Een les die kan worden getrokken uit de handelsoorlog tussen de VS en China en de door het coronavirus veroorzaakte afsluitingen die de markten verwoesten en de vooruitzichten voor de mijnbouwproductie hard raken, is dat Noord-Amerika robuustere binnenlandse toeleveringsketens moet opzetten.

De VS reageerden op de covid-19-crisis door hun grenzen te sluiten en bedrijven reageerden door de productie te beperken, aangezien de operaties in mijnen wereldwijd tot stilstand kwamen.

Sluitingen van fabrieken in China die mogelijk de invoer van zeldzame aardmetalen uit de VS zouden kunnen afsnijden, wierpen de schijnwerpers op het feit dat het land afhankelijk is van China voor zijn behoeften aan zeldzame aardmetalen.

De Amerikaanse regering heeft haar inspanningen opgevoerd om de aanvoer van cruciale mineralen van buiten China te verzekeren. Als onderdeel van die initiatieven heeft het onlangs een memorandum van overeenstemming ondertekend met Groenland om een ​​hyperspectraal onderzoek uit te voeren om de geologie van het land in kaart te brengen.

De vraag naar zeldzame-aardmagneten wordt voornamelijk aangedreven door elektrische voertuigen, windgeneratoren, medische apparaten, smartphones en ruimtevaart- en defensietoepassingen.

De markt voor zeldzame-aardmagneten van $ 14 miljard per jaar wordt voor meer dan 60% gecontroleerd door China, dat onder Made in China 2025 in toenemende mate zeldzame-aardmagneten gebruikt in eindproducten en halffabrikaten, in plaats van de magneten te exporteren, zegt de VS. Rare Earth, de financierings- en ontwikkelingspartner van het Round Top-project voor zware zeldzame aarde en kritische mineralen in West-Texas, en bronnen uit de industrie schatten dat de markt voor zeldzame aardmagneten tegen 2027 bijna zal verdubbelen.

USA Rare Earth koopt ook de apparatuur die nodig is om de enige productiefaciliteit voor zeldzame aardmagneten in Amerika te bouwen.

De enige actieve zeldzame aardenmijn in de VS is Mountain Pass in Californië. Na een mottenballenperiode is het weer in productie – maar is nu eigendom van MP Materials, waarvan bijna een tiende eigendom is van een Chinese investeerder.

Wanneer de US Geological Survey zijn jaarverslag over de productie van mineralen doet - produceert de VS technisch gezien nul zeldzame aardoxiden omdat wat uit Mountain Pass komt wordt verscheept naar China, vertelde Dan McGroarty, lid van de adviesraad van de VS Rare Earth, aan MINING.COM .

Een kritieke mineralenvoorraad opbouwen

McGroarty zei in 2014 dat de regering-Obama twee zeldzame aardmetalen, terbium en dysprosium, heeft aangewezen om op de lijst met zeldzame aardmetalen te komen voor opname in de National Defense-voorraad.

“Dat was op een moment dat er geen terbium- en dysprosiumproductie was in de VS. Dat zijn de twee grootste, qua volume, zeldzame aardmetalen die we bij Round Top hebben. In dat opzicht is er een zeer sterke afstemming, "zei McGroarty.

“De beslissing die de president afgelopen zomer nam, in het kader van de Defense Production Act (DPA)... om de hele toeleveringsketen voor zeldzame aardmetalen aan te wijzen als 'essentieel voor de nationale defensie' onder de DPA, dat is wat de financiering in de ruimte voor zeldzame aardmetalen mogelijk maakt – en er komt nog meer”, zei hij.

"We hebben in een aantal opzichten een zeer unieke afzetting - we hebben 16 van de 17 zeldzame aardmetalen, met veel in de zeldzame aarden-categorieën die spreken voor een aantal defensietoepassingen en productie. Het is waarschijnlijk de grootste afzetting van zware zeldzame aardmetalen ter wereld buiten China”, zegt Pini Althaus, CEO van USA Rare Earth.

"We hebben ook een aanzienlijke hoeveelheid lithium, we zullen in 2023 de op één na grootste Amerikaanse producent zijn, dus we hebben een zeer gediversifieerd project ... met een grote infrastructuur."

USA Rare Earth voorziet een 130 jaar plus mijnleven op het project, maar de PEA-economie is gericht op de eerste 20 jaar.

Althaus zei dat ze de afzetting kunnen ophopen, wat zeldzaam is voor de meeste afzettingen van zeldzame aardmetalen.

"Terwijl onze capex en onze opex laag zijn, zijn we in staat om te concurreren met China op het gebied van prijsstelling", zei Althaus.

USA Rare Earth heeft in december 2019 aangekondigd dat ze een proeffabriek openen in Wheat Ridge, Colorado met als doel zeldzame aardmetalen en andere technische metalen en kritische mineralen, uitgeloogd uit erts van het Round Top-project, volledig te scheiden en te zuiveren.

De proeffabriek in Colorado zal de eerste verwerkingsfaciliteit buiten China zijn met de mogelijkheid om het volledige scala aan zeldzame aardmetalen te scheiden - licht, middentonen en zwaar.

Althaus zei dat de fabriek naar Texas zal worden verplaatst, waar ze zullen beginnen met de bouw van mijnen.

De fabriek in Wheat Ridge is het tweede onderdeel van een 100% in de VS gevestigde toeleveringsketen voor zeldzame aardenoxiden, gebaseerd op grondstoffen van Round Top.

De bouw van de Colorado-faciliteit is voltooid en zal naar verwachting in de komende week worden geopend, zei Althaus.

Begin april kondigde het bedrijf aan dat het de productieapparatuur voor neodymium-ijzerborium (NdFeB) voor permanente magneten heeft gekocht die voorheen eigendom was van en geëxploiteerd werd in North Carolina door Hitachi Metals America.

USA Rare Earth zal de apparatuur opslaan in afwachting van een beslissing over de locatie van de nieuwe magneetoperatie, waarbij de prioriteit ligt bij een goede toegang tot het Round Top-project.

Het Amerikaanse leger is een van de mogelijke investeerders - en Round Top maakt deel uit van de verzoeken.

Er zijn twee verzoeken van het Ministerie van Defensie (DOD) binnengekomen. De eerste sloot eind 2019 rond de verwerking en wacht op een reactie. Op 2 maart was er weer een oproep rond lichte zeldzame aardmetalen.

Round Top maakt deel uit van een DOD-subsidie, omdat de DOD de zeldzame aarden uitkiest die het wil verwerken en zuiveren.

USA Rare Earth kondigde in maart de benoeming aan van de gepensioneerde legergeneraal Paul J. Kern in de raad van bestuur.

Generaal Kern is lid van de Defense Science Board, opgericht bij federale wet in 1956 om onafhankelijk advies en aanbevelingen te geven over wetenschappelijk, technisch, fabricage-, acquisitieproces en -beleid, en andere zaken die van belang zijn voor het ministerie van Defensie.

USA Rare Earth streeft ernaar om Round Top binnen 30 maanden in productie te hebben, maar McGroarty zei dat als ze de tijdlijn kunnen versnellen, ze dat zullen doen.

“De beslissing die de president afgelopen zomer nam, in het kader van de Defense Production Act (DPA) … om een ​​hele toeleveringsketen voor zeldzame aardmetalen aan te wijzen als urgent materiaal onder de DPA, dat is wat de financiering in de ruimte voor zeldzame aardmetalen mogelijk maakt – en er is meer komen.”

“Er zal een aanzienlijke impact zijn op de economie. We hebben het over een impact van $ 500 miljard tot $ 1 biljoen, in [termen van] het scheppen van banen en productie ... alles voor de sector van elektrische voertuigen, "zei Althaus.

"Vanuit praktisch oogpunt is een van de redenen waarom veel bedrijven offshore zijn gegaan, afgezien van de arbeidskosten, de grondstoffen en verwerkingscapaciteiten in China", zei Althaus. "Het is een kwestie van nationale veiligheid, het is een economisch probleem, een productieprobleem, het scheppen van banen, en de VS ... probeert dat terug naar huis te brengen."

Autogene molen is een nieuw type maalapparatuur met zowel breek- als maalfuncties. Het gebruikt het maalmateriaal zelf als medium, door de wederzijdse impact en het maaleffect om verkleining te bereiken. De semi-autogene molen moet een klein aantal stalen kogels aan de autogene molen toevoegen, de verwerkingscapaciteit kan worden verhoogd met 10% - 30%, het energieverbruik per eenheid product kan worden verminderd met 10% - 20%, maar de voeringslijtage is relatief verhoogd met 15% en de productfijnheid is grover. Als een belangrijk onderdeel van de semi-autogene molen worden de schaalvoeringen van het cilinderlichaam ernstig beschadigd door de impact van de stalen kogel die door de voeringhefbalk wordt opgetild op de voering aan het andere uiteinde tijdens de werking van de SAG-molen.

In 2009 werden in Panzhihua Iron and Steel Co., Ltd. twee nieuwe semi-autogene molens met een diameter van 7,53 × 4,27 gebouwd, met een jaarlijkse ontwerpcapaciteit van 2 miljoen ton/set. In 2011 werd een nieuwe semi-autogene molen met een diameter van 9,15 × 5,03 gebouwd in de Baima-concentrator van Panzhihua Iron and Steel Co., Ltd., met een jaarlijkse ontwerpcapaciteit van 5 miljoen ton. Sinds de proefwerking van de semi-autogene molen met een diameter van 9,15 × 5,03, breken de schaalvoeringen en roosterplaat van de molen vaak en is de bedrijfssnelheid slechts 55%, wat de productie en efficiëntie ernstig beïnvloedt.

De semi-autogene molen van 9,15 m in de Baima-mijn van Panzhihua Iron and Steel Group heeft de cilindervoering gebruikt die door veel fabrikanten wordt geproduceerd. De langste levensduur is minder dan 3 maanden en de kortste levensduur is slechts een week, wat leidt tot de lage efficiëntie van de semi-autogene molen en de sterk verhoogde productiekosten. H&G Machinery Co.; Ltd  ging diep in de site van een semi-autogene molen van 9,15 m voor continu onderzoek en testen. Door de optimalisatie van het gietmateriaal, het gietproces en het warmtebehandelingsproces, is de levensduur van de in de Baima-mijn geproduceerde schaalvoeringen langer dan 4 maanden, en het effect is duidelijk.

Oorzaakanalyse van korte levensduur van SAG-walsschaalvoeringen

De parameters en structuur van φ 9,15 × 5,03 semi-autogene molen in Baima-concentrator. Tabel 1 is de parametertabel:

Storingsanalyse van de oude SAG molenschaalvoeringen

Sinds de ingebruikname van φ 9,15 × 5,03 semi-autogene molen in Baima-concentrator, is de bedrijfssnelheid slechts ongeveer 55% vanwege de onregelmatige schade en vervanging van molenvoeringen, wat de economische voordelen ernstig beïnvloedt. De belangrijkste faalmodus van de schaalvoering wordt getoond in figuur 1 (a). Volgens het onderzoek ter plaatse zijn de SAG-walsmantelvoeringen en roosterplaat de belangrijkste faalonderdelen, die consistent zijn met de situatie in figuur 2 (b). We sluiten andere factoren uit, alleen uit de analyse van de voering zelf, de belangrijkste problemen zijn als volgt:

1. Vanwege de onjuiste materiaalkeuze vervormt de voeringplaat van de cilinder tijdens het gebruik, wat resulteert in de wederzijdse extrusie van de voeringplaat, wat resulteert in breuk en schroot;

2. Als het belangrijkste onderdeel van de cilindervoering, vanwege het gebrek aan slijtvastheid, wanneer de voeringdikte ongeveer 30 mm is, neemt de algehele sterkte van het gietstuk af en kan de impact van de stalen kogel niet worden weerstaan, wat resulteert in breuk en sloop;

3. Gietkwaliteitsgebreken, zoals onzuiverheden in gesmolten staal, hoog gasgehalte en niet-compacte structuur, verminderen de sterkte en taaiheid van gietstukken.

Nieuw materiaalontwerp van SAG-walsschaalvoeringen

Het principe van de selectie van de chemische samenstelling is om de mechanische eigenschappen van de schaalvoering en de roosterplaat aan de volgende vereisten te laten voldoen:

1) Hoge slijtvastheid. De slijtage van de schaalvoering en de roosterplaat is de belangrijkste factor die leidt tot de afname van de levensduur van de schaalvoering, en de slijtvastheid vertegenwoordigt de levensduur van de schaalvoering en de roosterplaat.

2) Hoge slagvastheid. Slagvastheid is een kenmerk dat de oorspronkelijke staat kan herstellen nadat het onmiddellijk een bepaalde externe kracht heeft ondergaan. Zodat de schaalvoering en de roosterplaat niet barsten tijdens de impact van een stalen kogel.

Chemische samenstelling

1) Het gehalte aan koolstof en C wordt geregeld tussen 0,4% en 0,6% onder verschillende slijtageomstandigheden, met name de impactbelasting;

2) De resultaten tonen aan dat het gehalte aan Si en Si ferriet versterkt, de opbrengstverhouding verhoogt, de taaiheid en plasticiteit vermindert en de neiging heeft de broosheid van de bui te verhogen, en het gehalte wordt geregeld tussen 0,2-0,45%;

3) Mn-gehalte, Mn-element speelt voornamelijk de rol van oplossingsversterking, verbetering van sterkte, hardheid en slijtvastheid, toenemende broosheid en grovere structuur, en het gehalte wordt geregeld tussen 0,8-2,0%;

4) Chroomgehalte, Cr-element, een belangrijk element van slijtvast staal, heeft een groot versterkend effect op het staal en kan de sterkte, hardheid en slijtvastheid van het staal verbeteren, en het gehalte wordt geregeld tussen 1,4-3,0%;

5) Mo-gehalte, Mo-element is een van de belangrijkste elementen van slijtvast staal, versterking van ferriet, raffinage van graan, vermindering of eliminatie van broosheid van de temperatuur, verbetering van de sterkte en hardheid van staal, het gehalte wordt geregeld tussen 0,4-1,0%;

6) Het gehalte aan Ni wordt geregeld binnen 0,9-2,0%,

7) Wanneer het gehalte aan vanadium klein is, wordt de korrelgrootte verfijnd en wordt de taaiheid verbeterd. Het gehalte aan vanadium kan worden geregeld binnen 0,03-0,08%;

8) De resultaten laten zien dat het deoxidatie- en korrelverfijningseffect van titanium duidelijk is, en het gehalte wordt geregeld tussen 0,03% en 0,08%;

9) Re kan gesmolten staal zuiveren, de microstructuur verfijnen, het gasgehalte en andere schadelijke elementen in staal verminderen. De sterkte, plasticiteit en vermoeidheidsweerstand van hoog staal kan worden geregeld binnen 0,04-0,08%;

10) Het gehalte aan P en s moet onder 0,03% worden gehouden.

Dus de chemische samenstelling van de nieuwe ontwerp SAG molenschaalvoeringen is:

Giettechnologie

Kernpunten van giettechnologie

1. Kooldioxide-natriumsilicaat zelfhardend zand wordt gebruikt om het vochtgehalte van vormzand strikt te controleren;
2. Op alcohol gebaseerde pure zirkoonpoedercoating moet worden gebruikt en producten waarvan de houdbaarheidsdatum is verstreken, mogen niet worden gebruikt;
3. Met behulp van schuim om het hele vaste monster te maken, moet elke gietfilet op het lichaam worden gebracht, waarbij de precieze grootte en redelijke structuur vereist zijn;
4. Tijdens het vormproces moet de vervorming strikt worden gecontroleerd en moet de operator het zand gelijkmatig aanbrengen, en de zandvorm moet compact genoeg en gelijkmatig zijn, en tegelijkertijd moet de vervorming van het echte monster worden vermeden;
5. Tijdens het modificeren van schimmels moet de maat strikt worden gecontroleerd om de maatnauwkeurigheid van zandvorm te garanderen;
6. De zandvorm moet worden gedroogd voordat de doos wordt gesloten;
7. Controleer de grootte van elke kern om ongelijkmatige wanddikte te voorkomen.

Gietproces:

De giettemperatuur is de belangrijkste factor die de interne structuur van gietstukken beïnvloedt. Als de giettemperatuur te hoog is, is de oververhitte hitte van gesmolten staal groot, is het gieten gemakkelijk om krimpporositeit en grove structuur te produceren; als de giettemperatuur te laag is, is de oververhitte hitte van vloeibaar staal klein en is het gieten niet voldoende. De giettemperatuur wordt geregeld tussen 1510 ℃ en 1520 ℃, wat een goede microstructuur en volledige vulling kan garanderen. De juiste gietsnelheid is de sleutel tot de compacte structuur en geen krimpholte in de stijgbuis. Wanneer de gietsnelheid dicht bij de positie van de koelwaterleiding ligt, moet het principe van "eerst langzaam, dan snel en dan langzaam" worden gevolgd. Dat is om langzaam te beginnen met gieten. Wanneer het gesmolten staal het gietlichaam binnenkomt, wordt de gietsnelheid verhoogd om het gesmolten staal snel naar de stijgbuis te laten stijgen, en dan is het gieten langzaam. Wanneer het gesmolten staal 2/3 van de stijgbuishoogte binnengaat, wordt de stijgbuis gebruikt om het gieten aan te vullen tot het einde van het gieten.

Hittebehandeling

Een goede legering van constructiestaal met een gemiddeld en laag koolstofgehalte kan de perliettransformatie aanzienlijk vertragen en de bainiettransformatie benadrukken, zodat de door bainiet gedomineerde structuur kan worden verkregen in een groot bereik van continue afkoelingssnelheid na austenitisering, wat bainitisch staal wordt genoemd. Bainitisch staal kan hogere uitgebreide eigenschappen verkrijgen met een lagere koelsnelheid, waardoor het warmtebehandelingsproces wordt vereenvoudigd en vervorming wordt verminderd.

Isotherme behandeling

Het is een geweldige prestatie op het gebied van ijzer- en staalmetallurgie om bainiet-staalmaterialen te verkrijgen door isotherme behandeling, wat een van de richtingen is voor de ontwikkeling van superstaal- en nanostaalmaterialen. Het austempering-proces en de apparatuur zijn echter complex, het energieverbruik is groot, de productkosten zijn hoog, de omgeving met gemiddelde vervuiling wordt afgeschrikt, de productiecyclus is lang en ga zo maar door

Luchtkoeling behandeling:

Om de tekortkomingen van isotherme behandeling te verhelpen, werd een soort bainitisch staal vervaardigd door luchtkoeling na het gieten. Om echter meer bainiet te verkrijgen, moeten koper, molybdeen, nikkel en andere edele legeringen worden toegevoegd, wat niet alleen hoge kosten met zich meebrengt, maar ook een slechte taaiheid heeft.

Gecontroleerde koelbehandeling

Gecontroleerde koeling was oorspronkelijk een concept in het proces van staalgestuurd walsen. Het heeft zich de afgelopen jaren ontwikkeld tot een efficiënte en energiebesparende warmtebehandelingsmethode. Tijdens warmtebehandeling kan de ontworpen microstructuur worden verkregen en kunnen de eigenschappen van staal worden verbeterd door gecontroleerde koeling. Het onderzoek naar gecontroleerd walsen en koelen van staal toont aan dat gecontroleerde koeling de vorming van sterk en taai laag koolstofbainiet kan bevorderen wanneer de chemische samenstelling van staal geschikt is. De veelgebruikte methoden voor gecontroleerde koeling zijn onder meer drukstraalkoeling, laminaire koeling, watergordijnkoeling, verstuivingskoeling, sproeikoeling, plaat turbulente koeling, water-lucht sproeikoeling en directe quenching, enz. 8 soorten regelkoelingsmethoden worden vaak gebruikt .

Warmtebehandeling verwerkingsmethode:

Afhankelijk van de apparatuurstatus en de werkelijke omstandigheden van het bedrijf, passen we een continue koelingswarmtebehandelingsmethode toe. Het specifieke proces is om de verwarmingstemperatuur met AC3 + (50 ~ 100) Celsius te verhogen volgens een bepaalde verwarmingssnelheid en de koeling te versnellen met behulp van het door ons bedrijf ontwikkelde water-luchtspray-koelapparaat, zodat het materiaal luchtgekoeld is en zelf gehard. Het kan een complete en homogene bainietstructuur krijgen, uitstekende prestaties bereiken, duidelijk superieur aan dezelfde producten, en tweede soorten broosheid elimineren.

De resultaten

• Metallografische structuur: korrelgrootte 6,5:
• HRC 45-50
• De schaalvoering van de grote semi-autogene molen die door ons bedrijf wordt geproduceerd, wordt al bijna 3,5 jaar gebruikt op de Φ 9,15 m semi-autogene molen in de Baima-mijn van Panzhihua Iron and Steel Group Co., Ltd. de levensduur is meer dan 4 maanden, en de langste levensduur is 7 maanden. Met de toename van de levensduur worden de slijpkosten per eenheid aanzienlijk verlaagd, de frequentie van het vervangen van de voeringplaat aanzienlijk verminderd, de productie-efficiëntie is aanzienlijk verbeterd en het voordeel is duidelijk.
• De materiaalkeuze is de sleutel om de levensduur van de voeringen van de grote semi-autogene molen te verbeteren, en het legeren van staalsoorten is een effectieve manier om de slijtvastheid te verbeteren.
• De bainietstructuur met hoge sterkte en hoge taaiheid is de garantie om de levensduur van de schaalvoering van de semi-autogene molen te verbeteren.
• Het gietproces en het warmtebehandelingsproces zijn perfect om ervoor te zorgen dat de gietstructuur dicht is, wat de levensduur van de semi-autogene molenschaalvoering effectief kan verbeteren.

Nick Sun       [email protected]