Una lezione da trarre dalla guerra commerciale USA-Cina e dai blocchi indotti dal coronavirus che devastano i mercati e colpiscono duramente le prospettive di produzione mineraria è che il Nord America ha bisogno di stabilire catene di approvvigionamento nazionali più solide.

Gli Stati Uniti hanno risposto alla crisi del covid-19 chiudendo i propri confini e le aziende hanno risposto limitando la produzione, poiché le operazioni nelle miniere in tutto il mondo si sono fermate.

La chiusura degli impianti di produzione in Cina che potrebbe potenzialmente interrompere le importazioni di terre rare negli Stati Uniti ha messo in luce il fatto che la nazione dipende dalla Cina per le sue esigenze di terre rare.

Il governo degli Stati Uniti ha intensificato gli sforzi per garantire la fornitura di minerali critici al di fuori della Cina. Nell'ambito di tali iniziative, ha recentemente firmato un memorandum d'intesa con la Groenlandia per condurre un'indagine iperspettrale per mappare la geologia del paese.

La domanda di magneti in terre rare è guidata principalmente da veicoli elettrici, generatori eolici, dispositivi medici, smartphone e applicazioni aerospaziali e di difesa.

Il mercato dei magneti in terre rare da 14 miliardi di dollari all'anno è controllato per oltre il 60% dalla Cina che, nell'ambito di Made in China 2025, utilizza sempre più magneti in terre rare nei prodotti finiti e semilavorati, invece di esportare i magneti, affermano gli Stati Uniti Rare Earth, il partner di finanziamento e sviluppo del progetto Round Top per le terre rare pesanti e i minerali critici nel Texas occidentale, e fonti del settore stimano che il mercato dei magneti delle terre rare raddoppierà quasi entro il 2027.

USA Rare Earth sta inoltre acquistando l'attrezzatura necessaria per costruire l'unico impianto di produzione di magneti in terre rare nelle Americhe.

L'unica miniera di terre rare attiva negli Stati Uniti è Mountain Pass in California. Dopo un periodo di naftalina, è tornato in produzione, ma ora è di proprietà di MP Materials, di cui quasi un decimo è di proprietà di un investitore cinese.

Quando lo US Geological Survey fa il suo rapporto annuale sulla produzione di minerali, gli Stati Uniti stanno tecnicamente producendo zero ossidi di terre rare perché ciò che sta uscendo da Mountain Pass viene spedito in Cina, ha detto Dan McGroarty, membro del comitato consultivo delle terre rare USA a MINING.COM .

Costruire una riserva di minerali critici

McGroarty ha affermato che nel 2014 l'amministrazione Obama ha designato due terre rare, il terbio e il disprosio, nella lista delle terre rare per l'acquisizione nelle scorte della Difesa Nazionale.

“Quello è stato un punto in cui non c'era produzione di terbio e disprosio negli Stati Uniti. Quelle sono le due terre rare più grandi, in volume, che abbiamo a Round Top. A questo proposito, c'è un allineamento molto forte", ha detto McGroarty.

“La decisione che il Presidente ha preso la scorsa estate, ai sensi del Defence Production Act (DPA)... di designare l'intera filiera delle terre rare come 'essenziale per la difesa nazionale' ai sensi del DPA, ecco cosa consente il finanziamento nello spazio delle terre rare – e c'è dell'altro in arrivo”, ha detto.

“Abbiamo un giacimento davvero unico sotto diversi aspetti: abbiamo 16 delle 17 terre rare, molte delle quali nelle categorie delle terre rare che parlano di una serie di applicazioni di difesa e di produzione. È probabilmente il più grande giacimento di terre rare pesanti al mondo al di fuori della Cina", ha affermato Pini Althaus, CEO di USA Rare Earth.

"Abbiamo anche una quantità significativa di litio, saremo il 2° produttore statunitense più grande entro il 2023, quindi abbiamo un progetto molto diversificato... con grandi infrastrutture in atto".

USA Rare Earth prevede una vita mineraria di oltre 130 anni nel progetto, ma l'economia del PEA si concentra sui primi 20 anni.

Althaus ha detto che sono in grado di lisciviare il deposito, cosa rara per la maggior parte dei depositi di terre rare.

"Tra i nostri capex e opex sono bassi, siamo in grado di competere con la Cina sui prezzi", ha affermato Althaus.

USA Rare Earth ha annunciato a dicembre 2019 l'apertura di un impianto pilota a Wheat Ridge, in Colorado, allo scopo di separare e purificare completamente le terre rare e altri metalli tecnologici e minerali critici, lisciviati dal minerale dal progetto Round Top.

L'impianto pilota del Colorado sarà il primo impianto di lavorazione al di fuori della Cina con la capacità di separare l'intera gamma di terre rare: luci, medie e pesanti.

Althaus ha detto che l'impianto sarà spostato in Texas, dove inizieranno la costruzione della miniera.

L'impianto di Wheat Ridge è il secondo pezzo di una catena di approvvigionamento di ossido di terre rare al 100% con sede negli Stati Uniti, che attinge alle materie prime di Round Top.

La costruzione della struttura del Colorado è completa e l'apertura è prevista per la prossima settimana, ha affermato Althaus.

All'inizio di aprile, la società ha annunciato di aver acquistato l'attrezzatura per la produzione di magneti permanenti al neodimio ferro boro (NdFeB), precedentemente posseduta e gestita nella Carolina del Nord da Hitachi Metals America.

USA Rare Earth immagazzinerà l'attrezzatura in attesa di una decisione su dove posizionare la nuova operazione del magnete, con la priorità di un buon accesso al progetto Round Top.

L'esercito americano è tra i possibili investitori e Round Top fa parte delle sollecitazioni.

Ci sono state due sollecitazioni che sono emerse dal Dipartimento della Difesa (DOD). Il primo ha chiuso alla fine del 2019 per l'elaborazione e attende una risposta. Il 2 marzo c'è stata un'altra sollecitazione sulle terre rare leggere.

Round Top ha fatto parte di una sovvenzione del DOD, poiché il DOD seleziona le terre rare che desidera elaborare e purificare.

USA Rare Earth ha annunciato a marzo la nomina del generale dell'esercito in pensione Paul J. Kern nel suo consiglio di amministrazione.

Il generale Kern è un membro del Defense Science Board, istituito dalla legge federale nel 1956 per fornire consulenza e raccomandazioni indipendenti su processi e politiche scientifiche, tecniche, di produzione, di acquisizione e altre questioni di interesse al Dipartimento della Difesa.

USA Rare Earth mira ad avere Round Top in produzione entro 30 mesi, ma McGroarty ha detto che se possono accelerare la sequenza temporale, lo faranno.

“La decisione che il presidente ha preso la scorsa estate, ai sensi del Defence Production Act (DPA) … di designare un'intera catena di approvvigionamento per le terre rare come materiale urgente ai sensi del DPA, questo è ciò che consente il finanziamento nello spazio delle terre rare – e c'è più in arrivo.”

“Ci sarà un impatto significativo sull'economia. Stiamo parlando di un impatto da $ 500 miliardi a $ 1 trilione, in [in termini di] creazione di posti di lavoro e produzione ... tutto per il settore dei veicoli elettrici", ha affermato Althaus.

"Da un punto di vista pratico, uno dei motivi per cui molte aziende sono andate offshore, a parte il costo del lavoro, le materie prime e le capacità di lavorazione sono in Cina", ha affermato Althaus. "È una questione di sicurezza nazionale, è una questione economica, una questione manifatturiera, la creazione di posti di lavoro e gli Stati Uniti ... stanno cercando di riportarlo a casa".

Il mulino autogeno è un nuovo tipo di attrezzatura di macinazione con funzioni sia di frantumazione che di macinazione. Usa il materiale di macinazione stesso come mezzo, attraverso l'impatto reciproco e l'effetto di macinazione per ottenere la triturazione. Il mulino semiautogeno è quello di aggiungere un piccolo numero di sfere d'acciaio nel mulino autogeno, la sua capacità di lavorazione può essere aumentata del 10% – 30%, il consumo di energia per unità di prodotto può essere ridotto del 10% – 20%, ma il l'usura del rivestimento è relativamente aumentata del 15% e la finezza del prodotto è più grossolana. Essendo una parte fondamentale del mulino semiautogeno, le camicie del corpo del cilindro sono seriamente danneggiate a causa dell'impatto della sfera d'acciaio sollevata dalla trave di sollevamento del rivestimento sul rivestimento all'altra estremità durante il funzionamento del mulino SAG.

Nel 2009 sono stati costruiti due nuovi mulini semiautogeni con un diametro di 7,53 × 4,27 a Panzhihua Iron and Steel Co., Ltd., con una capacità di progettazione annua di 2 milioni di tonnellate/set. Nel 2011 è stato costruito un nuovo mulino semiautogeno con un diametro di 9,15 × 5,03 nel concentratore Baima di Panzhihua Iron and Steel Co., Ltd., con una capacità di progettazione annua di 5 milioni di tonnellate. Dal momento che l'operazione di prova del mulino semiautogeno con un diametro di 9,15 × 5,03, le fodere del guscio e la piastra della griglia del mulino spesso si rompono e il tasso di funzionamento è solo del 55%, il che influisce seriamente sulla produzione e sull'efficienza.

Il mulino semiautogeno di 9,15 m nella miniera di Baima del Panzhihua Iron and Steel Group ha utilizzato la canna del cilindro prodotta da molti produttori. La vita utile più lunga è inferiore a 3 mesi e la vita più breve è di una sola settimana, il che porta alla bassa efficienza del mulino semiautogeno e al costo di produzione notevolmente aumentato. H&G Machinery Co.; Ltd  è entrata in profondità nel sito di un mulino semiautogeno di 9,15 m per indagini e test continui. Attraverso l'ottimizzazione del materiale di colata, del processo di colata e del processo di trattamento termico, la vita utile delle fodere dei gusci prodotte nella miniera di Baima ha superato i 4 mesi e l'effetto è evidente.

Analisi delle cause di breve durata dei rivestimenti per mulini SAG

I parametri e la struttura del mulino semiautogeno φ 9,15 × 5,03 nel concentratore Baima. La tabella 1 è la tabella dei parametri:

Analisi dei guasti dei vecchi rivestimenti per mulini SAG

Dalla messa in servizio del mulino semiautogeno φ 9,15 × 5,03 nel concentratore Baima, il tasso di funzionamento è solo del 55% circa a causa del danno irregolare e della sostituzione delle camicie del mulino, che incide gravemente sui vantaggi economici. La principale modalità di guasto del rivestimento del guscio è mostrata in Fig. 1 (a). Secondo l'indagine in loco, le guaine del mulino SAG e la piastra a traliccio sono le principali parti di guasto, che sono coerenti con la situazione in Fig. 2 (b). Escludiamo altri fattori, solo dall'analisi del liner stesso, i problemi principali sono i seguenti:

1. A causa della scelta impropria del materiale, la piastra di rivestimento del cilindro si deforma durante il processo di utilizzo, il che provoca l'estrusione reciproca della piastra di rivestimento, con conseguente frattura e scarto;

2. Poiché la parte fondamentale della camicia del cilindro, a causa della mancanza di resistenza all'usura, quando lo spessore della camicia è di circa 30 mm, la resistenza complessiva della colata diminuisce e non è possibile resistere all'impatto della sfera d'acciaio, con conseguente frattura e rottamazione;

3. I difetti di qualità della colata, come le impurità nell'acciaio fuso, l'alto contenuto di gas e la struttura non compatta, riducono la resistenza e la tenacità dei getti.

Nuovo design del materiale delle fodere per mulini SAG

Il principio di selezione della composizione chimica consiste nel fare in modo che le proprietà meccaniche del rivestimento del guscio e della piastra della griglia soddisfino i seguenti requisiti:

1) Elevata resistenza all'usura. L'usura del rivestimento del guscio e della piastra della griglia è il fattore principale che porta alla diminuzione della durata del rivestimento del guscio e la resistenza all'usura rappresenta la durata del rivestimento del guscio e del piatto della griglia.

2) Elevata tenacità agli urti. La tenacità all'impatto è una caratteristica che può ripristinare lo stato originale dopo aver subito una determinata forza esterna. In modo che il rivestimento del guscio e la piastra della griglia non si spezzino durante l'impatto della sfera d'acciaio.

Composizione chimica

1) Il contenuto di carbonio e C è controllato tra lo 0,4% e lo 0,6% in diverse condizioni di usura, in particolare il carico d'urto;

2) I risultati mostrano che il contenuto di Si e Si rafforza la ferrite, aumenta il rapporto di snervamento, riduce la tenacità e la plasticità e ha la tendenza ad aumentare la fragilità da rinvenimento e il contenuto è controllato tra 0,2-0,45%;

3) Contenuto di Mn, l'elemento Mn svolge principalmente il ruolo di rafforzamento della soluzione, miglioramento della resistenza, durezza e resistenza all'usura, aumento della fragilità del temperamento e dell'irruvidimento della struttura e il contenuto è controllato tra 0,8-2,0%;

4) Il contenuto di cromo, l'elemento Cr, un elemento importante dell'acciaio resistente all'usura, ha un grande effetto di rinforzo sull'acciaio e può migliorare la resistenza, la durezza e la resistenza all'usura dell'acciaio e il contenuto è controllato tra 1,4-3,0%;

5) Contenuto di Mo, l'elemento Mo è uno degli elementi principali dell'acciaio resistente all'usura, rinforzando la ferrite, raffinando il grano, riducendo o eliminando la fragilità della tempra, migliorando la resistenza e la durezza dell'acciaio, il contenuto è controllato tra 0,4-1,0%;

6) Il contenuto di Ni è controllato entro 0,9-2,0%,

7) Quando il contenuto di vanadio è basso, la granulometria viene affinata e la tenacità viene migliorata. Il contenuto di vanadio può essere controllato entro 0,03-0,08%;

8) I risultati mostrano che l'effetto di disossidazione e raffinamento del grano del titanio è evidente e il contenuto è controllato tra lo 0,03% e lo 0,08%;

9) Re può purificare l'acciaio fuso, raffinare la microstruttura, ridurre il contenuto di gas e altri elementi nocivi nell'acciaio. La resistenza, la plasticità e la resistenza alla fatica dell'acciaio alto possono essere controllate entro lo 0,04-0,08%;

10) Il contenuto di P e s dovrebbe essere controllato al di sotto dello 0,03%.

Quindi la composizione chimica del nuovo design delle fodere per mulini SAG è:

Tecnologia di colata

Punti chiave della tecnologia di colata

1. La sabbia autoindurente al silicato di sodio di anidride carbonica viene utilizzata per controllare rigorosamente il contenuto di umidità della sabbia di formatura;
2. Deve essere utilizzato un rivestimento in polvere di zircone puro a base di alcol e non devono essere utilizzati prodotti scaduti;
3. Utilizzando la schiuma per realizzare l'intero campione solido, ogni filetto di colata deve essere portato fuori sul corpo, richiedendo la dimensione precisa e la struttura ragionevole;
4. Nel processo di stampaggio, la deformazione dovrebbe essere rigorosamente controllata e l'operatore dovrebbe mettere la sabbia in modo uniforme e lo stampo di sabbia dovrebbe essere sufficientemente compatto e uniforme e, allo stesso tempo, dovrebbe essere evitata la deformazione del campione reale;
5. Nel processo di modifica dello stampo, le dimensioni devono essere rigorosamente controllate per garantire l'accuratezza dimensionale dello stampo in sabbia;
6. Lo stampo in sabbia deve essere asciugato prima di chiudere la scatola;
7. Controllare le dimensioni di ciascun nucleo per evitare pareti di spessore non uniforme.

Processo di colata

La temperatura di colata è il principale fattore che influenza la struttura interna dei getti. Se la temperatura di colata è troppo alta, il calore surriscaldato dell'acciaio fuso è grande, la colata è facile da produrre porosità da ritiro e struttura grossolana; se la temperatura di colata è troppo bassa, il calore surriscaldato dell'acciaio liquido è piccolo e la colata non è sufficiente. La temperatura di colata è controllata tra 1510 ℃ e 1520 ℃, in grado di garantire una buona microstruttura e un riempimento completo. La corretta velocità di colata è la chiave per la struttura compatta e l'assenza di cavità da ritiro nella colonna montante. Quando la velocità di versamento è vicina alla posizione del tubo dell'acqua di raffreddamento, si deve seguire il principio "prima lento, poi veloce e poi lento". Cioè iniziare a versare lentamente. Quando l'acciaio fuso entra nel corpo di colata, la velocità di colata viene aumentata per far salire rapidamente l'acciaio fuso sul montante, quindi il colata è lenta. Quando l'acciaio fuso entra a 2/3 dell'altezza del riser, il riser viene utilizzato per completare la colata fino alla fine della colata.

Trattamento termico

Una corretta lega di acciai strutturali a medio e basso tenore di carbonio può ritardare significativamente la trasformazione della perlite ed evidenziare la trasformazione della bainite in modo che la struttura dominata dalla bainite possa essere ottenuta in un ampio intervallo di velocità di raffreddamento continuo dopo l'austenitizzazione, che è chiamata acciaio bainitico. L'acciaio bainitico può ottenere proprietà complete più elevate con una velocità di raffreddamento inferiore, semplificando così il processo di trattamento termico e riducendo la deformazione.

Trattamento isotermico

È un grande risultato nel campo della metallurgia del ferro e dell'acciaio ottenere materiali in acciaio bainite mediante trattamento isotermico, che è una delle direzioni dello sviluppo di materiali in super acciaio e nano acciaio. Tuttavia, il processo e le apparecchiature di austemperatura sono complessi, il consumo di energia è elevato, il costo del prodotto è elevato, estingue l'ambiente a medio inquinamento, il ciclo di produzione lungo e così via

Trattamento di raffreddamento ad aria

Per ovviare alle carenze del trattamento isotermico, è stata preparata una specie di acciaio bainitico mediante raffreddamento ad aria dopo la colata. Tuttavia, per ottenere più bainite, è necessario aggiungere rame, molibdeno, nichel e altre leghe preziose, che non solo ha un costo elevato ma ha anche una scarsa tenacità.

Trattamento di raffreddamento controllato

Il raffreddamento controllato era originariamente un concetto nel processo di laminazione controllata dell'acciaio. Negli ultimi anni, si è sviluppato in un metodo di trattamento termico efficiente ea risparmio energetico. Durante il trattamento termico, è possibile ottenere la microstruttura progettata e le proprietà dell'acciaio possono essere migliorate mediante raffreddamento controllato. La ricerca sulla laminazione e il raffreddamento controllati dell'acciaio mostra che il raffreddamento controllato può favorire la formazione di bainite a basso tenore di carbonio forte e tenace quando la composizione chimica dell'acciaio è idonea. I metodi comunemente usati di raffreddamento controllato includono il raffreddamento a getto di pressione, il raffreddamento laminare, il raffreddamento a cortina d'acqua, il raffreddamento ad atomizzazione, il raffreddamento a spruzzo, il raffreddamento turbolento a piastre, il raffreddamento a spruzzo acqua-aria e l'estinzione diretta, ecc. Vengono comunemente utilizzati 8 tipi di metodi di raffreddamento di controllo .

Metodo di elaborazione del trattamento termico

In base allo stato delle apparecchiature dell'azienda e alle condizioni effettive, adottiamo un metodo di trattamento termico a raffreddamento continuo. Il processo specifico consiste nell'aumentare la temperatura di riscaldamento di AC3 + (50~100) centigradi in base a una certa velocità di riscaldamento e accelerare il raffreddamento utilizzando il dispositivo di raffreddamento a spruzzo acqua-aria sviluppato dalla nostra azienda in modo che il materiale sia raffreddato ad aria e auto-indurito. Può ottenere una struttura bainitica completa ed omogenea, ottenere prestazioni eccellenti, ovviamente superiori agli stessi prodotti, ed eliminare i secondi tipi di fragilità da temperamento.

I risultati

• Struttura metallografica: grana 6,5
• HRC 45-50
• Il rivestimento del grande mulino semiautogeno prodotto dalla nostra azienda è stato utilizzato per quasi 3,5 anni sul mulino semiautogeno di Φ 9,15 m nella miniera di Baima di Panzhihua Iron and Steel Group Co., Ltd. la durata è più che 4 mesi e la durata di servizio più lunga è di 7 mesi. Con l'aumento della durata, il costo di rettifica dell'unità è notevolmente ridotto, la frequenza di sostituzione della piastra di rivestimento è notevolmente ridotta, l'efficienza produttiva è notevolmente migliorata e il vantaggio è evidente.
• La scelta del materiale è la chiave per migliorare la durata di servizio delle camicie del mulino del grande mulino semiautogeno e la lega di gradi di acciaio è un modo efficace per migliorare la resistenza all'usura.
• La struttura in bainite ad alta resistenza ed elevata tenacità è la garanzia di migliorare la vita utile del rivestimento a conchiglia del mulino semiautogeno.
• Il processo di colata e il processo di trattamento termico sono perfetti per garantire che la struttura di colata sia densa, il che può migliorare efficacemente la durata del rivestimento semiautogeno del guscio del mulino.

Nick Sun       [email protected]