Kunskap om slitage möjliggör nästa generations bergborrstift

Jens Hardell, Professor på Luleå tekniska universitet och projektledare för ReRoD. Fotocred: Daniel Holmgren, Cre8photo

Forskningsprojektet Återvunna Bergborrverktyg för Hållbar och Cirkulär Gruvdrift (ReRoD) har undersökt metoder för att mäta och utvärdera slitage på hårdmetall, med målet att öka användningen av återvunnet material i bergborrstift. Resultaten visar att återvunnen hårdmetall kan prestera i nivå med material från jungfruliga råvaror – ett viktigt steg mot en mer resurseffektiv och cirkulär gruvindustri.

Projektet ReRoD syftade till att öka användningen av återvunnen hårdmetall i verktyg för bergborrning genom att utvärdera tribologiska testmetoder för att mäta slitage under olika driftförhållanden. Bakgrunden är att hårdmetallstiften i borrkronor innehåller både volfram och kobolt, två kritiska råmaterial, vilket gör återvinning särskilt viktigt.

Återvinningen kan ta tillvara de stora delar av hårdmetallstiften som ofta finns kvar när borrens funktion inte längre är tillfredsställande. Det kan bidra till att minska beroendet av primära kritiska råmaterial. En avgörande förutsättning är dock att stift som innehåller återvunnen råvara kan hålla samma premiumprestanda som hårdmetall tillverkad av jungfruligt råmaterial. För att förstå prestandan på ett grundläggande plan har ökad kunskap om slitage stor betydelse för den fortsatta materialutvecklingen.

– Projektets huvudsakliga mål var att utvärdera olika laboratorietester och bygga en grundläggande kunskap kring testmetodernas möjlighet att reproducera relevanta förhållanden mellan hårdmetall och olika mineral samt ta fram jämförande nötningsdata och mekanismsbeskrivningar för hårdmetall, säger Jens Hardell, professor vid Luleå tekniska universitet samt projektledare för ReRoD.

Under projektets gång uppstod flera utmaningar. De tribologiska testerna visade sig vara mer komplicerade än förväntat, särskilt vid höga temperaturer. Detta berodde främst på variationer i materialegenskaperna hos mineralproverna, exempelvis granit, vilket hade stor påverkan på resultaten från nötningsförsöken.

Samarbetet inom konsortiet fungerade mycket väl. De två akademiska parterna, Luleå tekniska universitet och KTH, hade kompletterande kompetensprofiler som bidrog till ett framgångsrikt samarbete. Industripartnern Sandvik Mining and Construction Tools AB visade också stort engagemang genom att bidra med personalresurser, material och genomförandet av flera experimentella undersökningar.

Projektets viktigaste resultat handlar om nya nötningsdata och identifierade nötningsmekanismer för hårdmetall i kontakt med granit vid temperaturer upp till 800°C.

– Denna data finns inte publicerad sedan tidigare och vi upptäckte både intressanta trender samt utmaningar med själva testuppställningen och materialen vid dessa höga temperaturer. Jämförelsen visar likvärdig prestanda för hårdmetall producerad med återvunnen råvara som för en med jungfruligt råmaterial vilket stärker möjligheterna att öka andelen återvunnet material. Utöver detta har kartläggningen av olika testmetoder för att mäta slitage för hårdmetall i bergborrar lagt en grund för att utveckla nästa generations testmetoder, säger Jens Hardell.

Projektet ledde också till några oväntade upptäckter. Bland annat visade det sig att slitaget på hårdmetallen varierade kraftigt beroende på granitprovernas beskaffenhet. Forskarna observerade även att nötningen av graniten ökade markant vid högre temperaturer, vilket inte hade förväntats.

Efter projektets avslut kommer delar av resultaten att publiceras i vetenskapliga tidskrifter. En stor del av kunskapen och resultaten kommer dessutom att ligga till grund för en ny ansökan om finansiering för ett större och mer omfattande forskningsprojekt. Det planerade fortsättningsprojektet ska utveckla nya testmetoder för att öka kunskapen om slitage i hårdmetall. Detta ska stödja vidareutvecklingen av hårdmetall med återvunnet material och möjliggöra nästa generations bergborrstift.