轻稀土(铈组稀土)铈(Ce)提纯风机:以AI(Ce)1704-3.3型离心鼓风机为核心的设备解析与应用

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：轻稀土提纯，铈(Ce)，离心鼓风机，AI(Ce)1704-3.3，风机配件，风机修理，工业气体输送，轴瓦，碳环密封

引言

在稀土，特别是轻稀土（铈组稀土）的现代化湿法冶金提纯工艺中，离心鼓风机扮演着不可或缺的关键角色。从矿石的浮选富集、浸出过程的空气搅拌与氧化，到后续分离工序中特定工业气体的精确输送，高效、稳定、可靠的鼓风设备是保障生产连续性、产品质量与经济效益的核心装备之一。本文将从风机技术人员的视角，系统阐述稀土提纯领域离心鼓风机的基础知识，并重点围绕一款典型设备:AI(Ce)1704-3.3型单级悬臂加压风机:展开详细说明，同时对其核心配件、常见修理维护要点，以及输送各类工业气体的特殊考量进行深入探讨。

第一章：稀土提纯工艺与离心鼓风机概述

轻稀土（铈组稀土）主要包括镧、铈、镨、钕等元素，其提纯过程通常包括选矿（如浮选）、焙烧、酸法或碱法分解、溶剂萃取分离、沉淀煅烧等步骤。在这些步骤中，风机主要承担以下任务：

浮选过程：为浮选机提供充足、稳定压力的空气，通过叶轮剪切形成微小气泡，使目的矿物选择性附着上浮，实现与脉石的分离。此工况对风机的风压稳定性要求较高，常用“CF(Ce)”型与“CJ(Ce)”型系列专用浮选离心鼓风机。

搅拌与氧化：在浸出槽、氧化槽中，通入空气或纯氧进行搅拌，加速化学反应，或将溶液中的二价铁氧化为三价铁等。这要求风机具备一定的耐腐蚀性和压力适应能力。

气体输送：在萃取、结晶或包装环节，可能需要输送氮气（N₂）用于保护气氛，二氧化碳（CO₂）用于调节pH或沉淀，氢气（H₂）用于还原等。这类应用对风机的密封性、材质兼容性和安全性有极高要求，常选用“D(Ce)”型高速高压多级离心鼓风机或“S(Ce)”/“AII(Ce)”型加压风机。

针对不同压力、流量和介质需求，形成了丰富多样的风机系列，如文中提及的C(Ce)、CF(Ce)、CJ(Ce)、D(Ce)、AI(Ce)、S(Ce)、AII(Ce)等系列，它们共同构成了服务于稀土提纯的鼓风设备体系。

第二章：核心设备详解:AI(Ce)1704-3.3型单级悬臂加压风机

AI(Ce)1704-3.3是该系列中一款用于中等流量和压力工况的典型风机。其型号解读如下：

“AI”：代表单级、单吸、悬臂式叶轮结构、进气箱式设计的加压风机系列。结构紧凑，维护相对简便。

“(Ce)”：特指适用于铈组稀土提纯工艺或相关介质的定制化设计标识，可能涉及材质选择、防腐处理或密封强化。

“1704”：表示风机在设计工况下的进口容积流量为每分钟1704立方米。这是风机选型的核心参数之一，直接关联工艺气量需求。

“-3.3”：代表风机出口处的气体静压为3.3个标准大气压（表压）。值得注意的是，此标注方式默认风机进口压力为1个标准大气压（绝对压力）。若进口压力非标，型号中通常会用“/”分隔表示，例如“AI(Ce)1704/0.95-3.3”可能表示进口压力为0.95 atm。

结构与工作原理：
AI(Ce)型风机主要由电机通过联轴器驱动风机主轴高速旋转。主轴一端悬臂安装风机转子总成（主要是闭式或半开式叶轮）。气体从轴向进入进气箱，被高速旋转的叶轮捕获并获得动能与压力能，在蜗壳中减速扩压，进一步将动能转化为静压能，最终从出口排出。整个转子部分由轴承箱内的支撑轴承和推力轴承定位，并通过气封、油封和碳环密封等组件防止气体泄漏和润滑油污染。

应用场景：
AI(Ce)1704-3.3这类风机，由于其适中的压力和流量，常被用于稀土提纯流程中的：

中型浸出槽或氧化槽的空气/氧气鼓入。

为气动仪表或小型气力输送系统提供稳定气源。

作为某些萃取线混合澄清槽的微正压气体保护源。
其选型需严格匹配跳汰机、氧化槽等用气设备的压力-流量特性曲线，确保工作在高效区。

第三章：关键配件系统解析

风机的高效稳定运行依赖于各精密配件的协同工作。以下结合AI(Ce)系列重点说明：

风机主轴：传递扭矩、支撑转子的核心部件。需采用高强度合金钢，经调质热处理和精密加工，具有极高的刚性、疲劳强度和动平衡精度。对于输送腐蚀性气体，与介质接触部分需考虑包覆或选用耐蚀材料。

风机轴承与轴瓦：高速风机常采用滑动轴承（轴瓦）。轴瓦材料多为巴氏合金，具有良好的嵌藏性、顺应性和抗胶合能力。润滑系统必须保证稳定供给压力油，形成完整油膜，将轴与瓦隔开，实现液体摩擦，从而降低磨损和振动。

风机转子总成：包括叶轮、轮盖、主轴套等。叶轮是做功核心，其三元流设计、叶片型线和制造精度（如焊接或铆接质量）直接决定风机效率与性能。必须进行严格的动平衡校正，通常要求达到G2.5级或更高标准，以消除不平衡离心力。

密封系统：

气封（迷宫密封）：通常位于叶轮轮盖与机壳之间，由一系列环形齿隙构成曲折路径，增加泄漏阻力，减少内部气体从高压侧向低压侧的循环泄漏。

油封：位于轴承箱两端，防止润滑油外泄，并阻挡外部灰尘进入。常用骨架油封或迷宫式油封。

碳环密封：在输送有毒、有害、贵重或易燃易爆工业气体（如氢气、氦气）时，作为关键的轴端密封。它由若干组弹簧加载的碳环组成，在轴表面形成稳定而磨损极低的动态密封面，泄漏量远小于传统迷宫密封。对于AI(Ce)系列输送特殊气体时，碳环密封是标准或可选的关键配置。

轴承箱：容纳轴承、轴瓦和润滑油的壳体。要求有足够的刚度和散热能力，内部油路设计合理，确保润滑油循环通畅，带走摩擦热。

第四章：风机常见故障与修理维护要点

风机在长期运行后，会出现磨损、振动、性能下降等问题。及时的修理维护至关重要。

性能下降（压力、流量不足）：

可能原因：叶轮磨损（特别是浮选风机接触含颗粒气体）、通流部分积垢（如结晶体）、密封间隙因磨损增大导致内泄漏加剧。

修理：检查并清理流道。测量叶轮与气封间隙，若超标需更换或修复气封组件。叶轮磨损严重时，需进行堆焊修复或更换，修复后必须重新做动平衡。

振动超标：

可能原因：转子动平衡破坏（叶轮粘灰、局部腐蚀或磨损）；对中不良；轴承（轴瓦）磨损；基础松动；进入喘振区运行。

修理：首要任务是停机检查。重新校正转子动平衡。检查联轴器对中数据并调整。检查轴瓦间隙、接触面积，若瓦面巴氏合金出现磨损、裂纹或脱落，需刮研或重新浇铸。紧固地脚螺栓。调整工况点，避免在小流量区运行。

轴承温度过高：

可能原因：润滑油不足、变质或型号不对；冷却系统故障；轴瓦刮研不良，接触点不均或间隙不当；轴向力过大（平衡盘失效）。

修理：检查油位、油质，更换合格润滑油。清理油冷却器。复查轴瓦间隙和接触情况。检查平衡盘及平衡管是否堵塞。

气体或润滑油泄漏：

可能原因：碳环密封或机械密封磨损、弹簧失效；油封老化；箱体结合面密封垫损坏。

修理：定期检查更换碳环等易损密封件。更换老化油封。更换箱体结合面垫片，涂抹合适密封胶。

修理通用原则：任何修理，尤其是涉及转子、轴承等核心部件时，都必须遵循严格的工艺规程。拆卸前做好标记，使用专用工具。装配时确保清洁度，按手册要求扭矩紧固，并最终进行对中复查和单机试车。

第五章：输送工业气体的特殊考量

稀土提纯中输送的空气、烟气、CO₂、N₂、O₂、He、Ne、Ar、H₂等，物理化学性质迥异，对风机设计提出不同要求：

气体密度影响：风机产生的压头与气体密度成正比。输送氢气（密度极小）时，相同转速下压头极低，需更高转速或更多级数；输送二氧化碳（密度大）时，压头高，电机功率需加大。风机性能曲线需按实际气体密度进行换算。

腐蚀性：工业烟气可能含SO₂、湿氯气等，氧气具强氧化性。需选用不锈钢（如304、316）、钛材或施加防腐涂层。AI(Ce)系列在用于腐蚀性介质时，其过流部件材质会相应升级。

危险性：

氧气：禁油处理至关重要。所有与氧气接触的部件必须彻底脱脂清洗，润滑油路必须完全隔离，通常采用氮气隔离密封。摩擦部位需采用阻燃或不易产生火花的材料。

氢气：密度小、易泄漏、爆炸范围宽。对密封性要求极高，碳环密封几乎是标配。电机需防爆型。设计上力求消除任何可能产生静电或火花的环节。

纯净度：输送氦、氖、氩等惰性保护气时，要求气体不被污染（如油分子）。这要求采用无油润滑设计或高效的密封隔离系统，防止润滑油蒸汽进入气流。

温度与湿度：高温或饱和湿气体影响密度和材料强度，可能需前置冷却、除湿或选用耐热材料。

因此，在选配“D(Ce)”型高压风机用于氢气循环，或“S(Ce)”型风机用于氧气鼓入时，绝不仅仅是型号和参数的选择，更必须深入评估材料相容性、密封等级、安全措施和特殊制造工艺。

结论

离心鼓风机作为轻稀土（铈组稀土）铈提纯工业的“肺”，其技术复杂性和专业性不容小觑。从通用系列的C(Ce)、CF(Ce)、CJ(Ce)，到高压高速的D(Ce)，再到结构多样的AI(Ce)、S(Ce)、AII(Ce)，每一系列都有其针对性的应用领域。深入理解如AI(Ce)1704-3.3这类具体型号的技术内涵，熟练掌握其核心配件如主轴、轴瓦、转子、碳环密封等的原理与维护要点，并深刻认知输送不同工业气体时的特殊技术要求，是风机技术人员保障生产安全、提升设备效率、降低运维成本的基本功。唯有将风机的选型、使用、维护与具体的稀土提纯工艺深度结合，才能充分发挥这一关键设备的效能，为我国稀土工业的持续发展提供坚实可靠的装备支撑。