Una lliçó que cal aprendre de la guerra comercial entre els Estats Units i la Xina i els bloquejos induïts pel coronavirus que fan estralls als mercats i que afecten amb força les perspectives de producció minera és que Amèrica del Nord ha d'establir cadenes de subministrament nacionals més sòlides.

Els Estats Units van respondre a la crisi del covid-19 tancant les seves fronteres i les empreses van respondre limitant la producció, ja que les operacions a les mines de tot el món es van aturar.

Els tancaments de plantes de fabricació a la Xina que podrien tallar les importacions de terres rares dels Estats Units van posar de relleu el fet que la nació depèn de la Xina per a les seves necessitats de terres rares.

El govern dels EUA ha intensificat els esforços per garantir el subministrament de minerals crítics des de fora de la Xina. Com a part d'aquestes iniciatives, recentment va signar un memoràndum d'entesa amb Groenlàndia per dur a terme una enquesta hiperespectral per cartografiar la geologia del país.

La demanda d'imants de terres rares està sent impulsada principalment per vehicles elèctrics, generadors eòlics, dispositius mèdics, telèfons intel·ligents i aplicacions aeroespacials i de defensa.

El mercat d'imants de terres rares de 14.000 milions de dòlars anuals està controlat en més d'un 60% per la Xina que, sota Made in China 2025, utilitza cada cop més imants de terres rares en productes acabats i semielaborats, en lloc d'exportar els imants, diu els EUA. Rare Earth, el soci de finançament i desenvolupament del projecte Round Top de terres rares pesades i minerals crítics a l'oest de Texas, i fonts de la indústria estimen que el mercat d'imants de terres rares gairebé es duplicarà el 2027.

USA Rare Earth també està comprant l'equip necessari per construir l'única instal·lació de producció d'imants de terres rares a les Amèriques.

L'única mina de terres rares activa als EUA és Mountain Pass a Califòrnia. Després d'un període de naftalina, torna a produir-se, però ara és propietat de MP Materials, que gairebé una dècima és propietat d'un inversor xinès.

Quan el Servei Geològic dels EUA fa el seu informe anual sobre la producció de minerals, els EUA tècnicament estan produint zero òxids de terres rares perquè el que surt de Mountain Pass s'envia a la Xina, va dir Dan McGroarty, membre del consell assessor de terres rares dels EUA, a MINING.COM. .

Construcció d'una reserva de minerals crítics

McGroarty va dir que el 2014, l'administració Obama va designar dues terres rares, el terbi i el disprosi, per ser a la llista de terres rares per a l'adquisició a l'estoc de la Defensa Nacional.

"Això va ser en un punt on no hi havia producció de terbi i disprosi als EUA. Aquestes són les dues terres rares més grans, per volum, que tenim a Round Top. En aquest sentit, hi ha una alineació molt forta", va dir McGroarty.

"La decisió que el president va prendre l'estiu passat, en virtut de la Llei de producció de defensa (DPA)... de designar tota la cadena de subministrament de terres rares com a "essencial per a la defensa nacional" sota la DPA, això és el que permet el finançament a l'espai de les terres rares. - i n'hi ha més", va dir.

"Tenim un dipòsit molt únic en diversos aspectes: tenim 16 de les 17 terres rares, amb moltes de les categories de terres rares que parlen d'una sèrie d'aplicacions de defensa i de fabricació. Probablement és el dipòsit de terres rares pesades més gran del món fora de la Xina", va dir Pini Althaus, director general d'USA Rare Earth.

"També tenim una quantitat important de liti, serem el segon productor nord-americà el 2023, així que tenim un projecte molt diversificat... amb una infraestructura important".

Les terres rares dels EUA preveuen una vida útil de 130 anys més en el projecte, però l'economia del PEA se centra en els primers 20 anys.

Althaus va dir que són capaços d'acumular el dipòsit de lixiviació, que és rar per a la majoria dels dipòsits de terres rares.

"Entre que el nostre capex i l'opex són baixos, som capaços de competir amb la Xina en els preus", va dir Althaus.

USA Rare Earth va anunciar el desembre de 2019 que obriren una instal·lació de planta pilot a Wheat Ridge, Colorado amb el propòsit de separar i purificar completament les terres rares i altres metalls tecnològics i minerals crítics, lixiviats del mineral del projecte Round Top.

La planta pilot de Colorado serà la primera instal·lació de processament fora de la Xina amb la capacitat de separar tota la gamma de terres rares: llums, mitjanes i pesades.

Althaus va dir que la planta es traslladarà a Texas, on començaran la construcció de la mina.

La planta de Wheat Ridge és la segona peça d'una cadena de subministrament d'òxids de terres rares 100% als Estats Units, que es basa en la matèria primera de Round Top.

La construcció de les instal·lacions de Colorado s'ha completat i està previst que s'obri la setmana vinent, va dir Althaus.

A principis d'abril, l'empresa va anunciar que havia comprat l'equip de fabricació d'imants permanents de ferro de neodimi (NdFeB) que antigament era propietat i operava a Carolina del Nord per Hitachi Metals America.

USA Rare Earth emmagatzemarà l'equip a l'espera de decidir on ubicar la nova operació de l'imant, amb la prioritat d'un bon accés al projecte Round Top.

L'exèrcit nord-americà es troba entre els possibles inversors, i Round Top forma part de les sol·licituds.

Hi ha hagut dues sol·licituds que han sortit del Departament de Defensa (DOD). El primer es va tancar a finals del 2019 al voltant de la tramitació i està esperant una resposta. El 2 de març, hi va haver una altra sol·licitud al voltant de terres rares lleugeres.

Round Top ha format part d'una subvenció del DOD, ja que el DOD tria les terres rares que vol processar i purificar.

USA Rare Earth va anunciar al març el nomenament del general de l'exèrcit retirat Paul J. Kern a la seva junta directiva.

El general Kern és membre de la Defense Science Board, establerta per llei federal el 1956 per oferir assessorament i recomanacions independents sobre processos i polítiques científiques, tècniques, de fabricació, adquisicions i altres qüestions d'interès per al Departament de Defensa.

USA Rare Earth pretén tenir Round Top en producció en un termini de 30 mesos, però McGroarty va dir que si poden accelerar el calendari, ho faran.

"La decisió que el president va prendre l'estiu passat, en virtut de la Llei de producció de defensa (DPA) … de designar tota una cadena de subministrament de terres rares com a material d'urgència sota la DPA, això és el que permet el finançament a l'espai de terres rares, i hi ha vindran més".

"Hi haurà un impacte important en l'economia. Estem parlant d'un impacte de 500.000 a 1 bilió de dòlars, en [termes de] creació d'ocupació i fabricació... tot al sector dels vehicles elèctrics", va dir Althaus.

"Des d'un punt de vista pràctic, una de les raons per les quals moltes empreses han marxat a l'exterior, els costos laborals de banda, les matèries primeres i les capacitats de processament es troben a la Xina", va dir Althaus. "És un problema de seguretat nacional, és un problema econòmic, un problema de fabricació, la seva creació d'ocupació i els EUA... estan intentant portar-ho a casa".

El molí autògen és un nou tipus d'equip de mòlta amb funcions tant de trituració com de mòlta. Utilitza el propi material de mòlta com a mitjà, mitjançant l'impacte mutu i l'efecte de mòlta per aconseguir la trituració. El molí semi-autògen és afegir un petit nombre de boles d'acer al molí autògen, la seva capacitat de processament es pot augmentar entre un 10% i un 30%, el consum d'energia per unitat de producte es pot reduir entre un 10% i un 20%, però el El desgast del revestiment augmenta relativament un 15% i la finesa del producte és més gruixuda. Com a part clau del molí semi-autògen, els revestiments de la carcassa del cos del cilindre estan greument danyats a causa de l'impacte de la bola d'acer aixecada pel feix d'elevació del revestiment al revestiment a l'altre extrem durant el funcionament del molí SAG.

El 2009, es van construir dos nous molins semi-autògens amb un diàmetre de 7,53 × 4,27 a Panzhihua Iron and Steel Co., Ltd., amb una capacitat de disseny anual de 2 milions de tones/set. El 2011, es va construir un nou molí semi-autògen amb un diàmetre de 9,15 × 5,03 al concentrador Baima de Panzhihua Iron and Steel Co., Ltd., amb una capacitat de disseny anual de 5 milions de tones. Des del funcionament de prova del molí semi-autògen amb un diàmetre de 9,15 × 5,03, els revestiments de closca i la placa de la graella del molí sovint es trenquen i la taxa de funcionament és només del 55%, la qual cosa afecta seriosament la producció i l'eficiència.

El molí semi-autògen de 9,15 m de la mina Baima de Panzhihua Iron and Steel Group ha utilitzat la camisa del cilindre produïda per molts fabricants. La vida útil més llarga és de menys de 3 mesos, i la vida útil més curta és de només una setmana, la qual cosa comporta la baixa eficiència del molí semi-autògen i el cost de producció molt augmentat. H&G Machinery Co.; Ltd  va aprofundir en el lloc d'un molí semi autògen de 9,15 m per a una investigació i prova contínua. Mitjançant l'optimització del material de fosa, el procés de fosa i el procés de tractament tèrmic, la vida útil dels revestiments de closca produïts a la mina de Baima ha superat els 4 mesos i l'efecte és evident.

Anàlisi de la causa de la curta vida dels revestiments de closca de molí SAG

Els paràmetres i l'estructura del molí semi-autògen φ 9,15 × 5,03 al concentrador Baima. La taula 1 és la taula de paràmetres:

Anàlisi de fallades dels antics revestiments de closca del molí SAG

Des de la posada en marxa del molí semi-autògen φ 9,15 × 5,03 al concentrador de Baima, la taxa d'operació només és d'un 55% a causa del dany irregular i la substitució dels revestiments del molí, que afecta seriosament els beneficis econòmics. El mode de fallada principal del revestiment de la closca es mostra a la figura 1 (a). Segons la investigació in situ, els revestiments de closca del molí SAG i la placa de gelosia són les principals parts de fallada, que són coherents amb la situació de la figura 2 (b). Excloem altres factors, només de l'anàlisi del propi revestiment, els principals problemes són els següents:

1. A causa de la selecció incorrecta del material, la placa de revestiment del cilindre es deforma en el procés d'ús, cosa que provoca l'extrusió mútua de la placa de revestiment, donant lloc a fractures i ferralla;

2. Com a part clau del revestiment del cilindre, a causa de la manca de resistència al desgast, quan el gruix del revestiment és d'uns 30 mm, la força general de la fosa disminueix i l'impacte de la bola d'acer no es pot resistir, donant lloc a fractures i desballestament;

3. Els defectes de qualitat de la fosa, com ara les impureses de l'acer fos, l'alt contingut de gasos i l'estructura no compacta, redueixen la resistència i la duresa de les peces de fosa.

Nou disseny de material de revestiments de closca de molí SAG

El principi de selecció de la composició química és fer que les propietats mecàniques del revestiment de la carcassa i la placa de la graella compleixin els requisits següents:

1) Alta resistència al desgast. El desgast del revestiment de la carcassa i la placa de la quadrícula és el principal factor que condueix a la disminució de la vida útil del revestiment de la carcassa, i la resistència al desgast representa la vida útil del revestiment de la carcassa i la placa de la quadrícula.

2) Alta resistència a l'impacte. La tenacitat a l'impacte és una característica que pot recuperar l'estat original després de suportar certa força externa a l'instant. Perquè el revestiment de la carcassa i la placa de la reixeta no s'esquerdin durant l'impacte de la bola d'acer.

Composició química

1) El contingut de carboni i C es controla entre el 0,4% i el 0,6% en diferents condicions de desgast, especialment la càrrega d'impacte;

2) Els resultats mostren que el contingut de Si i Si enforteix la ferrita, augmenta la relació de rendiment, redueix la duresa i la plasticitat i té la tendència a augmentar la fragilitat del tremp, i el contingut es controla entre el 0,2 i el 0,45%;

3) Contingut de Mn, l'element Mn juga principalment el paper d'enfortir la solució, millorar la resistència, la duresa i la resistència al desgast, augmentar la fragilitat del temperament i l'estructura gruixuda, i el contingut es controla entre el 0,8 i el 2,0%;

4) El contingut de crom, l'element Cr, un element important de l'acer resistent al desgast, té un gran efecte de reforç de l'acer i pot millorar la resistència, la duresa i la resistència al desgast de l'acer, i el contingut es controla entre l'1,4 i el 3,0%;

5) Contingut de Mo, l'element Mo és un dels principals elements de l'acer resistent al desgast, reforçant la ferrita, refinant el gra, reduint o eliminant la fragilitat del tremp, millorant la resistència i la duresa de l'acer, el contingut es controla entre 0,4-1,0%;

6) El contingut de Ni es controla en un 0,9-2,0%,

7) Quan el contingut de vanadi és petit, es perfecciona la mida del gra i es millora la duresa. El contingut de vanadi es pot controlar en un 0,03-0,08%;

8) Els resultats mostren que l'efecte de desoxidació i refinament del gra del titani és evident i el contingut es controla entre el 0,03% i el 0,08%;

9) Re pot purificar l'acer fos, refinar la microestructura, reduir el contingut de gas i altres elements nocius a l'acer. La força, la plasticitat i la resistència a la fatiga de l'acer alt es poden controlar en un 0,04-0,08%;

10) El contingut de P i s s'ha de controlar per sota del 0,03%.

Així doncs, la composició química dels nous revestiments de closca de molí SAG de disseny són:

Tecnologia de fosa

Punts clau de la tecnologia de fosa

1. La sorra autoendurible de silicat de sodi de diòxid de carboni s'utilitza per controlar estrictament el contingut d'humitat de la sorra d'emmotllament;
2. S'utilitzarà un recobriment en pols de zircó pur a base d'alcohol i no s'utilitzaran productes caducats;
3. Utilitzant escuma per fer tota la mostra sòlida, cada filet de fosa s'ha de treure al cos, requerint la mida precisa i l'estructura raonable;
4. En el procés d'emmotllament, la deformació s'ha de controlar estrictament i l'operador ha de posar sorra de manera uniforme i el motlle de sorra ha de ser prou compacte i uniforme i, al mateix temps, s'ha d'evitar la deformació de la mostra real;
5. En el procés de modificació del motlle, la mida s'ha de comprovar estrictament per garantir la precisió dimensional del motlle de sorra;
6. El motlle de sorra s'ha d'assecar abans de tancar la caixa;
7. Comproveu la mida de cada nucli per evitar un gruix desigual de la paret.

Procés de fosa

La temperatura d'abocament és el principal factor que afecta l'estructura interna de les peces de fosa. Si la temperatura d'abocament és massa alta, la calor sobreescalfada de l'acer fos és gran, la fosa és fàcil de produir porositat de contracció i estructura gruixuda; si la temperatura d'abocament és massa baixa, la calor sobreescalfada de l'acer líquid és petita i l'abocament no és suficient. La temperatura d'abocament es controla entre 1510 ℃ i 1520 ℃, cosa que pot garantir una bona microestructura i un ompliment complet. La velocitat d'abocament adequada és la clau per a l'estructura compacta i sense cavitat de contracció a la columna. Quan la velocitat d'abocament és propera a la posició de la canonada d'aigua de refrigeració, s'ha de seguir el principi de "primer lent, després ràpid i després lent". Això és començar a vessar lentament. Quan l'acer fos entra al cos de fosa, la velocitat d'abocament s'incrementa per fer que l'acer fos s'aixequi ràpidament a l'alça i, a continuació, l'abocament és lent. Quan l'acer fos entra a 2/3 de l'altura de l'aixeta, l'aixeta s'utilitza per fer l'abocament fins al final de l'abocament.

Tractament tèrmic

L'aliatge adequat d'acers estructurals de carboni mitjà i baix pot retardar significativament la transformació de la perlita i ressaltar la transformació de bainita, de manera que l'estructura dominada per bainita es pot obtenir en un ampli rang de velocitat de refredament contínua després de l'austenitització, que s'anomena acer bainític. L'acer bainític pot obtenir propietats integrals més elevades amb una velocitat de refrigeració més baixa, simplificant així el procés de tractament tèrmic i reduint la deformació.

Tractament isotèrmic

És un gran assoliment en el camp de la metal·lúrgia del ferro i l'acer obtenir materials d'acer bainita mitjançant tractament isotèrmic, que és una de les direccions del desenvolupament de materials d'acer super i nanoacer. Tanmateix, el procés i l'equip d'austempering són complexos, el consum d'energia és gran, el cost del producte és elevat, l'extinció de l'entorn de contaminació mitjana, el cicle de producció llarg, etc.

Tractament de refrigeració per aire

Per tal de superar les deficiències del tractament isotèrmic, es va preparar una espècie d'acer bainític per refrigeració per aire després de la fosa. No obstant això, per obtenir més bainita, cal afegir coure, molibdè, níquel i altres aliatges preciosos, que no només té un cost elevat sinó que també té poca tenacitat.

Tractament de refrigeració controlada

La refrigeració controlada va ser originalment un concepte en el procés de laminació controlada d'acer. En els últims anys, s'ha convertit en un mètode de tractament tèrmic eficient i que estalvia energia. Durant el tractament tèrmic, es pot obtenir la microestructura dissenyada i es poden millorar les propietats de l'acer mitjançant un refredament controlat. La investigació sobre laminació i refrigeració controlada de l'acer mostra que la refrigeració controlada pot promoure la formació de bainita baixa en carboni forta i resistent quan la composició química de l'acer és adequada. Els mètodes comunament utilitzats de refrigeració controlada inclouen refrigeració per raig de pressió, refrigeració laminar, refrigeració per cortina d'aigua, refrigeració per atomització, refrigeració per aspersió, refrigeració turbulent de plaques, refrigeració per aspersió aigua-aire i extinció directa, etc. S'utilitzen habitualment 8 tipus de mètodes de refrigeració de control. .

Mètode de tractament tèrmic

Segons l'estat de l'equip de l'empresa i les condicions reals, adoptem un mètode de tractament tèrmic de refrigeració contínua. El procés específic és augmentar la temperatura d'escalfament en AC3 + (50 ~ 100) graus centígrads d'acord amb una determinada velocitat d'escalfament i accelerar el refredament mitjançant el dispositiu de refrigeració d'aire-aigua desenvolupat per la nostra empresa perquè el material es refredi per aire i autoendurit. Pot obtenir una estructura de bainita completa i homogènia, aconseguir un rendiment excel·lent, òbviament superior als mateixos productes, i eliminar els segons tipus de fragilitat del tremp.

Els resultats

• Estructura metal·logràfica: Grau 6,5 Mida del gra
• HRC 45-50
• El revestiment de closca del gran molí semi-autògen produït per la nostra empresa s'ha utilitzat durant gairebé 3,5 anys al molí semi-autògen de Φ 9,15 m a la mina Baima de Panzhihua Iron and Steel Group Co., Ltd., la vida útil és superior a 4 mesos i la vida útil més llarga és de 7 mesos. Amb l'augment de la vida útil, el cost de la unitat de mòlta es redueix molt, la freqüència de substitució de la placa de revestiment es redueix molt, l'eficiència de producció es millora significativament i el benefici és evident.
• La selecció del material és la clau per millorar la vida útil dels revestiments del molí gran del molí semi-autògen, i l'aliatge de graus d'acer és una manera eficaç de millorar la resistència al desgast.
• L'estructura de bainita d'alta resistència i alta tenacitat és la garantia per millorar la vida útil del revestiment de closca del molí semi-autògen.
• El procés de fosa i el procés de tractament tèrmic són perfectes per garantir que l'estructura de fosa sigui densa, cosa que pot millorar eficaçment la vida útil del revestiment de closca del molí semi-autògen.

Nick Sun       [email protected]