Poučení z obchodní války mezi USA a Čínou a uzamčení vyvolaných koronavirem, které způsobují zmatek na trzích a tvrdě zasahují výhledy těžby – je, že Severní Amerika potřebuje vytvořit robustnější domácí dodavatelské řetězce.

USA reagovaly na krizi covid-19 uzavřením svých hranic a společnosti reagovaly omezením výroby, protože operace v dolech po celém světě se zastavily.

Odstávky výrobních závodů v Číně, které by mohly potenciálně odříznout dovoz vzácných zemin z USA, svítily do centra pozornosti skutečnosti, že národ je závislý na potřebě vzácných zemin na Číně.

Americká vláda zintenzivnila úsilí o zajištění dodávek kritických nerostů ze zemí mimo Čínu. V rámci těchto iniciativ nedávno podepsala memorandum o porozumění s Grónskem o provedení hyperspektrálního průzkumu s cílem zmapovat geologii země.

Poptávku po magnetech vzácných zemin pohánějí především elektrická vozidla, větrné generátory, lékařská zařízení, chytré telefony a letecké a obranné aplikace.

Trh s magnety vzácných zemin v hodnotě 14 miliard dolarů ročně je z více než 60 % kontrolován Čínou, která v rámci Made in China 2025 stále více používá magnety vzácných zemin v hotových a polotovarech, na rozdíl od exportu magnetů, říká USA Rare Earth, finanční a rozvojový partner projektu Round Top těžkých vzácných zemin a kritických minerálů v západním Texasu, a průmyslové zdroje odhadují, že se trh s magnety vzácných zemin do roku 2027 téměř zdvojnásobí.

USA Rare Earth také nakupuje vybavení nezbytné k vybudování jediného závodu na výrobu magnetů vzácných zemin v Americe.

Jediný aktivní důl na vzácné zeminy v USA je Mountain Pass v Kalifornii. Po zakonzervovaném období je opět ve výrobě – nyní je však ve vlastnictví společnosti MP Materials, kterou téměř z desetiny vlastní čínský investor.

Když US Geological Survey vypracovává výroční zprávu o produkci nerostů – USA technicky neprodukují žádné oxidy vzácných zemin, protože to, co přichází z Mountain Pass, se posílá do Číny, řekl Dan McGroarty, člen poradního výboru USA pro vzácné zeminy, MINING.COM. .

Budování kritických zásob nerostů

McGroarty v roce 2014 uvedl, že Obamova administrativa určila dvě vzácné zeminy, terbium a dysprosium, na seznam vzácných zemin pro získání do zásob národní obrany.

"Bylo to v okamžiku, kdy v USA neexistovala produkce terbia a dysprosia." To jsou dvě největší, podle objemu, vzácné zeminy, které na Round Top máme. V tomto ohledu je zde velmi silná shoda,“ řekl McGroarty.

„Rozhodnutí, které prezident učinil loni v létě podle zákona o obranné produkci (DPA)… označit celý dodavatelský řetězec vzácných zemin jako „nezbytný pro národní obranu“ podle DPA, umožňuje financování v prostoru vzácných zemin. – a přichází další,“ řekl.

„Máme velmi unikátní naleziště v mnoha ohledech – máme 16 ze 17 vzácných zemin, přičemž mnoho z nich patří do kategorií vzácných zemin, které se týkají řady obranných aplikací a výroby. Je to pravděpodobně největší ložisko těžkých vzácných zemin na světě mimo Čínu,“ řekl Pini Althaus, generální ředitel USA Rare Earth.

"Máme také značné množství lithia, do roku 2023 budeme druhým největším americkým výrobcem, takže máme velmi diverzifikovaný projekt... s významnou infrastrukturou."

USA Rare Earth počítá s životností min 130 let plus, ale ekonomika PEA se zaměřuje na prvních 20 let.

Althaus řekl, že jsou schopni vyluhovat ložisko, což je u většiny ložisek vzácných zemin vzácné.

"Vzhledem k tomu, že naše kapitálové a provozní náklady jsou nízké, jsme schopni konkurovat Číně v cenách," řekl Althaus.

USA Rare Earth v prosinci 2019 oznámily, že otevírají pilotní závod ve Wheat Ridge v Coloradu za účelem úplné separace a čištění vzácných zemin a dalších technických kovů a kritických minerálů, vyluhovaných z rudy z projektu Round Top.

Pilotní závod v Coloradu bude prvním zpracovatelským zařízením mimo Čínu, které bude schopné oddělit celou řadu vzácných zemin – světla, střední a těžké materiály.

Althaus řekl, že továrna bude přesunuta do Texasu, kde zahájí výstavbu dolu.

Závod Wheat Ridge je druhým dílem 100% amerického dodavatelského řetězce oxidů vzácných zemin, který čerpá ze surovin z Round Top.

Stavba zařízení v Coloradu je dokončena a její otevření je plánováno na příští týden, řekl Althaus.

Začátkem dubna společnost oznámila, že zakoupila zařízení na výrobu permanentních magnetů s neodymovým železným bórem (NdFeB), které dříve vlastnila a provozovala v Severní Karolíně společnost Hitachi Metals America.

USA Rare Earth bude skladovat zařízení do doby, než se rozhodne, kde umístit nový magnet, přičemž prioritou je dobrý přístup k projektu Round Top.

Mezi možnými investory je i americká armáda – a Round Top je součástí nabídek.

Od ministerstva obrany (DOD) vyšly dvě žádosti. První skončil koncem roku 2019 kolem zpracování a čeká na odpověď. 2. března proběhla další výzva kolem lehkých vzácných zemin.

Round Top byl součástí grantu DOD, protože DOD vybírá vzácné zeminy, které chce zpracovat a vyčistit.

USA Rare Earth oznámily v březnu jmenování armádního generála Paula J. Kerna ve výslužbě do své správní rady.

Generál Kern je členem Defence Science Board, zřízeného federálním zákonem v roce 1956, aby poskytoval nezávislé rady a doporučení o vědeckých, technických, výrobních, akvizičních procesech a politikách a dalších záležitostech, které zajímají ministerstvo obrany.

USA Rare Earth si klade za cíl mít Round Top ve výrobě do 30 měsíců, ale McGroarty řekl, že pokud mohou urychlit časovou osu - udělají.

„Rozhodnutí, které prezident učinil loni v létě v rámci zákona o obranné produkci (DPA) …označit celý dodavatelský řetězec vzácných zemin jako naléhavý materiál podle DPA, umožňuje financování v prostoru vzácných zemin – a existuje přibývají další."

„Bude to mít významný dopad na ekonomiku. Hovoříme o dopadu ve výši 500 miliard až 1 bilionu dolarů, pokud jde o vytváření pracovních míst a výrobu… vše pro sektor elektrických vozidel,“ řekl Althaus.

"Z praktického hlediska je jedním z důvodů, proč mnoho společností odešlo do zahraničí, náklady na pracovní sílu, suroviny a zpracovatelské kapacity jsou v Číně," řekl Althaus. "Je to otázka národní bezpečnosti, je to ekonomická otázka, otázka výroby, vytváření pracovních míst a USA... se to snaží vrátit domů."

Autogenní mlýn je nový typ mlecího zařízení s funkcí drcení i mletí. Jako médium využívá samotný mlecí materiál vzájemným dopadem a mlecím účinkem k dosažení rozmělnění. Semiautogenní mlýn má přidat malý počet ocelových kuliček do autogenního mlýna, jeho zpracovatelskou kapacitu lze zvýšit o 10 % – 30 %, spotřebu energie na jednotku produktu lze snížit o 10 % – 20 %, ale opotřebení vložky je relativně zvýšené o 15 % a jemnost produktu je hrubší. Jako klíčová součást semi-autogenního mlýna jsou skořepinové vložky těla válce vážně poškozeny v důsledku nárazu ocelové koule zvednuté nosníkem vložky na vložku na druhém konci během provozu mlýna SAG.

V roce 2009 byly ve společnosti Panzhihua Iron and Steel Co., Ltd. postaveny dva nové semi-autogenní mlýny o průměru 7,53 × 4,27 s roční projektovanou kapacitou 2 miliony tun/soubor. V roce 2011 byl v koncentrátoru Baima společnosti Panzhihua Iron and Steel Co., Ltd. postaven nový semi-autogenní mlýn o průměru 9,15 × 5,03 s roční projektovanou kapacitou 5 milionů tun. Od zkušebního provozu semi-autogenního mlýna o průměru 9,15 × 5,03 dochází často k praskání plášťových vložek a mřížkové desky mlýna a rychlost provozu je pouze 55 %, což vážně ovlivňuje výrobu a efektivitu.

Poloautogenní mlýn o délce 9,15 m v dole Baima společnosti Panzhihua Iron and Steel Group používá válcovou vložku vyráběnou mnoha výrobci. Nejdelší životnost je méně než 3 měsíce a nejkratší životnost je pouze jeden týden, což vede k nízké účinnosti semi-autogenního mlýna a značně zvýšeným výrobním nákladům. H&G Machinery Co.; Ltd  šel hluboko do místa 9,15 m poloautogenní mlýn pro nepřetržité zkoumání a testování. Díky optimalizaci odlévaného materiálu, procesu odlévání a procesu tepelného zpracování přesáhla životnost skořepinových vložek vyrobených v dole Baima 4 měsíce a efekt je zřejmý.

Analýza příčin krátké životnosti vložek pláště mlýna SAG

Parametry a struktura semi-autogenního mlýna φ 9,15 × 5,03 v koncentrátoru Baima. Tabulka 1 je tabulka parametrů:

Analýza poruch starých vložek pláště mlýna SAG

Od zprovoznění semiautogenního mlýna φ 9,15 × 5,03 v koncentrátoru Baima je provozní rychlost pouze asi 55 % kvůli nepravidelnému poškození a výměně vložek mlýna, což vážně ovlivňuje ekonomické přínosy. Hlavní způsob porušení skořepinové vložky je znázorněn na obr. 1 (a). Podle šetření na místě jsou hlavní části poruch skořepinové vložky mlýna SAG a příhradová deska, což odpovídá situaci na obr. 2 (b). Vylučujeme další faktory, pouze z analýzy samotné vložky jsou hlavní problémy následující:

1. V důsledku nevhodného výběru materiálu se vložka válce během používání deformuje, což má za následek vzájemné vytlačování desky vložky, což má za následek lom a odpad;

2. Jako klíčová část vložky válce, kvůli nedostatečné odolnosti proti opotřebení, když je tloušťka vložky asi 30 mm, celková pevnost odlitku klesá a nelze odolat nárazu ocelové kuličky, což má za následek prasknutí a sešrotování;

3. Vady kvality odlitků, jako jsou nečistoty v roztavené oceli, vysoký obsah plynu a nekompaktní struktura, snižují pevnost a houževnatost odlitků.

Nové materiálové provedení vložek pláště mlýna SAG

Principem výběru chemického složení je zajistit, aby mechanické vlastnosti skořepinové vložky a mřížkové desky splňovaly následující požadavky:

1) Vysoká odolnost proti opotřebení. Opotřebení skořepinové vložky a mřížkové desky je hlavním faktorem, který vede ke snížení životnosti skořepinové vložky a odolnost proti opotřebení představuje životnost skořepinové vložky a mřížkové desky.

2) Vysoká rázová houževnatost. Rázová houževnatost je vlastnost, která může okamžitě obnovit původní stav po působení určité vnější síly. Aby vložka skořepiny a roštová deska nepraskla při dopadu ocelové koule.

Chemické složení

1) Obsah uhlíku a C je řízen mezi 0,4 % a 0,6 % za různých podmínek opotřebení, zejména rázového zatížení;

2) Výsledky ukazují, že obsah Si a Si zpevňuje ferit, zvyšuje poměr kluzu, snižuje houževnatost a plasticitu a má tendenci zvyšovat popouštěcí křehkost a obsah je řízen mezi 0,2-0,45 %;

3) Obsah Mn, prvek Mn hraje hlavně roli zpevnění roztoku, zlepšení pevnosti, tvrdosti a odolnosti proti opotřebení, zvýšení křehkosti popouštění a zdrsnění struktury a obsah je řízen mezi 0,8-2,0%;

4) Obsah chrómu, prvek Cr, důležitý prvek oceli odolné proti opotřebení, má velký zpevňující účinek na ocel a může zlepšit pevnost, tvrdost a odolnost oceli proti opotřebení a obsah je řízen mezi 1,4-3,0 %;

5) Obsah Mo, prvek Mo je jedním z hlavních prvků oceli odolné proti opotřebení, zpevňuje ferit, zjemňuje zrno, snižuje nebo odstraňuje křehkost při popouštění, zlepšuje pevnost a tvrdost oceli, obsah je řízen mezi 0,4-1,0%;

6) Obsah Ni je řízen v rozmezí 0,9-2,0 %,

7) Když je obsah vanadu malý, zjemní se velikost zrna a zlepší se houževnatost. Obsah vanadu lze regulovat v rozmezí 0,03-0,08 %;

8) Výsledky ukazují, že dezoxidace a efekt zjemnění zrna titanu jsou zřejmé a obsah je řízen mezi 0,03 % a 0,08 %;

9) Re může vyčistit roztavenou ocel, zjemnit mikrostrukturu, snížit obsah plynu a další škodlivé prvky v oceli. Pevnost, plasticitu a odolnost proti únavě vysoké oceli lze kontrolovat v rozmezí 0,04-0,08 %;

10) Obsah P a s by měl být řízen pod 0,03 %.

Chemické složení vložek pláště mlýnů SAG nového designu je tedy:

Technologie lití

Klíčové body technologie odlévání

1. Samotvrdnoucí písek oxidu uhličitého sodnokřemičitého se používá k přísné kontrole obsahu vlhkosti formovacího písku;
2. Musí být použit práškový lak z čistého zirkonu na bázi alkoholu a nesmí se používat produkty s prošlou dobou použitelnosti;
3. S použitím pěny k výrobě celého pevného vzorku musí být každý licí filet vyveden na tělo, což vyžaduje přesnou velikost a přiměřenou strukturu;
4. V procesu formování by měla být deformace přísně kontrolována a operátor by měl rovnoměrně nanášet písek a písková forma by měla být dostatečně kompaktní a rovnoměrná a zároveň by se mělo zabránit deformaci skutečného vzorku;
5. V procesu úpravy formy by měla být velikost přísně kontrolována, aby byla zajištěna rozměrová přesnost pískové formy;
6. Písková forma musí být před uzavřením krabice vysušena;
7. Zkontrolujte velikost každého jádra, abyste se vyhnuli nerovnoměrné tloušťce stěny.

Proces lití

Teplota lití je hlavním faktorem ovlivňujícím vnitřní strukturu odlitků. Je-li teplota lití příliš vysoká, přehřáté teplo roztavené oceli je velké, odlitek snadno vytváří smršťovací pórovitost a hrubou strukturu; pokud je teplota lití příliš nízká, přehřáté teplo tekuté oceli je malé a lití není dostatečné. Teplota lití je řízena mezi 1510 ℃ a 1520 ℃, což může zajistit dobrou mikrostrukturu a úplné vyplnění. Správná rychlost lití je klíčem ke kompaktní struktuře a žádné smršťovací dutině ve stoupačce. Když se rychlost nalévání blíží poloze potrubí chladicí vody, je třeba dodržovat zásadu „nejdřív pomalu, pak rychle a pak pomalu“. To znamená začít pomalu sypat. Když roztavená ocel vstupuje do licího tělesa, rychlost lití se zvýší, aby roztavená ocel rychle stoupala do stoupacího potrubí, a poté je lití pomalé. Když roztavená ocel vstoupí do 2/3 výšky nálitku, nálitek se používá k doplňování lití až do konce lití.

Tepelné zpracování

Správné legování středně a nízkouhlíkových konstrukčních ocelí může významně oddálit přeměnu perlitu a zvýraznit přeměnu bainitu, takže strukturu s převahou bainitu lze získat ve velkém rozsahu rychlosti kontinuálního ochlazování po austenitizaci, která se nazývá bainitická ocel. Bainitická ocel může získat vyšší komplexní vlastnosti s nižší rychlostí ochlazování, čímž se zjednoduší proces tepelného zpracování a sníží se deformace.

Izotermická úprava

Velkým úspěchem v oblasti metalurgie železa a oceli je získání bainitových ocelových materiálů izotermickým zpracováním, což je jeden ze směrů vývoje superocelových a nano ocelových materiálů. Proces temperování a zařízení jsou však složité, spotřeba energie je velká, cena produktu je vysoká, kalí středně znečištěné prostředí, dlouhý výrobní cyklus atd.

Úprava chlazení vzduchem

Aby se překonaly nedostatky izotermického zpracování, byl po odlití připraven druh bainitické oceli chlazením vzduchem. Aby se však získalo více bainitu, musí se přidat měď, molybden, nikl a další drahé slitiny, které mají nejen vysokou cenu, ale také špatnou houževnatost.

Léčba řízeného chlazení

Řízené chlazení bylo původně konceptem v procesu řízeného válcování oceli. V posledních letech se vyvinul v účinnou a energeticky úspornou metodu tepelného zpracování. Při tepelném zpracování lze řízeným chlazením získat navrženou mikrostrukturu a zlepšit vlastnosti oceli. Výzkum řízeného válcování a chlazení oceli ukazuje, že řízené chlazení může podporovat tvorbu pevného a houževnatého nízkouhlíkového bainitu, pokud je chemické složení oceli vhodné. Mezi běžně používané metody řízeného chlazení patří tlakové tryskové chlazení, laminární chlazení, chlazení vodní clonou, atomizační chlazení, rozprašovací chlazení, deskové turbulentní chlazení, rozprašovací chlazení vodou-vzduch a přímé kalení atd. Běžně se používá 8 druhů metod regulace chlazení .

Způsob tepelného zpracování

Podle stavu zařízení společnosti a aktuálních podmínek přijímáme metodu kontinuálního chlazení a tepelného zpracování. Specifickým procesem je zvýšení teploty ohřevu o AC3 + (50~100) Celsia podle určité rychlosti ohřevu a urychlení chlazení pomocí chladicího zařízení voda-vzduch vyvinutého naší společností tak, aby byl materiál chlazen vzduchem a samovytvrzený. Může získat úplnou a homogenní bainitovou strukturu, dosáhnout vynikajícího výkonu, zjevně lepšího než stejné produkty, a eliminovat druhé typy popouštěcí křehkosti.

Výsledky

• Metalografická struktura: 6,5 stupně Zrnitost
• HRC 45-50
• Plášťová vložka velkého semi-autogenního mlýna vyráběného naší společností se používá téměř 3,5 roku na semi-autogenním mlýnu Φ 9,15 m v dole Baima společnosti Panzhihua Iron and Steel Group Co., Ltd. životnost je více než 4 měsíce a nejdelší životnost je 7 měsíců. Se zvýšením životnosti se výrazně sníží náklady na broušení jednotky, výrazně se sníží frekvence výměny obložení, výrazně se zlepší efektivita výroby a výhoda je zřejmá.
• Výběr materiálu je klíčem ke zlepšení životnosti válcovacích vložek velkého semi-autogenního mlýna a legování ocelí je účinný způsob, jak zlepšit odolnost proti opotřebení.
• Bainitová struktura s vysokou pevností a vysokou houževnatostí je zárukou zvýšení životnosti plášťové vložky semiautogenního mlýna.
• Proces odlévání a proces tepelného zpracování jsou dokonalé, aby zajistily, že struktura odlévání je hustá, což může účinně zlepšit životnost semi-autogenní vložky pláště mlýna.

Nick Sun       [email protected]