Pelajaran yang bisa dipetik dari perang perdagangan AS-China dan penguncian akibat virus corona yang mendatangkan malapetaka di pasar dan memukul prospek produksi pertambangan dengan keras – adalah bahwa Amerika Utara perlu membangun rantai pasokan domestik yang lebih kuat.

AS menanggapi krisis covid-19 dengan menutup perbatasannya dan perusahaan merespons dengan membatasi produksi, karena operasi di tambang di seluruh dunia terhenti.

Penutupan pabrik di China yang berpotensi memotong impor logam tanah jarang AS menyoroti fakta bahwa negara tersebut bergantung pada Cina untuk kebutuhan tanah jarangnya.

Pemerintah AS telah meningkatkan upaya untuk memastikan pasokan mineral penting dari luar China. Sebagai bagian dari inisiatif tersebut, baru-baru ini menandatangani nota kesepahaman dengan Greenland untuk melakukan survei hiper-spektral untuk memetakan geologi negara tersebut.

Permintaan magnet tanah jarang didorong terutama oleh kendaraan listrik, generator angin, perangkat medis, ponsel pintar, dan aplikasi kedirgantaraan dan pertahanan.

Pasar magnet tanah jarang senilai $ 14 miliar per tahun lebih dari 60% dikendalikan oleh Cina yang, di bawah Made in China 2025, semakin banyak menggunakan magnet tanah jarang dalam produk jadi dan setengah jadi, dibandingkan dengan mengekspor magnet, kata AS Rare Earth, mitra pendanaan dan pengembangan proyek tanah jarang dan mineral penting Round Top di Texas Barat, dan sumber industri memperkirakan pasar magnet tanah jarang akan hampir berlipat ganda pada tahun 2027.

USA Rare Earth juga membeli peralatan yang diperlukan untuk membangun satu-satunya fasilitas produksi magnet tanah jarang di Amerika.

Satu-satunya tambang tanah jarang aktif di AS adalah Mountain Pass di California. Setelah periode kapur barus, itu kembali berproduksi – tetapi sekarang dimiliki oleh MP Materials, yang hampir sepersepuluh dimiliki oleh investor Cina.

Ketika Survei Geologi AS membuat laporan tahunannya tentang produksi mineral – AS secara teknis memproduksi nol oksida tanah jarang karena apa yang keluar dari Mountain Pass sedang dikirim ke China, Dan McGroarty, anggota dewan penasihat USA Rare Earth, mengatakan kepada MINING.COM .

Membangun timbunan mineral penting

McGroarty mengatakan pada tahun 2014, pemerintahan Obama menetapkan dua tanah jarang, terbium dan disprosium, untuk masuk dalam daftar tanah jarang untuk diakuisisi ke dalam persediaan Pertahanan Nasional.

“Itu adalah titik di mana tidak ada produksi terbium dan dysprosium di AS. Itu adalah dua tanah jarang terbesar, berdasarkan volume, yang kami miliki di Round Top. Dalam hal itu, ada keselarasan yang sangat kuat,” kata McGroarty.

“Keputusan yang dibuat Presiden musim panas lalu, di bawah Undang-Undang Produksi Pertahanan (DPA)…untuk menunjuk seluruh rantai pasokan untuk tanah jarang sebagai 'penting untuk pertahanan nasional' di bawah DPA, itulah yang memungkinkan pendanaan di ruang tanah jarang - dan ada lebih banyak lagi yang akan datang, ”katanya.

“Kami memiliki deposit yang sangat unik dalam beberapa hal – kami memiliki 16 dari 17 tanah jarang, dengan banyak dalam kategori tanah jarang yang berbicara dengan sejumlah aplikasi pertahanan, dan manufaktur. Ini mungkin deposit tanah jarang berat terbesar di dunia di luar China,” kata Pini Althaus, CEO USA Rare Earth.

“Kami juga memiliki jumlah lithium yang signifikan, kami akan menjadi produsen AS terbesar ke-2 pada tahun 2023, jadi kami memiliki proyek yang sangat beragam… dengan infrastruktur utama yang siap.”

USA Rare Earth membayangkan 130 tahun ditambah umur tambang pada proyek, tetapi ekonomi PEA difokuskan pada 20 tahun pertama.

Althaus mengatakan mereka mampu menimbun endapan, yang jarang terjadi pada sebagian besar endapan tanah jarang.

“Antara capex dan opex kami yang rendah – kami mampu bersaing dengan China dalam hal harga,” kata Althaus.

USA Rare Earth mengumumkan pada bulan Desember 2019 bahwa mereka membuka fasilitas pabrik percontohan di Wheat Ridge, Colorado untuk tujuan memisahkan dan memurnikan tanah jarang dan logam berteknologi lainnya serta mineral penting sepenuhnya, yang terlindi dari bijih dari proyek Round Top.

Pabrik percontohan Colorado akan menjadi fasilitas pemrosesan pertama di luar China dengan kemampuan untuk memisahkan berbagai jenis tanah jarang – light, mid, dan heavy.

Althaus mengatakan pabrik akan dipindahkan ke Texas, di mana mereka akan memulai konstruksi tambang.

Pabrik Wheat Ridge adalah bagian kedua dari 100% rantai pasokan oksida tanah jarang yang berbasis di AS, menggunakan bahan baku dari Round Top.

Konstruksi fasilitas Colorado selesai, dan dijadwalkan untuk dibuka pada minggu depan, kata Althaus.

Awal April, perusahaan mengumumkan bahwa mereka telah membeli peralatan manufaktur magnet permanen neodymium iron boron (NdFeB) yang sebelumnya dimiliki dan dioperasikan di North Carolina oleh Hitachi Metals America.

USA Rare Earth akan menyimpan peralatan sambil menunggu keputusan tentang lokasi operasi magnet baru, dengan prioritas adalah akses yang baik ke proyek Round Top.

Militer AS adalah salah satu investor yang mungkin – dan Round Top adalah bagian dari ajakan.

Ada dua ajakan yang keluar dari Departemen Pertahanan (DOD). Yang pertama ditutup akhir 2019 sekitar pemrosesan dan sedang menunggu tanggapan. Pada tanggal 2 Maret, ada ajakan lain di sekitar tanah jarang ringan.

Round Top telah menjadi bagian dari hibah DOD, karena DOD mengambil tanah jarang yang ingin diproses dan dimurnikan.

USA Rare Earth mengumumkan pada bulan Maret penunjukan pensiunan Jenderal Angkatan Darat Paul J. Kern ke dewan direksinya.

Jenderal Kern adalah anggota Dewan Ilmu Pertahanan, yang didirikan oleh undang-undang federal pada tahun 1956 untuk memberikan saran dan rekomendasi independen tentang ilmiah, teknis, manufaktur, proses dan kebijakan akuisisi, dan hal-hal lain yang menarik bagi Departemen Pertahanan.

USA Rare Earth bertujuan untuk memproduksi Round Top dalam waktu 30 bulan, tetapi McGroarty mengatakan jika mereka dapat mempercepat timeline - mereka akan melakukannya.

“Keputusan yang dibuat presiden musim panas lalu, di bawah Undang-Undang Produksi Pertahanan (DPA) … untuk menunjuk seluruh rantai pasokan untuk tanah jarang sebagai bahan urgensi di bawah DPA, itulah yang memungkinkan pendanaan di ruang tanah jarang – dan ada lebih banyak yang datang.”

“Akan ada dampak signifikan terhadap perekonomian. Kita berbicara tentang dampak $500 miliar hingga $1 triliun, dalam [dalam hal] penciptaan lapangan kerja dan manufaktur ... semuanya ke sektor kendaraan listrik, ”kata Althaus.

“Dari sudut pandang praktis, salah satu alasan banyak perusahaan pergi ke luar negeri, selain biaya tenaga kerja, bahan baku dan kemampuan pemrosesan ada di China,” kata Althaus. “Ini adalah masalah keamanan nasional, ini adalah masalah ekonomi, masalah manufaktur, penciptaan lapangan kerja, dan AS … sedang mencoba untuk mengembalikannya.”

Pabrik autogenous adalah jenis peralatan penggilingan baru dengan fungsi penghancuran dan penggilingan. Ini menggunakan bahan penggilingan itu sendiri sebagai media, melalui dampak timbal balik dan efek penggilingan untuk mencapai kominusi. Pabrik semi-autogenous adalah menambahkan sejumlah kecil bola baja ke pabrik autogenous, kapasitas pemrosesannya dapat ditingkatkan sebesar 10% - 30%, konsumsi energi per unit produk dapat dikurangi sebesar 10% - 20%, tetapi keausan liner relatif meningkat sebesar 15%, dan kehalusan produk lebih kasar. Sebagai bagian penting dari pabrik semi-autogenous, liner cangkang dari badan silinder rusak parah karena benturan bola baja yang diangkat oleh balok pengangkat liner pada liner di ujung lainnya selama pengoperasian pabrik SAG.

Pada tahun 2009, dua pabrik semi-autogenous baru dengan diameter 7,53 × 4,27 dibangun di Panzhihua Iron and Steel Co., Ltd., dengan kapasitas desain tahunan 2 juta ton/set. Pada tahun 2011, pabrik semi-autogenous baru dengan diameter 9,15 × 5,03 dibangun di konsentrator Baima dari Panzhihua Iron and Steel Co., Ltd., dengan kapasitas desain tahunan sebesar 5 juta ton. Sejak operasi uji coba pabrik semi-autogenous dengan diameter 9,15 × 5,03, liner shell dan pelat grid pabrik sering pecah, dan tingkat operasi hanya 55%, yang secara serius mempengaruhi produksi dan efisiensi.

Pabrik semi-autogenous 9,15 m di tambang Baima dari Panzhihua Iron and Steel Group telah menggunakan liner silinder yang diproduksi oleh banyak produsen. Masa pakai terlama kurang dari 3 bulan, dan masa pakai terpendek hanya satu minggu, yang mengarah pada efisiensi pabrik semi-autogenous yang rendah dan biaya produksi yang sangat meningkat. H&G Machinery Co.; Ltd  masuk jauh ke dalam lokasi pabrik semi autogenous 9,15 m untuk penyelidikan dan pengujian berkelanjutan. Melalui optimalisasi material casting, proses casting, dan proses perlakuan panas, masa pakai shell liner yang diproduksi di tambang Baima telah melebihi 4 bulan, dan efeknya terlihat jelas.

Analisis penyebab umur pendek liner shell pabrik SAG

Parameter dan struktur 9,15 × 5,03 pabrik semi-autogenous di konsentrator Baima. Tabel 1 adalah tabel parameter:

Analisis kegagalan liner shell pabrik SAG lama

Sejak commissioning pabrik semi-autogenous 9,15 × 5,03 di konsentrator Baima, tingkat operasi hanya sekitar 55% karena kerusakan yang tidak teratur dan penggantian pelapis pabrik, yang secara serius mempengaruhi manfaat ekonomi. Modus kegagalan utama dari shell liner ditunjukkan pada Gambar. 1 (a). Menurut penyelidikan di tempat, liner shell pabrik SAG dan pelat kisi adalah bagian kegagalan utama, yang konsisten dengan situasi pada Gambar. 2 (b). Kami mengecualikan faktor-faktor lain, hanya dari analisis liner itu sendiri, masalah utamanya adalah sebagai berikut:

1. Karena pemilihan bahan yang tidak tepat, pelat liner silinder berubah bentuk dalam proses penggunaan, yang menghasilkan ekstrusi timbal balik dari pelat liner, mengakibatkan fraktur dan skrap;

2. Sebagai bagian penting dari liner silinder, karena kurangnya ketahanan aus, ketika ketebalan liner sekitar 30 mm, kekuatan keseluruhan casting berkurang, dan benturan bola baja tidak dapat ditahan, mengakibatkan fraktur dan membuang;

3. Cacat kualitas pengecoran, seperti kotoran pada baja cair, kandungan gas yang tinggi, dan struktur yang tidak kompak, mengurangi kekuatan dan ketangguhan coran.

Desain material baru dari liner shell pabrik SAG

Prinsip pemilihan komposisi kimia adalah untuk membuat sifat mekanik liner shell dan pelat grid memenuhi persyaratan berikut:

1) Ketahanan aus yang tinggi. Keausan shell liner dan pelat grid adalah faktor utama yang menyebabkan penurunan masa pakai shell liner, dan ketahanan aus mewakili masa pakai shell liner dan pelat grid.

2) Ketangguhan dampak tinggi. Ketangguhan impak adalah karakteristik yang dapat memulihkan keadaan semula setelah menahan gaya eksternal tertentu secara instan. Sehingga liner shell dan pelat grid tidak akan retak selama benturan bola baja.

Komposisi kimia

1) Kandungan karbon dan C dikendalikan antara 0,4% dan 0,6% dalam kondisi keausan yang berbeda, terutama beban benturan;

2) Hasil penelitian menunjukkan bahwa kandungan Si dan Si memperkuat ferit, meningkatkan yield ratio, menurunkan ketangguhan dan plastisitas, dan memiliki kecenderungan meningkatkan temper getas, dan kandungan dikontrol antara 0,2-0,45%;

3) konten Mn, elemen Mn terutama memainkan peran penguatan solusi, meningkatkan kekuatan, kekerasan dan ketahanan aus, meningkatkan kerapuhan temper dan struktur kasar, dan konten dikontrol antara 0,8-2,0%;

4) Kandungan kromium, elemen Cr, elemen penting dari baja tahan aus, memiliki efek penguatan yang besar pada baja dan dapat meningkatkan kekuatan, kekerasan dan ketahanan aus baja, dan konten dikontrol antara 1,4-3,0%;

5) konten Mo, elemen Mo adalah salah satu elemen utama baja tahan aus, memperkuat ferit, menghaluskan biji-bijian, mengurangi atau menghilangkan kerapuhan temper, meningkatkan kekuatan dan kekerasan baja, konten dikontrol antara 0,4-1,0%;

6) Kandungan Ni dikendalikan dalam 0,9-2,0%,

7) Ketika kandungan vanadium kecil, ukuran butir halus dan ketangguhan ditingkatkan. Kandungan vanadium dapat dikontrol dalam 0,03-0,08%;

8) Hasilnya menunjukkan bahwa efek deoksidasi dan pemurnian butir titanium jelas, dan kandungannya dikontrol antara 0,03% dan 0,08%;

9) Re dapat memurnikan baja cair, memperbaiki struktur mikro, mengurangi kandungan gas, dan elemen berbahaya lainnya dalam baja. Kekuatan, plastisitas dan ketahanan lelah baja tinggi dapat dikontrol dalam 0,04-0,08%;

10) Kandungan P dan s harus dikontrol di bawah 0,03%.

Jadi komposisi kimia dari liner shell pabrik SAG desain baru adalah:

Teknologi Pengecoran

Poin kunci dari teknologi casting

1. Pasir pengerasan diri karbon dioksida natrium silikat digunakan untuk secara ketat mengontrol kadar air pasir cetak;
2. Lapisan bubuk zirkon murni berbasis alkohol harus digunakan, dan produk kadaluarsa tidak boleh digunakan;
3. Menggunakan busa untuk membuat seluruh sampel padat, setiap fillet casting harus dibawa keluar pada tubuh, membutuhkan ukuran yang tepat dan struktur yang wajar;
4. Dalam proses pencetakan, deformasi harus dikontrol secara ketat, dan operator harus meletakkan pasir secara merata, dan cetakan pasir harus cukup padat dan rata, dan pada saat yang sama, deformasi sampel nyata harus dihindari;
5. Dalam proses modifikasi cetakan, ukurannya harus diperiksa secara ketat untuk memastikan keakuratan dimensi cetakan pasir;
6. Cetakan pasir harus dikeringkan sebelum menutup kotak;
7. Periksa ukuran setiap inti untuk menghindari ketebalan dinding yang tidak rata.

Proses pengecoran

Suhu penuangan adalah faktor utama yang mempengaruhi struktur internal coran. Jika suhu penuangan terlalu tinggi, panas yang terlalu panas dari baja cair besar, pengecoran mudah untuk menghasilkan porositas penyusutan dan struktur kasar; jika suhu penuangan terlalu rendah, panas terlalu panas dari baja cair kecil, dan penuangan tidak cukup. Suhu penuangan dikontrol antara 1510 dan 1520 , yang dapat memastikan struktur mikro yang baik dan pengisian yang lengkap. Kecepatan penuangan yang tepat adalah kunci untuk struktur yang kompak dan tidak ada rongga susut di dalam riser. Ketika kecepatan penuangan mendekati posisi pipa air pendingin, prinsip "lambat dulu, lalu cepat, lalu lambat" harus diikuti. Yaitu mulai menuangkan perlahan. Ketika baja cair memasuki tubuh pengecoran, kecepatan penuangan ditingkatkan untuk membuat baja cair naik ke riser dengan cepat, dan kemudian penuangan menjadi lambat. Ketika baja cair memasuki 2 / 3 dari ketinggian riser, riser digunakan untuk membuat penuangan hingga akhir penuangan.

Perawatan panas

Paduan yang tepat dari baja struktural karbon menengah dan rendah dapat secara signifikan menunda transformasi perlit dan menyoroti transformasi bainit sehingga struktur yang didominasi bainit dapat diperoleh dalam kisaran besar laju pendinginan kontinu setelah austenitisasi, yang disebut baja bainitik. Baja bainitic dapat memperoleh sifat komprehensif yang lebih tinggi dengan laju pendinginan yang lebih rendah, sehingga menyederhanakan proses perlakuan panas dan mengurangi deformasi.

Perawatan isotermal

Merupakan pencapaian besar dalam bidang metalurgi besi dan baja untuk memperoleh material baja bainit dengan perlakuan isotermal, yang merupakan salah satu arah pengembangan material baja super dan baja nano. Namun, proses dan peralatan austempering rumit, konsumsi energi besar, biaya produk tinggi, pendinginan lingkungan polusi menengah, siklus produksi panjang dan sebagainya.

Perawatan pendinginan udara

Untuk mengatasi kekurangan perlakuan isotermal, sejenis baja bainitik disiapkan dengan pendinginan udara setelah pengecoran. Namun, untuk mendapatkan lebih banyak bainit, tembaga, molibdenum, nikel dan paduan berharga lainnya harus ditambahkan, yang tidak hanya memiliki biaya tinggi tetapi juga memiliki ketangguhan yang buruk.

Perawatan pendinginan terkontrol

Pendinginan terkontrol pada awalnya merupakan konsep dalam proses rolling yang dikendalikan baja. Dalam beberapa tahun terakhir, telah berkembang menjadi metode perlakuan panas yang efisien dan hemat energi. Selama perlakuan panas, struktur mikro yang dirancang dapat diperoleh dan sifat baja dapat ditingkatkan dengan pendinginan yang terkontrol. Penelitian tentang penggulungan dan pendinginan baja yang terkontrol menunjukkan bahwa pendinginan yang terkontrol dapat mendorong pembentukan bainit karbon rendah yang kuat dan tangguh ketika komposisi kimia baja sesuai. Metode pendinginan terkontrol yang umum digunakan meliputi pendinginan jet tekanan, pendinginan laminar, pendinginan tirai air, pendinginan atomisasi, pendinginan semprot, pendinginan turbulen pelat, pendinginan semprotan air-udara, dan pendinginan langsung, dll. 8 jenis metode pendinginan kontrol yang umum digunakan .

Metode pemrosesan perlakuan panas

Menurut status peralatan perusahaan dan kondisi aktual, kami mengadopsi metode perlakuan panas pendinginan berkelanjutan. Proses spesifiknya adalah meningkatkan suhu pemanasan sebesar AC3 + (50~100) celcius sesuai dengan tingkat pemanasan tertentu dan mempercepat pendinginan dengan menggunakan perangkat pendingin semprotan air-udara yang dikembangkan oleh perusahaan kami sehingga bahannya berpendingin udara dan diri mengeras. Itu bisa mendapatkan struktur bainit yang lengkap dan homogen, mencapai kinerja yang sangat baik, jelas lebih unggul dari produk yang sama, dan menghilangkan jenis kedua dari kerapuhan temper.

Hasil

• Struktur metalografi: Ukuran butir 6,5 kelas
• HRC 45-50
• Shell liner dari pabrik semi-autogenous besar yang diproduksi oleh perusahaan kami telah digunakan selama hampir 3,5 tahun pada pabrik semi-autogenous 9,15 m di tambang Baima dari Panzhihua Iron and Steel Group Co., Ltd. masa pakai lebih dari 4 bulan, dan masa pakai terlama adalah 7 bulan. Dengan peningkatan masa pakai, biaya penggilingan unit sangat berkurang, frekuensi penggantian pelat pelapis sangat berkurang, efisiensi produksi meningkat secara signifikan dan manfaatnya jelas.
• Pemilihan material adalah kunci untuk meningkatkan masa pakai mill liner dari pabrik semi-autogenous yang besar, dan paduan grade baja adalah cara yang efektif untuk meningkatkan ketahanan aus.
• Struktur bainit dengan kekuatan tinggi dan ketangguhan tinggi adalah jaminan untuk meningkatkan masa pakai shell liner dari pabrik semi-autogenous.
• Proses pengecoran dan proses perlakuan panas sempurna untuk memastikan bahwa struktur pengecoran padat, yang secara efektif dapat meningkatkan masa pakai liner shell pabrik semi-autogenous.

Nick Sun       [email protected]