Unha lección que se pode aprender da guerra comercial entre Estados Unidos e China e os bloqueos inducidos polo coronavirus que causan estragos nos mercados e afectan duramente as perspectivas de produción mineira é que América do Norte necesita establecer cadeas de subministración internas máis sólidas.

Os Estados Unidos responderon á crise do covid-19 pechando as súas fronteiras e as empresas responderon limitando a produción, xa que as operacións nas minas de todo o mundo paralizáronse.

Os peches das plantas de fabricación en China que poderían cortar as importacións de terras raras dos Estados Unidos destacaron o feito de que a nación depende de China para as súas necesidades de terras raras.

O goberno dos Estados Unidos intensificou os esforzos para garantir o abastecemento de minerais críticos de fóra de China. Como parte desas iniciativas, asinou recentemente un memorando de entendemento con Groenlandia para realizar un levantamento hiperespectral para mapear a xeoloxía do país.

A demanda de imáns de terras raras está sendo impulsada principalmente por vehículos eléctricos, xeradores eólicos, dispositivos médicos, teléfonos intelixentes e aplicacións aeroespaciais e de defensa.

O mercado de imáns de terras raras de 14.000 millóns de dólares ao ano está controlado en máis do 60% por China, que, baixo Made in China 2025, está a utilizar cada vez máis imáns de terras raras en produtos acabados e semiacabados, en lugar de exportar os imáns, di EE. Rare Earth, o socio de financiamento e desenvolvemento do proxecto Round Top de terras raras pesadas e minerais críticos no oeste de Texas, e fontes do sector estiman que o mercado de imáns de terras raras case se duplicará para 2027.

USA Rare Earth tamén está a mercar o equipo necesario para construír a única instalación de produción de imáns de terras raras nas Américas.

A única mina de terras raras activa nos Estados Unidos é Mountain Pass en California. Despois dun período de naftalina, volve estar en produción, pero agora é propiedade de MP Materials, que case a décima é propiedade dun investidor chinés.

Cando o Servizo Xeolóxico dos Estados Unidos fai o seu informe anual sobre a produción de minerais, os EE. UU. están a producir tecnicamente cero óxidos de terras raras porque o que está a saír de Mountain Pass está a ser enviado a China, dixo a MINING.COM Dan McGroarty, membro do consello asesor de terras raras dos EUA. .

Construír unha reserva de minerais críticos

McGroarty dixo que en 2014, a administración Obama designou dúas terras raras, o terbio e o disprosio, para estar na lista de terras raras para a súa adquisición na reserva de Defensa Nacional.

"Isto foi nun punto no que non había produción de terbio e disprosio nos Estados Unidos. Esas son as dúas terras raras máis grandes, en volume, que temos en Round Top. Nese sentido, hai un aliñamento moi forte", dixo McGroarty.

"A decisión que o presidente tomou o verán pasado, baixo a Lei de Produción de Defensa (DPA)... de designar a toda a cadea de subministración de terras raras como "esencial para a defensa nacional" baixo a DPA, iso é o que permite o financiamento no espazo de terras raras. - e hai máis por vir", dixo.

"Temos un depósito moi único en varios aspectos: temos 16 das 17 terras raras, con moitas nas categorías de terras raras que falan de varias aplicacións de defensa e fabricación. Probablemente sexa o maior depósito de terras raras pesadas do mundo fóra de China", dixo Pini Althaus, CEO de USA Rare Earth.

"Tamén temos unha cantidade importante de litio, seremos o segundo produtor estadounidense en 2023, polo que temos un proxecto moi diversificado... cunha infraestrutura importante".

USA Rare Earth prevé unha vida útil de 130 anos máis no proxecto, pero a economía do PEA céntrase nos primeiros 20 anos.

Althaus dixo que son capaces de acumular lixiviación do depósito, o que é raro para a maioría dos depósitos de terras raras.

"Se o noso gasto de capital e o noso gasto son baixos, somos capaces de competir con China en prezos", dixo Althaus.

USA Rare Earth anunciou en decembro de 2019 que abrirán unha planta piloto en Wheat Ridge, Colorado, co propósito de separar e purificar completamente terras raras e outros metais tecnolóxicos e minerais críticos, lixiviados do mineral do proxecto Round Top.

A planta piloto de Colorado será a primeira instalación de procesamento fóra de China coa capacidade de separar toda a gama de terras raras: lixeiras, medias e pesadas.

Althaus dixo que a planta trasladarase a Texas, onde comezarán a construción da mina.

A planta de Wheat Ridge é a segunda peza dunha cadea de subministración de óxidos de terras raras 100% baseada en Estados Unidos, baseada na materia prima de Round Top.

A construción das instalacións de Colorado está rematada e está previsto que se abra na próxima semana, dixo Althaus.

A principios de abril, a compañía anunciou que comprou o equipo de fabricación de imáns permanentes de neodimio ferro boro (NdFeB) que antes era propiedade e operado en Carolina do Norte por Hitachi Metals America.

USA Rare Earth almacenará o equipo á espera de que se decida onde ubicar a nova operación do imán, tendo como prioridade un bo acceso ao proxecto Round Top.

O exército dos Estados Unidos está entre os posibles investidores e Round Top forma parte das solicitudes.

Houbo dúas solicitudes que saíron do Departamento de Defensa (DOD). O primeiro pechou a finais de 2019 en torno á tramitación e está á espera dunha resposta. O 2 de marzo, houbo outra solicitude en torno ás terras raras lixeiras.

Round Top formou parte dunha subvención DOD, xa que o DOD escolle as terras raras que quere procesar e purificar.

USA Rare Earth anunciou en marzo o nomeamento do xeneral do exército retirado Paul J. Kern para o seu consello de administración.

O xeneral Kern é membro da Defense Science Board, establecida pola lei federal en 1956 para ofrecer consellos e recomendacións independentes sobre procesos e políticas científicas, técnicas, de fabricación, de adquisicións e outros asuntos de interese para o Departamento de Defensa.

USA Rare Earth pretende ter Round Top en produción nun prazo de 30 meses, pero McGroarty dixo que se poden acelerar o calendario, o farán.

"A decisión que o presidente tomou o verán pasado, baixo a Lei de Produción de Defensa (DPA) ... de designar toda unha cadea de subministración de terras raras como material de urxencia baixo a DPA, iso é o que permite o financiamento no espazo das terras raras, e hai máis chegando".

"Haberá un impacto significativo na economía. Estamos a falar dun impacto de 500.000 millóns a 1 billón de dólares, en [termos de] creación de emprego e fabricación... todo para o sector do vehículo eléctrico", dixo Althaus.

"Desde un punto de vista práctico, unha das razóns polas que moitas empresas saíron ao mar, os custos laborais de lado, as materias primas e as capacidades de procesamento están en China", dixo Althaus. "É un problema de seguridade nacional, un problema económico, un problema de manufactura, a súa creación de emprego e EE.

O muíño autóxeno é un novo tipo de equipo de moenda con funcións de trituración e moenda. Usa o propio material de moenda como medio, a través do impacto mutuo e do efecto de moenda para lograr a trituración. O muíño semi-autóxeno é engadir un pequeno número de bolas de aceiro ao molino autóxeno, a súa capacidade de procesamento pode aumentarse nun 10% - 30%, o consumo de enerxía por unidade de produto pódese reducir nun 10% - 20%, pero o O desgaste do revestimento aumenta relativamente nun 15% e a finura do produto é máis grosa. Como parte fundamental do muíño semi-autóxeno, os revestimentos do corpo do cilindro están seriamente danados debido ao impacto da bola de aceiro levantada polo feixe de elevación do revestimento no outro extremo durante o funcionamento do muíño SAG.

En 2009, construíronse dous novos muíños semiautóxenos cun diámetro de 7,53 × 4,27 en Panzhihua Iron and Steel Co., Ltd., cunha capacidade de deseño anual de 2 millóns de toneladas por conxunto. En 2011, construíuse un novo muíño semi-autóxeno cun diámetro de 9,15 × 5,03 na concentradora Baima de Panzhihua Iron and Steel Co., Ltd., cunha capacidade de deseño anual de 5 millóns de toneladas. Desde a operación de proba do muíño semi-autóxeno cun diámetro de 9,15 × 5,03, os revestimentos de casca e a placa de reixa do muíño adoitan romperse e a taxa de operación é só do 55%, o que afecta seriamente a produción e a eficiencia.

O muíño semiautóxeno de 9,15 m da mina Baima de Panzhihua Iron and Steel Group utilizou o revestimento do cilindro producido por moitos fabricantes. A vida útil máis longa é de menos de 3 meses e a vida máis curta é de só unha semana, o que leva á baixa eficiencia do muíño semiautóxeno e ao custo de produción moito maior. H&G Machinery Co.; Ltd  afondou no sitio dun muíño semi autóxeno de 9,15 m para unha investigación e proba continuas. A través da optimización do material de fundición, o proceso de fundición e o proceso de tratamento térmico, a vida útil dos revestimentos de casca producidos na mina de Baima superou os 4 meses e o efecto é obvio.

Análise das causas da curta vida útil dos revestimentos de muíños SAG

Os parámetros e a estrutura do muíño semiautóxeno φ 9,15 × 5,03 no concentrador Baima. A táboa 1 é a táboa de parámetros:

Análise de avarías dos antigos revestimentos de muíños SAG

Desde a posta en funcionamento do muíño semiautóxeno φ 9,15 × 5,03 no concentrador de Baima, a taxa de operación é de só un 55% debido ao dano irregular e á substitución dos revestimentos do muíño, o que afecta gravemente os beneficios económicos. O principal modo de falla do forro de casca móstrase na figura 1 (a). Segundo a investigación in situ, os revestimentos de casca do muíño SAG e a placa de celosía son as principais partes de falla, que son consistentes coa situación da figura 2 (b). Excluímos outros factores, só da propia análise do forro, os principais problemas son os seguintes:

1. Debido á selección inadecuada do material, a placa de revestimento do cilindro defórmase no proceso de uso, o que resulta na extrusión mutua da placa de revestimento, resultando en fractura e chatarra;

2. Como a parte clave do revestimento do cilindro, debido á falta de resistencia ao desgaste, cando o grosor do revestimento é duns 30 mm, a resistencia global da fundición diminúe e o impacto da bola de aceiro non se pode resistir, o que provoca fracturas e desguace;

3. Os defectos de calidade da fundición, como as impurezas no aceiro fundido, o alto contido de gas e a estrutura non compacta, reducen a resistencia e a dureza das fundicións.

Novo deseño de material dos revestimentos de muíños SAG

O principio da selección da composición química é facer que as propiedades mecánicas do forro e da placa de reixa cumpran os seguintes requisitos:

1) Alta resistencia ao desgaste. O desgaste do forro e da placa de reixa é o principal factor que leva á diminución da vida útil do revestimento e a resistencia ao desgaste representa a vida útil do forro e da placa de reixa.

2) Alta tenacidade ao impacto. A dureza ao impacto é unha característica que pode recuperar o estado orixinal despois de soportar certa forza externa ao instante. Para que o forro e a placa da reixa non se rachen durante o impacto da bola de aceiro.

Composición Química

1) O contido de carbono e C está controlado entre o 0,4% e o 0,6% en diferentes condicións de desgaste, especialmente a carga de impacto;

2) Os resultados mostran que o contido de Si e Si fortalece a ferrita, aumenta a relación de rendemento, reduce a dureza e plasticidade e ten a tendencia a aumentar a fraxilidade do tempero e o contido está controlado entre 0,2-0,45%;

3) Contido de Mn, o elemento Mn desempeña principalmente o papel de fortalecemento da solución, mellorando a resistencia, a dureza e a resistencia ao desgaste, aumentando a fraxilidade do tempero e a estrutura engrosada, e o contido está controlado entre 0,8-2,0%;

4) O contido de cromo, o elemento Cr, un elemento importante do aceiro resistente ao desgaste, ten un gran efecto de fortalecemento do aceiro e pode mellorar a resistencia, a dureza e a resistencia ao desgaste do aceiro, e o contido está controlado entre 1,4-3,0%;

5) Contido de Mo, o elemento Mo é un dos principais elementos do aceiro resistente ao desgaste, fortalecendo a ferrita, refinando o gran, reducindo ou eliminando a fraxilidade do tempero, mellorando a resistencia e dureza do aceiro, o contido está controlado entre 0,4-1,0%;

6) O contido de Ni está controlado dentro do 0,9-2,0%,

7) Cando o contido de vanadio é pequeno, refírase o tamaño do gran e mellora a dureza. O contido de vanadio pódese controlar dentro de 0,03-0,08%;

8) Os resultados mostran que o efecto de desoxidación e refinamento do gran do titanio é obvio e o contido está controlado entre o 0,03% e o 0,08%;

9) Re pode purificar o aceiro fundido, refinar a microestrutura, reducir o contido de gas e outros elementos nocivos no aceiro. A resistencia, a plasticidade e a resistencia á fatiga do aceiro alto pódense controlar nun 0,04-0,08%;

10) O contido de P e s debe controlarse por debaixo do 0,03%.

Así, a composición química dos revestimentos de muíños SAG de novo deseño son:

Tecnoloxía de fundición

Puntos clave da tecnoloxía de fundición

1. A area autoendurecible de silicato sódico de dióxido de carbono úsase para controlar estrictamente o contido de humidade da area de moldeo;
2. Empregarase revestimento en po puro de circón a base de alcohol e non se utilizarán produtos caducados;
3. Usando escuma para facer a mostra sólida enteira, cada filete de fundición debe sacarse sobre o corpo, requirindo o tamaño preciso e unha estrutura razoable;
4. No proceso de moldaxe, a deformación debe controlarse estritamente e o operador debe poñer area uniformemente e o molde de area debe ser o suficientemente compacto e uniforme e, ao mesmo tempo, debe evitarse a deformación da mostra real;
5. No proceso de modificación do molde, o tamaño debe ser controlado rigorosamente para garantir a precisión dimensional do molde de area;
6. O molde de area debe secar antes de pechar a caixa;
7. Comprobe o tamaño de cada núcleo para evitar un grosor desigual da parede.

Proceso de fundición

A temperatura de vertido é o principal factor que afecta a estrutura interna das pezas de fundición. Se a temperatura de vertido é demasiado alta, a calor superenriquecida do aceiro fundido é grande, a fundición é fácil de producir porosidade de contracción e estrutura grosa; se a temperatura de vertido é demasiado baixa, a calor sobrequente do aceiro líquido é pequena e o vertido non é suficiente. A temperatura de vertido está controlada entre 1510 ℃ e 1520 ℃, o que pode garantir unha boa microestrutura e un recheo completo. A velocidade de vertido adecuada é a clave para a estrutura compacta e sen cavidade de encollemento no riser. Cando a velocidade de vertedura está próxima á posición do tubo de auga de refrixeración, seguirase o principio de "primeiro lento, despois rápido e despois lento". Iso é comezar a verter lentamente. Cando o aceiro fundido entra no corpo de fundición, a velocidade de vertido aumenta para facer que o aceiro fundido suba rapidamente ao riser e, a continuación, o vertido é lento. Cando o aceiro fundido entra en 2/3 da altura do vértice, utilízase para facer o vertido ata o final do vertido.

Tratamento térmico

A aliaxe axeitada de aceiros estruturais de medio e baixo carbono pode atrasar significativamente a transformación da perlita e resaltar a transformación de bainita para que a estrutura dominada por bainita poida obterse nun gran intervalo de velocidade de arrefriamento continuo despois da austenitización, que se denomina aceiro bainítico. O aceiro bainitico pode obter propiedades completas máis altas cunha taxa de arrefriamento máis baixa, simplificando así o proceso de tratamento térmico e reducindo a deformación.

Tratamento isotérmico

É un gran logro no campo da metalurxia do ferro e do aceiro obter materiais de aceiro bainita mediante tratamento isotérmico, que é unha das direccións de desenvolvemento de materiais de aceiro super e nano aceiro. Non obstante, o proceso e os equipos de austempering son complexos, o consumo de enerxía é grande, o custo do produto é alto, o ambiente de contaminación medio sofocante, o ciclo de produción longo, etc.

Tratamento de arrefriamento por aire

Para superar as deficiencias do tratamento isotérmico, preparouse unha especie de aceiro bainítico por arrefriamento por aire despois da fundición. Non obstante, para obter máis bainita hai que engadir cobre, molibdeno, níquel e outras aliaxes preciosas, que non só teñen un alto custo senón que tamén teñen unha escasa tenacidade.

Tratamento de arrefriamento controlado

O arrefriamento controlado foi orixinalmente un concepto no proceso de laminación controlada de aceiro. Nos últimos anos, converteuse nun método de tratamento térmico eficiente e de aforro enerxético. Durante o tratamento térmico pódese obter a microestrutura deseñada e mellorar as propiedades do aceiro mediante o arrefriamento controlado. A investigación sobre laminación e arrefriamento controlado do aceiro mostra que o arrefriamento controlado pode promover a formación de bainita de baixo carbono forte e resistente cando a composición química do aceiro é adecuada. Os métodos de arrefriamento controlado comúnmente utilizados inclúen o arrefriamento por chorro de presión, o arrefriamento laminar, o arrefriamento por cortina de auga, o arrefriamento por atomización, o arrefriamento por pulverización, o arrefriamento turbulento de placas, o arrefriamento por pulverización con auga e o aire e o enfriamento directo, etc. .

Método de tratamento térmico

Segundo o estado dos equipos e as condicións reais da empresa, adoptamos un método de tratamento térmico de refrixeración continua. O proceso específico é aumentar a temperatura de quecemento en AC3 + (50 ~ 100) centígrados segundo unha determinada taxa de quecemento e acelerar o arrefriamento mediante o dispositivo de refrixeración por pulverización de auga e aire desenvolvido pola nosa empresa para que o material se arrefríe por aire e autoendurecido. Pode obter unha estrutura de bainita completa e homoxénea, conseguir un excelente rendemento, obviamente superior aos mesmos produtos, e eliminar os segundos tipos de fraxilidade do tempero.

Os Resultados

• Estrutura metalográfica: grao 6,5. Granulometría
• HRC 45-50
• O revestimento de casca da gran fábrica semi-autóxena producida pola nosa empresa foi utilizada durante case 3,5 anos no muíño semi-autóxeno Φ 9,15 m na mina de Baima de Panzhihua Iron and Steel Group Co., Ltd. a vida útil é máis de 4 meses, e a vida útil máis longa é de 7 meses. Co aumento da vida útil, o custo unitario de moenda redúcese moito, a frecuencia de substitución da placa de revestimento redúcese moito, a eficiencia de produción mellora significativamente e o beneficio é obvio.
• A selección de material é a clave para mellorar a vida útil dos revestimentos de muíños da gran fábrica semi-autóxena, e a aliaxe de calidades de aceiro é unha forma eficaz de mellorar a resistencia ao desgaste.
• A estrutura de bainita con alta resistencia e alta tenacidade é a garantía de mellorar a vida útil do forro de casca do muíño semiautóxeno.
• O proceso de fundición e o proceso de tratamento térmico son perfectos para garantir que a estrutura de fundición sexa densa, o que pode mellorar eficazmente a vida útil do revestimento de casca do muíño semi-autóxeno.

Nick Sun       [email protected]