الدرس الذي يجب تعلمه من الحرب التجارية بين الولايات المتحدة والصين وعمليات الإغلاق التي يسببها فيروس كورونا والتي تسببت في فوضى في الأسواق وتضر بتوقعات إنتاج التعدين بشدة - هو أن أمريكا الشمالية بحاجة إلى إنشاء سلاسل توريد محلية أكثر قوة.

استجابت الولايات المتحدة لأزمة كوفيد -19 بإغلاق حدودها واستجابت الشركات بالحد من الإنتاج ، حيث توقفت العمليات في المناجم في جميع أنحاء العالم.

سلطت عمليات إغلاق المصانع في الصين التي قد تؤدي إلى قطع واردات الأرض النادرة الأمريكية الضوء على حقيقة أن الأمة تعتمد على الصين في تلبية احتياجاتها من الأرض النادرة.

كثفت حكومة الولايات المتحدة جهودها لضمان إمداد المعادن المهمة من خارج الصين. وكجزء من هذه المبادرات ، وقعت مؤخرًا مذكرة تفاهم مع جرينلاند لإجراء مسح فائق الطيف لرسم خريطة جيولوجية البلاد.

إن الطلب على المغناطيسات الأرضية النادرة مدفوع بشكل أساسي بالمركبات الكهربائية ومولدات الرياح والأجهزة الطبية والهواتف الذكية وتطبيقات الطيران والدفاع.

سوق المغناطيس الأرضي النادر الذي تبلغ قيمته 14 مليار دولار في السنة تسيطر عليه الصين بنسبة تزيد عن 60٪ ، والتي ، بموجب صنع في الصين 2025 ، تستخدم بشكل متزايد مغناطيسات أرضية نادرة في المنتجات النهائية ونصف المصنعة ، على عكس تصدير المغناطيس ، كما تقول الولايات المتحدة الأمريكية Rare Earth ، الشريك التمويلي والتطوير لمشروع Round Top للأرض النادرة الثقيلة والمعادن الحرجة في غرب تكساس ، وتقدر مصادر الصناعة أن سوق مغناطيس الأرض النادرة سيتضاعف تقريبًا بحلول عام 2027.

تشتري USA Rare Earth أيضًا المعدات اللازمة لبناء منشأة إنتاج مغناطيس الأرض النادرة الوحيدة في الأمريكتين.

المنجم الأرضي النادر الوحيد في الولايات المتحدة هو Mountain Pass في كاليفورنيا. بعد فترة كرة النفتالين ، عادت إلى الإنتاج - لكنها الآن مملوكة لشركة MP Materials ، التي يمتلكها مستثمر صيني تقريبًا العاشرة.

عندما تقوم هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية بإعداد تقريرها السنوي عن إنتاج المعادن - تنتج الولايات المتحدة من الناحية الفنية صفرًا من أكاسيد الأرض النادرة لأن ما يخرج من Mountain Pass يتم شحنه إلى الصين ، وفقًا لما صرح به دان ماكجرارتي ، عضو المجلس الاستشاري لـ USA Rare Earth ، لـ MINING.COM .

بناء مخزون مهم من المعادن

قال ماكغرارتي في عام 2014 ، حددت إدارة أوباما اثنين من العناصر الأرضية النادرة ، التيربيوم والديسبروسيوم ، ليكونا على قائمة العناصر الأرضية النادرة للاستحواذ عليها في مخزون الدفاع الوطني.

"كان ذلك في مرحلة لم يكن فيها إنتاج التربيوم والديسبروسيوم في الولايات المتحدة. هذان هما أكبر اثنين ، من حيث الحجم ، الأرض النادرة التي لدينا في Round Top. في هذا الصدد ، هناك تحالف قوي للغاية ، "قال ماكجرارتي.

"القرار الذي اتخذه الرئيس في الصيف الماضي ، بموجب قانون الإنتاج الدفاعي (DPA) ... لتعيين سلسلة التوريد الكاملة للأتربة النادرة على أنها" ضرورية للدفاع الوطني "بموجب DPA ، وهذا ما يسمح بالتمويل في مساحة الأرض النادرة - وهناك المزيد قادم ، "قال.

"لدينا رواسب فريدة للغاية في عدد من النواحي - لدينا 16 من أصل 17 أرضًا نادرة ، والعديد منها في فئات الأرض النادرة التي تتحدث عن عدد من التطبيقات الدفاعية والتصنيع. قال بيني ألتهاوس ، الرئيس التنفيذي لشركة USA Rare Earth ، إنه من المحتمل أن يكون أكبر رواسب أرضية نادرة ثقيلة في العالم خارج الصين.

"لدينا أيضًا كمية كبيرة من الليثيوم ، وسنكون ثاني أكبر منتج في الولايات المتحدة بحلول عام 2023 ، لذلك لدينا مشروع متنوع للغاية ... مع بنية تحتية رئيسية قائمة."

تتوخى USA Rare Earth عمر 130 عامًا بالإضافة إلى منجم في المشروع ، لكن اقتصاديات PEA تركز على السنوات العشرين الأولى.

قال Althaus إنهم قادرون على تراكم الرواسب ، وهو أمر نادر بالنسبة لمعظم الرواسب الأرضية النادرة.

قال ألتهاوس: "بين انخفاض النفقات الرأسمالية والتشغيلية لدينا - يمكننا التنافس مع الصين بشأن الأسعار".

أعلنت USA Rare Earth في ديسمبر 2019 أنها ستفتتح منشأة مصنع تجريبي في Wheat Ridge ، كولورادو لغرض فصل وتنقية الأرض النادرة وغيرها من المعادن التقنية والمعادن الهامة ، المتسربة من الخام من مشروع Round Top.

سيكون المصنع التجريبي في كولورادو أول منشأة معالجة خارج الصين مع القدرة على فصل النطاق الكامل للأتربة النادرة - الأضواء والوسط والثقل.

وقال ألتهاوس إن المصنع سينتقل إلى تكساس ، حيث سيبدأون في تشييد المنجم.

مصنع Wheat Ridge هو القطعة الثانية من سلسلة توريد أكسيد الأتربة النادرة ومقرها الولايات المتحدة بنسبة 100٪ ، ويعتمد على المواد الأولية من Round Top.

وقال ألتهاوس إن أعمال البناء في منشأة كولورادو اكتملت ومن المقرر افتتاحها الأسبوع المقبل.

في أوائل أبريل ، أعلنت الشركة أنها اشترت معدات تصنيع المغناطيس الدائم النيوديميوم (NdFeB) التي كانت مملوكة وتشغل سابقًا في ولاية كارولينا الشمالية من قبل شركة هيتاشي ميتالز أمريكا.

ستقوم شركة USA Rare Earth بتخزين المعدات في انتظار اتخاذ قرار بشأن مكان تحديد موقع عملية المغناطيس الجديدة ، مع إعطاء الأولوية للوصول الجيد إلى مشروع Round Top.

الجيش الأمريكي هو من بين المستثمرين المحتملين - و Round Top جزء من العطاءات.

كان هناك طلبان من وزارة الدفاع (DOD). تم إغلاق الأول في أواخر عام 2019 حول المعالجة وينتظر الرد. في 2 مارس ، كان هناك طلب آخر حول الأرض النادرة الخفيفة.

كان Round Top جزءًا من منحة وزارة الدفاع ، حيث تختار وزارة الدفاع العناصر الأرضية النادرة التي تريد معالجتها وتنقيتها.

أعلنت شركة USA Rare Earth في مارس عن تعيين الجنرال المتقاعد بالجيش بول جيه. كيرن في مجلس إدارتها.

الجنرال كيرن هو عضو في مجلس علوم الدفاع ، الذي تم إنشاؤه بموجب القانون الفيدرالي في عام 1956 لتقديم المشورة والتوصيات المستقلة بشأن العمليات والسياسات العلمية والتقنية والتصنيعية والاستحواذ ، وغيرها من الأمور التي تهم وزارة الدفاع.

تهدف USA Rare Earth إلى إنتاج Round Top في غضون 30 شهرًا ، لكن McGroarty قال إنه إذا كان بإمكانهم تسريع الجدول الزمني - فسوف يفعلون.

"القرار الذي اتخذه الرئيس في الصيف الماضي ، بموجب قانون الإنتاج الدفاعي (DPA) ... لتعيين سلسلة إمداد كاملة للأتربة النادرة كمواد عاجلة بموجب اتفاقية حماية البيانات ، وهذا ما يسمح بالتمويل في مساحة الأرض النادرة - وهناك المزيد قادم. "

سيكون هناك تأثير كبير على الاقتصاد. نحن نتحدث عن تأثير يتراوح بين 500 مليار دولار إلى تريليون دولار ، من حيث [من حيث] خلق فرص العمل والتصنيع ... كل شيء لقطاع السيارات الكهربائية ، "قال ألهاوس.

قال ألتهاوس: "من وجهة نظر عملية ، أحد الأسباب التي دفعت الكثير من الشركات إلى الابتعاد عن الشاطئ ، وهو ترك تكاليف العمالة جانبًا ، والمواد الخام وقدرات المعالجة في الصين". "إنها قضية أمن قومي ، إنها قضية اقتصادية ، قضية تصنيع ، وخلق فرص عمل ، والولايات المتحدة ... تحاول إعادة ذلك إلى الوطن."

الطاحونة الذاتية هي نوع جديد من معدات الطحن مع وظائف التكسير والطحن. تستخدم مادة الطحن نفسها كوسيط ، من خلال التأثير المتبادل وتأثير الطحن لتحقيق التكسير. المطحنة شبه ذاتية التولد هي إضافة عدد صغير من الكرات الفولاذية إلى المطحنة ذاتية التولد ، ويمكن زيادة قدرتها على المعالجة بنسبة 10٪ - 30٪ ، ويمكن تقليل استهلاك الطاقة لكل وحدة منتج بنسبة 10٪ - 20٪ ، ولكن يزداد تآكل البطانة نسبيًا بنسبة 15٪ ، وتكون صفاء المنتج أكثر خشونة. كجزء رئيسي من المطحنة شبه ذاتية التولد ، تضررت بطانات غلاف جسم الأسطوانة بشكل خطير بسبب تأثير الكرة الفولاذية التي تم رفعها بواسطة شعاع رفع البطانة على البطانة في الطرف الآخر أثناء تشغيل مطحنة SAG.

في عام 2009 ، تم بناء مطحنتين جديدتين شبه ذاتية التوليد بقطر 7.53 × 4.27 في شركة Panzhihua للحديد والصلب المحدودة ، بطاقة تصميم سنوية تبلغ 2 مليون طن / مجموعة. في عام 2011 ، تم بناء مطحنة شبه ذاتية جديدة بقطر 9.15 × 5.03 في مركز Baima التابع لشركة Panzhihua Iron and Steel Co.، Ltd. ، بسعة تصميم سنوية تبلغ 5 ملايين طن. منذ التشغيل التجريبي للمطحنة شبه ذاتية التولد بقطر 9.15 × 5.03 ، غالبًا ما تنكسر بطانات الغلاف ولوحة الشبكة للمطحنة ، ومعدل التشغيل 55٪ فقط ، مما يؤثر بشكل خطير على الإنتاج والكفاءة.

استخدمت المطحنة شبه ذاتية التوليد 9.15 م في منجم Baima التابع لمجموعة Panzhihua للحديد والصلب بطانة الأسطوانة التي تنتجها العديد من الشركات المصنعة. أطول عمر خدمة أقل من 3 أشهر ، وأقصر عمر هو أسبوع واحد فقط ، مما يؤدي إلى انخفاض كفاءة المطحنة شبه ذاتية التولد وزيادة تكلفة الإنتاج بشكل كبير. شركة H&G Machinery Co .؛ توغلت المحدودة  في موقع طاحونة شبه ذاتية التوليد 9.15 م من أجل الفحص والاختبار المستمر. من خلال تحسين مواد الصب ، وعملية الصب ، وعملية المعالجة الحرارية ، تجاوز عمر خدمة بطانات الغلاف المنتجة في منجم Baima 4 أشهر ، وكان التأثير واضحًا.

تحليل سبب العمر القصير لبطانات قشرة مطحنة SAG

معاملات وهيكل طاحونة φ 9.15 × 5.03 شبه ذاتية التوليد في مكثف Baima. الجدول 1 هو جدول المعلمات:

تحليل فشل بطانات قشرة مطحنة SAG القديمة

منذ بدء تشغيل طاحونة φ 9.15 × 5.03 شبه ذاتية التوليد في مكثف Baima ، بلغ معدل التشغيل حوالي 55٪ فقط بسبب التلف غير المنتظم واستبدال بطانات المطاحن ، مما يؤثر بشكل خطير على الفوائد الاقتصادية. يظهر وضع الفشل الرئيسي لبطانة الغلاف في الشكل 1 (أ). وفقًا للتحقيق في الموقع ، فإن بطانات قشرة مطحنة SAG ولوحة الشبكة هي أجزاء الفشل الرئيسية ، والتي تتوافق مع الوضع في الشكل 2 (ب). نستبعد العوامل الأخرى ، فقط من تحليل الخطوط الملاحية المنتظمة نفسها ، المشاكل الرئيسية هي كما يلي:

1. بسبب الاختيار الخاطئ للمواد ، تتشوه اللوحة المبطنة للأسطوانة أثناء عملية الاستخدام ، مما ينتج عنه قذف متبادل للوحة البطانة ، مما يؤدي إلى حدوث كسر وخردة ؛

2. بصفته الجزء الرئيسي من بطانة الأسطوانة ، نظرًا لقلة مقاومة التآكل ، فعندما يبلغ سمك البطانة حوالي 30 مم ، تقل القوة الإجمالية للصب ، ولا يمكن مقاومة تأثير الكرة الفولاذية ، مما يؤدي إلى حدوث كسر و القشط.

3. عيوب جودة الصب ، مثل الشوائب في الفولاذ المصهور ، محتوى الغاز العالي ، والهيكل غير المضغوط ، تقلل من قوة وصلابة المصبوبات.

تصميم مواد جديد لبطانات قشرة مطحنة SAG

مبدأ اختيار التركيب الكيميائي هو جعل الخواص الميكانيكية لبطانة الغلاف ولوحة الشبكة تلبي المتطلبات التالية:

1) مقاومة التآكل العالية. إن تآكل بطانة الغلاف ولوحة الشبكة هو العامل الرئيسي الذي يؤدي إلى انخفاض عمر خدمة بطانة الغلاف ، وتمثل مقاومة التآكل عمر خدمة بطانة الغلاف ولوحة الشبكة.

2) صلابة عالية التأثير. صلابة التأثير هي خاصية يمكن أن تستعيد الحالة الأصلية بعد تحمل قوة خارجية معينة على الفور. بحيث لا تتكسر بطانة الغلاف ولوحة الشبكة أثناء تأثير الكرة الفولاذية.

التركيب الكيميائي

1) محتوى الكربون وجيم يتم التحكم فيه بين 0.4٪ و 0.6٪ تحت ظروف تآكل مختلفة ، وخاصة حمل الصدمات ؛

2) تظهر النتائج أن محتوى Si و Si يقوي الفريت ، ويزيد نسبة الخضوع ، ويقلل من المتانة واللدونة ، ويميل إلى زيادة هشاشة المزاج ، ويتم التحكم في المحتوى بين 0.2-0.45٪ ؛

3) محتوى المنغنيز ، عنصر المنغنيز يلعب بشكل أساسي دور تقوية المحلول ، وتحسين القوة والصلابة ومقاومة التآكل ، وزيادة هشاشة المزاج والبنية الخشنة ، ويتم التحكم في المحتوى بين 0.8-2.0٪ ؛

4) محتوى الكروم ، عنصر Cr ، عنصر مهم في الفولاذ المقاوم للاهتراء ، له تأثير تقوي كبير على الفولاذ ويمكن أن يحسن قوة وصلابة ومقاومة التآكل للصلب ، ويتم التحكم في المحتوى بين 1.4-3.0٪ ؛

5) محتوى Mo ، عنصر Mo هو أحد العناصر الرئيسية للصلب المقاوم للاهتراء ، وتقوية الفريت ، وتكرير الحبوب ، وتقليل أو القضاء على هشاشة المزاج ، وتحسين قوة وصلابة الفولاذ ، ويتم التحكم في المحتوى بين 0.4-1.0٪ ؛

6) يتم التحكم في محتوى النيكل في حدود 0.9-2.0٪ ،

7) عندما يكون محتوى الفاناديوم صغيرًا ، يتم صقل حجم الحبوب وتحسين الصلابة. يمكن التحكم في محتوى الفاناديوم في حدود 0.03-0.08٪ ؛

8) أظهرت النتائج أن تأثير إزالة الأكسدة وصقل الحبوب للتيتانيوم واضح ، ويتم التحكم في المحتوى بين 0.03٪ و 0.08٪ ؛

9) يمكن إعادة تنقية الفولاذ المصهور ، وتنقية البنية المجهرية ، وتقليل محتوى الغاز ، والعناصر الضارة الأخرى في الفولاذ. يمكن التحكم في مقاومة الفولاذ العالي القوة واللدونة والتعب في حدود 0.04-0.08٪ ؛

10) يجب التحكم في محتوى P و s أقل من 0.03٪.

لذا فإن التركيب الكيميائي للتصميم الجديد لبطانات غلاف مطحنة SAG هو:

تكنولوجيا الصب

النقاط الرئيسية لتكنولوجيا الصب

1. يتم استخدام رمل التصلب الذاتي من ثاني أكسيد الكربون سيليكات الصوديوم للتحكم الصارم في محتوى الرطوبة لرمل القولبة ؛
2. يجب استخدام طلاء مسحوق الزركون النقي المعتمد على الكحول ، وعدم استخدام المنتجات منتهية الصلاحية ؛
3. باستخدام الرغوة لعمل العينة الصلبة بالكامل ، يجب إخراج كل شريحة صب على الجسم ، مما يتطلب الحجم الدقيق والهيكل المعقول ؛
4. في عملية التشكيل ، يجب التحكم في التشوه بدقة ، ويجب على المشغل وضع الرمل بالتساوي ، ويجب أن يكون قالب الرمل مضغوطًا بدرجة كافية وحتى ، وفي نفس الوقت ، يجب تجنب تشوه العينة الحقيقية ؛
5. في عملية تعديل القالب ، يجب فحص الحجم بدقة لضمان دقة أبعاد قالب الرمل ؛
6. يجب تجفيف قالب الرمل قبل إغلاق الصندوق ؛
7. تحقق من حجم كل قلب لتجنب سماكة الجدار غير المستوية.

عملية الصب

درجة حرارة الصب هي العامل الرئيسي الذي يؤثر على الهيكل الداخلي للمسبوكات. إذا كانت درجة حرارة السكب عالية جدًا ، فإن الحرارة الزائدة للفولاذ المنصهر كبيرة ، فإن الصب يكون سهلًا لإنتاج مسامية انكماشية وهيكل خشن ؛ إذا كانت درجة حرارة الصب منخفضة جدًا ، فإن الحرارة الزائدة للفولاذ السائل تكون صغيرة ، والسكب غير كافٍ. يتم التحكم في درجة حرارة الصب بين 1510 ℃ و 1520 ، والتي يمكن أن تضمن بنية مجهرية جيدة وتعبئة كاملة. سرعة الصب المناسبة هي المفتاح للهيكل المدمج وعدم وجود تجويف انكماش في الناهض. عندما تكون سرعة الصب قريبة من موضع أنبوب مياه التبريد ، يجب اتباع مبدأ "بطيء أولاً ، ثم سريع ، ثم بطيء". هذا هو البدء في التدفق ببطء. عندما يدخل الفولاذ المصهور إلى جسم الصب ، تزداد سرعة الصب لجعل الفولاذ المصهور يرتفع إلى الناهض بسرعة ، ومن ثم يكون الصب بطيئًا. عندما يدخل الفولاذ المصهور 2/3 من ارتفاع الناهض ، يتم استخدام الناهض لتعويض الصب حتى نهاية الصب.

المعالجة الحرارية

السبائك المناسبة للفولاذ الإنشائي المتوسط ​​والمنخفض الكربوني يمكن أن يؤخر بشكل كبير تحول البرليت ويسلط الضوء على تحول bainite بحيث يمكن الحصول على الهيكل المسيطر عليه bainite في نطاق كبير من معدل التبريد المستمر بعد austenitizing ، وهو ما يسمى الصلب bainitic. يمكن أن يحصل الفولاذ البانيتي على خصائص شاملة أعلى مع معدل تبريد أقل ، وبالتالي تبسيط عملية المعالجة الحرارية وتقليل التشوه.

العلاج متساوي الحرارة

إنه إنجاز كبير في مجال تعدين الحديد والصلب للحصول على مواد فولاذية بينيت عن طريق المعالجة الحرارية ، والتي تعد أحد اتجاهات تطوير مواد الفولاذ الفائق والنانو. ومع ذلك ، فإن عملية ومعدات التبريد معقدة ، واستهلاك الطاقة كبير ، وتكلفة المنتج عالية ، وإخماد بيئة التلوث المتوسطة ، ودورة الإنتاج الطويلة وما إلى ذلك.

معالجة تبريد الهواء

من أجل التغلب على أوجه القصور في المعالجة المتساوية ، تم تحضير نوع من الفولاذ البيني عن طريق تبريد الهواء بعد الصب. ومع ذلك ، من أجل الحصول على مزيد من الأحجار ، يجب إضافة النحاس والموليبدينوم والنيكل والسبائك الثمينة الأخرى ، والتي ليس لها تكلفة عالية فحسب ، بل تتميز أيضًا بصلابة ضعيفة.

معالجة التبريد المتحكم فيه

كان التبريد المتحكم به في الأصل مفهومًا في عملية درفلة الفولاذ المتحكم فيه. في السنوات الأخيرة ، تطورت إلى طريقة معالجة حرارية فعالة وموفرة للطاقة. أثناء المعالجة الحرارية ، يمكن الحصول على البنية المجهرية المصممة ويمكن تحسين خصائص الفولاذ عن طريق التبريد المتحكم فيه. يُظهر البحث حول درفلة الفولاذ المتحكم به وتبريده أن التبريد المتحكم فيه يمكن أن يعزز تكوين bainite منخفض الكربون قوي وقوي عندما يكون التركيب الكيميائي للصلب مناسبًا. تشمل الطرق المستخدمة بشكل شائع للتبريد المتحكم به التبريد بالضغط ، والتبريد الرقائقي ، وتبريد ستارة الماء ، وتبريد الانحلال ، والتبريد بالرش ، والتبريد المضطرب للوحة ، وتبريد رذاذ الماء والهواء ، والتبريد المباشر ، وما إلى ذلك. .

طريقة معالجة المعالجة الحرارية

وفقًا لحالة معدات الشركة والظروف الفعلية ، نعتمد طريقة المعالجة الحرارية للتبريد المستمر. تتمثل العملية المحددة في زيادة درجة حرارة التسخين بمقدار AC3 + (50 ~ 100) مئوية وفقًا لمعدل تسخين معين وتسريع التبريد باستخدام جهاز تبريد رذاذ الماء والهواء الذي طورته شركتنا بحيث يتم تبريد المادة بالهواء و تصلب النفس. يمكن أن تحصل على هيكل كامل ومتجانس ، وتحقيق أداء ممتاز ، ومن الواضح أنه متفوق على نفس المنتجات ، والقضاء على الأنواع الثانية من هشاشة المزاج.

النتائج

• الهيكل المعدني: 6.5 درجة حجم الحبوب
• HRC 45-50
• تم استخدام بطانة الغلاف للمطحنة شبه ذاتية التوليد الكبيرة التي تنتجها شركتنا لما يقرب من 3.5 سنوات في المطحنة شبه ذاتية التولد Φ 9.15 مترًا في منجم Baima التابع لشركة Panzhihua Iron and Steel Group Co.، Ltd. 4 أشهر ، وأطول عمر خدمة 7 أشهر. مع زيادة عمر الخدمة ، يتم تقليل تكلفة طحن الوحدة بشكل كبير ، وتقليل تكرار استبدال لوحة البطانة إلى حد كبير ، وتحسين كفاءة الإنتاج بشكل كبير والفائدة واضحة.
• يعد اختيار المواد هو المفتاح لتحسين عمر خدمة بطانات المطحنة للمطحنة الكبيرة شبه ذاتية التولد ، وسبائك درجات الفولاذ هو وسيلة فعالة لتحسين مقاومة التآكل.
• إن هيكل bainite ذو القوة العالية والمتانة العالية هو ضمان لتحسين عمر خدمة بطانة الغلاف للمطحنة شبه ذاتية التولد.
• تعتبر عملية الصب والمعالجة الحرارية مثالية لضمان أن هيكل الصب كثيف ، والذي يمكن أن يحسن بشكل فعال من عمر الخدمة لبطانة غلاف المطحنة شبه ذاتية التولد.

Nick Sun       [email protected]