Một bài học rút ra từ cuộc chiến thương mại Mỹ - Trung và các vụ khóa do coronavirus gây ra tàn phá thị trường và ảnh hưởng khó khăn đến triển vọng sản xuất khai thác - đó là Bắc Mỹ cần thiết lập chuỗi cung ứng nội địa mạnh mẽ hơn.

Mỹ đã đối phó với cuộc khủng hoảng covid-19 bằng cách đóng cửa biên giới của mình và các công ty phản ứng bằng cách hạn chế sản xuất, khi các hoạt động tại các mỏ trên toàn thế giới tạm dừng.

Việc ngừng hoạt động các nhà máy sản xuất ở Trung Quốc có khả năng cắt giảm nhập khẩu đất hiếm của Mỹ cho thấy một thực tế là quốc gia này đang phụ thuộc vào Trung Quốc về nhu cầu đất hiếm của mình.

Chính phủ Mỹ đã tăng cường nỗ lực để đảm bảo nguồn cung cấp các loại khoáng sản quan trọng từ bên ngoài Trung Quốc. Là một phần của những sáng kiến ​​đó, gần đây nó đã ký một biên bản ghi nhớ với Greenland để thực hiện một cuộc khảo sát siêu phổ để lập bản đồ địa chất của đất nước.

Nhu cầu về nam châm đất hiếm chủ yếu được thúc đẩy bởi xe điện, máy phát điện gió, thiết bị y tế, điện thoại thông minh và các ứng dụng hàng không và quốc phòng.

Theo USA, thị trường nam châm đất hiếm trị giá 14 tỷ USD / năm do Trung Quốc kiểm soát hơn 60%. Rare Earth, đối tác tài trợ và phát triển của dự án đất hiếm nặng và khoáng chất quan trọng Round Top ở Tây Texas, và các nguồn trong ngành ước tính thị trường nam châm đất hiếm sẽ tăng gần gấp đôi vào năm 2027.

USA Rare Earth cũng đang mua các thiết bị cần thiết để xây dựng cơ sở sản xuất nam châm đất hiếm duy nhất ở châu Mỹ.

Mỏ đất hiếm duy nhất còn hoạt động ở Mỹ là Mountain Pass ở California. Sau một thời gian sản xuất băng phiến, nó đã được sản xuất trở lại - nhưng hiện thuộc sở hữu của MP Materials, gần như một phần mười thuộc sở hữu của một nhà đầu tư Trung Quốc.

Khi Cơ quan Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ thực hiện báo cáo hàng năm về sản xuất khoáng sản - về mặt kỹ thuật, Hoa Kỳ đang sản xuất bằng không oxit đất hiếm vì những gì thoát ra từ Mountain Pass đang được vận chuyển đến Trung Quốc, Dan McGroarty, thành viên ban cố vấn Đất hiếm Hoa Kỳ, nói với MINING.COM .

Xây dựng kho dự trữ khoáng sản quan trọng

McGroarty cho biết vào năm 2014, chính quyền Obama đã chỉ định hai loại đất hiếm, terbium và dysprosium, nằm trong danh sách đất hiếm để mua vào kho dự trữ Quốc phòng.

“Đó là thời điểm không có sản xuất terbi và dysprosi ở Mỹ. Đó là hai loại đất hiếm lớn nhất, tính theo khối lượng mà chúng tôi có ở Round Top. Về mặt đó, có một sự liên kết rất chặt chẽ, ”McGroarty nói.

“Quyết định mà Tổng thống đưa ra vào mùa hè năm ngoái, theo Đạo luật Sản xuất Quốc phòng (DPA)… chỉ định toàn bộ chuỗi cung ứng đất hiếm là 'thiết yếu cho quốc phòng' theo DPA, đó là điều cho phép tài trợ trong không gian đất hiếm - và sẽ còn nhiều hơn thế nữa, ”ông nói.

“Chúng tôi có một khoản tiền gửi rất độc đáo về một số khía cạnh - chúng tôi có 16 trong số 17 loại đất hiếm, với nhiều loại đất hiếm nói lên một số ứng dụng quốc phòng và sản xuất. Nó có lẽ là mỏ đất hiếm nặng lớn nhất trên thế giới ngoài Trung Quốc, ”Pini Althaus, Giám đốc điều hành của USA Rare Earth cho biết.

“Chúng tôi cũng có một lượng lớn lithium, chúng tôi sẽ là nhà sản xuất lớn thứ 2 của Hoa Kỳ vào năm 2023, vì vậy chúng tôi có một dự án rất đa dạng… với cơ sở hạ tầng chính đã có sẵn.”

Đất hiếm Hoa Kỳ dự tính thời gian tồn tại của mỏ trong dự án là 130 năm, nhưng kinh tế học của PEA tập trung vào 20 năm đầu tiên.

Althaus cho biết họ có thể tách đống tiền gửi ra, điều hiếm gặp đối với hầu hết các mỏ đất hiếm.

Althaus nói: “Giữa capex và opex của chúng tôi đang ở mức thấp - chúng tôi có thể cạnh tranh với Trung Quốc về giá cả.

USA Rare Earth thông báo vào tháng 12 năm 2019 rằng họ đang mở một cơ sở nhà máy thử nghiệm ở Wheat Ridge, Colorado với mục đích tách và tinh chế hoàn toàn đất hiếm cũng như các kim loại công nghệ khác và các khoáng chất quan trọng, được lọc từ quặng từ dự án Round Top.

Nhà máy thử nghiệm Colorado sẽ là cơ sở xử lý đầu tiên bên ngoài Trung Quốc có khả năng tách toàn bộ các loại đất hiếm - đất nhẹ, đất trung bình và đất nặng.

Althaus cho biết nhà máy sẽ được chuyển đến Texas, nơi họ sẽ bắt đầu xây dựng mỏ.

Nhà máy Wheat Ridge là phần thứ hai của chuỗi cung ứng ôxít đất hiếm 100% có trụ sở tại Hoa Kỳ, dựa trên nguyên liệu từ Round Top.

Althaus cho biết việc xây dựng cơ sở ở Colorado đã hoàn tất và dự kiến ​​sẽ mở cửa trong tuần tới.

Đầu tháng 4, công ty thông báo rằng họ đã mua thiết bị sản xuất nam châm vĩnh cửu neodymium iron boron (NdFeB) trước đây thuộc sở hữu và điều hành tại Bắc Carolina của Hitachi Metals America.

USA Rare Earth sẽ lưu kho thiết bị trong khi chờ quyết định về vị trí đặt hoạt động của nam châm mới, với ưu tiên là khả năng tiếp cận tốt với dự án Round Top.

Quân đội Hoa Kỳ nằm trong số các nhà đầu tư có thể có - và Round Top là một phần của các cuộc trưng cầu.

Đã có hai cuộc trưng cầu từ Bộ Quốc phòng (DOD). Đợt đầu tiên đóng cửa vào cuối năm 2019 để xử lý và đang chờ phản hồi. Vào ngày 2 tháng 3, có một cuộc trưng cầu khác xung quanh đất hiếm nhẹ.

Round Top là một phần của khoản tài trợ DOD, vì DOD chọn đất hiếm mà họ muốn xử lý và tinh chế.

Vào tháng 3, USA Rare Earth đã công bố việc bổ nhiệm Tướng quân đội về hưu Paul J. Kern vào ban giám đốc của nó.

Tướng Kern là thành viên của Ban Khoa học Quốc phòng, được thành lập theo luật liên bang vào năm 1956 để đưa ra lời khuyên và khuyến nghị độc lập về quy trình và chính sách khoa học, kỹ thuật, sản xuất, mua lại và các vấn đề khác mà Bộ Quốc phòng quan tâm.

USA Rare Earth đặt mục tiêu sản xuất Round Top trong vòng 30 tháng, nhưng McGroarty cho biết nếu họ có thể đẩy nhanh tiến độ thời gian - họ sẽ làm.

“Quyết định mà tổng thống đưa ra vào mùa hè năm ngoái, theo Đạo luật Sản xuất Quốc phòng (DPA)… chỉ định toàn bộ chuỗi cung ứng đất hiếm làm nguyên liệu cấp thiết theo DPA, đó là điều cho phép tài trợ trong không gian đất hiếm - và có sắp tới nhiều hơn. ”

“Sẽ có tác động đáng kể đến nền kinh tế. Chúng tôi đang nói về tác động từ 500 tỷ đến 1 nghìn tỷ đô la, về [điều kiện] tạo việc làm và sản xuất… mọi thứ đối với lĩnh vực xe điện, ”Althaus nói.

Althaus cho biết: “Từ quan điểm thực tế, một trong những lý do khiến nhiều công ty ra nước ngoài, bỏ chi phí lao động sang một bên, nguyên liệu thô và khả năng chế biến là ở Trung Quốc. “Đó là một vấn đề an ninh quốc gia, một vấn đề kinh tế, một vấn đề sản xuất, một vấn đề tạo việc làm và Hoa Kỳ… đang cố gắng đưa vấn đề đó trở lại quê hương.”

Máy nghiền tự động là một loại thiết bị nghiền mới có cả chức năng nghiền và nghiền. Nó sử dụng chính vật liệu mài làm môi trường, thông qua tác động lẫn nhau và hiệu ứng mài để đạt được độ bền. Nhà máy bán tự động là thêm một số lượng nhỏ bi thép vào máy nghiền tự động, công suất xử lý của nó có thể tăng lên 10% - 30%, tiêu thụ năng lượng trên một đơn vị sản phẩm có thể giảm 10% - 20%, nhưng độ mài mòn của lớp lót tương đối tăng 15%, và độ mịn của sản phẩm thô hơn. Là bộ phận quan trọng của máy nghiền bán tự động, các lớp lót vỏ của thân xi lanh bị hư hỏng nghiêm trọng do tác động của bi thép được nâng bởi dầm nâng ống lót lên ống lót ở đầu kia trong quá trình vận hành máy nghiền SAG.

Năm 2009, hai nhà máy bán tự động mới có đường kính 7,53 × 4,27 đã được xây dựng tại Công ty TNHH Sắt và Thép Panzhihua, với công suất thiết kế hàng năm là 2 triệu tấn / tổ máy. Năm 2011, một nhà máy bán tự động mới có đường kính 9,15 × 5,03 đã được xây dựng tại nhà máy cô đặc Baima của Công ty TNHH Sắt và Thép Panzhihua, với công suất thiết kế hàng năm là 5 triệu tấn. Từ khi vận hành thử nghiệm máy nghiền bán tự động có đường kính 9,15 × 5,03, các tấm lót vỏ và tấm lưới của máy nghiền thường xuyên bị vỡ, tỷ lệ vận hành chỉ đạt 55%, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sản xuất và hiệu quả.

Nhà máy bán tự động dài 9,15 m ở mỏ Baima của Tập đoàn gang thép Panzhihua đã sử dụng ống lót xi lanh do nhiều nhà sản xuất sản xuất. Tuổi thọ dài nhất là dưới 3 tháng và tuổi thọ ngắn nhất chỉ là một tuần, điều này dẫn đến hiệu suất thấp của máy nghiền bán tự động và chi phí sản xuất tăng lên rất nhiều. H&G Machinery Co; Ltd  đã đi sâu vào khu vực của nhà máy bán tự động 9,15 m để liên tục điều tra và thử nghiệm. Thông qua việc tối ưu hóa vật liệu đúc, quy trình đúc và quy trình xử lý nhiệt, tuổi thọ sử dụng của các lớp lót vỏ được sản xuất tại mỏ Baima đã vượt quá 4 tháng và hiệu quả là rõ ràng.

Phân tích nguyên nhân tuổi thọ ngắn của lớp lót vỏ máy nghiền SAG

Các thông số và cấu trúc của máy nghiền bán tự động φ 9,15 × 5,03 trong máy cô đặc Baima. Bảng 1 là bảng tham số:

Phân tích lỗi của các lớp lót vỏ máy nghiền SAG cũ

Kể từ khi vận hành máy nghiền bán tự động φ 9,15 × 5,03 trong máy cô đặc Baima, tỷ lệ vận hành chỉ đạt khoảng 55% do các ống lót máy nghiền bị hư hỏng và thay thế không thường xuyên, ảnh hưởng nghiêm trọng đến lợi ích kinh tế. Chế độ hư hỏng chính của lớp lót vỏ được thể hiện trong Hình 1 (a). Theo điều tra tại chỗ, lớp lót và tấm lưới của máy nghiền SAG là những bộ phận hỏng hóc chính, phù hợp với tình hình trong Hình 2 (b). Chúng tôi loại trừ các yếu tố khác, chỉ từ phân tích bản thân lớp lót, các vấn đề chính như sau:

1. Do lựa chọn vật liệu không đúng cách làm cho tấm lót của xi lanh bị biến dạng trong quá trình sử dụng dẫn đến hiện tượng tấm lót bị đùn lẫn nhau dẫn đến gãy, vụn;

2. Là bộ phận quan trọng của lớp lót xi lanh, do không có khả năng chống mài mòn, khi chiều dày lớp lót khoảng 30 mm, cường độ tổng thể của vật đúc giảm, và không thể chống lại va đập bi thép, dẫn đến gãy và cạo mủ;

3. Các khuyết tật về chất lượng vật đúc, chẳng hạn như tạp chất trong thép nóng chảy, hàm lượng khí cao và cấu trúc không chặt chẽ, làm giảm độ bền và độ dẻo dai của vật đúc.

Thiết kế vật liệu mới của lớp lót vỏ máy nghiền SAG

Nguyên tắc lựa chọn thành phần hóa học là làm cho cơ tính của lớp vỏ và tấm lưới đáp ứng các yêu cầu sau:

1) Khả năng chống mài mòn cao. Sự mài mòn của lớp lót vỏ và tấm lưới là yếu tố chính dẫn đến giảm tuổi thọ của lớp lót vỏ và khả năng chống mài mòn thể hiện tuổi thọ sử dụng của lớp lót và tấm lưới.

2) Độ bền va đập cao. Độ dẻo dai khi va đập là đặc tính có thể khôi phục lại trạng thái ban đầu sau khi chịu tác động ngoại lực nhất định ngay lập tức. Vì vậy, lớp lót vỏ và tấm lưới sẽ không bị nứt trong quá trình tác động của bi thép.

Thành phần hóa học

1) Hàm lượng cacbon và C được kiểm soát trong khoảng 0,4% đến 0,6% trong các điều kiện mài mòn khác nhau, đặc biệt là tải trọng tác động;

2) Kết quả cho thấy hàm lượng Si và Si tăng cường ferit, tăng tỷ lệ chảy, giảm độ dai và độ dẻo, có xu hướng tăng độ giòn, và hàm lượng được kiểm soát trong khoảng 0,2-0,45%;

3) Hàm lượng Mn, nguyên tố Mn chủ yếu đóng vai trò tăng cường dung dịch, cải thiện độ bền, độ cứng và khả năng chống mài mòn, tăng độ giòn và cấu trúc thô, hàm lượng được khống chế trong khoảng 0,8-2,0%;

4) Hàm lượng crom, nguyên tố Cr, một nguyên tố quan trọng của thép chịu mài mòn, có tác dụng gia cường lớn đối với thép và có thể cải thiện độ bền, độ cứng và khả năng chống mài mòn của thép, và hàm lượng được kiểm soát trong khoảng 1,4-3,0%;

5) Hàm lượng Mo, nguyên tố Mo là một trong những nguyên tố chính của thép chống mài mòn, tăng cường ferit, tinh luyện hạt, giảm hoặc loại bỏ độ giòn, cải thiện độ bền và độ cứng của thép, hàm lượng được kiểm soát trong khoảng 0,4-1,0%;

6) Nội dung của Ni được kiểm soát trong khoảng 0,9-2,0%,

7) Khi hàm lượng vanadi nhỏ, kích thước hạt được tinh chế và độ dai được cải thiện. Hàm lượng vanadi có thể được kiểm soát trong khoảng 0,03-0,08%;

8) Kết quả cho thấy hiệu quả khử oxy và tinh chế hạt của titan là rõ ràng, và hàm lượng được kiểm soát trong khoảng 0,03% đến 0,08%;

9) Re có thể làm sạch thép nóng chảy, tinh chỉnh cấu trúc vi mô, giảm hàm lượng khí và các nguyên tố có hại khác trong thép. Độ bền, độ dẻo và khả năng chống mỏi của thép cao có thể được kiểm soát trong khoảng 0,04-0,08%;

10) Hàm lượng P và s nên được kiểm soát dưới 0,03%.

Vì vậy, thành phần hóa học của lớp lót vỏ máy nghiền SAG thiết kế mới là:

Công nghệ đúc

Những điểm chính của công nghệ đúc

1. Cát tự đông cứng carbon dioxide natri silicat được sử dụng để kiểm soát chặt chẽ độ ẩm của cát đúc;
2. Sơn bột zircon nguyên chất pha cồn sẽ được sử dụng và không được sử dụng các sản phẩm đã hết hạn sử dụng;
3. Sử dụng bọt để làm toàn bộ mẫu rắn, mỗi phi lê đúc phải được đưa ra trên thân, yêu cầu kích thước chính xác và kết cấu hợp lý;
4. Trong quá trình đúc khuôn, cần kiểm soát chặt chẽ sự biến dạng, người vận hành nên cho cát vào đều, khuôn cát phải đủ chặt và đều, đồng thời tránh được sự biến dạng của mẫu thật;
5. Trong quá trình chỉnh sửa khuôn, cần kiểm tra nghiêm ngặt kích thước để đảm bảo độ chính xác về kích thước của khuôn cát;
6. Khuôn cát phải được làm khô trước khi đóng hộp;
7. Kiểm tra kích thước của từng lõi để tránh độ dày của thành không đồng đều.

Quá trình đúc

Nhiệt độ rót là yếu tố chính ảnh hưởng đến kết cấu bên trong của vật đúc. Nếu nhiệt độ rót quá cao, nhiệt quá nhiệt của thép nóng chảy lớn, vật đúc dễ sinh ra hiện tượng xốp co ngót và kết cấu thô cứng; nếu nhiệt độ rót quá thấp, nhiệt quá nhiệt của thép lỏng nhỏ, rót không đủ. Nhiệt độ rót được kiểm soát trong khoảng từ 1510 ℃ đến 1520 ℃, có thể đảm bảo cấu trúc vi mô tốt và làm đầy hoàn toàn. Tốc độ rót thích hợp là chìa khóa cho cấu trúc nhỏ gọn và không có khoang co ngót trong ống nâng. Khi tốc độ rót gần đến vị trí ống dẫn nước làm mát thì thực hiện theo nguyên tắc “chậm trước, nhanh sau chậm”. Đó là bắt đầu đổ từ từ. Khi thép nóng chảy đi vào thân đúc, tốc độ rót được tăng lên để làm cho thép nóng chảy tăng lên nhanh chóng, và sau đó rót chậm. Khi thép nóng chảy đi vào 2/3 chiều cao của ống nâng, ống nâng được sử dụng để thực hiện quá trình rót cho đến khi kết thúc quá trình rót.

Xử lý nhiệt

Hợp kim thích hợp của thép cấu trúc cacbon trung bình và thấp có thể làm chậm đáng kể quá trình chuyển đổi ngọc trai và làm nổi bật sự chuyển đổi bainite để có thể thu được cấu trúc chiếm ưu thế bainite trong một phạm vi lớn tốc độ làm mát liên tục sau khi Austenitizing, được gọi là thép bainitic. Thép Bainitic có thể có được các đặc tính toàn diện cao hơn với tốc độ làm nguội thấp hơn, do đó đơn giản hóa quá trình xử lý nhiệt và giảm biến dạng.

Điều trị đẳng nhiệt

Việc thu được vật liệu thép bainit bằng phương pháp xử lý đẳng nhiệt là một thành tựu to lớn trong lĩnh vực luyện gang thép, là một trong những hướng phát triển vật liệu siêu thép và thép nano. Tuy nhiên, quy trình và thiết bị khắc khổ rất phức tạp, tiêu thụ năng lượng lớn, giá thành sản phẩm cao, khắc phục tình trạng ô nhiễm môi trường vừa, chu kỳ sản xuất dài, v.v.

Xử lý làm mát không khí

Để khắc phục những thiếu sót của phương pháp xử lý đẳng nhiệt, một loại thép bainitic đã được chuẩn bị bằng cách làm mát không khí sau khi đúc. Tuy nhiên, để có được nhiều bainit, người ta phải thêm đồng, molypden, niken và các hợp kim quý khác, không những có giá thành cao mà độ dẻo dai kém.

Xử lý làm mát có kiểm soát

Làm mát có kiểm soát ban đầu là một khái niệm trong quá trình cán thép có kiểm soát. Trong những năm gần đây, nó đã phát triển thành một phương pháp xử lý nhiệt hiệu quả và tiết kiệm năng lượng. Trong quá trình xử lý nhiệt, có thể thu được cấu trúc vi mô đã thiết kế và các đặc tính của thép có thể được cải thiện bằng cách làm mát có kiểm soát. Nghiên cứu về cán và làm nguội thép có kiểm soát cho thấy việc làm mát có kiểm soát có thể thúc đẩy sự hình thành bainite cacbon thấp mạnh và dai khi thành phần hóa học của thép phù hợp. Các phương pháp làm mát có kiểm soát thường được sử dụng bao gồm làm mát bằng tia áp lực, làm mát lớp, làm mát bằng màn nước, làm mát phun, làm mát phun, làm mát hỗn hợp tấm, làm mát bằng khí phun nước và dập tắt trực tiếp, v.v. 8 loại phương pháp làm mát điều khiển thường được sử dụng .

Phương pháp xử lý nhiệt luyện

Theo tình trạng thiết bị và điều kiện thực tế của công ty, chúng tôi áp dụng phương pháp xử lý nhiệt làm mát liên tục. Quy trình cụ thể là tăng nhiệt độ gia nhiệt lên AC3 + (50 ~ 100) độ C theo một tỷ lệ gia nhiệt nhất định và đẩy nhanh quá trình làm mát bằng cách sử dụng thiết bị làm mát phun khí nước do công ty chúng tôi phát triển để vật liệu được làm mát bằng không khí và tự cứng. Nó có thể có được cấu trúc bainite hoàn chỉnh và đồng nhất, đạt được hiệu suất tuyệt vời, rõ ràng là vượt trội so với các sản phẩm cùng loại và loại bỏ tính giòn loại thứ hai.

Kết quả

• Cấu trúc kim loại: 6,5 cấp Kích thước hạt
• HRC 45-50
• Lớp lót vỏ của máy nghiền bán tự động lớn do công ty chúng tôi sản xuất đã được sử dụng gần 3,5 năm trên máy nghiền bán tự động Φ 9,15 m ở mỏ Baima của Công ty TNHH Tập đoàn gang thép Panzhihua, tuổi thọ sử dụng còn hơn 4 tháng, và tuổi thọ dài nhất là 7 tháng. Với sự gia tăng của tuổi thọ, chi phí mài đơn vị giảm đáng kể, tần suất thay thế tấm lót giảm đáng kể, hiệu quả sản xuất được cải thiện đáng kể và lợi ích là rõ ràng.
• Việc lựa chọn vật liệu là chìa khóa để cải thiện tuổi thọ của các ống lót của nhà máy bán tự động lớn, và việc hợp kim hóa các loại thép là một cách hiệu quả để cải thiện khả năng chống mài mòn.
• Cấu trúc bainite với độ bền cao và độ dẻo dai cao là sự đảm bảo để nâng cao tuổi thọ của lớp lót vỏ của máy nghiền bán tự động.
• Quá trình đúc và quá trình xử lý nhiệt là hoàn hảo để đảm bảo rằng cấu trúc đúc dày đặc, có thể cải thiện hiệu quả tuổi thọ của lớp lót vỏ máy nghiền bán tự động.

Nick Sun       [email protected]