单质金(Au)提纯专用风机:矿物提取核心装备技术解析

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：单质金提纯专用风机、D(Au)234-1.63离心鼓风机、矿业冶炼提纯、风机配件与修理、工业气体输送、多级离心鼓风机、风机主轴与轴承、碳环密封、浮选专用风机

一、矿物单质提纯与离心鼓风机技术概述

在现代矿业冶炼工业中，贵金属特别是单质金（Au）的提纯工艺对设备提出了极其严苛的技术要求。离心鼓风机作为气体输送和分离工艺中的核心动力装备，其性能直接决定了提纯效率、能耗水平和最终产品纯度。金矿提纯过程涉及破碎、磨矿、浮选、氰化、吸附、电解和冶炼等多个环节，每个环节对气体输送的压力、流量、纯度和稳定性都有独特需求。

离心鼓风机通过高速旋转的叶轮将机械能转化为气体动能与压力能，为分离、浮选和冶炼过程提供必要的气体动力。与通用型鼓风机不同，金提纯专用风机在设计时必须考虑以下特殊工况：输送介质可能含有微量腐蚀性成分（如氰化物气体）、工作环境粉尘浓度高、需要长时间连续稳定运行、压力调节精度要求高，以及必须防止贵金属微粒随气体泄漏造成的经济损失。

针对金矿提纯工艺，行业内已开发出多个专用风机系列，包括“C(Au)”型系列多级离心鼓风机，“CF(Au)”型系列专用浮选离心鼓风机，”CJ(Au)”型系列专用浮选离心鼓风机，“D(Au)”型系列高速高压多级离心鼓风机，“AI(Au)”型系列单级悬臂加压风机，“S(Au)”型系列单级高速双支撑加压风机，“AII(Au)”型系列单级双支撑加压风机。这些风机根据具体工艺环节的气体参数要求进行针对性设计，形成了完整的金矿提纯气体动力解决方案。

二、D(Au)234-1.63型高速高压多级离心鼓风机详解

2.1 型号规格与技术参数解析

D(Au)234-1.63型高速高压多级离心鼓风机是专门为金矿冶炼提纯工艺中与分离机组合使用而设计的高性能设备。其型号标识具有明确的专业含义：

该风机与分离机组合使用，主要为金矿分离过程提供稳定、连续的气体动力。分离机在工作时需要特定压力和流量的气体来维持分离效率，D(Au)234-1.63型风机正是为此匹配设计，其压力-流量特性曲线与分离机的气体需求特性高度吻合，确保在变工况条件下仍能保持高效稳定的运行状态。

2.2 结构特点与工作原理

D(Au)234-1.63型风机采用多级离心式设计，通常包含3-5级叶轮，每级叶轮安装在同一个主轴上，由高速电机通过增速齿轮箱驱动。气体从进气口进入第一级叶轮，经离心加速和扩压后压力升高，然后进入下一级叶轮继续增压，最终在出口处达到1.63个大气压的工作压力。

该风机的独特设计特点包括：

其工作原理基于离心力作用和能量转换原理：电机通过增速装置将动力传递给风机主轴，带动各级叶轮高速旋转；气体在叶轮内受离心力作用从叶轮中心被甩向外缘，速度增加；高速气流进入扩压器后，速度降低，动能转化为压力能；多级串联结构使这一过程重复进行，逐级提高气体压力。

气体在风机内的流动遵循连续方程、能量方程和动量方程。流量与转速的关系遵循相似定律，当转速变化时，流量与转速一次方成正比，压力与转速二次方成正比，功率与转速三次方成正比。这一特性使得通过变频调速可以灵活调节风机的工况点，适应分离机在不同工艺阶段的气体需求变化。

三、关键部件技术解析

3.1 风机主轴系统

D(Au)234-1.63型风机的主轴是承载所有旋转部件的核心零件，其设计制造质量直接决定整机的可靠性和寿命。该风机主轴采用优质合金钢（如42CrMo或35CrMo）锻造毛坯，经过粗加工、调质处理（淬火+高温回火）、精加工和动平衡等多道工序制造而成。

主轴设计需满足以下技术要求：

主轴制造完成后需进行无损检测（超声波探伤、磁粉探伤）确保内部无缺陷，并进行高速动平衡校正，使剩余不平衡量达到G2.5级或更高标准。

3.2 轴承与轴瓦系统

D(Au)234-1.63型风机采用滑动轴承（轴瓦）支撑系统，相比滚动轴承具有承载能力大、阻尼性能好、寿命长等优点，更适合高速重载工况。轴承系统包括径向轴承和止推轴承两部分：

径向轴承（轴瓦）：采用椭圆瓦或可倾瓦结构，具有更好的稳定性。轴瓦基体为铸钢或铸铁，内表面浇注巴氏合金（锡基或铅基）作为减摩层。巴氏合金具有优异的嵌入性和顺应性，能容忍少量异物，且与轴颈形成良好的油膜。轴瓦设计需保证：

止推轴承：承受风机运行时产生的轴向力，通常采用金斯伯雷型或米切尔型可倾瓦块式结构。这种设计能自动调整各瓦块载荷，保证均匀承载，并具有良好的抗冲击能力。

轴承润滑采用强制供油系统，包括主油泵、辅助油泵、油箱、冷却器、过滤器和调节阀等。润滑油不仅提供润滑，还带走摩擦产生的热量，维持轴承在合理温度范围（通常不超过75℃）工作。

3.3 转子总成

转子总成是风机的核心旋转部件，包括主轴、各级叶轮、平衡盘、轴套、联轴器等。D(Au)234-1.63型风机的转子总成具有以下特点：

叶轮：采用高强度铝合金或不锈钢精密铸造，经过数控加工确保型线准确。叶轮与主轴采用过盈配合加键连接，确保传递扭矩的同时保证同心度。针对金矿提纯环境，叶轮表面可进行硬化处理或喷涂耐磨涂层。

平衡盘：安装在高压端，利用两侧压力差产生与轴向力方向相反的平衡力，减少止推轴承负荷。平衡盘与平衡鼓（固定部件）之间的间隙需精确控制，通常为0.2-0.4mm。

转子动平衡：组装完成的转子总成需进行高速动平衡校正。首先在低速平衡机上做双面平衡，然后在高速平衡机或实际工作转速下进行高速动平衡，使不平衡量降低到允许范围内。动平衡质量等级根据风机工作转速确定，通常要求达到ISO 1940 G2.5标准。

3.4 密封系统

密封系统对风机的效率和安全至关重要，D(Au)234-1.63型风机采用多层次组合密封：

气封（迷宫密封）：安装在叶轮进口与机壳之间、级间和轴端，减少内部泄漏。迷宫密封由一系列环形齿片与轴套上的沟槽组成，气体通过狭窄曲折的通道产生节流效应，减少泄漏量。针对金矿提纯，迷宫密封材料需具有耐磨性和抗微尘堵塞特性。

油封：防止润滑油从轴承箱泄漏。采用唇形密封或机械密封，确保轴承箱的密封可靠性。

碳环密封：在高压端轴封处采用碳环密封作为主密封。碳环密封由多个碳环组成，碳环内径与轴套外径保持极小间隙（约0.05-0.1mm）。碳材料具有自润滑性，即使发生轻微摩擦也不会损伤轴套。碳环密封的优点包括：

碳环密封需要配合密封气系统使用，提供清洁、干燥的密封气体（通常为氮气或仪表空气），压力略高于被密封介质压力。

3.5 轴承箱

轴承箱是支撑转子并容纳轴承、密封和润滑油的关键部件。D(Au)234-1.63型风机的轴承箱为铸铁或铸钢结构，具有足够的刚度和减振性能。设计要点包括：

轴承箱与机壳采用分离式设计，减少机壳热变形对轴承对中的影响。轴承箱底部设有排油口，侧面有油位计和温度计接口。

四、风机维护与修理技术

4.1 日常维护要点

D(Au)234-1.63型风机的日常维护是保证长期稳定运行的基础：

运行监测：每日记录风机电流、进出口压力、流量、轴承温度、振动值等参数，与基准数据对比分析异常趋势。

润滑系统维护：定期检查油位、油温、油压；每三个月取样分析润滑油品质，检测水分、酸值、粘度变化和金属颗粒含量；定期清洗或更换油过滤器。

密封系统检查：监测密封气压力和流量，确保碳环密封正常工作；检查轴端有无明显泄漏。

振动监测：利用在线振动监测系统实时跟踪轴承和机壳振动，关注振动频谱变化，早期发现不平衡、不对中、松动或轴承损伤等故障。

4.2 定期检修内容

根据运行时间或状态监测结果，定期安排检修：

小修（每6-12个月）：检查并紧固所有连接螺栓；清洗进气过滤器；检查联轴器对中和磨损情况；检查碳环密封磨损量；更换润滑油和过滤器。

中修（每2-3年）：包括小修全部内容；拆卸轴承检查轴瓦磨损情况，测量间隙；检查迷宫密封间隙；检查叶轮和流道结垢或磨损情况；转子低速动平衡检查。

大修（每5-8年或根据状态监测结果）：风机完全解体，所有部件清洗检查；主轴无损检测；叶轮尺寸检查和表面探伤；更换所有密封件和轴承；转子高速动平衡；机壳和管道内壁检查防腐耐磨层；重新装配后整体试车。

4.3 常见故障处理

振动超标：可能原因包括转子不平衡、对中不良、轴承损坏、基础松动或气流激振。处理步骤：首先检查基础和连接螺栓；其次检查对中情况；然后分析振动频谱确定故障类型；必要时停机解体检查。

轴承温度高：可能原因包括润滑油问题（油质劣化、油量不足、油路堵塞）、轴承损坏、安装间隙不当或过载运行。处理措施：检查润滑系统；分析负载情况；测量轴承间隙；必要时更换轴承。

性能下降：出口压力或流量达不到设计值，可能原因包括内部泄漏增大（密封磨损）、叶轮磨损或结垢、进气过滤器堵塞或转速下降。处理措施：检查密封间隙；检查叶轮状况；清洗进气系统；校验转速。

异常噪声：可能原因包括轴承损坏、转子与静止部件摩擦、气流脉动或齿轮箱问题。需结合振动分析确定噪声源，针对性处理。

4.4 修理技术要求

主轴修理：轻微磨损可采用镀铬或喷涂后磨削修复；弯曲变形需进行矫直处理；裂纹或严重磨损需更换新轴。

叶轮修理：叶片磨损可采用耐磨焊条堆焊后修磨成型；严重损坏需更换新叶轮；修理或更换后必须重新做动平衡。

轴瓦修理：巴氏合金层磨损或脱层需重新浇注加工。浇注工艺包括清理旧合金、预热瓦体、涂镀锡层、浇注合金、机械加工和刮研。刮研是关键工序，要求接触点均匀分布，接触面积达70%以上，顶部间隙符合设计要求。

碳环密封更换：拆卸旧碳环，检查轴套磨损情况；安装新碳环，注意方向正确；测量和调整碳环与轴套间隙；连接密封气管路，测试密封效果。

对中调整：风机与电机（或齿轮箱）对中采用双表法或激光对中仪。考虑运行时的热膨胀影响，冷态对中需预留适当的偏移量。对中精度要求：径向偏差不超过0.05mm，角度偏差不超过0.05mm/m。

五、工业气体输送风机技术要点

金矿提纯过程涉及多种工业气体的输送，不同气体特性对风机设计和选型有不同要求：

5.1 可输送气体特性与风机适配

空气：最常用介质，风机设计按标准空气参数（温度20℃，相对湿度50%，压力101.325kPa，密度1.2kg/m³）。实际使用时需根据当地大气压和温度进行参数修正。

工业烟气：通常含有腐蚀性成分（如SO₂、NOx）和粉尘，风机需采用耐腐蚀材料（如不锈钢、特种合金）和防磨损设计，并考虑气体温度影响。

二氧化碳（CO₂）：密度大于空气（约1.5倍），压缩性不同，风机需重新计算功率和压力曲线。高纯度CO₂输送需注意保持气体干燥，防止形成碳酸腐蚀。

氮气（N₂）：惰性气体，常用于保护和密封。密度与空气接近，但绝热指数不同，影响压缩温升计算。

氧气（O₂）：强氧化性，所有与氧气接触的部件必须彻底脱脂，避免油脂在高压氧气中燃烧。材料选择需考虑氧化腐蚀，通常采用不锈钢或铜合金。

稀有气体（He、Ne、Ar）：通常价格昂贵，要求风机泄漏率极低。氦气分子小，易泄漏，需特殊密封设计；氩气密度大于空气，功率计算需调整。

氢气（H₂）：密度小，分子小，易泄漏易扩散。风机需特别加强密封，防爆设计，并考虑氢气对材料的氢脆影响。

混合无毒工业气体：需提供准确的气体成分比例，计算平均分子量、绝热指数等参数，作为风机设计依据。

5.2 气体参数修正计算

输送不同气体时，风机性能参数需进行修正：

流量换算：体积流量与转速成正比，与气体种类无关；质量流量与气体密度成正比。

压力换算：相同转速下，风机产生的压比（出口绝对压力/进口绝对压力）与气体种类基本无关，但压力差与进气密度成正比。

功率换算：轴功率与进气密度成正比，与绝热指数有关。实际计算公式为：输送实际气体时的轴功率等于输送空气时的轴功率乘以实际气体密度与空气密度的比值，再乘以实际气体绝热指数修正系数。

转速限制：不同气体中的声速不同，影响马赫数和气动性能，必要时需调整转速。

5.3 安全与材料选择

输送特殊气体时，安全是首要考虑：

防爆要求：输送可燃气体（如H₂）时，风机需满足防爆标准，电机、仪表和接线盒采用防爆结构，避免产生电火花。

材料相容性：气体与材料不发生化学反应，不引起腐蚀、氢脆或氧化。例如，输送氧气时禁用铜合金（避免形成氧化铜），输送氢气时选用抗氢脆材料（如奥氏体不锈钢）。

密封特殊性：针对易泄漏气体（如He、H₂），采用多道密封组合，如碳环密封+干气密封+氮气隔离系统。

监测保护：设置气体成分监测、泄漏检测、压力保护和紧急停车系统，确保安全运行。

六、选型与系统集成

6.1 与跳汰机配套选型

跳汰机是金矿选矿的重要设备，利用脉动水流使矿物按密度分层。配套风机为跳汰机提供脉动气流，其选型要点包括：

压力匹配：根据跳汰机所需气流压力确定风机出口压力。D(Au)234-1.63型风机1.63个大气压的输出压力可满足大多数跳汰机工作要求。

流量匹配：根据跳汰机工作面积和频率要求计算所需气体流量，选择风机流量范围需覆盖跳汰机最大需求。

脉动特性：跳汰机需要周期性脉动气流，风机需与控制系统配合，通过变频或阀门调节实现气流脉动。也可采用专门设计的脉动气流风机，在转子结构上做特殊设计。

系统集成：风机与跳汰机之间设置缓冲罐稳定压力，安装调节阀控制流量和脉动频率，配置流量计和压力表监测运行状态。

6.2 系统控制与节能

现代金矿提纯风机系统采用智能化控制：

变频调速：根据工艺需求调节风机转速，实现流量和压力的精确控制，节能效果显著。变频器选型需考虑风机启动特性和运行范围。

多机并联：大型选矿厂可采用多台风机并联运行，根据负荷变化自动启停或调节各台风机的出力，提高系统灵活性和可靠性。

智能控制：PLC或DCS系统集成风机控制，实现自动启停、参数调节、故障保护和数据记录。先进系统可基于工艺模型优化控制参数，提高能效。

状态监测与预测维护：在线监测振动、温度、压力等参数，结合大数据分析预测故障趋势，实现预测性维护，减少意外停机。

七、发展趋势与展望

随着金矿提纯技术的进步和对环保、能效要求的提高，专用离心鼓风机技术也在不断发展：

高效化：通过CFD优化叶轮流道设计，提高风机效率；开发新型密封技术，减少内部泄漏损失；采用磁悬浮轴承，消除机械摩擦损失。

智能化：集成更多传感器和智能算法，实现自适应控制和故障自诊断；远程监控和运维成为标准配置。

材料创新：开发更耐磨、耐腐蚀的新材料，延长风机在恶劣工况下的使用寿命；复合材料叶轮减轻重量，提高强度。

系统集成：风机不再作为独立设备，而是与工艺系统深度融合，提供一体化气体动力解决方案。

绿色环保：降低噪声和振动，减少润滑油消耗和泄漏，提高可回收材料比例，符合绿色矿山建设要求。

D(Au)234-1.63型高速高压多级离心鼓风机作为金矿提纯专用设备，以其专业的设计、可靠的性能和针对性的配置，在矿物单质提纯领域发挥着不可替代的作用。随着技术进步和工艺发展，这类专用风机将继续优化升级，为矿业高效、清洁生产提供更强有力的装备支持。