轻稀土(铈组稀土)镧(La)提纯风机专业知识：以D(La)351-2.80型离心鼓风机为核心的技术解析

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)351-2.80型离心鼓风机、风机配件维修、工业气体输送、多级离心鼓风机技术

引言

在稀土矿提纯工艺中，特别是轻稀土（铈组稀土）中的镧(La)元素分离与提纯过程中，离心鼓风机作为核心动力设备，承担着气体输送、压力提供和工艺气体循环等关键任务。稀土提纯工艺对设备的稳定性、密封性和耐腐蚀性提出了极高要求，而D(La)系列高速高压多级离心鼓风机正是为满足这些严苛工况而设计的专用设备。本文将深入剖析D(La)351-2.80型离心鼓风机的技术特性，系统阐述其配件组成与维修要点，并对稀土提纯中涉及的工业气体输送技术进行全面说明。

第一章 轻稀土提纯工艺与风机选型基础

1.1 轻稀土（铈组稀土）提纯工艺特点

轻稀土，又称铈组稀土，主要包括镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)等元素。这类稀土元素的提纯通常采用溶剂萃取、离子交换、氧化还原等化学工艺，这些工艺过程往往需要精确控制气体环境，如惰性气体保护、反应气体输送、尾气处理等。镧(La)作为轻稀土中的重要成员，其提纯过程对气体的纯度、压力和流量稳定性尤为敏感。

1.2 离心鼓风机在稀土提纯中的作用

在镧(La)提纯生产线中，离心鼓风机主要承担以下功能：

工艺气体输送：提供萃取、分离过程中所需的气体介质，如氮气、氩气等惰性保护气体。

压力维持：为反应釜、分离塔等设备提供稳定的气体压力环境，确保化学反应在预定压力下进行。

气体循环：实现工艺气体的闭路循环，提高气体利用率，降低运行成本。

尾气处理：将生产过程中产生的工业烟气、二氧化碳等输送至处理系统。

1.3 风机选型基本原则

针对轻稀土提纯的特殊要求，风机选型需综合考虑以下因素：

气体性质：包括密度、粘度、腐蚀性、爆炸性等。

工艺参数：所需流量、进出口压力、温度范围。

材料兼容性：风机材质必须与输送气体相容，防止腐蚀和污染。

密封要求：稀土提纯对气体纯度要求极高，必须采用特殊密封结构防止泄漏和污染。

第二章 D(La)351-2.80型高速高压多级离心鼓风机详解

2.1 型号解析与技术参数

D(La)351-2.80型离心鼓风机是专为轻稀土提纯设计的高速高压设备，其型号含义如下：

“D”：表示D系列高速高压多级离心鼓风机，该系列采用多级叶轮串联结构，可实现较高压比。

“(La)”：表示设备专为镧(La)提纯工艺优化设计，在材料选择、密封结构和防腐处理上均有特殊考量。

“351”：表示设计流量为每分钟351立方米，此流量值是在标准进气条件下的额定值。

“-2.80”：表示出风口压力为2.80个大气压（绝压），相当于表压1.80公斤力/平方厘米。按照行业惯例，当型号中没有“/”符号时，表示进风口压力为标准大气压（1个大气压）。

该型号风机主要技术特点包括：

流量范围：320-380立方米/分钟（可调）

工作压力：出口最高压力可达3.0个大气压

转速：通常为8000-12000转/分钟，具体取决于驱动方式和齿轮箱设计

功率配置：配套电机功率一般在250-350千瓦之间

效率指标：在设计工况下，整机效率可达82-85%

2.2 结构设计与工作原理

D(La)351-2.80型风机采用多级离心式设计，其核心工作原理基于离心力作用下的能量转换。当电机通过增速齿轮箱驱动主轴高速旋转时，安装在主轴上的多级叶轮随之转动。气体从进气口进入第一级叶轮，在旋转叶片的推动下获得动能和压力能，随后进入扩压器将部分动能转化为压力能，接着进入下一级叶轮继续增压。经过多级增压后，气体达到所需压力并从出风口排出。

该风机采用了“等外径、逐级缩窄流道”的叶轮设计理念，使得各级叶轮都能在接近最佳效率点工作。气体动力学方程中的欧拉方程是描述这一过程的基础理论，该方程表明叶轮对气体做的功等于气体绝对速度矩的变化。在实际设计中，通过优化叶轮进口角度、叶片弯曲形状和出口宽度等参数，实现了高效率的能量转换。

2.3 材料选择与防腐处理

针对稀土提纯环境中可能存在的腐蚀性介质，D(La)351-2.80型风机在材料选择上采取了特殊措施：

壳体材料：主要采用高强度铸铁HT300或球墨铸铁QT450，内表面喷涂环氧酚醛防腐涂层。

叶轮材料：根据输送气体性质可选择马氏体不锈钢2Cr13、奥氏体不锈钢304或316L，对于强腐蚀性环境可采用双相不锈钢2205。

主轴材料：采用42CrMo合金钢，调质处理后表面硬度达到HRC28-32，具有良好的综合机械性能。

密封部件：根据气体性质可选择聚四氟乙烯、石墨或特种合金材料。

第三章 风机核心配件详解与维护要点

3.1 主轴系统

主轴是离心鼓风机的核心传动部件，D(La)351-2.80型风机的主轴采用42CrMo合金钢整体锻造，经过精密加工和动平衡校正。主轴设计需满足以下要求：

刚度充足：在工作转速下，主轴的最大挠度应小于叶轮与壳体间最小间隙的30%。

临界转速高：设计工作转速应避开一阶和二阶临界转速，通常要求工作转速低于一阶临界转速的70%，或高于二阶临界转速的30%。

平衡精度高：主轴连同所有旋转部件组装后，需进行动平衡校正，残余不平衡量应符合国际标准ISO1940 G2.5级要求。

3.2 轴承与轴瓦系统

D(La)351-2.80型风机采用滑动轴承（轴瓦）支撑，相比滚动轴承具有承载力大、阻尼特性好、寿命长等优点：

轴瓦材料：通常采用巴氏合金（锡基或铅基）衬层，厚度1.5-3.0毫米，具有优异的嵌入性和顺应性。

润滑系统：采用强制循环油润滑，油压通常保持在0.15-0.25兆帕，进油温度控制在35-45℃。

间隙控制：径向间隙一般为主轴直径的0.001-0.0015倍，轴向间隙通过推力轴承控制，确保转子在热膨胀时自由延伸。

3.3 转子总成

转子总成包括主轴、叶轮、平衡盘、联轴器等所有旋转部件：

叶轮装配：各级叶轮采用热装法安装在主轴上，过盈量通常为轴径的0.001-0.0012倍，确保在高速旋转时不松动。

平衡校正：转子总成需进行高速动平衡，平衡转速应达到工作转速的110%，残余振动值应小于2.5毫米/秒。

轴向力平衡：通过平衡盘结构平衡大部分轴向力，剩余轴向力由推力轴承承受。

3.4 密封系统

密封系统是保障风机性能和安全的关键，D(La)351-2.80型风机采用多级复合密封：

气封（迷宫密封）：在叶轮入口和级间设置迷宫密封，利用多次节流效应减少内泄漏。密封间隙通常为0.25-0.40毫米，根据气体性质和温度确定。

碳环密封：在轴端采用碳环密封，适用于高速旋转工况，具有良好的自润滑性和密封效果。碳环密封的压紧力由弹簧提供，磨损后可自动补偿。

油封：防止润滑油泄漏，通常采用骨架油封或机械密封，确保轴承箱内油液不外泄。

干气密封：对于输送易燃易爆或有毒气体的工况，可选配干气密封作为主密封，提供极高的密封可靠性。

3.5 轴承箱与润滑系统

轴承箱不仅支撑转子，还容纳润滑系统：

箱体结构：采用铸铁或铸钢整体铸造，具有足够的刚度和减振特性。

油路设计：进油口设置在轴承负荷区，确保充分润滑；回油口尺寸足够大，保证油液顺利返回油箱。

监测保护：配备温度传感器和振动探头，实时监测轴承状态，异常时自动报警或停机。

第四章 风机维修与故障处理

4.1 日常维护要点

振动监测：每天记录风机振动值，关注变化趋势。振动速度有效值不应超过4.5毫米/秒，位移峰值不应超过50微米。

温度检查：轴承温度不应超过75℃，润滑油进油温度保持在35-45℃之间。

油质分析：每三个月取样分析润滑油，监测水分含量、酸值变化和金属颗粒浓度。

4.2 常见故障诊断与处理

故障一：振动值增大

可能原因：叶轮积垢、动平衡破坏、轴承磨损、对中不良

处理措施：清洗叶轮、重新动平衡、更换轴承、重新对中

故障二：轴承温度过高

可能原因：润滑油不足或变质、轴承间隙过小、冷却系统故障

处理措施：补充或更换润滑油、调整轴承间隙、检修冷却器

故障三：压力或流量下降

可能原因：密封间隙过大、叶轮磨损、进气过滤器堵塞

处理措施：调整或更换密封件、修复或更换叶轮、清洗过滤器

故障四：异常噪音

可能原因：喘振现象、叶片与壳体摩擦、轴承损坏

处理措施：调整工况避开喘振区、检查间隙、更换轴承

4.3 大修周期与内容

D(La)351-2.80型风机的大修周期通常为24000运行小时或每三年一次，以先到为准。大修内容包括：

全面拆卸：按顺序拆卸各部件，做好标记和记录。

检查测量：测量所有配合间隙，检查叶轮、主轴、轴承等关键部件磨损情况。

更换易损件：更换所有密封件、轴承、润滑油等。

重新装配：按技术要求重新装配，确保各部位间隙符合标准。

试车调试：空载试车4小时，负载试车8小时，监测各项参数。

第五章 稀土提纯工艺中的工业气体输送技术

5.1 可输送气体类型与特性

在轻稀土提纯过程中，D(La)系列风机可安全输送多种工业气体，每种气体都有其独特的物理性质和输送要求：

空气：最常输送的介质，需注意过滤除湿，防止水滴腐蚀叶轮。

工业烟气：通常含有腐蚀性成分，风机需采用防腐材料和特殊密封。

二氧化碳(CO₂)：密度大于空气，压缩时温升明显，需加强冷却。

氮气(N₂)：常用作保护气体，纯度要求高，密封系统需特别设计。

氧气(O₂)：强氧化性，所有部件必须脱脂处理，禁油设计。

稀有气体（氦He、氖Ne、氩Ar）：分子量差异大，风机性能曲线需相应调整。

氢气(H₂)：密度小、易泄漏、易燃，需采用特殊密封和防爆设计。

混合无毒工业气体：需明确成分比例，根据平均分子量和绝热指数选型。

5.2 气体特性对风机设计的影响

不同气体的物理性质直接影响风机的设计和运行参数：

密度影响：气体密度直接影响风机功率消耗，功率与密度成正比关系。

绝热指数影响：影响压缩过程中的温升，高绝热指数的气体温升更明显。

可压缩性影响：决定风机性能计算时是否需考虑压缩性修正。

腐蚀性影响：决定材料选择和防腐措施等级。

5.3 特殊气体输送的安全措施

氧气输送：

所有流道部件进行彻底脱脂清洗

采用禁油润滑系统（如干气密封）

设置严格防火防爆措施

氢气输送：

密封系统至少双重设计，优先采用干气密封

电气系统防爆等级达到Ex dⅡCT4

设置氢气泄漏检测和报警系统

腐蚀性气体输送：

采用耐腐蚀材料或防腐涂层

设置气体净化预处理装置

定期检查腐蚀情况，缩短检查周期

第六章 风机系列选型指南与配套应用

6.1 各系列风机特点与应用场景

除了D系列外，稀土提纯中还常用以下系列风机：

“C(La)”型系列多级离心鼓风机：中压范围，适用于流量较大、压力要求不极高的场合，如稀土浮选前的充气工艺。

“CF(La)”型系列专用浮选离心鼓风机：针对浮选工艺优化，具有宽广的稳定工作区，能适应浮选槽液位变化引起的压力波动。

“CJ(La)”型系列专用浮选离心鼓风机：节能型设计，通过叶型优化和内部流道改进，效率比传统浮选风机提高3-5%。

“AI(La)”型系列单级悬臂加压风机：结构紧凑，适用于空间有限的改造项目或小型生产线。

“S(La)”型系列单级高速双支撑加压风机：转速高、体积小，适合中等流量和压力要求，维护方便。

“AII(La)”型系列单级双支撑加压风机：传统可靠设计，适用于稳定工况长期运行。

6.2 与跳汰机等设备的配套选型

在稀土矿选矿过程中，跳汰机是常用设备，需要特定压力和流量的空气作为介质。选型时需考虑：

跳汰机所需空气压力和流量曲线

管路系统的压力损失

同时工作系数（多台跳汰机同时运行）

海拔高度和气候条件对风机性能的影响

通常，跳汰机配套风机的压力在1.5-2.5个大气压之间，流量根据跳汰机面积确定，一般每平方米跳汰面积需要2-4立方米/分钟的风量。

6.3 节能运行策略

针对稀土提纯连续生产的特点，风机节能运行尤为重要：

变速调节：采用变频驱动，根据工艺需求实时调整转速，避免节流损失。

多机并联优化：多台风机并联运行时，通过优化运行台数组合，使每台风机都在高效区工作。

热能回收：对于压缩温升明显的气体，可考虑安装热能回收装置，用于工艺加热或建筑供暖。

智能控制：建立风机群控系统，根据生产计划和实时数据自动优化运行参数。

结语

D(La)351-2.80型高速高压多级离心鼓风机作为轻稀土（铈组稀土）镧(La)提纯工艺中的关键设备，其设计充分考虑了稀土提纯的特殊要求，在材料选择、密封结构、耐腐蚀处理等方面都有针对性的优化。正确选择、使用和维护这类专用风机，不仅能保障稀土提纯工艺的稳定运行，还能显著降低能耗和维护成本。

随着稀土产业的不断发展，对提纯设备的性能要求也将不断提高。未来，稀土提纯风机将向更高效率、更智能化、更环保的方向发展，如采用磁悬浮轴承技术、开发新型防腐涂层、集成物联网监测系统等。作为风机技术人员，我们需要不断学习新技术、新工艺，为稀土这一战略资源的开发利用提供可靠的技术装备保障。