En lærdom man kan lære av handelskrigen mellom USA og Kina og koronavirus-induserte nedstengninger som skaper kaos på markedene og slår hardt utover utsiktene for gruveproduksjon – er at Nord-Amerika trenger å etablere mer robuste innenlandske forsyningskjeder.

USA svarte på covid-19-krisen ved å stenge sine grenser, og selskaper svarte med å begrense produksjonen, da operasjoner ved gruver over hele verden stoppet opp.

Nedleggelser av produksjonsanlegg i Kina som potensielt kan kutte importen av sjeldne jordarter fra USA, kastet søkelyset på det faktum at nasjonen er avhengig av Kina for sine behov for sjeldne jordarter.

Den amerikanske regjeringen har trappet opp innsatsen for å sikre tilførsel av kritiske mineraler fra utenfor Kina. Som en del av disse initiativene undertegnet den nylig et avtaleavtale med Grønland om å gjennomføre en hyperspektral undersøkelse for å kartlegge landets geologi.

Etterspørselen etter sjeldne jordmagneter drives hovedsakelig av elektriske kjøretøyer, vindgeneratorer, medisinsk utstyr, smarttelefoner og luftfarts- og forsvarsapplikasjoner.

Markedet for sjeldne jordarter på 14 milliarder dollar i året er mer enn 60 % kontrollert av Kina, som under Made in China 2025 i økende grad bruker sjeldne jordartsmagneter i ferdige og halvfabrikata, i motsetning til å eksportere magnetene, sier USA. Rare Earth, finansierings- og utviklingspartneren til Round Top-prosjektet for tunge sjeldne jordarter og kritiske mineraler i Vest-Texas, og industrikilder anslår at markedet for sjeldne jordartsmagneter vil nesten dobles innen 2027.

USA Rare Earth kjøper også utstyret som er nødvendig for å bygge det eneste produksjonsanlegget for sjeldne jordarter i Amerika.

Den eneste aktive gruven med sjeldne jordarter i USA er Mountain Pass i California. Etter en møllkuleperiode er den tilbake i produksjon – men eies nå av MP Materials, som nesten en tiendedel eies av en kinesisk investor.

Når US Geological Survey lager sin årlige rapport om mineralproduksjon - produserer USA teknisk sett null sjeldne jordartsoksider fordi det som kommer ut av Mountain Pass blir sendt til Kina, fortalte Dan McGroarty, medlem av USAs rådgivende styre for sjeldne jordarter, til MINING.COM .

Bygge et kritisk minerallager

McGroarty sa i 2014 at Obama-administrasjonen utpekte to sjeldne jordarter, terbium og dysprosium, til å være på listen over sjeldne jordarter for anskaffelse i National Defense-lageret.

"Det var på et tidspunkt hvor det ikke var produksjon av terbium og dysprosium i USA. Dette er de to største, etter volum, sjeldne jordarter som vi har på Round Top. I så henseende er det en veldig sterk tilpasning," sa McGroarty.

"Beslutningen som presidenten tok i fjor sommer, i henhold til Defense Production Act (DPA)...om å utpeke hele forsyningskjeden for sjeldne jordarter som "essensielt for det nasjonale forsvaret" under DPA, det er det som tillater finansieringen i verdensrommet med sjeldne jordarter – og det kommer mer, sa han.

"Vi har en veldig unik forekomst på en rekke måter – vi har 16 av de 17 sjeldne jordarter, med mange i kategoriene for sjeldne jordarter som snakker om en rekke forsvarsapplikasjoner og produksjon. Det er sannsynligvis den største tunge forekomsten av sjeldne jordarter i verden utenfor Kina, sa Pini Althaus, administrerende direktør i USA Rare Earth.

"Vi har også en betydelig mengde litium, vi vil være den nest største amerikanske produsenten innen 2023, så vi har et veldig diversifisert prosjekt ... med stor infrastruktur på plass."

USA Rare Earth ser for seg 130 år pluss minelevetid på prosjektet, men PEA-økonomien er fokusert på de første 20 årene.

Althaus sa at de er i stand til å bunke ut forekomsten, noe som er sjeldent for de fleste sjeldne jordartsforekomster.

"Mellom våre capex og opex er lave - vi er i stand til å konkurrere med Kina på priser," sa Althaus.

USA Rare Earth kunngjorde i desember 2019 at de åpner et pilotanlegg i Wheat Ridge, Colorado med det formål å fullstendig separere og rense sjeldne jordarter og andre tekniske metaller og kritiske mineraler, utvasket fra malm fra Round Top-prosjektet.

Pilotanlegget i Colorado vil være det første prosessanlegget utenfor Kina med muligheten til å skille hele spekteret av sjeldne jordarter – lys, mellomtoner og tunge.

Althaus sa at anlegget vil bli flyttet til Texas, hvor de vil begynne å bygge gruve.

Wheat Ridge-anlegget er den andre delen av en 100 % USA-basert forsyningskjede for sjeldne jordarter oksid, som trekker på råstoff fra Round Top.

Byggingen av Colorado-anlegget er fullført, og er planlagt å åpne i neste uke, sa Althaus.

Tidlig i april kunngjorde selskapet at det har kjøpt produksjonsutstyret for neodymjernbor (NdFeB) for permanent magnet som tidligere var eid og drevet i North Carolina av Hitachi Metals America.

USA Rare Earth vil lagre utstyret i påvente av en beslutning om hvor den nye magnetoperasjonen skal plasseres, med prioritet god tilgang til Round Top-prosjektet.

Det amerikanske militæret er blant mulige investorer – og Round Top er en del av oppfordringene.

Det har vært to oppfordringer som har kommet ut fra forsvarsdepartementet (DOD). Den første avsluttet sent i 2019 rundt behandling og venter på svar. 2. mars var det en ny oppfordring rundt lette sjeldne jordarter.

Round Top har vært en del av et DOD-stipend, ettersom DOD velger de sjeldne jordartene den vil ha behandlet og renset.

USA Rare Earth kunngjorde i mars utnevnelsen av den pensjonerte hærgeneral Paul J. Kern til sitt styre.

General Kern er medlem av Defense Science Board, opprettet ved føderal lov i 1956 for å gi uavhengige råd og anbefalinger om vitenskapelige, tekniske, produksjons-, anskaffelsesprosesser og retningslinjer, og andre saker av interesse for Department of Defense.

USA Rare Earth har som mål å ha Round Top i produksjon innen 30 måneder, men McGroarty sa at hvis de kan fremskynde tidslinjen - vil de gjøre det.

"Beslutningen som presidenten tok i fjor sommer, i henhold til Defense Production Act (DPA) ... om å utpeke en hel forsyningskjede for sjeldne jordarter som et hastemateriale under DPA, det er det som tillater finansieringen i verdensrommet med sjeldne jordarter - og det er mer kommer."

– Det vil ha en betydelig innvirkning på økonomien. Vi snakker om en innvirkning på 500 milliarder dollar til 1 billion dollar, når det gjelder jobbskaping og produksjon … alt til elbilsektoren,” sa Althaus.

"Fra et praktisk synspunkt er en av grunnene til at mange selskaper har gått offshore, lønnskostnader til side, råvarene og prosesseringsevnen er i Kina," sa Althaus. "Det er et nasjonalt sikkerhetsproblem, det er et økonomisk problem, et produksjonsproblem, dets jobbskaping, og USA ... prøver å bringe det hjem igjen."

Autogen mølle er en ny type slipeutstyr med både knuse- og slipefunksjoner. Den bruker selve slipematerialet som medium, gjennom den gjensidige påvirkningen og slipeeffekten for å oppnå sønderdeling. Den semi-autogene møllen skal legge til et lite antall stålkuler i den autogene møllen, dens prosesseringskapasitet kan økes med 10 % – 30 %, energiforbruket per enhetsprodukt kan reduseres med 10 % – 20 %, men foringsslitasjen er relativt økt med 15 %, og produktfinheten er grovere. Som en nøkkeldel av den semi-autogene møllen, blir skallforingene til sylinderkroppen alvorlig skadet på grunn av støtet fra stålkulen som løftes av foringsløftebjelken på foringen i den andre enden under driften av SAG-møllen.

I 2009 ble to nye semi-autogene fabrikker med en diameter på 7,53 × 4,27 bygget i Panzhihua Iron and Steel Co., Ltd., med en årlig designkapasitet på 2 millioner tonn/sett. I 2011 ble en ny semi-autogen mølle med en diameter på 9,15 × 5,03 bygget i Baima-konsentratoren til Panzhihua Iron and Steel Co., Ltd., med en årlig designkapasitet på 5 millioner tonn. Siden prøvedriften av den semi-autogene møllen med en diameter på 9,15 × 5,03, brytes ofte skallforingene og gitterplaten til møllen, og driftshastigheten er bare 55%, noe som alvorlig påvirker produksjonen og effektiviteten.

Den 9,15 m halvautogene fabrikken i Baima-gruven til Panzhihua Iron and Steel Group har brukt sylinderforingen produsert av mange produsenter. Den lengste levetiden er mindre enn 3 måneder, og den korteste levetiden er bare en uke, noe som fører til den lave effektiviteten til den semi-autogene fabrikken og de sterkt økte produksjonskostnadene. H&G Machinery Co.; Ltd  gikk dypt inn på stedet til 9,15 m semi-autogen mølle for kontinuerlig undersøkelse og test. Gjennom optimalisering av støpemateriale, støpeprosess og varmebehandlingsprosess har levetiden til skallforingene produsert i Baima-gruven overskredet 4 måneder, og effekten er åpenbar.

Årsaksanalyse av kort levetid for SAG mølleskallforinger

Parametrene og strukturen til φ 9,15 × 5,03 semi-autogen mølle i Baima konsentratoren. Tabell 1 er parametertabellen:

Feilanalyse av de gamle SAG mølleskallforingene

Siden idriftsettelse av φ 9,15 × 5,03 semi-autogen mølle i Baima konsentratoren, er driftshastigheten bare rundt 55% på grunn av uregelmessig skade og utskifting av mølleforinger, noe som alvorlig påvirker de økonomiske fordelene. Hovedfeilmodusen til skallforingen er vist i fig. 1 (a). I følge undersøkelsen på stedet er SAG-møllens skallforinger og gitterplate de viktigste feildelene, som er i samsvar med situasjonen i fig. 2 (b). Vi utelukker andre faktorer, bare fra selve lineranalysen er hovedproblemene som følger:

1. På grunn av feil materialvalg deformeres foringsplaten til sylinderen under bruksprosessen, noe som resulterer i gjensidig ekstrudering av foringsplaten, noe som resulterer i brudd og skrap;

2. Som nøkkeldelen av sylinderforingen, på grunn av mangelen på slitestyrke, når foringstykkelsen er ca. 30 mm, reduseres den totale styrken til støpingen, og stålkulestøtet kan ikke motstås, noe som resulterer i brudd og skroting;

3. Støpekvalitetsfeil, som urenheter i smeltet stål, høyt gassinnhold og ikke-kompakt struktur, reduserer styrken og seigheten til støpegods.

Ny materialdesign av SAG mølleskallforinger

Prinsippet for valg av kjemisk sammensetning er å få de mekaniske egenskapene til skallforingen og gitterplaten til å oppfylle følgende krav:

1) Høy slitestyrke. Slitasjen av skallforing og gitterplate er hovedfaktoren som fører til reduksjon av levetiden til skallforing, og slitestyrken representerer levetiden til skallforing og gitterplate.

2) Høy slagfasthet. Slagfasthet er en egenskap som kan gjenopprette den opprinnelige tilstanden etter å ha påført en viss ytre kraft umiddelbart. Slik at skallforingen og gitterplaten ikke vil sprekke under støtet av stålkulen.

Kjemisk oppbygning

1) Innholdet av karbon og C er kontrollert mellom 0,4 % og 0,6 % under ulike slitasjeforhold, spesielt støtbelastningen;

2) Resultatene viser at innholdet av Si og Si styrker ferritt, øker flyteforholdet, reduserer seigheten og plastisiteten, og har en tendens til å øke temperamentsprøheten, og innholdet kontrolleres mellom 0,2-0,45 %;

3) Mn-innhold, Mn-elementet spiller hovedsakelig rollen som løsningsforsterkning, forbedrer styrke, hardhet og slitestyrke, øker temperamentet sprøhet og forgrovende struktur, og innholdet kontrolleres mellom 0,8-2,0%;

4) Krominnhold, Cr-element, et viktig element i slitebestandig stål, har en stor styrkende effekt på stålet og kan forbedre stålets styrke, hardhet og slitestyrke, og innholdet kontrolleres mellom 1,4-3,0 %;

5) Mo-innhold, Mo-element er et av hovedelementene i slitesterkt stål, styrker ferritt, raffinerer korn, reduserer eller eliminerer temperamentsprøhet, forbedrer styrken og hardheten til stål, innholdet er kontrollert mellom 0,4-1,0%;

6) Innholdet av Ni kontrolleres innenfor 0,9-2,0 %,

7) Når innholdet av vanadium er lite, raffineres kornstørrelsen og seigheten forbedres. Innholdet av vanadium kan kontrolleres innenfor 0,03-0,08 %;

8) Resultatene viser at deoksidasjons- og kornforfiningseffekten av titan er åpenbar, og innholdet er kontrollert mellom 0,03 % og 0,08 %;

9) Re kan rense smeltet stål, foredle mikrostruktur, redusere gassinnhold og andre skadelige elementer i stål. Styrken, plastisiteten og utmattelsesmotstanden til høystål kan kontrolleres innen 0,04-0,08%;

10) Innholdet av P og s bør kontrolleres under 0,03 %.

Så den kjemiske sammensetningen til den nye designen av SAG mølleskallforinger er:

Støpeteknologi

Nøkkelpunkter innen støpeteknologi

1. Karbondioksid natriumsilikat selvherdende sand brukes til å strengt kontrollere fuktighetsinnholdet i støpesand;
2. Alkoholbasert ren zirkonpulverlakk skal brukes, og utgåtte produkter skal ikke brukes;
3. Ved å bruke skum for å lage hele den faste prøven, må hver støpefilet bringes ut på kroppen, noe som krever nøyaktig størrelse og rimelig struktur;
4. I støpeprosessen bør deformasjonen kontrolleres strengt, og operatøren bør legge sand jevnt, og sandformen skal være kompakt nok og jevn, og samtidig bør deformasjonen av den virkelige prøven unngås;
5. I prosessen med modifikasjon av mugg, bør størrelsen kontrolleres strengt for å sikre dimensjonsnøyaktigheten til sandmugg;
6. Sandformen må tørkes før esken lukkes;
7. Sjekk størrelsen på hver kjerne for å unngå ujevn veggtykkelse.

Støpeprosess

Helletemperatur er hovedfaktoren som påvirker den interne strukturen til støpegods. Hvis helletemperaturen er for høy, er den overopphetede varmen av smeltet stål stor, støpingen er lett å produsere krympeporøsitet og grov struktur; hvis helletemperaturen er for lav, er den overopphetede varmen av flytende stål liten, og støpingen er ikke tilstrekkelig. Helletemperaturen kontrolleres mellom 1510 ℃ og 1520 ℃, noe som kan sikre god mikrostruktur og fullstendig fylling. Riktig hellehastighet er nøkkelen til den kompakte strukturen og ingen krympehulrom i stigerøret. Når hellehastigheten er nær posisjonen til kjølevannsrøret, skal prinsippet om "sakte først, så raskt og deretter sakte" følges. Det er å begynne å helle sakte. Når det smeltede stålet kommer inn i støpelegemet, økes støpehastigheten for å få smeltet stål til å stige raskt til stigerøret, og deretter er støpingen sakte. Når det smeltede stålet kommer inn i 2/3 av stigerørshøyden, brukes stigerøret til å gjøre opp støpingen til slutten av støpingen.

Varmebehandling

Riktig legering av konstruksjonsstål med middels og lavt karbon kan betydelig forsinke perlitttransformasjonen og fremheve bainitttransformasjonen slik at den bainittdominerte strukturen kan oppnås i et stort område med kontinuerlig kjølehastighet etter austenitisering, som kalles bainittstål. Bainitisk stål kan oppnå høyere omfattende egenskaper med lavere kjølehastighet, og dermed forenkle varmebehandlingsprosessen og redusere deformasjon.

Isotermisk behandling

Det er en stor prestasjon innen jern- og stålmetallurgi å oppnå bainittstålmaterialer ved isotermisk behandling, som er en av retningene for å utvikle superstål- og nanostålmaterialer. Imidlertid er austemperingsprosessen og utstyret komplekst, energiforbruket er stort, produktkostnadene er høye, slukker middels forurensningsmiljø, lang produksjonssyklus og så videre

Luftkjølingsbehandling

For å overvinne manglene ved isotermisk behandling ble et slags bainitisk stål fremstilt ved luftkjøling etter støping. Men for å få mer bainitt, må kobber, molybden, nikkel og andre edle legeringer tilsettes, som ikke bare har høye kostnader, men også har dårlig seighet.

Kontrollert kjølebehandling

Kontrollert kjøling var opprinnelig et konsept i prosessen med stålkontrollert valsing. De siste årene har den utviklet seg til en effektiv og energibesparende varmebehandlingsmetode. Under varmebehandling kan den utformede mikrostrukturen oppnås og egenskapene til stål kan forbedres ved kontrollert avkjøling. Forskningen på kontrollert valsing og kjøling av stål viser at kontrollert kjøling kan fremme dannelsen av sterk og seig lavkarbon-bainitt når den kjemiske sammensetningen av stål er egnet. De mest brukte metodene for kontrollert kjøling inkluderer trykkjetkjøling, laminær kjøling, vanngardinkjøling, forstøvningskjøling, spraykjøling, plateturbulent kjøling, vann-luftspraykjøling og direkte bråkjøling, etc. 8 typer kontrollkjølingsmetoder er ofte brukt. .

Behandlingsmetode for varmebehandling

I henhold til selskapets utstyrsstatus og faktiske forhold, bruker vi en kontinuerlig kjølevarmebehandlingsmetode. Den spesifikke prosessen er å øke oppvarmingstemperaturen med AC3 + (50~100) celsius i henhold til en viss oppvarmingshastighet og akselerere kjølingen ved å bruke vann-luft-spray-kjøleenheten utviklet av selskapet vårt slik at materialet er luftkjølt og selvherdet. Den kan få fullstendig og homogen bainittstruktur, oppnå utmerket ytelse, åpenbart overlegen de samme produktene, og eliminere andre typer temperamentssprøhet.

Resultatene

• Metallografisk struktur: Kornstørrelse 6,5
• HRC 45-50
• Skallforingen til den store semi-autogene fabrikken produsert av selskapet vårt har blitt brukt i nesten 3,5 år på den Φ 9,15 m semi-autogene fabrikken i Baima-gruven til Panzhihua Iron and Steel Group Co., Ltd. levetiden er mer enn 4 måneder, og den lengste levetiden er 7 måneder. Med økningen i levetiden reduseres enhetsslipekostnadene kraftig, hyppigheten av å bytte ut foringsplaten reduseres kraftig, produksjonseffektiviteten er betydelig forbedret og fordelen er åpenbar.
• Materialvalget er nøkkelen til å forbedre levetiden til mølleforingene til den store semi-autogene møllen, og legering av stålkvaliteter er en effektiv måte å forbedre slitestyrken på.
• Bainittstrukturen med høy styrke og høy seighet er garantien for å forbedre levetiden til skallforingen til den semi-autogene møllen.
• Støpeprosessen og varmebehandlingsprosessen er perfekte for å sikre at støpestrukturen er tett, noe som effektivt kan forbedre levetiden til den semi-autogene mølleskallforingen.

Nick Sun       [email protected]