En läxa man kan dra av handelskriget mellan USA och Kina och låsningar orsakade av coronavirus som orsakar förödelse på marknaderna och slår hårt mot utsikterna för gruvproduktion – är att Nordamerika behöver etablera mer robusta inhemska leveranskedjor.

USA svarade på covid-19-krisen genom att stänga sina gränser och företag svarade med att begränsa produktionen, eftersom verksamheten vid gruvor världen över stannade av.

Avstängningar till tillverkningsanläggningar i Kina, som potentiellt skulle kunna skära av importen av sällsynta jordartsmetaller för USA, satte fokus på faktumet att nationen är beroende av Kina för sina sällsynta jordartsmetaller.

Den amerikanska regeringen har intensifierat ansträngningarna för att säkerställa tillgången på kritiska mineraler utanför Kina. Som en del av dessa initiativ undertecknade man nyligen ett samförståndsavtal med Grönland om att genomföra en hyperspektral undersökning för att kartlägga landets geologi.

Efterfrågan på magneter för sällsynta jordartsmetaller drivs främst av elfordon, vindgeneratorer, medicinsk utrustning, smarta telefoner och flyg- och försvarsapplikationer.

Marknaden för sällsynta jordartsmetaller på 14 miljarder dollar per år kontrolleras till mer än 60 % av Kina som, under Made in China 2025, i allt högre grad använder sällsynta jordartsmetallmagneter i färdiga och halvfabrikat, i motsats till att exportera magneterna, säger USA. Rare Earth, finansierings- och utvecklingspartnern till Round Top-projektet för tunga sällsynta jordartsmetaller och kritiska mineraler i västra Texas, och industrikällor uppskattar att marknaden för sällsynta jordartsmetaller nästan kommer att fördubblas till 2027.

USA Rare Earth köper också den utrustning som krävs för att bygga den enda produktionsanläggningen för sällsynta jordartsmetaller i Amerika.

Den enda aktiva gruvan för sällsynta jordartsmetaller i USA är Mountain Pass i Kalifornien. Efter en malpåseperiod är den tillbaka i produktion – men ägs nu av MP Materials, som nästan en tiondel ägs av en kinesisk investerare.

När US Geological Survey gör sin årliga rapport om mineralproduktion – producerar USA tekniskt sett noll oxider av sällsynta jordartsmetaller eftersom det som kommer ut från Mountain Pass skickas till Kina, berättade Dan McGroarty, USA:s rådgivande styrelsemedlem i Rare Earth, till MINING.COM .

Bygga ett lager av kritiska mineraler

McGroarty sa 2014 att Obama-administrationen utsåg två sällsynta jordartsmetaller, terbium och dysprosium, att vara på listan över sällsynta jordartsmetaller för förvärv i det nationella försvarets lager.

"Det var vid en punkt där det inte fanns någon terbium- och dysprosiumproduktion i USA. Det är de två största, i volym, sällsynta jordartsmetaller som vi har på Round Top. I det avseendet finns det en mycket stark anpassning, säger McGroarty.

"Beslutet som presidenten fattade förra sommaren, enligt Defence Production Act (DPA) ... att utse hela försörjningskedjan för sällsynta jordartsmetaller som "nödvändigt för det nationella försvaret" enligt DPA, det är det som tillåter finansieringen i rymden av sällsynta jordartsmetaller – och det kommer mer, säger han.

"Vi har en mycket unik fyndighet i ett antal avseenden – vi har 16 av de 17 sällsynta jordartsmetallerna, med många i kategorierna sällsynta jordartsmetaller som talar om ett antal försvarstillämpningar och tillverkning. Det är förmodligen den största tunga fyndigheten av sällsynta jordartsmetaller i världen utanför Kina, säger Pini Althaus, VD för USA Rare Earth.

"Vi har också en betydande mängd litium, vi kommer att vara den 2:a största amerikanska tillverkaren 2023, så vi har ett mycket diversifierat projekt ... med stor infrastruktur på plats."

USA Rare Earth föreställer sig en livslängd på 130 år plus min i projektet, men PEA-ekonomin är fokuserad på de första 20 åren.

Althaus sa att de kan urlaka fyndigheten, vilket är sällsynt för de flesta sällsynta jordartsmetaller.

"Mellan vår capex och opex är låga - vi kan konkurrera med Kina på prissättning," sa Althaus.

USA Rare Earth tillkännagav i december 2019 att de öppnar en pilotanläggning i Wheat Ridge, Colorado i syfte att helt separera och rena sällsynta jordartsmetaller och andra tekniska metaller och kritiska mineraler, lakade från malm från Round Top-projektet.

Pilotanläggningen i Colorado kommer att vara den första bearbetningsanläggningen utanför Kina med förmågan att separera hela utbudet av sällsynta jordartsmetaller – ljus, mellan och tunga.

Althaus sa att anläggningen kommer att flyttas till Texas, där de kommer att börja bygga gruvor.

Wheat Ridge-anläggningen är den andra delen av en 100 % USA-baserad leveranskedja för sällsynta jordartsmetaller, som bygger på råmaterial från Round Top.

Byggandet av Colorado-anläggningen är klar och är planerad att öppna under nästa vecka, sa Althaus.

Tidigt i april meddelade företaget att det har köpt utrustningen för tillverkning av permanentmagneter från neodymjärnbor (NdFeB) som tidigare ägdes och drevs i North Carolina av Hitachi Metals America.

USA Rare Earth kommer att lagra utrustningen i avvaktan på ett beslut om var den nya magnetverksamheten ska placeras, med prioritet att ha god tillgång till Round Top-projektet.

US Military är bland möjliga investerare – och Round Top är en del av värvningarna.

Det har varit två förfrågningar som har kommit ut från försvarsdepartementet (DOD). Den första stängde sent 2019 kring bearbetning och väntar på svar. Den 2 mars var det ytterligare en uppmaning kring lätta sällsynta jordartsmetaller.

Round Top har varit en del av ett DOD-anslag, eftersom DOD väljer de sällsynta jordartsmetaller som den vill ha behandlat och renat.

USA Rare Earth tillkännagav i mars utnämningen av den pensionerade armégeneralen Paul J. Kern till dess styrelse.

General Kern är medlem av Defense Science Board, som inrättades genom federal lag 1956 för att ge oberoende råd och rekommendationer om vetenskapliga, tekniska, tillverknings-, förvärvsprocesser och policyer och andra frågor av intresse för försvarsdepartementet.

USA Rare Earth siktar på att ha Round Top i produktion inom 30 månader, men McGroarty sa att om de kan påskynda tidslinjen - kommer de att göra det.

"Beslutet som presidenten fattade förra sommaren, enligt Defense Production Act (DPA) ... att utse en hel försörjningskedja för sällsynta jordartsmetaller som ett brådskande material enligt DPA, det är det som tillåter finansieringen i rymden av sällsynta jordartsmetaller - och det finns mer kommer."

"Det kommer att få en betydande inverkan på ekonomin. Vi pratar om en effekt på 500 miljarder till 1 biljon dollar, när det gäller skapande av arbetstillfällen och tillverkning...allt för elfordonssektorn, säger Althaus.

"Från en praktisk synvinkel är en av anledningarna till att många företag har gått offshore, bortsett från arbetskostnaderna, råvarorna och bearbetningskapaciteten finns i Kina," sa Althaus. "Det är en nationell säkerhetsfråga, det är en ekonomisk fråga, en tillverkningsfråga, dess jobbskapande, och USA ... försöker få tillbaka det här."

Autogen kvarn är en ny typ av malningsutrustning med både kross- och malningsfunktioner. Den använder själva slipmaterialet som medium, genom den ömsesidiga stöten och slipeffekten för att uppnå finfördelning. Den semi-autogena kvarnen ska lägga till ett litet antal stålkulor i den autogena kvarnen, dess bearbetningskapacitet kan ökas med 10 % – 30 %, energiförbrukningen per produktenhet kan minskas med 10 % – 20 %, men linerslitaget är relativt ökat med 15 %, och produktens finhet är grövre. Som en nyckeldel av den semi-autogena kvarnen skadas cylinderkroppens skalfoder allvarligt på grund av stöten från stålkulan som lyfts av linerlyftbalken på fodret i andra änden under driften av SAG-bruket.

Under 2009 byggdes två nya semi-autogena kvarnar med en diameter på 7,53 × 4,27 i Panzhihua Iron and Steel Co., Ltd., med en årlig designkapacitet på 2 miljoner ton/uppsättning. 2011 byggdes en ny semi-autogen kvarn med en diameter på 9,15 × 5,03 i Baima koncentrator från Panzhihua Iron and Steel Co., Ltd., med en årlig designkapacitet på 5 miljoner ton. Sedan provdriften av den semi-autogena kvarnen med en diameter på 9,15 × 5,03 går ofta kvarnens skalfoder och gallerplatta sönder, och driftshastigheten är bara 55%, vilket allvarligt påverkar produktionen och effektiviteten.

Den 9,15 m halvautogena kvarnen i Baima-gruvan i Panzhihua Iron and Steel Group har använt cylinderfodret som tillverkats av många tillverkare. Den längsta livslängden är mindre än 3 månader, och den kortaste livslängden är bara en vecka, vilket leder till den låga effektiviteten hos den semi-autogena kvarnen och den kraftigt ökade produktionskostnaden. H&G Machinery Co.; Ltd  gick djupt in på platsen för 9,15 m semi-autogen kvarn för kontinuerlig undersökning och test. Genom optimering av gjutmaterial, gjutprocess och värmebehandlingsprocess har livslängden för skalliners som produceras i Baima-gruvan överskridit 4 månader, och effekten är uppenbar.

Orsaksanalys av kort livslängd för SAG kvarnskalsfoder

Parametrarna och strukturen för φ 9,15 × 5,03 semi-autogena kvarn i Baima koncentrator. Tabell 1 är parametertabellen:

Felanalys av de gamla SAG-bruksskalfodrarna

Sedan driftsättningen av φ 9,15 × 5,03 semi-autogena kvarn i Baima koncentrator, är drifthastigheten endast cirka 55 % på grund av oregelbundna skador och utbyte av kvarnfoder, vilket allvarligt påverkar de ekonomiska fördelarna. Huvudfelsläget för skalfodret visas i fig. 1 (a). Enligt undersökningen på plats är SAG-brukets skalbeklädnader och gallerplåt de huvudsakliga feldelarna, vilket överensstämmer med situationen i fig. 2 (b). Vi utesluter andra faktorer, bara från själva lineranalysen är huvudproblemen som följer:

1. På grund av det felaktiga materialvalet deformeras cylinderns foderplatta under användningsprocessen, vilket resulterar i ömsesidig extrudering av foderplattan, vilket resulterar i brott och skrot;

2. Som huvuddelen av cylinderfodret, på grund av bristen på slitstyrka, när fodrets tjocklek är ca 30 mm, minskar den totala styrkan hos gjutgodset, och stålkulans slag kan inte motstås, vilket resulterar i brott och skrotning;

3. Defekter i gjutkvaliteten, såsom föroreningar i smält stål, hög gashalt och icke-kompakt struktur, minskar styrkan och segheten hos gjutgods.

Ny materialdesign av SAG mill shell liners

Principen för val av kemisk sammansättning är att få de mekaniska egenskaperna hos skalfodret och gallerplattan att uppfylla följande krav:

1) Hög slitstyrka. Slitaget av skalfoder och gallerplåt är den huvudsakliga faktorn som leder till minskning av livslängden för skalfoder, och slitstyrkan representerar livslängden för skalfoder och gallerplåt.

2) Hög slagseghet. Slagseghet är en egenskap som kan återställa det ursprungliga tillståndet efter att ha utövat viss yttre kraft omedelbart. Så att skalfodret och gallerplattan inte spricker under stöten av stålkulan.

Kemisk sammansättning

1) Innehållet av kol och C kontrolleras mellan 0,4 % och 0,6 % under olika slitageförhållanden, särskilt slagbelastningen;

2) Resultaten visar att innehållet av Si och Si stärker ferrit, ökar utbytesförhållandet, minskar segheten och plasticiteten och har en tendens att öka temperamentssprödheten, och halten kontrolleras mellan 0,2-0,45%;

3) Mn-innehåll, Mn-element spelar huvudsakligen rollen som lösningsförstärkande, förbättrad styrka, hårdhet och slitstyrka, ökande temperamentsprödhet och förgrovande struktur, och innehållet kontrolleras mellan 0,8-2,0%;

4) Krominnehåll, Cr-element, ett viktigt element i slitstarkt stål, har en stor stärkande effekt på stålet och kan förbättra stålets hållfasthet, hårdhet och slitstyrka, och innehållet styrs mellan 1,4-3,0%;

5) Mo-innehåll, Mo-element är ett av huvudelementen i slitstarkt stål, stärker ferrit, raffinerar korn, minskar eller eliminerar temperamentsprödhet, förbättrar stålets hållfasthet och hårdhet, innehållet kontrolleras mellan 0,4-1,0%;

6) Innehållet av Ni kontrolleras inom 0,9-2,0 %,

7) När halten vanadin är liten förfinas kornstorleken och segheten förbättras. Innehållet av vanadin kan kontrolleras inom 0,03-0,08%;

8) Resultaten visar att deoxidations- och kornförfiningseffekten av titan är uppenbar, och innehållet kontrolleras mellan 0,03% och 0,08%;

9) Re kan rena smält stål, förfina mikrostruktur, minska gashalten och andra skadliga element i stål. Styrkan, plasticiteten och utmattningsbeständigheten hos högstål kan kontrolleras inom 0,04-0,08%;

10) Halten av P och s bör kontrolleras under 0,03%.

Så den kemiska sammansättningen av den nya designen av SAG kvarnskalsfoder är:

Gjutteknik

Nyckelpunkter för gjutteknik

1. Koldioxidnatriumsilikat självhärdande sand används för att strikt kontrollera fukthalten i formsand;
2. Alkoholbaserad ren zirkonpulverbeläggning ska användas, och utgångna produkter ska inte användas.
3. Med hjälp av skum för att göra hela det fasta provet måste varje gjutfilé tas ut på kroppen, vilket kräver den exakta storleken och rimliga strukturen;
4. I formningsprocessen bör deformationen kontrolleras strikt, och operatören bör lägga sanden jämnt, och sandformen ska vara tillräckligt kompakt och jämn, och samtidigt bör deformationen av det verkliga provet undvikas;
5. I processen med mögelmodifiering bör storleken kontrolleras strikt för att säkerställa dimensionsnoggrannheten hos sandmögel;
6. Sandformen måste torkas innan lådan stängs;
7. Kontrollera storleken på varje kärna för att undvika ojämn väggtjocklek.

Gjutprocess

Hälltemperaturen är den viktigaste faktorn som påverkar den interna strukturen hos gjutgods. Om hälltemperaturen är för hög, är den överhettade värmen hos smält stål stor, gjutningen är lätt att producera krympningporositet och grov struktur; om hälltemperaturen är för låg är den överhettade värmen hos flytande stål liten och gjutningen är inte tillräcklig. Hälltemperaturen styrs mellan 1510 ℃ och 1520 ℃, vilket kan säkerställa god mikrostruktur och fullständig fyllning. Korrekt hällhastighet är nyckeln till den kompakta strukturen och ingen krympning i stigaren. När hällhastigheten är nära läget för kylvattenröret ska principen "först långsamt, sedan snabbt och sedan långsamt" följas. Det är att börja hälla långsamt. När det smälta stålet kommer in i gjutkroppen, ökas gjuthastigheten för att få det smälta stålet att snabbt stiga till stigaren, och sedan är gjutningen långsam. När det smälta stålet kommer in i 2 / 3 av stigarhöjden, används stigaren för att göra upp gjutningen till slutet av gjutningen.

Värmebehandling

Korrekt legering av konstruktionsstål med medelhög och låg kolhalt kan avsevärt fördröja perlitomvandlingen och framhäva bainitomvandlingen så att den bainitdominerade strukturen kan erhållas i ett stort område av kontinuerlig kylningshastighet efter austenitisering, vilket kallas bainitstål. Bainitiskt stål kan erhålla högre heltäckande egenskaper med lägre kylhastighet, vilket förenklar värmebehandlingsprocessen och minskar deformation.

Isotermisk behandling

Det är en stor bedrift inom järn- och stålmetallurgi att erhålla bainitstålmaterial genom isotermisk behandling, vilket är en av riktningarna för att utveckla superstål- och nanostålmaterial. Emellertid är utjämningsprocess och utrustning komplex, energiförbrukningen är stor, produktkostnaden är hög, släcker medelhög föroreningsmiljö, lång produktionscykel och så vidare

Luftkylningsbehandling

För att övervinna bristerna med isotermisk behandling framställdes ett slags bainitiskt stål genom luftkylning efter gjutning. För att erhålla mer bainit måste dock koppar, molybden, nickel och andra värdefulla legeringar tillsättas, vilket inte bara har en hög kostnad utan också har dålig seghet.

Kontrollerad kylbehandling

Kontrollerad kylning var ursprungligen ett koncept i processen för stålkontrollerad valsning. Under senare år har det utvecklats till en effektiv och energibesparande värmebehandlingsmetod. Vid värmebehandling kan den designade mikrostrukturen erhållas och stålets egenskaper kan förbättras genom kontrollerad kylning. Forskningen kring kontrollerad valsning och kylning av stål visar att kontrollerad kylning kan främja bildningen av stark och seg lågkolhaltig bainit när stålets kemiska sammansättning är lämplig. De vanligaste metoderna för kontrollerad kylning inkluderar tryckstrålekylning, laminär kylning, vattenridåkylning, finfördelningskylning, spraykylning, plåtturbulent kylning, vatten-luftspraykylning och direktkylning, etc. 8 typer av kontrollkylningsmetoder används vanligtvis .

Värmebehandlingsmetod

Enligt företagets utrustningsstatus och faktiska förhållanden använder vi en kontinuerlig kylningsvärmebehandlingsmetod. Den specifika processen är att öka uppvärmningstemperaturen med AC3 + (50~100) Celsius enligt en viss uppvärmningshastighet och påskynda kylningen genom att använda vatten-luft-spray-kylningsanordningen utvecklad av vårt företag så att materialet är luftkylt och självhärdad. Det kan få fullständig och homogen bainitstruktur, uppnå utmärkt prestanda, uppenbarligen överlägsen samma produkter, och eliminera andra typer av temperamentskörhet.

Resultaten

• Metallografisk struktur: Kornstorlek 6,5
• HRC 45-50
• Skalfodret till det stora halvautogena bruket som produceras av vårt företag har använts i nästan 3,5 år på det Φ 9,15 m halvautogena bruket i Baima-gruvan i Panzhihua Iron and Steel Group Co., Ltd. livslängden är mer än 4 månader, och den längsta livslängden är 7 månader. Med ökad livslängd minskar enhetsslipningskostnaden avsevärt, frekvensen av att byta ut foderplattan minskar kraftigt, produktionseffektiviteten förbättras avsevärt och fördelen är uppenbar.
• Materialvalet är nyckeln till att förbättra livslängden för kvarnfodrarna i det stora halvautogena bruket, och legeringen av stålkvaliteter är ett effektivt sätt att förbättra slitstyrkan.
• Bainitstrukturen med hög hållfasthet och hög seghet är garantin för att förbättra livslängden för skalfodret i den semi-autogena kvarnen.
• Gjutprocessen och värmebehandlingsprocessen är perfekta för att säkerställa att gjutstrukturen är tät, vilket effektivt kan förbättra livslängden för den semi-autogena kvarnskalsfodret.

Nick Sun       [email protected]