En lektie, man kan lære af handelskrigen mellem USA og Kina og lockdowns forårsaget af coronavirus, der forårsager kaos på markederne og rammer mineproduktionsudsigterne hårdt – er, at Nordamerika skal etablere mere robuste indenlandske forsyningskæder.

USA reagerede på covid-19-krisen ved at lukke sine grænser, og virksomheder reagerede ved at begrænse produktionen, da operationer ved miner verden over gik i stå.

Nedlukninger af produktionsanlæg i Kina, der potentielt kunne afskære importen af ​​sjældne jordarter fra USA, satte fokus på det faktum, at nationen er afhængig af Kina for sine sjældne jordarters behov.

Den amerikanske regering har optrappet indsatsen for at sikre forsyningen af ​​kritiske mineraler fra lande uden for Kina. Som en del af disse initiativer underskrev den for nylig et aftalememorandum med Grønland om at gennemføre en hyperspektral undersøgelse for at kortlægge landets geologi.

Efterspørgslen efter sjældne jordarters magneter drives hovedsageligt af elektriske køretøjer, vindgeneratorer, medicinsk udstyr, smartphones og rumfarts- og forsvarsapplikationer.

Markedet for sjældne jordarters magneter på 14 milliarder dollars om året er mere end 60 % kontrolleret af Kina, som under Made in China 2025 i stigende grad bruger sjældne jordarters magneter i færdige og halvfabrikata i modsætning til at eksportere magneterne, siger USA. Rare Earth, finansierings- og udviklingspartneren for Round Top tunge sjældne jordarter og kritiske mineraler-projektet i West Texas, og industrikilder anslår, at markedet for sjældne jordarters magneter næsten vil fordobles i 2027.

USA Rare Earth køber også det udstyr, der er nødvendigt for at bygge den eneste fabrik for sjældne jordarters magnetproduktion i Amerika.

Den eneste aktive sjældne jordarters mine i USA er Mountain Pass i Californien. Efter en mølkugleperiode er den tilbage i produktion – men ejes nu af MP Materials, som næsten en tiendedel ejes af en kinesisk investor.

Når US Geological Survey laver sin årlige rapport om mineralproduktion - producerer USA teknisk set nul oxider af sjældne jordarter, fordi det, der kommer ud af Mountain Pass, bliver sendt til Kina, fortalte Dan McGroarty, USAs Rare Earth-rådgivende bestyrelsesmedlem, til MINING.COM .

Opbygning af et kritisk minerallager

McGroarty sagde i 2014, at Obama-administrationen udpegede to sjældne jordarter, terbium og dysprosium, til at være på listen over sjældne jordarter til erhvervelse i det nationale forsvarslager.

"Det var på et tidspunkt, hvor der ikke var nogen terbium- og dysprosiumproduktion i USA. Det er de to største, efter volumen, sjældne jordarter, som vi har på Round Top. I den henseende er der en meget stærk tilpasning,” sagde McGroarty.

"Den beslutning, som præsidenten traf sidste sommer, i henhold til Defense Production Act (DPA)...om at udpege hele forsyningskæden for sjældne jordarter som 'essentiel for det nationale forsvar' under DPA, det er det, der tillader finansieringen i rummet med sjældne jordarter – og der kommer mere,” sagde han.

"Vi har en meget unik forekomst i en række henseender – vi har 16 af de 17 sjældne jordarter, med mange i kategorierne sjældne jordarter, der taler til en række forsvarsapplikationer og fremstilling. Det er sandsynligvis den største tunge sjældne jordarters forekomst i verden uden for Kina,” sagde Pini Althaus, administrerende direktør for USA Rare Earth.

"Vi har også en betydelig mængde lithium, vi vil være den næststørste amerikanske producent i 2023, så vi har et meget diversificeret projekt ... med stor infrastruktur på plads."

USA Rare Earth forestiller sig en levetid på 130 år plus mine på projektet, men PEA-økonomien er fokuseret på de første 20 år.

Althaus sagde, at de er i stand til at udvaske aflejringen, hvilket er sjældent for de fleste sjældne jordarters aflejringer.

"Mellem vores capex og opex er lav - er vi i stand til at konkurrere med Kina på priser," sagde Althaus.

USA Rare Earth annoncerede i december 2019, at de åbner et pilotanlæg i Wheat Ridge, Colorado med det formål fuldt ud at adskille og rense sjældne jordarter og andre teknologiske metaller og kritiske mineraler, udvasket fra malm fra Round Top-projektet.

Colorado-pilotanlægget vil være det første forarbejdningsanlæg uden for Kina med evnen til at adskille hele rækken af ​​sjældne jordarter - lys, mellem og tunge.

Althaus sagde, at anlægget vil blive flyttet til Texas, hvor de vil begynde at bygge mine.

Wheat Ridge-anlægget er det andet stykke af en 100 % USA-baseret forsyningskæde for sjældne jordarter, der trækker på råmateriale fra Round Top.

Byggeriet af Colorado-anlægget er afsluttet og er planlagt til at åbne i næste uge, sagde Althaus.

Tidligt i april meddelte selskabet, at det har købt neodymjernbor (NdFeB) permanentmagnetfremstillingsudstyr, der tidligere var ejet og drevet i North Carolina af Hitachi Metals America.

USA Rare Earth vil oplagre udstyret i afventning af en beslutning om, hvor den nye magnetoperation skal placeres, hvor prioritet er god adgang til Round Top-projektet.

US Military er blandt mulige investorer - og Round Top er en del af opfordringerne.

Der har været to opfordringer, der er kommet ud af Department of Defense (DOD). Den første lukkede sidst i 2019 omkring behandling og afventer svar. Den 2. marts var der endnu en opfordring omkring lys sjældne jordarter.

Round Top har været en del af en DOD-bevilling, da DOD udvælger de sjældne jordarter, den ønsker behandlet og renset.

USA Rare Earth annoncerede i marts udnævnelsen af ​​den pensionerede hærgeneral Paul J. Kern til dets bestyrelse.

General Kern er medlem af Defense Science Board, oprettet ved føderal lov i 1956 for at give uafhængig rådgivning og anbefalinger om videnskabelige, tekniske, fremstillings-, anskaffelsesprocesser og -politikker og andre spørgsmål af interesse for Department of Defense.

USA Rare Earth sigter mod at have Round Top i produktion inden for 30 måneder, men McGroarty sagde, at hvis de kan fremskynde tidslinjen - vil de.

"Den beslutning, som præsidenten traf sidste sommer, i henhold til Defense Production Act (DPA) ... om at udpege en hel forsyningskæde for sjældne jordarter som et hastemateriale under DPA, det er det, der tillader finansieringen i rummet med sjældne jordarter - og der er mere kommer."

»Der vil være en betydelig indflydelse på økonomien. Vi taler om en indvirkning på 500 milliarder dollar til 1 billion dollar, i [med hensyn til] jobskabelse og fremstilling … alt til elbilsektoren,” sagde Althaus.

"Fra et praktisk synspunkt er en af ​​grundene til, at mange virksomheder er gået offshore, bortset fra lønomkostninger, råmaterialerne og forarbejdningskapaciteten er i Kina," sagde Althaus. "Det er et nationalt sikkerhedsproblem, det er et økonomisk spørgsmål, et produktionsproblem, dets jobskabelse, og USA ... forsøger at bringe det hjem igen."

Autogen mølle er en ny type slibeudstyr med både knuse- og slibefunktioner. Den bruger selve slibematerialet som medium, gennem den gensidige påvirkning og slibeeffekt for at opnå findeling. Den semi-autogene mølle skal tilføje et lille antal stålkugler til den autogene mølle, dens forarbejdningskapacitet kan øges med 10 % – 30 %, energiforbruget pr. produktenhed kan reduceres med 10 % – 20 %, men linerslid er relativt øget med 15%, og produktets finhed er grovere. Som en nøgledel af den semi-autogene mølle bliver cylinderlegemets skalforinger alvorligt beskadiget på grund af stødet fra stålkuglen løftet af linerløftebjælken på foringen i den anden ende under driften af ​​SAG-møllen.

I 2009 blev to nye semi-autogene møller med en diameter på 7,53 × 4,27 bygget i Panzhihua Iron and Steel Co., Ltd., med en årlig designkapacitet på 2 millioner tons/sæt. I 2011 blev en ny semi-autogen mølle med en diameter på 9,15 × 5,03 bygget i Baima-koncentratoren fra Panzhihua Iron and Steel Co., Ltd., med en årlig designkapacitet på 5 millioner tons. Siden prøvedriften af ​​den semi-autogene mølle med en diameter på 9,15 × 5,03, går møllens skalforinger og gitterplader ofte i stykker, og driftshastigheden er kun 55%, hvilket alvorligt påvirker produktionen og effektiviteten.

Den 9,15 m semi-autogene mølle i Baima-minen i Panzhihua Iron and Steel Group har brugt cylinderforingen produceret af mange producenter. Den længste levetid er mindre end 3 måneder, og den korteste levetid er kun en uge, hvilket fører til den lave effektivitet af den semi-autogene mølle og de stærkt øgede produktionsomkostninger. H&G Machinery Co.; Ltd  gik dybt ind på stedet for 9,15 m semi-autogen mølle til kontinuerlig undersøgelse og test. Gennem optimering af støbemateriale, støbeproces og varmebehandlingsproces har levetiden for skalforinger produceret i Baima-minen overskredet 4 måneder, og effekten er indlysende.

Årsagsanalyse af kort levetid for SAG-mølleskalforinger

Parametrene og strukturen af ​​φ 9,15 × 5,03 semi-autogen mølle i Baima koncentrator. Tabel 1 er parametertabellen:

Fejlanalyse af de gamle SAG-mølleskalforinger

Siden idriftsættelsen af ​​φ 9,15 × 5,03 semi-autogen mølle i Baima koncentrator, er driftshastigheden kun omkring 55% på grund af den uregelmæssige skade og udskiftning af mølleforinger, hvilket alvorligt påvirker de økonomiske fordele. Den primære fejltilstand for skalforingen er vist i fig. 1 (a). Ifølge undersøgelsen på stedet er SAG-møllens skalforinger og gitterplade de vigtigste fejldele, hvilket er i overensstemmelse med situationen i fig. 2 (b). Vi udelukker andre faktorer, kun fra selve lineranalysen er hovedproblemerne som følger:

1. På grund af det forkerte materialevalg deformeres cylinderens foringsplade i brugsprocessen, hvilket resulterer i den gensidige ekstrudering af foringspladen, hvilket resulterer i brud og skrot;

2. Som nøgledelen af ​​cylinderforingen, på grund af den manglende slidstyrke, når foringens tykkelse er omkring 30 mm, falder den samlede styrke af støbningen, og stålkuglens stød kan ikke modstås, hvilket resulterer i brud og ophugning;

3. Støbekvalitetsfejl, såsom urenheder i smeltet stål, højt gasindhold og ikke-kompakt struktur, reducerer støbegodsets styrke og sejhed.

Nyt materialedesign af SAG mølleskalforinger

Princippet for valg af kemisk sammensætning er at få de mekaniske egenskaber af skalforingen og gitterpladen til at opfylde følgende krav:

1) Høj slidstyrke. Slid på skalforing og gitterplade er den vigtigste faktor, der fører til reduktion af levetiden for skalforing, og slidstyrken repræsenterer levetiden for skalforing og gitterplade.

2) Høj slagfasthed. Slagsejhed er en egenskab, der kan genoprette den oprindelige tilstand efter at have påført en vis ydre kraft øjeblikkeligt. Så skalforingen og gitterpladen ikke revner under stødet af stålkuglen.

Kemisk sammensætning

1) Indholdet af kulstof og C kontrolleres mellem 0,4% og 0,6% under forskellige slidforhold, især slagbelastningen;

2) Resultaterne viser, at indholdet af Si og Si styrker ferrit, øger udbytteforholdet, reducerer sejheden og plasticiteten og har en tendens til at øge temperamentsskørhed, og indholdet styres mellem 0,2-0,45%;

3) Mn-indhold, Mn-element spiller hovedsageligt rollen som opløsningsstyrkelse, forbedring af styrke, hårdhed og slidstyrke, øget temperamentskørhed og groft struktur, og indholdet kontrolleres mellem 0,8-2,0%;

4) Chromindhold, Cr-element, et vigtigt element i slidstærkt stål, har en stor styrkende effekt på stålet og kan forbedre stålets styrke, hårdhed og slidstyrke, og indholdet styres mellem 1,4-3,0%;

5) Mo-indhold, Mo-element er et af hovedelementerne i slidstærkt stål, styrker ferrit, raffinering af korn, reducerer eller eliminerer temperamentskørhed, forbedrer stålets styrke og hårdhed, indholdet kontrolleres mellem 0,4-1,0%;

6) Indholdet af Ni styres inden for 0,9-2,0 %,

7) Når indholdet af vanadium er lille, forfines kornstørrelsen, og sejheden forbedres. Indholdet af vanadium kan styres inden for 0,03-0,08 %;

8) Resultaterne viser, at titaniums deoxidations- og kornforfiningseffekt er indlysende, og indholdet er kontrolleret mellem 0,03% og 0,08%;

9) Re kan rense smeltet stål, forfine mikrostruktur, reducere gasindhold og andre skadelige elementer i stål. Styrken, plasticiteten og udmattelsesbestandigheden af ​​højstål kan kontrolleres inden for 0,04-0,08%;

10) Indholdet af P og s bør kontrolleres under 0,03%.

Så den kemiske sammensætning af det nye design af SAG mølleskalforinger er:

Støbeteknologi

Nøglepunkter i støbeteknologi

1. Kuldioxid natriumsilikat selvhærdende sand bruges til strengt at kontrollere fugtindholdet i formsand;
2. Der skal anvendes alkoholbaseret ren zirkonpulverbelægning, og udløbne produkter må ikke anvendes.
3. Ved at bruge skum til at fremstille hele den faste prøve, skal hver støbefilet bringes ud på kroppen, hvilket kræver den præcise størrelse og rimelige struktur;
4. I støbeprocessen skal deformationen kontrolleres strengt, og operatøren skal lægge sand jævnt, og sandformen skal være kompakt nok og jævn, og på samme tid skal deformationen af ​​den rigtige prøve undgås;
5. I processen med formmodifikation skal størrelsen kontrolleres strengt for at sikre dimensionsnøjagtigheden af ​​sandform;
6. Sandformen skal tørres inden boksen lukkes;
7. Tjek størrelsen af ​​hver kerne for at undgå ujævn vægtykkelse.

Støbeproces

Hældetemperatur er den vigtigste faktor, der påvirker den interne struktur af støbegods. Hvis hældetemperaturen er for høj, er den overophedede varme af smeltet stål stor, støbningen er let at producere krympningsporøsitet og grov struktur; hvis hældetemperaturen er for lav, er den overophedede varme af flydende stål lille, og hældningen er ikke tilstrækkelig. Hældetemperaturen styres mellem 1510 ℃ og 1520 ℃, hvilket kan sikre god mikrostruktur og fuldstændig fyldning. Korrekt hældehastighed er nøglen til den kompakte struktur og ingen krympehulrum i stigrøret. Når hældehastigheden er tæt på positionen af ​​kølevandsrøret, skal princippet om "først langsom, derefter hurtig og derefter langsom" følges. Det er at begynde at hælde langsomt. Når det smeltede stål kommer ind i støbelegemet, øges hældehastigheden for at få det smeltede stål til at stige til stigrøret hurtigt, og derefter er hældningen langsom. Når det smeltede stål kommer ind i 2/3 af stigrørets højde, bruges stigrøret til at fylde udstøbningen indtil slutningen af ​​udstøbningen.

Varmebehandling

Korrekt legering af mellem- og lavkulstof-strukturstål kan betydeligt forsinke perlit-transformationen og fremhæve bainit-transformationen, så den bainit-dominerede struktur kan opnås i et stort område af kontinuerlig afkølingshastighed efter austenitisering, som kaldes bainit-stål. Bainitisk stål kan opnå højere omfattende egenskaber med en lavere kølehastighed, hvilket forenkler varmebehandlingsprocessen og reducerer deformation.

Isotermisk behandling

Det er en stor præstation inden for jern- og stålmetallurgi at opnå bainitstålmaterialer ved isotermisk behandling, hvilket er en af ​​retningerne for at udvikle superstål- og nanostålmaterialer. Besparelsesproces og -udstyr er imidlertid komplekst, energiforbruget er stort, produktomkostningerne er høje, slukker medium forureningsmiljø, lang produktionscyklus og så videre

Luftkølebehandling

For at overvinde manglerne ved isotermisk behandling blev en slags bainitisk stål fremstillet ved luftkøling efter støbning. Men for at opnå mere bainit skal der tilsættes kobber, molybdæn, nikkel og andre ædle legeringer, som ikke kun har en høj pris, men også har dårlig sejhed.

Kontrolleret kølebehandling

Kontrolleret køling var oprindeligt et koncept i processen med stålstyret valsning. I de senere år har det udviklet sig til en effektiv og energibesparende varmebehandlingsmetode. Under varmebehandlingen kan den designede mikrostruktur opnås, og stålets egenskaber kan forbedres ved kontrolleret afkøling. Forskningen i kontrolleret valsning og afkøling af stål viser, at kontrolleret køling kan fremme dannelsen af ​​stærk og sej lavkulstof-bainit, når stålets kemiske sammensætning er passende. De almindeligt anvendte metoder til kontrolleret køling omfatter trykstrålekøling, laminær køling, vandgardinkøling, forstøvningskøling, spraykøling, pladeturbulent køling, vand-luft spraykøling og direkte bratkøling osv. 8 slags kontrolkølingsmetoder er almindeligt anvendte. .

Varmebehandlingsbehandlingsmetode

I henhold til virksomhedens udstyrsstatus og faktiske forhold anvender vi en kontinuerlig kølevarmebehandlingsmetode. Den specifikke proces er at øge opvarmningstemperaturen med AC3 + (50~100) celsius i henhold til en bestemt opvarmningshastighed og accelerere afkølingen ved at bruge vand-luft-spray-køleanordningen udviklet af vores virksomhed, så materialet er luftkølet og selvhærdet. Det kan få komplet og homogen bainitstruktur, opnå fremragende ydeevne, åbenbart overlegen i forhold til de samme produkter, og eliminere andre typer af temperamentsskørhed.

Resultaterne

• Metallografisk struktur: Kornstørrelse 6,5
• HRC 45-50
• Skalforingen til den store semi-autogene mølle produceret af vores virksomhed har været brugt i næsten 3,5 år på den Φ 9,15 m semi-autogene mølle i Baima-minen i Panzhihua Iron and Steel Group Co., Ltd. levetiden er mere end 4 måneder, og den længste levetid er 7 måneder. Med forøgelsen af ​​levetiden reduceres enhedsslibeomkostningerne kraftigt, hyppigheden af ​​udskiftning af foringspladen reduceres kraftigt, produktionseffektiviteten forbedres betydeligt, og fordelen er indlysende.
• Materialevalget er nøglen til at forbedre levetiden for mølleforinger i den store semi-autogene mølle, og legeringen af ​​stålkvaliteter er en effektiv måde at forbedre slidstyrken på.
• Bainitstrukturen med høj styrke og høj sejhed er garantien for at forbedre levetiden for skalforingen på den semi-autogene mølle.
• Støbeprocessen og varmebehandlingsprocessen er perfekte til at sikre, at støbestrukturen er tæt, hvilket effektivt kan forbedre levetiden for den semi-autogene mølleskalforing.

Nick Sun       [email protected]