Critical Minerals and Metals Defined

Minerals are part of almost all products we use.

NB.  About 80% of all natural elements in the periodic table are metals.


Common examples of metals include copper (Cu) used in electrical wiring and titanium (Ti) used to make airplane frames and paint pigments (TiO2). The Information Age has ushered in a number of new mineral uses in number of products including cell phones e.g., tantalum (Ta) and liquid crystal displays e.g., indium (In). For some minerals, such as the platinum group metals used to make catalytic converters in cars, there is no substitute.

Thus economies, (consumers and industrial sectors) are strongly influenced by factors affecting supplies.

Risks to minerals supplies can include a sudden increase in demand or the possibility that natural ores can be exhausted or become too difficult to extract. Minerals are more vulnerable to supply restrictions if they come from a limited number of mines, mining companies, or nations.

The report referenced in this post NAS Report_Minerals-Critical-Minerals_12034 claims to develop a methodology to identify potentially critical minerals. 

14 Key Findings:

1. All minerals and mineral products could be or could become critical to some degree, depending on their importance and availability.

2. As an indicator of vulnerable supply, import dependence by itself is not a useful indicator of risk.

3. Decision makers in both the public and the private sectors need continuous, unbiased, and thorough mineral information provided through a federally funded system of information collection and dissemination.

4. From the US federal perspective, a critical mineral is one that is both essential in use and subject to the risk of supply restriction.

5. In employing the methodology, it is important to distinguish among three time or adjustment periods: the short term, the medium term, and the long term.

6. In the short and medium terms, significant restrictions of mineral supply may be due to (1) significant increase in demand, (2) thin markets, (3) concentration of production, (4) production predominantly as a by-product, (5) lack of available old scrap for recycling or of the infrastructure required for recycling.

7. More complete information needs to be collected, and more research needs to be conducted, on the full mineral life cycle.

8 Of the 11 minerals or mineral families the committee examined,
[Cu, Ga, In, Li, Mn, Nb, PGMs (ex.Pd,Pt,Rh)  REs (La,Ce...) Ta, Ti, V.]
 those that exhibit the highest degree of criticalness at present are indium,(In) manganese,(Mn) niobium,(Nb) PGMs-Platinum Group Metals-Minerals, and the so called Rare Earth Metals, REs.

9. Over the longer term, the availability of minerals and mineral products is largely a function of investment and the various factors that influence the level of investment and its geographic allocation and success. The long-term availability of minerals and mineral products also requires continued investment in mineral education and research.

10. The committee concludes that US Geological Survey (USGS) Minerals Information Team activities are less robust than they might be, in part because it does not have the status or resources to function as a principal statistical agency. 

11. The criticalness matrix methodology is a useful conceptual framework for evaluating a mineral's criticalness in a balanced manner in a variety of circumstances that will be useful for decision makers in the public and private sectors. A more nuanced and quantitative version of the matrix could be established and used as part of the federal program for collection, analysis, and dissemination of data on minerals. 

12. The criticalness of a specific mineral can and likely will change as production technologies evolve and new products are developed. 

13. The effectiveness of a government agency or program is dependent on the agency's or program's autonomy, its level of resources, and its authority to enforce data collection. Federal information gathering for minerals at present does not have sufficient authority and autonomy to appropriately carry out its data collection, dissemination, and analysis. 

14. The greater the difficulty, expense, or time it takes for material substitution to occur, the more critical a mineral is to a specific application or product or analogously, the greater is the impact of a mineral supply restriction. 


Minerals, Critical Minerals, and the U.S. Economy_Brief Report (2007 The National Academy of Sciences)


Minerals, Critical Minerals, and the U.S. Economy _National Academies Press (NAP) (2008)
FULL BOOK FREE TO READ ONLINE

EVALUASI PENERAPAN ON-STREAM INSPECTION SEBAGAI PENGGANTI INTERNAL INSPECTION BERDASARKAN API STANDARD 510

American Petroleum Institute (API) merilis API Standard 510 (2006) dimana dalam section 6.5.1.1, dinyatakan bahwa suatu peralatan bejana tekan harus diinspeksi secara internal maksimal setiap 10 tahun, atau pada saat umur bejana tekan tersebut telah mencapai setengah dari sisa umur pakainya. Tujuan dari pelaksanaan inspeksi internal adalah menemukan indikasi kerusakan yang tidak bisa ditemukan melalui kegiatan monitoring reguler pada Corrosion Monitoring Locations (CMLs) eksternal. Ketentuan ini berlaku apabila tidak ada ketentuan khusus dari penerapan Risk Based Inspection (RBI) terhadap bejana tekan tersebut.

Suatu  perusahaan Migas atau petrokimia tentunya memiliki sejumlah bejana tekan yang terdapat di dalam fasilitas pemprosesannya. Inspeksi internal diprogramkan untuk dilakukan terhadap bejana tekan – bejana tekan tersebut dengan didasarkan pada ketentuan yang ada dalam program RBI, atau dengan metode yang lain, yaitu yang didasarkan pada hasil analisa data historis. Dalam metode historis, hasil inspeksi dari suatu bejana tekan yang pernah diinspeksi internal kemudian dijadikan acuan dalam menentukan interval inspeksi internal dan metode inspeksi bejana tekan yang akan digunakan.

API Standard 510 memberikan suatu alternatif dimana disebutkan bahwa metode inspeksi internal dapat digantikan dengan metode inspeksi on-stream apabila bejana tekan tersebut memenuhi sejumlah persyaratan. Persyaratan tersebut diantaranya ialah mengenai ada atau tidaknya akses untuk melakukan inspeksi internal, nilai laju korosi, sisa umur masa pakai (remaining life), lama beroperasi bejana tekan, potensi terjadinya creep, potensi terjadinya hydogen damage dan stress corrosion cracking (SCC), dan juga mengenai ada atau tidaknya lining internal pada bejana tekan.

Dalam area pemprosesan di suatu perusahaan Migas dan petrokimia, terdapat sejumlah bejana tekan yang belum pernah diinspeksi internal, sehingga dalam hal ini perlu dilakukan analisa apakah inspeksi on-stream dapat diterapkan sebagai pengganti inspeksi internal atau tidak. Hal ini menjadi sangat penting mengingat kegiatan inspeksi internal memiliki keterbatasan – keterbatasan, diantaranya adalah waktu pelaksanaan yang tidak fleksibel, pertimbangan aspek Safety, Health, and Environment (SHE), dan juga biaya yang hilang sebagai konsekuensi peralatan yang harus berhenti beroperasi agar inspeksi internal dapat dilaksanakan.

Salah satu jenis peralatan yang ada di area kilang adalah bejana tekan. Dalam ASME section VIII division 1 (2007) disebutkan bahwa bejana tekan adalah sebuah kolom/ kontainer yang bertindak sebagai penahan tekanan, baik tekanan secara internal atau eksternal. Tekanan yang dimaksud bisa berasal dari suatu sumber eksternal, atau karena adanya aplikasi panas secara langsung atau tak langsung, atau dari kombinasi sumber – sumber tekanan tersebut. Jangkauan tekanan suatu bejana tekan harus lebih besar dari 15 psi dan lebih kecil atau sama dengan 3000 psi (15 psi < P ≤ 3000 psi).

Seperti yang telah disebutkan pada paragraf di atas, API Standard 510 (2006), khususnya pada section 6.5.1.1, menyatakan bahwa semua bejana tekan harus diinspeksi internal setiap 10 tahun semenjak dioperasikan atau ketika umur yang tersisa dari bejana tekan tersebut telah mencapai setengah dari sisa umurnya (remaining life). Apabila nilai setengah sisa umur suatu bejana tekan lebih kecil dari 10 tahun, maka periode waktu ini yang dijadikan sebagai referensi waktu pelaksanaan inspeksi internal. Ketentuan – ketentuan tersebut berlaku selama tidak ada ketentuan yang secara khusus diatur dalam program RBI mengenai interval inspeksi internal.

Dalam lingkungan area kilang, sejumlah bejana tekan yang pernah diinspeksi internal, kemudian ditentukan interval inspeksi internalnya dalam program RBI berdasarkan nilai criticality bejana tekan. Nilai criticality diperoleh dari pertimbangan terhadap nilai resiko atau consequence of failure (CoF) dan seberapa besar kemungkinan kegagalan bejana tekan dapat terjadi atau probability of failure (PoF).

Interval inspeksi internal suatu bejana tekan juga dapat ditentukan berdasarkan pertimbangan terhadap data historis mengenai kegiatan inspeksi internal yang sebelumnya pernah dilakukan terhadap bejana tekan tersebut. Data historis dari bejana tekan lainnya yang memiliki karakteristik yang dapat dipandang sama, baik dari sisi material, servis, dan kondisi operasinya, juga dapat dijadikan sebagai referensi penentuan interval inspeksi internal.

API Standard 510, khususnya pada section 6.5.2.1 memberikan suatu alternatif, yang menyebutkan bahwa pelaksanaan inspeksi internal dapat digantikan dengan inspeksi on-stream. Hal ini dapat dilakukan apabila suatu bejana tekan memenuhi sejumlah persyaratan berikut:

a.      Ukuran atau konfigurasi komponen – komponen bejana tekan menjadikan bejana tekan tersebut sulit diakses untuk kepentingan pelaksanaan inspeksi internal.

b.    Konfigurasi komponen – komponen dari bejana tekan memungkinkan diakses untuk kepentingan inspeksi internal, namun semua kondisi di bawah ini terpenuhi:

1.      Laju korosi dari bejana tekan diketahui kurang dari 0,005 in (0,125 mm) per tahun.

2.      Umur bejana tekan yang tersisa lebih besar dari 10 tahun.

3.      Karakter korosi dari isi bejana tekan, termasuk efek dari komponen – komponen pengotor, telah ditentukan minimal selama lima tahun masa operasi dengan servis operasi yang sama.

4.      Tidak terdapat kondisi yang menimbulkan pertanyaan yang ditemukan selama inspeksi eksternal dilakukan.

5.      Temperatur operasi dari shell baja bejana tekan tidak melebihi batas temperatur terendah yang dapat memicu terjadinya creep dari material bejana tekan.

6.      Material bejana tekan tidak memilki potensi untuk mengalami enviromental cracking atau hydrogen damage yang disebabkan jenis fluida yang sedang diproses.

7.      Bejana tekan tidak mempunyai lining yang terikat secara tak terintegrasi, seperti strip lining atau plate lining.

Beberapa ketentuan tambahan dan dasar – dasar pertimbangan mengenai substitusi metode inspeksi internal dengan inspeksi on-stream, dijelaskan juga dalam API Standard 510 section 6.5.2.2 hingga 6.5.2.4 yaitu sebagai berikut:

6.5.2.2       Inspeksi on-stream dapat diterapkan apabila penilaian RBI menentukan bahwa nilai resiko dari kegagalan bejana tekan cukup rendah dan nilai efektifitas teknik Non Destructive Examination (NDE) cukup memuaskan dalam memprediksi mekanisme kerusakan. Penilaian ini seharusnya juga memasukkan review mengenai kondisi proses pada masa lalu dan seperti apa kondisi proses pada masa yang akan datang.

6.5.2.3      Ketika terhadap suatu bejana tekan dilakukan inspeksi internal, maka hasil dari inspeksi tersebut dapat digunakan untuk menentukan apakah inspeksi on-stream dapat digunakan untuk menggantikan inspeksi internal pada bejana tekan yang sejenis yang beroperasi dalam servis dan kondisi yang sama atau sejenis.

6.5.2.4      Pada saat inspeksi on-stream telah diputuskan akan dilakukan, maka tipe NDE yang akan digunakan harus direncanakan secara spesifik dalam perencanaan inspeksi. Hal ini dapat meliputi pengukuran ketebalan dengan menggunakan Ultra Sonic Testing (UT), radiografi, atau metode NDE lainnya yang cocok untuk mengukur ketebalan plat logam dan atau untuk memberikan penilaian terhadap integritas dari elemen pembatas tekanan (misalnya dinding bejana tekan dan daerah lasan). Pada pelaksanaan inspeksi on-stream, inspektor harus diberikan akses yang cukup kepada semua bagian dari struktur bejana tekan (head, shell, dan nozzle) sehingga sebuah penilaian yang akurat dari kondisi bejana tekan dapat dibuat.

Substitusi metode inspeksi internal dengan metode inspeksi on-stream menjadi sangat penting mengingat pelaksanaan kegiatan inspeksi internal memiliki beberapa keterbatasan diantaranya:

a.      Hanya bisa dilakukan pada saat bejana tekan tidak beroperasi. Ini berarti pelaksanaan inspeksi hanya bisa dilakukan pada saat Process Train berstatus shut down (tidak beroperasi). Oleh kerena itu, waktu pelaksanaan inspeksi menjadi tidak fleksibel dan sangat tergantung pada jadwal shut down.

b.      Adanya kapasitas produksi yang hilang karena kegiatan operasi suatu bejana tekan harus dihentikan. Lebih jauh lagi, penghentian operasi suatu bejana tekan bisa berarti penghentian semua proses operasi dan produksi suatu unit produksi. 

c.       Membutuhkan biaya inspeksi dan maintenance yang relatif lebih banyak.   

d.    Aspek Safety, Health, and Environment (SHE) merupakan pertimbangan yang juga perlu diperhatikan. Secara umum pelaksanaan kegiatan inspeksi di dalam suatu bejana tekan yang merupakan kegiatan di ruang terbatas akan lebih beresiko dibandingkan pengerjaan inspeksi yang dilakukan dari luar bejana tekan.

Dengan demikian, alternatif yang diberikan API Standard 510, khususnya pada section 6.5.2, perlu dipertimbangkan untuk diterapkan. Penerapan inspeksi on-stream sebagai pengganti inspeksi internal bisa memberikan suatu keuntungan operasional dan finansial, serta jaminan yang lebih baik terhadap SHE (Safety, Health, and Environment).

MAGNET DAN BAJA

Membedakan suatu material apakah masuk ke dalam kelompok baja tahan karat (stainless steel) atau baja karbon (carbon steel) biasa bisa dilakukan dengan memanfaatkan magnet. Fase ferritic dari suatu baja, karena memiliki permeabilitas yang tinggi, akan menjadi elemen yang tertarik pada magnet. Sedangkan fase austenit memiliki sifat tidak tertarik pada magnet.

Dengan demikian, baja (carbon steel) yang pada umumnya memiliki fase ferritic (pada temperatur ruangan), akan tertarik pada magnet. Begitu pula halnya dengan cast iron. Hanya kelompok stainless steel berfase austenitic yang tidak tertarik pada magnet.

Namun perlu juga untuk diketahui diketahui sifat atau reaksi baja tahan karat terhadap magnet sebagai berikut, karena tidak semua stainless steel memiliki sifat tidak tertarik pada magnet.


Austenitic Stainless Steel
Jenis baja tahan karat ini memiliki sifat tidak tertarik pada magnet dikarenakan fase austenitic-nya yang memiliki sifat permeabilitas yang rendah. Contoh material austenitic adalah tipe 302, 303, 304, 316 dan 316L.

Pengerjaan cold work pada baja austenitic dapat meningkatkan nilai permeabilitas dikarenakan ada transformasi fase austenitic ke martensitic yang bersifat ferromagentik, sehingga dapat merubah sifat ketertarikannya pada magnet yang sebelumnya tidak tertarik menjadi tertarik pada magnet.

Ferritic Stainless Steel
Jenis baja tahan karat ferritic memiliki sifat ketertarikan pada magnet. Contoh ferritic stainless steel adalah Type 430F solenoid quality, Type 430FR solenoid quality, dan Type 446.

Martensitic Stainelss Steel
Semua stainless steel martensitic dan sebagian besar hardenable stainelss steel memiliki sifat ferromagentic. Contoh dari material martensitic stainless stell adalah Type 410, 416, 420, 440B, dan 17-4.

Material Efficiency and Resource Conservation (MaRess) _A German Approach

Limitations on raw materials and especially so called energy materials, meaning materials used to harness and store energy in renewable, sustainable ways, is again high on the international policy agenda. This is hardly surprisingly following the ever stronger warnings of climate change (CC):global warming (GW), Greenhouse Gases GHG's, and the estimated peeks in fossil fuels, esp. oil and its domination of power for transportation.

In this post, I present of the German Gov approach to the global materials situation. It is a rich resource explaining in simple language in its introduction the reasons for concern:

--"Environmental damage caused by the extraction and exploitation of resources, the associated emissions and the disposal of waste, all lead directly to environmental problems, and as a result, also to social and economic problems. Other factors, such as the insecurity of supplies, the scarcity of resources, the resulting international conflicts, and high and/or volatile raw materials prices, can also lead to strong economic and social dislocation in every country on Earth".

AND HENCE
--"The need to decouple economic growth from resource consumption without downsizing the quality of life."
in reference to:

"Environmental damage caused by the extraction and exploitation of resources, the associated emissions and the disposal of waste, all lead directly to environmental problems, and as a result, also to social and economic problems. Other factors, such as the insecurity of supplies, the scarcity of resources, the resulting international conflicts, and high and/or volatile raw materials prices, can also lead to strong economic and social dislocation in every country on Earth."
- Material Efficiency and Resource Conservation (MaRess) _A German Approach (view on Google Sidewiki)

FREE TRIAL -Large Collection of selected papers on Materials Science and Engineering from Maney Press

JOIN ME IN BUILDING YOUR OWN PERSONAL LIBRARY, from
MANEY PRESS. Many of these journals are edited by members of the chartered Institute of Materials Minerals and Mining-IOM3


7 issues freely available electronically are:1-Technology, History and Society
2-Materials Science and Engineering: overview
3-Energy
4-Surfaces
5-Mining, Extractive Metallurgy and Earth Sciences
6-Natural Materials
7-Imaging


Maney is best known to the Materials Science community as publisher to The Institute of Materials Minerals and Minning-IOM3 edited Materials Science Technology and Engineering peer review journals - all freely available online to members of IOM3

MORE...


in reference to: ingentaconnect Publication: Virtual Maney - Materials Science & Engineering (view on Google Sidewiki)