Lekcija koju treba naučiti iz američko-kineskog trgovinskog rata i zatvaranja izazvanih koronavirusom koji izazivaju pustoš na tržištima i teško pogađaju izglede rudarske proizvodnje - je da Sjeverna Amerika treba uspostaviti robusnije domaće lance opskrbe.

SAD su odgovorile na krizu covid-19 zatvaranjem svojih granica, a kompanije su odgovorile ograničavanjem proizvodnje, jer su operacije u rudnicima širom svijeta zaustavljene.

Zatvaranje proizvodnih pogona u Kini koje bi potencijalno moglo prekinuti uvoz rijetkih zemalja iz SAD-a ukazalo je na činjenicu da se nacija oslanja na Kinu za svoje potrebe za rijetkim zemljama.

Američka vlada je pojačala napore da osigura snabdijevanje kritičnim mineralima izvan Kine. Kao dio tih inicijativa, nedavno je potpisao memorandum o razumijevanju sa Grenlandom za provođenje hiperspektralnog istraživanja kako bi se mapirala geologija zemlje.

Potražnju za magnetima retkih zemalja uglavnom pokreću električna vozila, vetrogeneratori, medicinski uređaji, pametni telefoni i aplikacije u vazduhoplovstvu i odbrambenom sektoru.

Tržište magneta retkih zemalja godišnje od 14 milijardi dolara više od 60% kontroliše Kina, koja, prema Made in China 2025, sve više koristi magnete retkih zemalja u gotovim i poluproizvodima, za razliku od izvoza magneta, kaže SAD Rare Earth, partner za finansiranje i razvoj projekta Round Top teških rijetkih zemalja i kritičnih minerala u zapadnom Teksasu, i industrijski izvori procjenjuju da će se tržište magneta retkih zemalja skoro udvostručiti do 2027.

SAD Rare Earth takođe kupuje opremu neophodnu za izgradnju jedinog pogona za proizvodnju magneta retkih zemalja u Americi.

Jedini aktivni rudnik retkih zemalja u SAD je Mountain Pass u Kaliforniji. Nakon perioda naftalina, ponovo je u proizvodnji – ali je sada u vlasništvu MP Materials-a, koji je skoro desetina u vlasništvu kineskog investitora.

Kada američki geološki zavod sačini godišnji izvještaj o proizvodnji minerala – SAD tehnički ne proizvode okside rijetkih zemalja jer se ono što izlazi iz planinskog prolaza otprema u Kinu, rekao je za MINING.COM Dan McGroarty, član savjetodavnog odbora za rijetke zemlje u SAD-u. .

Izgradnja kritičnih zaliha minerala

McGroarty je 2014. rekao da je Obamina administracija odredila dvije rijetke zemlje, terbijum i disprozijum, da budu na listi retkih zemalja za nabavku u zalihe nacionalne odbrane.

“To je bilo u trenutku kada nije bilo proizvodnje terbija i disprozijuma u SAD-u. To su dvije najveće, po zapremini, rijetke zemlje koje imamo na Round Topu. U tom pogledu, postoji veoma jaka usklađenost”, rekao je McGroarty.

“Odluka koju je predsjednik donio prošlog ljeta, u skladu sa Zakonom o odbrambenoj proizvodnji (DPA)...da odredi cijeli lanac snabdijevanja rijetkim zemljama kao 'neophodan za nacionalnu odbranu' u okviru DPA, to je ono što omogućava finansiranje u prostoru rijetkih zemalja – i dolazi ih još”, rekao je.

“Imamo veoma jedinstveno nalazište u brojnim aspektima – imamo 16 od 17 rijetkih zemalja, s mnogima u kategorijama rijetkih zemalja koje govore o brojnim odbrambenim aplikacijama i proizvodnji. To je vjerovatno najveće nalazište teških rijetkih zemalja na svijetu izvan Kine”, rekao je Pini Althaus, izvršni direktor USA Rare Earth.

„Imamo i značajnu količinu litijuma, bićemo drugi najveći proizvođač u SAD do 2023. godine, tako da imamo veoma raznolik projekat… sa velikom infrastrukturom.”

USA Rare Earth predviđa život od 130 godina plus rudnik na projektu, ali PEA ekonomija je fokusirana na prvih 20 godina.

Althaus je rekao da su u stanju da nagomilaju naslage, što je rijetko za većinu naslaga rijetkih zemalja.

„Između toga što su naši kapitalni i operativni troškovi niski – u mogućnosti smo da se takmičimo s Kinom po pitanju cijena“, rekao je Althaus.

SAD Rare Earth objavile su u decembru 2019. da otvaraju pilot postrojenje u Wheat Ridgeu, Colorado, u svrhu potpunog odvajanja i pročišćavanja rijetkih zemalja i drugih tehnoloških metala i kritičnih minerala, izluženih iz rude iz projekta Round Top.

Probno postrojenje u Koloradu biće prvo postrojenje za preradu izvan Kine sa mogućnošću odvajanja čitavog spektra retkih zemalja – lakih, srednjih i teških.

Althaus je rekao da će postrojenje biti premješteno u Teksas, gdje će započeti izgradnju rudnika.

Fabrika Wheat Ridge je drugi dio lanca snabdijevanja oksidom rijetkih zemalja sa sjedištem u SAD-u, koji se oslanja na sirovinu iz Round Topa.

Izgradnja pogona u Koloradu je završena i trebalo bi da bude otvorena sledeće nedelje, rekao je Althaus.

Početkom aprila, kompanija je objavila da je kupila opremu za proizvodnju permanentnih magneta neodimijum gvožđe bor (NdFeB) koju je u Severnoj Karolini ranije posedovao Hitachi Metals America.

USA Rare Earth će skladištiti opremu dok se ne donese odluka o tome gdje će se locirati nova operacija magneta, a prioritet je dobar pristup projektu Round Top.

Američka vojska je među mogućim investitorima – a Round Top je dio ponude.

Iz Ministarstva odbrane (DOD) stigla su dva poziva. Prvi je zatvoren krajem 2019. oko obrade i čeka se odgovor. Dana 2. marta, bilo je još jedno traženje oko lakih rijetkih zemalja.

Round Top je dio donacije DOD-a, jer DOD bira rijetke zemlje koje želi preraditi i prečistiti.

USA Rare Earth objavila je u martu imenovanje penzionisanog vojnog generala Paula J. Kerna u svoj upravni odbor.

General Kern je član Odbrambenog naučnog odbora, osnovanog saveznim zakonom 1956. godine kako bi davao nezavisne savjete i preporuke o naučnim, tehničkim, proizvodnim, procesima i politikama nabavke i drugim pitanjima od interesa za Ministarstvo odbrane.

USA Rare Earth ima za cilj proizvodnju Round Topa u roku od 30 mjeseci, ali McGroarty je rekao da ako mogu ubrzati vremenski okvir - hoće.

“Odluka koju je predsjednik donio prošlog ljeta, u skladu sa Zakonom o odbrambenoj proizvodnji (DPA) ... da odredi cijeli lanac snabdijevanja rijetkim zemljama kao hitni materijal u okviru DPA, to je ono što omogućava finansiranje u prostoru rijetkih zemalja – a postoji dolazi još.”

“Biće značajnog uticaja na ekonomiju. Govorimo o uticaju od 500 milijardi do 1 bilion dolara, u [u smislu] otvaranja radnih mjesta i proizvodnje...sve u sektoru električnih vozila,” rekao je Althaus.

„S praktičnog stanovišta, jedan od razloga zašto su mnoge kompanije otišle u offshore, osim troškova rada, sirovine i kapaciteti za preradu su u Kini“, rekao je Althaus. “To je pitanje nacionalne sigurnosti, ekonomsko pitanje, pitanje proizvodnje, otvaranje novih radnih mjesta, a SAD… pokušavaju to vratiti kući.”

Autogeni mlin je nova vrsta opreme za mljevenje s funkcijama drobljenja i mljevenja. Koristi sam materijal za mljevenje kao medij, kroz međusobni utjecaj i učinak mljevenja kako bi se postiglo usitnjavanje. Poluautogeni mlin treba dodati mali broj čeličnih kuglica u autogeni mlin, njegov kapacitet obrade može se povećati za 10% – 30%, potrošnja energije po jedinici proizvoda može se smanjiti za 10% – 20%, ali habanje košuljice je relativno povećano za 15%, a finoća proizvoda je grublja. Kao ključni dio poluautogenog mlina, košuljice kućišta cilindra su ozbiljno oštećene zbog udarca čelične kugle podignute gredom za podizanje košuljice na košuljicu na drugom kraju tokom rada SAG mlina.

Godine 2009. izgrađena su dva nova poluautogena mlina prečnika 7,53 × 4,27 u Panzhihua Iron and Steel Co., Ltd., sa godišnjim projektovanim kapacitetom od 2 miliona tona/set. Godine 2011. izgrađen je novi poluautogeni mlin prečnika 9,15 × 5,03 u Baima koncentratoru Panzhihua Iron and Steel Co., Ltd., sa godišnjim projektnim kapacitetom od 5 miliona tona. Od probnog rada poluautogenog mlina prečnika 9,15×5,03, košuljice i rešetkasta ploča mlina se često lome, a brzina rada je samo 55%, što ozbiljno utiče na proizvodnju i efikasnost.

Poluautogeni mlin od 9,15 m u rudniku Baima kompanije Panzhihua Iron and Steel Group koristio je košuljicu cilindra koju proizvode mnogi proizvođači. Najduži vek trajanja je kraći od 3 meseca, a najkraći samo nedelju dana, što dovodi do niske efikasnosti poluautogenog mlina i značajnog povećanja troškova proizvodnje. H&G Machinery Co.; Ltd  je otišao duboko u lokaciju poluautogenog mlina od 9,15 m radi kontinuiranog istraživanja i testiranja. Optimizacijom materijala za livenje, procesa livenja i procesa termičke obrade, životni vek košuljica proizvedenih u rudniku Baima je premašio 4 meseca, a efekat je očigledan.

Analiza uzroka kratkog vijeka omotača SAG mlina

Parametri i struktura poluautogenog mlina φ 9,15 × 5,03 u koncentratoru Baima. Tabela 1 je tabela parametara:

Analiza kvarova starih košuljica SAG mlina

Od puštanja u rad poluautogenog mlina φ 9,15 × 5,03 u koncentratoru Baima, stopa rada je samo oko 55% zbog neredovnih oštećenja i zamjene košuljica mlina, što ozbiljno utiče na ekonomsku korist. Glavni način kvara košuljice je prikazan na slici 1 (a). Prema istrazi na licu mjesta, obloge omotača SAG mlina i rešetkasta ploča su glavni dijelovi kvara, koji su u skladu sa situacijom na slici 2 (b). Isključujemo druge faktore, samo iz analize samog košuljice, glavni problemi su sljedeći:

1. Zbog nepravilnog odabira materijala, ploča obloge cilindra se deformira u procesu upotrebe, što rezultira međusobnim istiskivanjem obloge, što rezultira lomom i otpadom;

2. Kao ključni dio košuljice cilindra, zbog nedostatka otpornosti na habanje, kada je debljina košuljice oko 30 mm, ukupna čvrstoća odljevka se smanjuje, a udaru čelične kuglice ne može se odoljeti, što rezultira lomom i rashodovanje;

3. Defekti kvaliteta livenja, kao što su nečistoće u rastopljenom čeliku, visok sadržaj gasa i nekompaktna struktura, smanjuju čvrstoću i žilavost odlivaka.

Novi materijalni dizajn omotača SAG mlina

Princip odabira hemijskog sastava je da mehanička svojstva omotača i rešetkaste ploče ispunjavaju sljedeće zahtjeve:

1) Visoka otpornost na habanje. Habanje košuljice i rešetkaste ploče glavni je faktor koji dovodi do smanjenja vijeka trajanja košuljice, a otpornost na habanje predstavlja vijek trajanja košuljice i rešetkaste ploče.

2) Visoka udarna žilavost. Udarna žilavost je karakteristika koja može odmah povratiti prvobitno stanje nakon podnošenja određene vanjske sile. Tako da obloga školjke i rešetkasta ploča ne popucaju prilikom udara čelične kugle.

Hemijski sastav

1) Sadržaj ugljenika i C se kontroliše između 0,4% i 0,6% pod različitim uslovima habanja, posebno udarnim opterećenjem;

2) Rezultati pokazuju da sadržaj Si i Si jača ferit, povećava koeficijent tečenja, smanjuje žilavost i plastičnost i ima tendenciju povećanja lomljivosti na temperaturu, a sadržaj se kontroliše između 0,2-0,45%;

3) Sadržaj Mn, element Mn uglavnom igra ulogu jačanja rastvora, poboljšava čvrstoću, tvrdoću i otpornost na habanje, povećava lomljivost i grubu strukturu, a sadržaj se kontroliše između 0,8-2,0%;

4) Sadržaj hroma, Cr element, važan element čelika otpornog na habanje, ima veliki efekat jačanja na čelik i može poboljšati čvrstoću, tvrdoću i otpornost na habanje čelika, a sadržaj se kontroliše između 1,4-3,0%;

5) Sadržaj Mo, Mo element je jedan od glavnih elemenata čelika otpornog na habanje, jača ferit, rafinira zrno, smanjuje ili eliminiše temperaturnu lomljivost, poboljšava čvrstoću i tvrdoću čelika, sadržaj se kontroliše između 0,4-1,0%;

6) Sadržaj Ni je kontrolisan u granicama od 0,9-2,0%,

7) Kada je sadržaj vanadijuma mali, veličina zrna se rafinira i žilavost se poboljšava. Sadržaj vanadijuma može se kontrolisati unutar 0,03-0,08%;

8) Rezultati pokazuju da je efekat deoksidacije i rafiniranja zrna titanijuma očigledan, a sadržaj je kontrolisan između 0,03% i 0,08%;

9) Ponovno može pročistiti rastopljeni čelik, poboljšati mikrostrukturu, smanjiti sadržaj plina i druge štetne elemente u čeliku. Čvrstoća, plastičnost i otpornost na zamor visokog čelika mogu se kontrolisati unutar 0,04-0,08%;

10) Sadržaj P i s treba kontrolisati ispod 0,03%.

Dakle, hemijski sastav omotača SAG mlina novog dizajna je:

Tehnologija livenja

Ključne tačke tehnologije livenja

1. Ugljični dioksid natrijum silikat samootvrdnjavajući pijesak se koristi za striktno kontrolu sadržaja vlage u pijesku za kalupljenje;
2. Koristi se čisti cirkon u prahu na bazi alkohola, a proizvodi kojima je istekao rok trajanja se ne smiju koristiti;
3. Koristeći pjenu za izradu cijelog čvrstog uzorka, svaki odljevni file mora biti izvučen na tijelo, što zahtijeva preciznu veličinu i razumnu strukturu;
4. U procesu oblikovanja, deformacija treba biti strogo kontrolirana, a operater treba ravnomjerno nanositi pijesak, a pješčani kalup treba biti dovoljno kompaktan i ravnomjeran, a u isto vrijeme treba izbjegavati deformaciju stvarnog uzorka;
5. U procesu modifikacije kalupa, veličinu treba strogo provjeriti kako bi se osigurala točnost dimenzija pješčanog kalupa;
6. Peščani kalup se mora osušiti pre zatvaranja kutije;
7. Provjerite veličinu svake jezgre kako biste izbjegli neujednačenu debljinu zida.

Proces livenja

Temperatura izlivanja je glavni faktor koji utiče na unutrašnju strukturu odlivaka. Ako je temperatura izlivanja previsoka, pregrijana toplina rastaljenog čelika je velika, odljevak je lako proizvesti poroznost skupljanja i grubu strukturu; ako je temperatura izlivanja preniska, pregrijana toplina tečnog čelika je mala, a izlijevanje nije dovoljno. Temperatura izlivanja se kontroliše između 1510 ℃ i 1520 ℃, što može osigurati dobru mikrostrukturu i potpuno punjenje. Pravilna brzina izlivanja je ključ za kompaktnu strukturu i bez šupljine skupljanja u usponu. Kada je brzina izlivanja blizu položaja cijevi za rashladnu vodu, treba se pridržavati principa „prvo sporo, zatim brzo, pa polako“. To znači da počne polako da sipa. Kada rastopljeni čelik uđe u tijelo za lijevanje, brzina izlivanja se povećava kako bi se rastopljeni čelik brzo podigao do uspona, a zatim je izlijevanje sporo. Kada rastopljeni čelik uđe u 2/3 visine uspona, uspon se koristi za dopunu izlivanja do kraja izlivanja.

Termičku obradu

Pravilno legiranje strukturalnih čelika sa srednjim i niskim udjelom ugljika može značajno odgoditi perlitnu transformaciju i naglasiti transformaciju beinita, tako da se struktura kojom dominira bainit može dobiti u velikom rasponu kontinuirane brzine hlađenja nakon austenitizacije, što se naziva bainitni čelik. Bainitni čelik može postići veća sveobuhvatna svojstva uz nižu stopu hlađenja, čime se pojednostavljuje proces toplinske obrade i smanjuje deformacija.

Izotermni tretman

Veliko je dostignuće u oblasti metalurgije željeza i čelika izotermnom obradom dobiti bainit čelične materijale, što je jedan od pravaca razvoja super čeličnih i nano čeličnih materijala. Međutim, proces i oprema su složeni, potrošnja energije je velika, cijena proizvoda je visoka, gašenje srednjeg zagađenja okoliša, dug proizvodni ciklus i tako dalje

Tretman vazdušnim hlađenjem

Da bi se prevazišli nedostaci izotermne obrade, pripremljena je vrsta bainitnog čelika hlađenjem na zraku nakon livenja. Međutim, da bi se dobilo više bainita, moraju se dodati bakar, molibden, nikl i druge plemenite legure, koje ne samo da imaju visoku cijenu već imaju i slabu žilavost.

Kontrolirani tretman hlađenja

Kontrolirano hlađenje je prvobitno bio koncept u procesu valjanja kontroliranog čelika. Poslednjih godina razvio se u efikasan metod toplotne obrade koji štedi energiju. Tokom termičke obrade može se dobiti projektovana mikrostruktura i poboljšati svojstva čelika kontrolisanim hlađenjem. Istraživanje kontroliranog valjanja i hlađenja čelika pokazuje da kontrolirano hlađenje može potaknuti stvaranje jakog i žilavog niskougljičnog bainita kada je kemijski sastav čelika prikladan. Uobičajene metode kontroliranog hlađenja uključuju hlađenje pod pritiskom, laminarno hlađenje, hlađenje vodenom zavjesom, hlađenje atomizacijom, hlađenje raspršivanjem, turbulentno hlađenje ploča, hlađenje vodeno-vazduhom i direktno gašenje, itd. Obično se koristi 8 vrsta kontrolnih metoda hlađenja .

Metoda termičke obrade

U skladu sa stanjem opreme kompanije i stvarnim uslovima, usvajamo metod kontinuirane toplotne obrade hlađenjem. Specifičan proces je povećanje temperature grijanja za AC3 + (50~100) Celzijusa prema određenoj stopi zagrijavanja i ubrzavanje hlađenja korištenjem uređaja za hlađenje vode-vazduh koji je razvila naša kompanija tako da se materijal hladi zrakom i self hardeded. Može dobiti potpunu i homogenu strukturu bainita, postići odlične performanse, očigledno superiorne u odnosu na iste proizvode, i eliminirati druge vrste lomljivosti.

Rezultati

• Metalografska struktura: 6.5 grade Veličina zrna
• HRC 45-50
• Oklop velikog poluautogenog mlina koji proizvodi naša kompanija koristi se skoro 3,5 godine u poluautogenom mlinu Φ 9,15 m u rudniku Baima kompanije Panzhihua Iron and Steel Group Co., Ltd., vijek trajanja je više od 4 mjeseca, a najduži vijek trajanja je 7 mjeseci. Sa povećanjem vijeka trajanja, trošak mljevenja jedinice je uvelike smanjen, učestalost zamjene obloge je znatno smanjena, efikasnost proizvodnje je značajno poboljšana, a korist je očigledna.
• Odabir materijala je ključ za poboljšanje vijeka trajanja obloga mlinova velikog poluautogenog mlina, a legiranje čelika je efikasan način za poboljšanje otpornosti na habanje.
• Bainitna struktura visoke čvrstoće i visoke žilavosti garancija je poboljšanja vijeka trajanja obloge ljuske poluautogenog mlina.
• Proces livenja i proces termičke obrade savršeni su kako bi se osigurala gusta struktura livenja, što može efikasno poboljšati životni vek košuljice poluautogenog mlina.

Nick Sun       [email protected]