轻稀土(铈组稀土)铈(Ce)提纯风机基础技术与应用解析

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：稀土提纯、离心鼓风机、风机配件、风机维修、工业气体输送、AI(Ce)1021-1.90、铈组稀土、风机选型

一、引言：稀土提纯工艺中的风动技术核心

在轻稀土(铈组稀土)的分离与提纯工艺中，气体输送与压力控制是关键环节之一。作为风机技术领域的专业人员，我深知离心鼓风机在这些流程中扮演着不可替代的角色。铈(Ce)作为轻稀土元素的代表，其提纯过程涉及浮选、分离、浓缩等多个阶段，每个阶段都对气体流量、压力、纯度有特定要求。专门设计的稀土提纯用离心鼓风机正是为此类严苛工况而生，其性能直接关系到最终产品的纯度与生产效率。

本文将从基础理论出发，系统阐述稀土提纯专用离心鼓风机的工作原理、型号规格、配件构成与维护要点，并以AI(Ce)1021-1.90型号为例进行详细解析，同时对工业气体输送风机的特殊要求进行说明，为从事稀土生产的技术人员提供实用参考。

二、稀土提纯工艺对离心鼓风机的基本要求

轻稀土(铈组稀土)提纯是一个复杂的物理化学过程，主要包括矿石破碎、浮选、浸出、分离、浓缩等步骤。在这些工序中，离心鼓风机主要承担以下功能：

这些应用场景对风机提出了特殊要求：耐腐蚀性（特别是对含有氟、磷等元素的介质）、运行稳定性（连续运行周期长）、可调节性（流量压力可根据工艺调整）、密封可靠性（防止稀有气体泄漏或空气混入）。

三、铈(Ce)提纯专用风机系列概述

根据稀土提纯不同工艺段的需求，开发了多个专用风机系列，每个系列都有其特定的设计特点和适用场景：

“C(Ce)”型系列多级离心鼓风机：采用多级叶轮串联设计，提供较高压比，适用于需要较大压力提升的分离工艺段。其结构紧凑，效率较高，常用于稀土萃取分离后的气体加压输送。

“CF(Ce)”型系列专用浮选离心鼓风机：专门针对浮选工艺优化设计，具有流量调节范围宽、出口压力稳定的特点。叶轮采用特殊防腐材料，耐受浮选药剂环境。

“CJ(Ce)”型系列专用浮选离心鼓风机：在CF系列基础上进一步优化，强调节能与低噪音特性，适用于对工作环境有较高要求的现代化稀土提纯厂。

“D(Ce)”型系列高速高压多级离心鼓风机：采用高速直驱或齿轮增速设计，实现更高的单级压比，适用于高压、小流量的特殊工艺环节，如稀有气体回收系统。

“AI(Ce)”型系列单级悬臂加压风机：本文重点介绍的型号所属系列，采用单级叶轮和悬臂结构，结构简单，维护方便，适用于中等流量和压力的场合。

“S(Ce)”型系列单级高速双支撑加压风机：采用两端支撑结构，运行更加平稳，适用于较高转速和较大功率的场合。

“AII(Ce)”型系列单级双支撑加压风机：在AI系列基础上增加支撑点，提高转子刚性，适用于稍大规格的悬臂风机应用。

四、AI(Ce)1021-1.90型号深度解析

4.1 型号命名规则详解

以“AI(Ce)1021-1.90”为例，其命名遵循统一规范：

需要特别说明的是，如果型号中出现“/”符号，如“AI(Ce)1021/1.05-1.90”，则表示进风口压力为1.05个大气压。这种标注方式在实际选型中至关重要，因为进口气体状态直接影响风机的实际性能。

4.2 设计参数与性能特点

AI(Ce)1021-1.90型风机是针对轻稀土提纯过程中气体加压环节设计的专用设备，其主要性能参数包括：

该型号采用了单级闭式后弯叶轮，效率可达82%-85%。叶轮材料根据输送介质的不同而有所区别：输送空气时多采用低碳合金钢；输送腐蚀性气体时采用不锈钢或特种合金；在特殊情况下甚至采用钛合金或哈氏合金。

4.3 在铈提纯工艺中的具体应用

在轻稀土提纯流程中，AI(Ce)1021-1.90通常部署在以下环节：

浮选后气体回收系统：将浮选过程中使用的低压空气回收、加压后送回系统循环使用，实现气体资源的节约。

萃取分离区压力维持：在溶剂萃取分离铈的过程中，维持萃取槽和反萃槽的气相压力平衡，防止空气混入影响化学环境。

浓缩工序气体输送：将浓缩过程中产生的含微量化学物质的气体输送至尾气处理系统。

干燥工序热风循环：在稀土盐类干燥过程中，提供循环热风，提高热能利用率。

五、风机核心配件详解

了解风机的配件构成对于正确使用、维护和故障诊断至关重要。以下是AI(Ce)系列风机的关键配件说明：

5.1 风机主轴

主轴是传递扭矩、支撑旋转部件的核心零件。AI(Ce)系列风机主轴采用42CrMo或类似中碳合金钢锻造而成，经调质处理获得良好的综合机械性能。主轴的设计考虑了临界转速问题，确保工作转速远离一阶和二阶临界转速，避免共振。加工精度要求极高，轴承档和密封档的圆柱度、圆度公差控制在0.005mm以内，表面粗糙度Ra≤0.4μm。

5.2 风机轴承与轴瓦

AI(Ce)1021-1.90采用滑动轴承（轴瓦）而非滚动轴承，原因在于滑动轴承具有更好的阻尼特性、更高的承载能力和更长的使用寿命。轴瓦材料通常为巴氏合金（锡锑铜合金），这种材料具有良好的嵌入性和顺应性，即使有微小杂质进入也能避免轴颈损伤。轴承采用压力润滑，确保油膜稳定形成。轴承间隙设计是关键参数，通常控制在轴颈直径的0.001-0.0015倍，既要保证足够的油膜厚度，又要控制转子的振动水平。

5.3 风机转子总成

转子总成包括叶轮、主轴、平衡盘（如有）、联轴器等旋转部件的组合体。叶轮是核心做功部件，AI(Ce)系列的叶轮采用三元流设计，叶片型线经过CFD优化，兼顾效率和稳定工作范围。叶轮与主轴的连接采用过盈配合加键连接，确保在高速旋转下不会松动。出厂前，每个转子总成都经过高速动平衡校正，平衡精度达到G2.5级，确保运行平稳。

5.4 气封与油封系统

密封系统是防止介质泄漏、保证风机效率的关键。AI(Ce)系列采用多层次密封组合：

气封：在叶轮进口和级间采用迷宫密封，利用多次节流膨胀原理减少气体泄漏。迷宫密封片采用铜合金或铝合金等软质材料，避免与轴摩擦时产生火花（对于可燃气体）或损坏轴颈。

油封：在轴承箱两端采用骨架油封或机械密封，防止润滑油泄漏。对于特殊介质，如氧气、氢气等，油封材料需要特殊选择，避免发生化学反应或过度磨损。

5.5 碳环密封

在输送有毒、有害、贵重或易燃易爆气体时，AI(Ce)风机可选配碳环密封。碳环密封由多个碳环串联组成，每个环在弹簧力作用下与轴保持轻微接触，形成多级密封。碳材料具有自润滑性，即使短暂干摩擦也不会损坏轴颈。这种密封的泄漏量极小，通常小于迷宫密封的10%。

5.6 轴承箱

轴承箱不仅支撑轴承，还构成润滑油循环系统的一部分。AI(Ce)系列的轴承箱为整体铸铁结构，具有良好的刚性。箱体设计考虑了热膨胀因素，确保在不同工作温度下轴承对中不变。轴承箱配备油位计、温度计接口和呼吸器，便于日常检查和维护。

六、风机维护与修理要点

离心鼓风机的可靠运行离不开科学维护和及时修理。以下针对AI(Ce)系列风机的维护要点进行说明：

6.1 日常运行监控

日常监控是预防故障的第一道防线，需要关注以下参数：

6.2 定期维护项目

月度检查：检查紧固件是否松动，密封是否有泄漏迹象，联轴器对中情况

季度维护：更换润滑油，清洗油过滤器，检查密封间隙

年度大修：解体检查所有部件磨损情况，测量各部位间隙，必要时更换易损件

6.3 常见故障与处理

振动超标：可能原因包括转子不平衡、对中不良、轴承磨损、基础松动等。处理步骤：首先检查基础螺栓和联轴器对中；然后进行振动频谱分析确定故障类型；最后针对性处理（如重新平衡、更换轴承等）。

轴承温度高：可能原因包括润滑油不足或变质、轴承间隙不当、冷却系统故障等。处理措施：检查油位和油质；测量轴承间隙是否符合要求；清洗冷却器。

性能下降：表现为流量或压力达不到设计值。可能原因包括密封磨损导致内泄漏增加、叶轮积垢或腐蚀、进口过滤器堵塞等。处理方式：检查密封间隙；清理叶轮和流道；更换过滤器滤芯。

6.4 大修技术要点

当风机运行时间达到24000小时或出现严重性能下降时，应考虑进行大修。大修基本流程如下：

七、工业气体输送的特殊考虑

稀土提纯过程中涉及多种工业气体，不同气体对风机有不同要求。AI(Ce)系列风机通过材料选择、结构优化和密封改进，可适应多种气体介质：

7.1 不同气体的特殊要求

氧气(O₂)：要求绝对禁油，所有与氧气接触的零件必须彻底脱脂处理。材料选择上避免使用易燃材料，通常采用不锈钢或铜合金。密封要求极高，防止油蒸气混入引发危险。

氢气(H₂)：氢气密度小、易泄漏、易燃易爆。风机设计需特别考虑密封性，通常采用干气密封或碳环密封。由于氢气密度仅为空气的1/14，相同压力下所需功率较小，但压缩机容易产生喘振，需优化防喘振控制。

氮气(N₂)：相对惰性，要求不高，但如果是高纯氮气，仍需注意防止油污染。

二氧化碳(CO₂)：潮湿的CO₂有腐蚀性，材料需耐腐蚀。CO₂密度大于空气，相同工况下功率需求较大。

稀有气体(He、Ne、Ar)：这类气体价值高，要求泄漏率极低，通常采用多重密封组合。氦气分子小，极易泄漏，密封设计最为严格。

工业烟气：通常含有腐蚀性成分和固体颗粒，要求材料耐腐蚀、耐磨损，叶轮设计要减少积灰，必要时入口增设过滤装置。

7.2 材料选择原则

根据输送气体性质选择适当材料：

7.3 密封系统配置

针对不同气体的密封方案：

八、选型与安装注意事项

正确选型和安装是保证风机长期稳定运行的前提。

8.1 选型要点

8.2 安装要求

九、未来发展趋势

随着稀土提纯技术向绿色、高效、智能化方向发展，对离心鼓风机也提出了新要求：

高效节能：通过三元流叶轮设计、高效电机、变频控制等技术，降低能耗。新一代稀土提纯风机的效率有望提升至88%以上。

智能化：集成振动监测、温度监测、性能监测等传感器，实现状态检修和预测性维护。

材料创新：新型耐腐蚀涂层、复合材料叶轮等将延长风机使用寿命，减少维护需求。

模块化设计：将风机、电机、润滑系统、控制系统集成化，减少现场安装工作量，提高可靠性。

绿色环保：低噪音设计、零泄漏密封、可回收材料应用等环保特性将越来越受重视。

十、结语

AI(Ce)1021-1.90型离心鼓风机作为轻稀土(铈组稀土)提纯过程中的关键设备，其性能直接影响生产效率和产品质量。深入理解风机的工作原理、配件构成和维护要求，对于确保设备长期稳定运行至关重要。随着稀土工业的不断发展，离心鼓风机技术也将持续进步，为这一战略性产业提供更可靠、更高效、更智能的动力支持。

作为风机技术人员，我们需要不断学习新知识、掌握新技术，将理论与实践相结合，为稀土提纯工艺的优化升级贡献力量。希望本文能够为同行提供有价值的参考，共同推动我国稀土工业的技术进步。