Une leçon à tirer de la guerre commerciale entre les États-Unis et la Chine et des fermetures induites par les coronavirus qui font des ravages sur les marchés et qui affectent fortement les perspectives de production minière - est que l'Amérique du Nord doit établir des chaînes d'approvisionnement nationales plus robustes.

Les États-Unis ont répondu à la crise du Covid-19 en fermant leurs frontières et les entreprises ont réagi en limitant la production, alors que les opérations dans les mines du monde entier s'arrêtaient.

Les fermetures d'usines de fabrication en Chine qui pourraient potentiellement couper les importations de terres rares aux États-Unis ont mis en lumière le fait que le pays dépend de la Chine pour ses besoins en terres rares.

Le gouvernement américain a intensifié ses efforts pour assurer l'approvisionnement en minéraux essentiels de l'extérieur de la Chine. Dans le cadre de ces initiatives, il a récemment signé un protocole d'accord avec le Groenland pour mener une étude hyper-spectrale afin de cartographier la géologie du pays.

La demande d'aimants pour les terres rares est principalement tirée par les véhicules électriques, les éoliennes, les appareils médicaux, les téléphones intelligents et les applications aérospatiales et de défense.

Le marché des aimants de terres rares de 14 milliards de dollars par an est contrôlé à plus de 60% par la Chine qui, dans le cadre du Made in China 2025, utilise de plus en plus des aimants de terres rares dans les produits finis et semi-finis, par opposition à l'exportation des aimants, selon les États-Unis. Rare Earth, le partenaire de financement et de développement du projet Round Top de terres rares lourdes et de minéraux critiques dans l'ouest du Texas, et des sources de l'industrie estiment que le marché des aimants de terres rares doublera presque d'ici 2027.

USA Rare Earth achète également l'équipement nécessaire à la construction de la seule usine de production d'aimants de terres rares dans les Amériques.

La seule mine de terres rares active aux États-Unis est Mountain Pass en Californie. Après une période de mise en veilleuse, il est de retour en production - mais appartient maintenant à MP Materials, qui appartient presque au dixième à un investisseur chinois.

Lorsque l'US Geological Survey publie son rapport annuel sur la production minérale - les États-Unis ne produisent techniquement aucun oxyde de terres rares parce que ce qui sort de Mountain Pass est expédié en Chine, a déclaré Dan McGroarty, membre du comité consultatif des États-Unis sur les terres rares, à MINING.COM .

Construire un stock de minéraux critiques

McGroarty a déclaré qu'en 2014, l'administration Obama avait désigné deux terres rares, le terbium et le dysprosium, pour figurer sur la liste des terres rares en vue de leur acquisition dans le stock de la Défense nationale.

«C'était à un point où il n'y avait pas de production de terbium et de dysprosium aux États-Unis. Ce sont les deux plus grandes terres rares, en volume, que nous avons à Round Top. À cet égard, il y a un alignement très fort », a déclaré McGroarty.

«La décision que le président a prise l'été dernier, en vertu de la Loi sur la production de défense (DPA)… de désigner l'ensemble de la chaîne d'approvisionnement des terres rares comme« essentiel à la défense nationale »en vertu de la DPA, c'est ce qui permet le financement dans l'espace des terres rares - et il y en a d'autres à venir », a-t-il déclaré.

«Nous avons un gisement très unique à plusieurs égards - nous avons 16 des 17 terres rares, avec beaucoup dans les catégories de terres rares qui parlent d'un certain nombre d'applications de défense et de fabrication. Il s'agit probablement du plus grand gisement de terres rares lourdes au monde en dehors de la Chine », a déclaré Pini Althaus, PDG de USA Rare Earth.

«Nous avons également une quantité importante de lithium, nous serons le deuxième plus grand producteur américain d'ici 2023, nous avons donc un projet très diversifié… avec une infrastructure majeure en place.»

USA Rare Earth prévoit une durée de vie de la mine de 130 ans et plus sur le projet, mais l'économie du PEA se concentre sur les 20 premières années.

Althaus a déclaré qu'ils étaient capables de lessiver le gisement, ce qui est rare pour la plupart des gisements de terres rares.

"Entre notre capex et notre opex étant bas - nous sommes en mesure de rivaliser avec la Chine sur les prix", a déclaré Althaus.

USA Rare Earth a annoncé en décembre 2019 l'ouverture d'une usine pilote à Wheat Ridge, dans le Colorado, dans le but de séparer et de purifier entièrement les terres rares et autres métaux technologiques et minéraux critiques, lixiviés du minerai du projet Round Top.

L'usine pilote du Colorado sera la première usine de traitement en dehors de la Chine avec la capacité de séparer la gamme complète des terres rares - lumières, médiums et poids lourds.

Althaus a déclaré que l'usine serait déplacée au Texas, où ils commenceront la construction de la mine.

L'usine de Wheat Ridge est le deuxième élément d'une chaîne d'approvisionnement en oxyde de terres rares basée à 100% aux États-Unis, puisant dans les matières premières de Round Top.

La construction de l'usine du Colorado est terminée et devrait ouvrir ses portes la semaine prochaine, a déclaré Althaus.

Début avril, la société a annoncé qu'elle avait acheté l'équipement de fabrication d'aimants permanents en néodyme-fer-bore (NdFeB), anciennement détenu et exploité en Caroline du Nord par Hitachi Metals America.

USA Rare Earth entreposera l'équipement en attendant une décision sur l'emplacement du nouvel aimant, la priorité étant un bon accès au projet Round Top.

L'armée américaine fait partie des investisseurs potentiels - et Round Top fait partie des sollicitations.

Il y a eu deux sollicitations émanant du ministère de la Défense (DOD). Le premier a clôturé fin 2019 autour du traitement et attend une réponse. Le 2 mars, il y a eu une autre sollicitation autour des terres rares légères.

Round Top fait partie d'une subvention du DOD, car le DOD sélectionne les terres rares qu'il souhaite traiter et purifier.

USA Rare Earth a annoncé en mars la nomination du général à la retraite Paul J. Kern à son conseil d'administration.

Le général Kern est membre du Defense Science Board, créé par la loi fédérale en 1956 pour fournir des conseils et des recommandations indépendants sur les politiques et processus scientifiques, techniques, de fabrication, d'acquisitions et d'autres questions intéressant le ministère de la Défense.

USA Rare Earth vise à avoir Round Top en production dans les 30 mois, mais McGroarty a déclaré que s'ils pouvaient accélérer le calendrier - ils le feraient.

«La décision que le président a prise l'été dernier, en vertu de la Loi sur la production de défense (DPA)… de désigner toute une chaîne d'approvisionnement pour les terres rares comme un matériau d'urgence en vertu de la DPA, c'est ce qui permet le financement dans l'espace des terres rares - et il y a plus à venir. "

«Il y aura un impact significatif sur l'économie. Nous parlons d'un impact de 500 milliards à 1 billion de dollars, [en termes de] création d'emplois et de fabrication… tout pour le secteur des véhicules électriques », a déclaré Althaus.

"D'un point de vue pratique, l'une des raisons pour lesquelles de nombreuses entreprises ont délocalisé, les coûts de main-d'œuvre mis à part, les matières premières et les capacités de transformation sont en Chine", a déclaré Althaus. «C'est un problème de sécurité nationale, c'est un problème économique, un problème de fabrication, sa création d'emplois, et les États-Unis… essaient de ramener cela à la maison.»

Le broyeur autogène est un nouveau type d'équipement de broyage avec des fonctions de concassage et de broyage. Il utilise le matériau de broyage lui-même comme support, à travers l'impact mutuel et l'effet de broyage pour obtenir la comminution. Le broyeur semi-autogène doit ajouter un petit nombre de billes d'acier dans le broyeur autogène, sa capacité de traitement peut être augmentée de 10 % à 30 %, la consommation d'énergie par unité de produit peut être réduite de 10 % à 20 %, mais le l'usure du revêtement est relativement augmentée de 15% et la finesse du produit est plus grossière. En tant qu'élément clé du broyeur semi-autogène, les chemises de coque du corps du cylindre sont gravement endommagées en raison de l'impact de la bille d'acier soulevée par la poutre de levage de la chemise sur la chemise à l'autre extrémité pendant le fonctionnement du broyeur SAG.

En 2009, deux nouveaux broyeurs semi-autogènes d'un diamètre de 7,53 × 4,27 ont été construits à Panzhihua Iron and Steel Co., Ltd., avec une capacité de conception annuelle de 2 millions de tonnes/ensemble. En 2011, un nouveau broyeur semi-autogène d'un diamètre de 9,15 × 5,03 a été construit dans le concentrateur Baima de Panzhihua Iron and Steel Co., Ltd., avec une capacité de conception annuelle de 5 millions de tonnes. Depuis l'essai de fonctionnement du broyeur semi-autogène d'un diamètre de 9,15 × 5,03, les revêtements de coque et la plaque de grille du broyeur se cassent souvent et le taux de fonctionnement n'est que de 55 %, ce qui affecte sérieusement la production et l'efficacité.

Le broyeur semi-autogène de 9,15 m de la mine Baima du Panzhihua Iron and Steel Group a utilisé la chemise de cylindre produite par de nombreux fabricants. La durée de vie la plus longue est inférieure à 3 mois et la durée de vie la plus courte n'est que d'une semaine, ce qui entraîne une faible efficacité du broyeur semi-autogène et un coût de production considérablement accru. H&G Machinery Co. ; Ltd  a pénétré en profondeur sur le site du broyeur semi-autogène de 9,15 m pour une enquête et des tests continus. Grâce à l'optimisation du matériau de coulée, du processus de coulée et du processus de traitement thermique, la durée de vie des revêtements de coque produits dans la mine Baima a dépassé 4 mois, et l'effet est évident.

Analyse des causes de la courte durée de vie des revêtements de coque du broyeur SAG

Les paramètres et la structure du broyeur semi-autogène φ 9,15 × 5,03 dans le concentrateur Baima. Le tableau 1 est le tableau des paramètres :

Analyse de défaillance des chemises de carapace de l'ancien broyeur SAG

Depuis la mise en service du broyeur semi-autogène φ 9,15 × 5,03 dans le concentrateur de Baima, le taux de fonctionnement n'est que d'environ 55 % en raison des dommages irréguliers et du remplacement des revêtements du broyeur, ce qui affecte sérieusement les avantages économiques. Le principal mode de défaillance de la doublure de coque est illustré à la Fig. 1 (a). Selon l'enquête sur site, les chemises de coque et la plaque en treillis du broyeur SAG sont les principales pièces défectueuses, ce qui correspond à la situation de la Fig. 2 (b). Nous excluons d'autres facteurs, uniquement de l'analyse de la doublure elle-même, les principaux problèmes sont les suivants :

1. En raison de la mauvaise sélection des matériaux, la plaque de revêtement du cylindre se déforme au cours du processus d'utilisation, ce qui entraîne l'extrusion mutuelle de la plaque de revêtement, entraînant une fracture et des rebuts ;

2. En tant qu'élément clé de la chemise de cylindre, en raison du manque de résistance à l'usure, lorsque l'épaisseur de la chemise est d'environ 30 mm, la résistance globale de la pièce moulée diminue et l'impact de la bille d'acier ne peut pas être résisté, entraînant une fracture et mise au rebut ;

3. Les défauts de qualité de moulage, tels que les impuretés dans l'acier fondu, la teneur élevée en gaz et la structure non compacte, réduisent la résistance et la ténacité des pièces moulées.

Nouvelle conception de matériau des revêtements de coque de broyeur SAG

Le principe de sélection de la composition chimique est de faire en sorte que les propriétés mécaniques de la calandre et de la plaque grillagée répondent aux exigences suivantes :

1) Haute résistance à l'usure. L'usure de la doublure de coque et de la plaque de grille est le principal facteur qui entraîne la diminution de la durée de vie de la doublure de coque, et la résistance à l'usure représente la durée de vie de la doublure de coque et de la plaque de grille.

2) Résistance élevée aux chocs. La résistance aux chocs est une caractéristique qui peut retrouver l'état d'origine après avoir supporté instantanément certaines forces externes. Pour que la doublure de coque et la plaque de grille ne se fissurent pas lors de l'impact de la bille d'acier.

Composition chimique

1) La teneur en carbone et C est maîtrisée entre 0,4 % et 0,6 % dans différentes conditions d'usure, notamment la charge d'impact ;

2) Les résultats montrent que la teneur en Si et Si renforce la ferrite, augmente le rapport de rendement, réduit la ténacité et la plasticité, et a tendance à augmenter la fragilité à la trempe, et la teneur est contrôlée entre 0,2 et 0,45 % ;

3) Teneur en Mn, l'élément Mn joue principalement le rôle de renforcement de la solution, améliorant la résistance, la dureté et la résistance à l'usure, augmentant la fragilité de trempe et la structure de grossissement, et la teneur est contrôlée entre 0,8 et 2,0 % ;

4) La teneur en chrome, élément Cr, un élément important de l'acier résistant à l'usure, a un grand effet de renforcement sur l'acier et peut améliorer la résistance, la dureté et la résistance à l'usure de l'acier, et la teneur est contrôlée entre 1,4 et 3,0 % ;

5) Teneur en Mo, l'élément Mo est l'un des principaux éléments de l'acier résistant à l'usure, renforçant la ferrite, affinant le grain, réduisant ou éliminant la fragilité de trempe, améliorant la résistance et la dureté de l'acier, la teneur est contrôlée entre 0,4 et 1,0 % ;

6) La teneur en Ni est contrôlée entre 0,9 et 2,0 %,

7) Lorsque la teneur en vanadium est faible, la granulométrie est affinée et la ténacité est améliorée. La teneur en vanadium peut être contrôlée entre 0,03 et 0,08 % ;

8) Les résultats montrent que l'effet de désoxydation et d'affinement du grain du titane est évident, et la teneur est contrôlée entre 0,03 % et 0,08 % ;

9) Re peut purifier l'acier en fusion, affiner la microstructure, réduire la teneur en gaz et d'autres éléments nocifs dans l'acier. La résistance, la plasticité et la résistance à la fatigue de l'acier de haute qualité peuvent être contrôlées entre 0,04 et 0,08 % ;

10) La teneur en P et s doit être contrôlée en dessous de 0,03 %.

Ainsi, la composition chimique des nouveaux revêtements de coque du broyeur SAG est :

Technologie de moulage

Points clés de la technologie de coulée

1. Le sable auto-durcissant au dioxyde de carbone et au silicate de sodium est utilisé pour contrôler strictement la teneur en humidité du sable de moulage;
2. Un revêtement en poudre de zircon pur à base d'alcool doit être utilisé et les produits périmés ne doivent pas être utilisés ;
3. En utilisant de la mousse pour fabriquer l'ensemble de l'échantillon solide, chaque filet de coulée doit être mis en évidence sur le corps, ce qui nécessite une taille précise et une structure raisonnable ;
4. Dans le processus de moulage, la déformation doit être strictement contrôlée, et l'opérateur doit mettre le sable uniformément, et le moule en sable doit être suffisamment compact et uniforme, et en même temps, la déformation de l'échantillon réel doit être évitée ;
5. Lors du processus de modification du moule, la taille doit être strictement vérifiée pour garantir la précision dimensionnelle du moule en sable;
6. Le moule en sable doit être séché avant de refermer la boîte ;
7. Vérifiez la taille de chaque noyau pour éviter une épaisseur de paroi inégale.

Processus de moulage

La température de coulée est le principal facteur affectant la structure interne des pièces moulées. Si la température de coulée est trop élevée, la chaleur surchauffée de l'acier fondu est grande, la coulée est facile à produire une porosité de retrait et une structure grossière; si la température de coulée est trop basse, la chaleur surchauffée de l'acier liquide est faible et la coulée n'est pas suffisante. La température de coulée est contrôlée entre 1510 ℃ et 1520 ℃, ce qui peut assurer une bonne microstructure et un remplissage complet. Une vitesse de coulée appropriée est la clé de la structure compacte et de l'absence de cavité de retrait dans la colonne montante. Lorsque la vitesse de coulée est proche de la position du tuyau d'eau de refroidissement, le principe « lent d'abord, puis rapide, puis lent » doit être suivi. C'est-à-dire commencer à verser lentement. Lorsque l'acier fondu pénètre dans le corps de coulée, la vitesse de coulée est augmentée pour faire monter rapidement l'acier fondu vers la colonne montante, puis la coulée est lente. Lorsque l'acier en fusion entre aux 2/3 de la hauteur de la colonne montante, la colonne montante sert à rattraper la coulée jusqu'à la fin de la coulée.

Traitement thermique

Un alliage approprié des aciers de construction à teneur moyenne et faible en carbone peut retarder considérablement la transformation de la perlite et mettre en évidence la transformation bainitique de sorte que la structure dominée par la bainite puisse être obtenue dans une large plage de vitesse de refroidissement continue après austénitisation, appelée acier bainitique. L'acier bainitique peut obtenir des propriétés globales plus élevées avec une vitesse de refroidissement plus faible, simplifiant ainsi le processus de traitement thermique et réduisant la déformation.

Traitement isotherme

C'est une grande réussite dans le domaine de la métallurgie du fer et de l'acier d'obtenir des matériaux en acier bainitique par traitement isotherme, qui est l'une des directions du développement des matériaux en super acier et nano acier. Cependant, le processus et l'équipement de trempe sont complexes, la consommation d'énergie est importante, le coût du produit est élevé, l'environnement de pollution moyenne, le cycle de production long, etc.

Traitement de refroidissement de l'air

Afin de pallier les insuffisances du traitement isotherme, une sorte d'acier bainitique a été préparé par refroidissement à l'air après coulée. Cependant, afin d'obtenir plus de bainite, du cuivre, du molybdène, du nickel et d'autres alliages précieux doivent être ajoutés, ce qui non seulement a un coût élevé mais a également une faible ténacité.

Traitement de refroidissement contrôlé

Le refroidissement contrôlé était à l'origine un concept dans le processus de laminage contrôlé de l'acier. Ces dernières années, il s'est développé en une méthode de traitement thermique efficace et économe en énergie. Lors du traitement thermique, la microstructure conçue peut être obtenue et les propriétés de l'acier peuvent être améliorées par un refroidissement contrôlé. La recherche sur le laminage et le refroidissement contrôlés de l'acier montre que le refroidissement contrôlé peut favoriser la formation d'une bainite à faible teneur en carbone solide et résistante lorsque la composition chimique de l'acier est appropriée. Les méthodes couramment utilisées de refroidissement contrôlé comprennent le refroidissement par jet de pression, le refroidissement laminaire, le refroidissement par rideau d'eau, le refroidissement par atomisation, le refroidissement par pulvérisation, le refroidissement turbulent à plaques, le refroidissement par pulvérisation eau-air et la trempe directe, etc. 8 types de méthodes de refroidissement de contrôle sont couramment utilisés. .

Méthode de traitement de traitement thermique

Selon l'état de l'équipement de l'entreprise et les conditions réelles, nous adoptons une méthode de traitement thermique de refroidissement continu. Le processus spécifique consiste à augmenter la température de chauffage de AC3 + (50 ~ 100) centigrades selon une certaine vitesse de chauffage et à accélérer le refroidissement en utilisant le dispositif de refroidissement par pulvérisation eau-air développé par notre société afin que le matériau soit refroidi à l'air et auto durci. Il peut obtenir une structure bainitique complète et homogène, atteindre d'excellentes performances, évidemment supérieures aux mêmes produits, et éliminer les seconds types de fragilité de revenu.

Les resultats

• Structure métallographique : Grade 6,5 Granulométrie
• HRC 45-50
• Le revêtement de coque du grand broyeur semi-autogène produit par notre société est utilisé depuis près de 3,5 ans sur le broyeur semi-autogène Φ 9,15 m de la mine Baima de Panzhihua Iron and Steel Group Co., Ltd. la durée de vie est supérieure à 4 mois, et la durée de vie la plus longue est de 7 mois. Avec l'augmentation de la durée de vie, le coût unitaire de meulage est considérablement réduit, la fréquence de remplacement de la plaque de revêtement est considérablement réduite, l'efficacité de la production est considérablement améliorée et le bénéfice est évident.
• La sélection des matériaux est la clé pour améliorer la durée de vie des chemises de broyeur du grand broyeur semi-autogène, et l'alliage des nuances d'acier est un moyen efficace d'améliorer la résistance à l'usure.
• La structure bainitique à haute résistance et haute ténacité est la garantie d'une amélioration de la durée de vie de la virole du broyeur semi-autogène.
• Le processus de coulée et le processus de traitement thermique sont parfaits pour garantir que la structure de coulée est dense, ce qui peut améliorer efficacement la durée de vie du revêtement de coque de broyeur semi-autogène.

Nick Sun       [email protected]