷器堵塞）；轴承间隙过小；负荷过大；对中不良。

修理：补充或更换润滑油；清洗冷却器；调整或更换轴瓦；检查系统阻力是否异常；重新对中。

排气压力或流量不足

原因：进口过滤器堵塞；密封间隙磨损过大导致内泄漏增加；转速下降（皮带打滑或电源问题）；系统阻力增加（管道堵塞、阀门未全开）。

修理：清洗或更换过滤器；检修并调整密封间隙；检查驱动系统；排查工艺系统。

异常响声

原因：转子与静止件摩擦（密封、蜗壳）；轴承损坏；叶轮松动。

修理：立即停机，解体检查摩擦痕迹，修复或更换损坏部件；紧固叶轮。

气体泄漏

原因：机械密封或碳环密封损坏；密封腔压力调节不当；密封气体（如果是干气密封）中断。

修理：更换损坏的密封组件；重新调整密封系统压力；检查密封气源。

在进行任何修理工作前，必须确保风机已完全停机、断电、隔离，工艺气体已进行充分置换（特别是输送易燃、有毒气体时），并执行严格的动火和进入受限空间作业程序。

五、输送各类工业气体的特殊考量

稀土提纯过程中涉及多种工业气体，风机在输送这些气体时需进行特殊设计和选材。

空气：最常用的介质。注意进气过滤，防止灰尘进入风机导致磨损和结垢。空气中含有水分，在寒冷地区需注意进气温度，防止内部结冰。

工业烟气：通常成分复杂，可能含有腐蚀性成分（如SO₂、NOx）、粉尘及水分。风机需考虑防腐材质（如不锈钢316L、双相钢），并可能需设置进气洗涤和除雾装置。密封要求高，防止有毒烟气泄漏。

二氧化碳（CO₂）：密度大于空气。压缩后温升可能导致冷凝，需注意材料耐蚀性（碳酸腐蚀）。密封需可靠。

氮气（N₂）、氩气（Ar）：惰性气体，化学性质稳定。主要考虑其密度与空气不同对风机性能曲线的影响（流量-压力-功率关系会变化）。使用空气性能曲线选型时，需进行换算。

氧气（O₂）：强氧化性，助燃。所有与氧气接触的部件必须彻底脱脂，禁油。材料应选择在氧气环境中不易发生剧烈氧化和摩擦起火者（如铜合金、特定不锈钢）。运行中需严格控制温升和避免异物进入。

氦气（He）、氖气（Ne）：稀有气体，通常价格昂贵。对密封系统要求极高，必须采用泄漏率极低的密封形式（如高性能碳环密封、干气密封），以减少损失。

氢气（H₂）：密度小，扩散性强，易燃易爆。输送氢气的风机设计需重点关注：1) 防爆：电机、仪表需防爆，整体防静电设计；2) 防泄漏：采用特殊密封（如串联式碳环密封配合氮气隔离气）；3) 材料：防止氢脆现象，通常选用奥氏体不锈钢；4) 喘振控制：氢气密度低，更易进入喘振区，需有可靠的反喘振控制。

对于混合无毒工业气体，必须明确其具体成分比例，以确定其平均分子量、绝热指数、爆炸极限、腐蚀性等关键物化参数，作为风机设计、选材和安全保护的依据。

六、总结

在轻稀土镧的现代化提纯工业中，离心鼓风机是不可或缺的关键动力设备。从“C(La)”系列到高压的“D(La)”系列，每一种型号都是针对特定工艺环节的精细化设计成果。深刻理解如“D(La)392-1.31”这样的风机型号所蕴含的技术参数意义，是正确选型和应用的基础。对风机主轴、转子、轴承、密封等核心部件的透彻掌握，是实现设备高效、长周期、安全运行的保障。同时，针对所输送的不同工业气体特性，采取相应的设计、材料和维护策略，是确保整个稀土生产线安全性和经济性的核心。

作为一名风机技术从业者，我们不仅要熟悉设备本身，更要深入理解稀土提纯的工艺流程，将风机的技术特性与工艺需求紧密结合，才能为稀土这一战略资源的绿色、高效开发贡献坚实的技术力量。未来，随着稀土材料需求的增长和工艺的进步，对更高效率、更智能控制、更可靠密封的专用风机的需求也将持续提升，这需要我们不断进行技术探索与创新。