Eine Lektion, die man aus dem Handelskrieg zwischen den USA und China und den durch Coronaviren verursachten Lockdowns lernen muss, die die Märkte verwüsten und die Aussichten für die Bergbauproduktion hart treffen, ist, dass Nordamerika robustere heimische Lieferketten aufbauen muss.

Die USA reagierten auf die Covid-19-Krise, indem sie ihre Grenzen schlossen, und Unternehmen reagierten mit einer Einschränkung der Produktion, da der Betrieb in den Minen weltweit zum Erliegen kam.

Die Schließung von Produktionsstätten in China, die möglicherweise die Einfuhr von Seltenen Erden aus den USA unterbrechen könnten, warf ein Schlaglicht auf die Tatsache, dass die Nation bei ihrem Bedarf an Seltenen Erden auf China angewiesen ist.

Die US-Regierung hat ihre Bemühungen verstärkt, um die Versorgung mit kritischen Mineralien von außerhalb Chinas sicherzustellen. Als Teil dieser Initiativen hat es kürzlich eine Absichtserklärung mit Grönland unterzeichnet, um eine hyperspektrale Vermessung durchzuführen, um die Geologie des Landes zu kartieren.

Die Nachfrage nach Seltenerdmagneten wird hauptsächlich von Elektrofahrzeugen, Windgeneratoren, medizinischen Geräten, Smartphones sowie Luft- und Raumfahrt- und Verteidigungsanwendungen angetrieben.

Der Markt für Seltenerdmagnete im Wert von 14 Milliarden US-Dollar pro Jahr wird zu mehr als 60 % von China kontrolliert, das im Rahmen von „Made in China 2025“ zunehmend Seltenerdmagnete in fertigen und halbfertigen Produkten verwendet, anstatt die Magnete zu exportieren, sagen die USA Rare Earth, der Finanzierungs- und Entwicklungspartner des Round Top-Projekts für schwere Seltene Erden und kritische Mineralien in Westtexas, und Branchenquellen schätzen, dass sich der Magnetmarkt für Seltene Erden bis 2027 nahezu verdoppeln wird.

USA Rare Earth erwirbt auch die Ausrüstung, die für den Bau der einzigen Produktionsanlage für Seltenerdmagnete in Amerika erforderlich ist.

Die einzige aktive Mine für seltene Erden in den USA ist Mountain Pass in Kalifornien. Nach einer Mottenperiode ist es wieder in Produktion – gehört aber jetzt MP Materials, das zu fast einem Zehntel einem chinesischen Investor gehört.

Wenn der US Geological Survey seinen Jahresbericht über die Mineralproduktion erstellt, produzieren die USA technisch gesehen keine Seltenerdoxide, weil das, was aus Mountain Pass kommt, nach China verschifft wird, sagte Dan McGroarty, Mitglied des USA Rare Earth Advisory Board, gegenüber MINING.COM .

Aufbau eines Vorrats an kritischen Mineralien

McGroarty sagte im Jahr 2014, die Obama-Regierung habe zwei seltene Erden, Terbium und Dysprosium, auf der Liste der seltenen Erden für den Erwerb in den Vorrat der National Defense festgelegt.

„Das war zu einem Zeitpunkt, als es in den USA keine Terbium- und Dysprosiumproduktion gab. Das sind die beiden volumenmäßig größten Seltenen Erden, die wir bei Round Top haben. In dieser Hinsicht gibt es eine sehr starke Ausrichtung“, sagte McGroarty.

„Die Entscheidung, die der Präsident im vergangenen Sommer gemäß dem Defense Production Act (DPA) getroffen hat … die gesamte Lieferkette für Seltene Erden als ‚wesentlich für die Landesverteidigung‘ gemäß DPA zu bezeichnen, ermöglicht die Finanzierung im Bereich der Seltenen Erden – und es kommen noch mehr“, sagte er.

„Wir haben in vielerlei Hinsicht eine sehr einzigartige Lagerstätte – wir haben 16 der 17 Seltenen Erden, mit vielen in den Kategorien der Seltenen Erden, die für eine Reihe von Verteidigungsanwendungen und Herstellung sprechen. Es ist wahrscheinlich die weltweit größte Lagerstätte für schwere Seltene Erden außerhalb Chinas“, sagte Pini Althaus, CEO von USA Rare Earth.

„Wir haben auch eine beträchtliche Menge an Lithium, wir werden bis 2023 der zweitgrößte US-Produzent sein, also haben wir ein sehr diversifiziertes Projekt … mit einer großen Infrastruktur.“

USA Rare Earth sieht für das Projekt eine Minenlebensdauer von über 130 Jahren vor, aber die Wirtschaftlichkeit der PEA konzentriert sich auf die ersten 20 Jahre.

Althaus sagte, dass sie in der Lage sind, die Lagerstätte zu laugen, was für die meisten Lagerstätten seltener Erden selten ist.

„Obwohl unsere Investitions- und Betriebskosten niedrig sind – wir sind in der Lage, bei der Preisgestaltung mit China zu konkurrieren“, sagte Althaus.

USA Rare Earth gab im Dezember 2019 bekannt, dass es eine Pilotanlage in Wheat Ridge, Colorado, eröffnet, um Seltenerdmetalle und andere technische Metalle und kritische Mineralien, die aus dem Erz des Round Top-Projekts ausgelaugt werden, vollständig abzutrennen und zu reinigen.

Die Pilotanlage in Colorado wird die erste Verarbeitungsanlage außerhalb Chinas sein, die in der Lage ist, die gesamte Palette der Seltenen Erden – leichte, mittlere und schwere – zu trennen.

Althaus sagte, die Anlage werde nach Texas verlegt, wo mit dem Bau der Mine begonnen werde.

Die Anlage in Wheat Ridge ist das zweite Glied einer zu 100 % in den USA ansässigen Lieferkette für Seltenerdoxide, die auf Rohstoffe von Round Top zurückgreift.

Der Bau der Anlage in Colorado ist abgeschlossen und soll in der nächsten Woche eröffnet werden, sagte Althaus.

Anfang April gab das Unternehmen bekannt, dass es die Neodym-Eisen-Bor (NdFeB)-Permanentmagnet-Fertigungsanlage gekauft hat, die Hitachi Metals America früher in North Carolina gehörte und von Hitachi Metals America betrieben wurde.

USA Rare Earth wird die Ausrüstung lagern, bis eine Entscheidung darüber getroffen ist, wo der neue Magnetbetrieb angesiedelt werden soll, wobei der gute Zugang zum Round Top-Projekt Priorität hat.

Das US-Militär gehört zu den möglichen Investoren – und Round Top ist Teil der Bewerbungen.

Es gab zwei Anfragen, die vom Verteidigungsministerium (DOD) kamen. Die erste schloss Ende 2019 rund um die Bearbeitung und wartet auf eine Antwort. Am 2. März gab es eine weitere Ausschreibung rund um leichte Seltene Erden.

Round Top war Teil eines DOD-Zuschusses, da das DOD die Seltenen Erden auswählt, die verarbeitet und gereinigt werden sollen.

USA Rare Earth gab im März die Ernennung des pensionierten Armeegenerals Paul J. Kern in seinen Vorstand bekannt.

General Kern ist Mitglied des Defense Science Board, das 1956 per Bundesgesetz gegründet wurde, um unabhängige Ratschläge und Empfehlungen zu wissenschaftlichen, technischen, Herstellungs-, Akquisitionsprozessen und -richtlinien sowie anderen Angelegenheiten von Interesse für das Verteidigungsministerium zu geben.

USA Rare Earth strebt an, Round Top innerhalb von 30 Monaten in Produktion zu bringen, aber McGroarty sagte, wenn sie den Zeitplan beschleunigen können – sie werden es tun.

„Die Entscheidung, die der Präsident letzten Sommer unter dem Defense Production Act (DPA) getroffen hat … eine ganze Lieferkette für seltene Erden als dringendes Material unter dem DPA zu bezeichnen, das ist es, was die Finanzierung im Bereich der seltenen Erden ermöglicht – und das gibt es mehr kommen.“

„Es wird erhebliche Auswirkungen auf die Wirtschaft geben. Wir sprechen von Auswirkungen in Höhe von 500 bis 1 Billion US-Dollar bei der Schaffung von Arbeitsplätzen und der Herstellung … alles im Elektrofahrzeugsektor“, sagte Althaus.

„Aus praktischer Sicht ist einer der Gründe, warum viele Unternehmen ins Ausland gegangen sind, abgesehen von den Arbeitskosten, die Rohstoffe und Verarbeitungskapazitäten in China“, sagte Althaus. „Es ist ein nationales Sicherheitsproblem, es ist ein Wirtschaftsproblem, ein Produktionsproblem, die Schaffung von Arbeitsplätzen, und die USA … versuchen, das nach Hause zu bringen.“

Die autogene Mühle ist eine neue Art von Mahlausrüstung mit Zerkleinerungs- und Mahlfunktionen. Es nutzt das Mahlgut selbst als Medium, um durch den gegenseitigen Aufprall und Mahleffekt eine Zerkleinerung zu erreichen. Die halbautogene Mühle soll eine kleine Anzahl von Stahlkugeln in die autogene Mühle geben, ihre Verarbeitungskapazität kann um 10% – 30% erhöht werden, der Energieverbrauch pro Produkteinheit kann um 10% – 20% reduziert werden, aber die Der Auskleidungsverschleiß ist relativ um 15% erhöht und die Produktfeinheit ist gröber. Als Schlüsselteil der halbautogenen Mühle werden die Schalenauskleidungen des Zylinderkörpers durch den Aufprall der vom Auskleidungs-Hebebalken angehobenen Stahlkugel auf die Auskleidung am anderen Ende während des Betriebs der SAG-Mühle ernsthaft beschädigt.

Im Jahr 2009 wurden in Panzhihua Iron and Steel Co., Ltd. zwei neue halbautogene Mühlen mit einem Durchmesser von 7,53 × 4,27 und einer jährlichen Auslegungskapazität von 2 Millionen Tonnen/Set gebaut. Im Jahr 2011 wurde im Baima-Konzentrator der Panzhihua Iron and Steel Co., Ltd. eine neue halbautogene Mühle mit einem Durchmesser von 9,15 × 5,03 und einer jährlichen Auslegungskapazität von 5 Millionen Tonnen gebaut. Seit dem Probebetrieb der halbautogenen Mühle mit einem Durchmesser von 9,15 × 5,03 brechen häufig die Mantelauskleidungen und die Gitterplatte der Mühle, und die Betriebsrate beträgt nur 55%, was die Produktion und Effizienz ernsthaft beeinträchtigt.

Das halbautogene 9,15-m-Walzwerk in der Baima-Mine der Panzhihua Iron and Steel Group hat Zylinderlaufbuchsen vieler Hersteller verwendet. Die längste Lebensdauer beträgt weniger als 3 Monate und die kürzeste Lebensdauer nur eine Woche, was zu der geringen Effizienz der halbautogenen Mühle und den stark erhöhten Produktionskosten führt. H&G Machinery Co.; Ltd  ging tief in das Gelände der 9,15 m langen halbautogenen Mühle, um sie kontinuierlich zu untersuchen und zu testen. Durch die Optimierung des Gussmaterials, des Gussverfahrens und des Wärmebehandlungsprozesses hat die Lebensdauer der in der Baima-Mine hergestellten Schalenauskleidungen 4 Monate überschritten, und die Wirkung ist offensichtlich.

Ursachenanalyse der kurzen Lebensdauer von SAG-Mühlenmantelauskleidungen

Die Parameter und die Struktur der halbautogenen Mühle φ 9,15 × 5,03 im Baima-Konzentrator. Tabelle 1 ist die Parametertabelle:

Schadensanalyse der alten SAG-Mühlenmantelauskleidungen

Seit der Inbetriebnahme der halbautogenen φ 9,15 × 5,03-Mühle im Baima-Konzentrator beträgt die Betriebsrate aufgrund der unregelmäßigen Beschädigung und des Austauschs von Mühlenauskleidungen nur etwa 55 %, was die wirtschaftlichen Vorteile ernsthaft beeinträchtigt. Die Hauptversagensart des Shell-Liners ist in Abb. 1 (a) dargestellt. Gemäß der Vor-Ort-Untersuchung sind die SAG-Mühlenmantelauskleidungen und die Gitterplatte die Hauptversagensteile, was mit der Situation in Abb. 2 (b) übereinstimmt. Wir schließen andere Faktoren aus, nur aus der Analyse des Liners selbst, die Hauptprobleme sind wie folgt:

1. Aufgrund der falschen Materialauswahl verformt sich die Auskleidungsplatte des Zylinders während des Gebrauchs, was zu einer gegenseitigen Extrusion der Auskleidungsplatte führt, was zu Bruch und Ausschuss führt;

2. Da es sich um den Schlüsselteil der Zylinderlaufbuchse handelt, nimmt aufgrund der mangelnden Verschleißfestigkeit bei einer Laufbuchsendicke von etwa 30 mm die Gesamtfestigkeit des Gussstücks ab, und der Aufprall der Stahlkugel kann nicht widerstanden werden, was zu einem Bruch führt Verschrottung;

3. Gussqualitätsmängel, wie z. B. Verunreinigungen in geschmolzenem Stahl, hoher Gasgehalt und nicht kompakte Struktur, verringern die Festigkeit und Zähigkeit von Gussteilen.

Neues Materialdesign der SAG-Mühlenmantelauskleidungen

Das Prinzip der Auswahl der chemischen Zusammensetzung besteht darin, dass die mechanischen Eigenschaften der Schalenauskleidung und der Gitterplatte die folgenden Anforderungen erfüllen:

1) Hohe Verschleißfestigkeit. Der Verschleiß der Schalenauskleidung und der Gitterplatte ist der Hauptfaktor, der zu einer Verringerung der Lebensdauer der Schalenauskleidung führt, und die Verschleißfestigkeit repräsentiert die Lebensdauer der Schalenauskleidung und der Gitterplatte.

2) Hohe Schlagzähigkeit. Die Schlagzähigkeit ist eine Eigenschaft, die den ursprünglichen Zustand wiederherstellen kann, nachdem sie einer bestimmten äußeren Kraft ausgesetzt wurde, sofort. Damit die Schalenauskleidung und die Gitterplatte beim Aufprall einer Stahlkugel nicht reißen.

Chemische Zusammensetzung

1) Der Gehalt an Kohlenstoff und C wird unter verschiedenen Verschleißbedingungen, insbesondere der Stoßbelastung, zwischen 0,4 % und 0,6 % gesteuert;

2) Die Ergebnisse zeigen, dass der Gehalt an Si und Si Ferrit festigt, das Streckgrenzenverhältnis erhöht, die Zähigkeit und Plastizität verringert und die Tendenz hat, die Anlasssprödigkeit zu erhöhen, und der Gehalt zwischen 0,2–0,45 % eingestellt wird;

3) Mn-Gehalt, Mn-Element spielt hauptsächlich die Rolle der Lösungsverfestigung, Verbesserung der Festigkeit, Härte und Verschleißfestigkeit, Erhöhung der Anlasssprödigkeit und Vergröberung der Struktur, und der Gehalt wird zwischen 0,8 und 2,0 % eingestellt;

4) Chromgehalt, Cr-Element, ein wichtiges Element von verschleißfestem Stahl, hat eine große Verstärkungswirkung auf den Stahl und kann die Festigkeit, Härte und Verschleißfestigkeit des Stahls verbessern, und der Gehalt wird zwischen 1,4 und 3,0 % eingestellt;

5) Mo-Gehalt, Mo-Element ist eines der Hauptelemente von verschleißfestem Stahl, stärkt Ferrit, verfeinert das Korn, reduziert oder beseitigt Anlasssprödigkeit, verbessert die Festigkeit und Härte von Stahl, der Gehalt wird zwischen 0,4 und 1,0 % kontrolliert;

6) Der Gehalt an Ni wird innerhalb von 0,9–2,0 % kontrolliert,

7) Wenn der Vanadiumgehalt gering ist, wird die Korngröße verfeinert und die Zähigkeit verbessert. Der Gehalt an Vanadium kann innerhalb von 0,03-0,08 % kontrolliert werden;

8) Die Ergebnisse zeigen, dass die Desoxidations- und Kornverfeinerungswirkung von Titan offensichtlich ist und der Gehalt zwischen 0,03 % und 0,08 % kontrolliert wird;

9) Re kann geschmolzenen Stahl reinigen, die Mikrostruktur verfeinern, den Gasgehalt und andere schädliche Elemente im Stahl reduzieren. Die Festigkeit, Plastizität und Ermüdungsbeständigkeit von Hochstahl kann innerhalb von 0,04 bis 0,08 % kontrolliert werden;

10) Der Gehalt an P und S sollte unter 0,03 % gehalten werden.

Die chemische Zusammensetzung der SAG-Mühlenmantelauskleidungen im neuen Design ist also:

Gießtechnik

Eckpunkte der Gießtechnik

1. Kohlendioxid-Natriumsilikat-selbsthärtender Sand wird verwendet, um den Feuchtigkeitsgehalt von Formsand streng zu kontrollieren;
2. Reine Zirkon-Pulverbeschichtung auf Alkoholbasis sollte verwendet werden, und abgelaufene Produkte dürfen nicht verwendet werden;
3. Unter Verwendung von Schaum zur Herstellung der gesamten festen Probe muss jede Gussleiste auf dem Körper herausgebracht werden, was die genaue Größe und angemessene Struktur erfordert;
4. Beim Formprozess sollte die Verformung streng kontrolliert werden, und der Bediener sollte den Sand gleichmäßig auftragen, und die Sandform sollte kompakt genug und gleichmäßig sein, und gleichzeitig sollte die Verformung der realen Probe vermieden werden;
5. Bei der Modifizierung der Form sollte die Größe streng überprüft werden, um die Maßhaltigkeit der Sandform sicherzustellen.
6. Die Sandform muss vor dem Schließen der Box getrocknet werden;
7. Überprüfen Sie die Größe jedes Kerns, um eine ungleichmäßige Wandstärke zu vermeiden.

Auswahlprozess

Die Gießtemperatur ist der Hauptfaktor, der die innere Struktur von Gussteilen beeinflusst. Wenn die Gießtemperatur zu hoch ist, ist die überhitzte Wärme des geschmolzenen Stahls groß, das Gießen ist leicht zu erzeugen, Schrumpfporosität und grobe Struktur; Wenn die Gießtemperatur zu niedrig ist, ist die Überhitzungswärme von flüssigem Stahl gering und das Gießen ist nicht ausreichend. Die Gießtemperatur wird zwischen 1510 ℃ und 1520 ℃ geregelt, was eine gute Mikrostruktur und eine vollständige Füllung gewährleisten kann. Die richtige Gießgeschwindigkeit ist der Schlüssel für die kompakte Struktur und keine Schrumpfungshohlräume im Steigrohr. Wenn die Gießgeschwindigkeit nahe der Position des Kühlwasserrohrs liegt, muss das Prinzip „zuerst langsam, dann schnell und dann langsam“ befolgt werden. Das heißt langsam anfangen zu gießen. Wenn der geschmolzene Stahl in den Gusskörper eintritt, wird die Gießgeschwindigkeit erhöht, damit der geschmolzene Stahl schnell zum Riser aufsteigt, und dann ist das Gießen langsam. Wenn der geschmolzene Stahl 2/3 der Steigrohrhöhe erreicht, wird das Steigrohr verwendet, um das Gießen bis zum Ende des Gießens nachzuholen.

Wärmebehandlung

Das richtige Legieren von Baustählen mit mittlerem und niedrigem Kohlenstoffgehalt kann die Perlitumwandlung erheblich verzögern und die Bainitumwandlung hervorheben, so dass die Bainit-dominierte Struktur in einem großen Bereich kontinuierlicher Abkühlungsgeschwindigkeit nach dem Austenitisieren erhalten werden kann, was als bainitischer Stahl bezeichnet wird. Bainitischer Stahl kann umfassendere Eigenschaften mit einer niedrigeren Abkühlungsgeschwindigkeit erreichen, wodurch der Wärmebehandlungsprozess vereinfacht und die Verformung verringert wird.

Isotherme Behandlung

Es ist eine große Errungenschaft auf dem Gebiet der Eisen- und Stahlmetallurgie, Bainitstahlmaterialien durch isotherme Behandlung zu erhalten, was eine der Richtungen zur Entwicklung von Superstahl- und Nanostahlmaterialien ist. Der Austemperprozess und die Ausrüstung sind jedoch komplex, der Energieverbrauch ist hoch, die Produktkosten sind hoch, die Umgebung wird von mittlerer Umweltverschmutzung abgeschreckt, der Produktionszyklus ist lang und so weiter

Luftkühlbehandlung

Um die Nachteile der isothermischen Behandlung zu überwinden, wurde eine Art bainitischer Stahl durch Luftkühlung nach dem Gießen hergestellt. Um jedoch mehr Bainit zu erhalten, müssen Kupfer, Molybdän, Nickel und andere Edellegierungen hinzugefügt werden, was nicht nur teuer ist, sondern auch eine schlechte Zähigkeit aufweist.

Kontrollierte Kühlbehandlung

Die kontrollierte Kühlung war ursprünglich ein Konzept im Prozess des kontrollierten Walzens von Stahl. Sie hat sich in den letzten Jahren zu einem effizienten und energiesparenden Wärmebehandlungsverfahren entwickelt. Während der Wärmebehandlung kann das gewünschte Gefüge erreicht und die Eigenschaften des Stahls durch kontrolliertes Abkühlen verbessert werden. Die Forschung zum kontrollierten Walzen und Abkühlen von Stahl zeigt, dass kontrolliertes Abkühlen die Bildung von starkem und zähem Bainit mit niedrigem Kohlenstoffgehalt fördern kann, wenn die chemische Zusammensetzung des Stahls geeignet ist. Zu den üblicherweise verwendeten Methoden der kontrollierten Kühlung gehören Druckstrahlkühlung, Laminarkühlung, Wasservorhangkühlung, Zerstäubungskühlung, Sprühkühlung, Plattenturbulenzkühlung, Wasser-Luft-Sprühkühlung und direktes Abschrecken usw. Üblicherweise werden 8 Arten von kontrollierten Kühlmethoden verwendet .

Verfahren zur Wärmebehandlung

Entsprechend dem Ausrüstungsstatus und den tatsächlichen Bedingungen des Unternehmens wenden wir eine kontinuierliche Kühlwärmebehandlungsmethode an. Der spezifische Prozess besteht darin, die Heiztemperatur um AC3 + (50 ~ 100) Celsius gemäß einer bestimmten Heizrate zu erhöhen und das Abkühlen zu beschleunigen, indem das von unserer Firma entwickelte Wasser-Luft-Sprühkühlgerät verwendet wird, damit das Material luftgekühlt wird und selbst gehärtet. Es kann eine vollständige und homogene Bainitstruktur erhalten, eine hervorragende Leistung erzielen, die den gleichen Produkten offensichtlich überlegen ist, und zweite Arten von Anlasssprödigkeit beseitigen.

Die Ergebnisse

• Metallographische Struktur: Korngröße 6,5
• HRC 45-50
• Die Schalenauskleidung der großen halbautogenen Mühle, die von unserem Unternehmen hergestellt wird, wird seit fast 3,5 Jahren in der halbautogenen Mühle mit Φ 9,15 m in der Baima-Mine der Panzhihua Iron and Steel Group Co., Ltd. verwendet. Die Lebensdauer beträgt mehr als 4 Monate und die längste Lebensdauer beträgt 7 Monate. Mit der Erhöhung der Lebensdauer werden die Schleifkosten pro Einheit stark reduziert, die Häufigkeit des Austauschs der Auskleidungsplatte wird stark reduziert, die Produktionseffizienz wird erheblich verbessert und der Vorteil liegt auf der Hand.
• Die Materialauswahl ist der Schlüssel zur Verbesserung der Lebensdauer der Mühlenauskleidungen der großen halbautogenen Mühle, und das Legieren von Stahlsorten ist ein wirksames Mittel zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit.
• Das Bainitgefüge mit hoher Festigkeit und hoher Zähigkeit ist der Garant für eine verbesserte Standzeit des Mantelmantels der halbautogenen Mühle.
• Der Gießprozess und der Wärmebehandlungsprozess sind perfekt, um sicherzustellen, dass die Gussstruktur dicht ist, was die Lebensdauer der halbautogenen Mühlenmantelauskleidung effektiv verbessern kann.

Nick Sun       [email protected]