procesosmetalurgicos
Procesos Metalúrgicos
Estudiante de Ingeniería Civil Química inteorizándose en el área minera. Tuve un laboratorio sobre Mineralogía y mi roca fue la Brochantita, ahora es mi roca favorita.
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GLOSARIO CLASE 12
Secado: proceso metalúrgico que tiene como finalidad la extracción de humedad y reducir a 0.1% a 0.3% en peso.
Secador directo: Tipo de secador el cual tiene contacto directo entre el sólido húmedo y gas caliente. Funciona mediante convección.
Concentrado de cobre: Producto de cobre que tiene entre un 20% y 35% de pureza.
Ánodo de cobre: Producto de cobre que tiene entre un 98% - 99% de pureza.
Cátodo de cobre: Producto de cobre que tiene un 99.99% de pureza.
Molienda: proceso el cual disminuye el tamaño de la roca hasta obtener un máximo de 180 micrones.
Flotación: proceso donde se genera espuma cuyas burbujas atrapan sulfuros de cobre, y al finalizar las etapas se obtiene concentrado de cobre.
Fundición: proceso donde se funde cobre seco a altas temperaturas, separándose de otros minerales e impurezas obteniendo cobre refinado.
Clase 12. (2022). Operaciones y Operaciones de la Metalurgia Extractiva: Unidad 4: Introducción - Secado.
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CLASE 13
Defina cada etapa señalando su finalidad, lo que ingresa como alimentación y el producto obtenido, además el cobre contenido en el producto: secado – tostación – fusión – convertidor – refino a fuego – electro refinación.
Secado: Extraer la Humedad,
Tostación: Cambio químico, oxidación parcial de sulfuros.
Fusión: Concentrar el mineral a recuperar, formación de escoria y mata.
Convertidor: Es la concentración por medio de soplado con aire a 1.200ºC, tiene como finalidad pasar la mata a metal blanco (Cu2S), luego a Cu Blister. (98-99.5% Cu).
Refino a fuego: Es un proceso térmico para producir ánodos más puros y homogéneos. (99% Cu)
Electro refinación: Eliminar purezas que dañan propiedades eléctricas y mecánicas de Cobre, además de recuperar metales preciosos. (99.99% Cu)
Referencias
Clase 13. (2022). Operaciones y Operaciones de la Metalurgia Extractiva: Unidad 4: Hablemos de Metalurgía.
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CLASE 12
¿Cuál es la función y utilidad de la etapa de tostación? ¿qué rol juega en los procesos a alta temperatura?
La función de la etapa de tostación es la de calentar el metal o compuesto metálico en contacto con el oxígeno del aire, se utiliza para transformar los sulfuros metálicos mineralicen óxidos y/o sulfatos, por reacción con el oxigeno del aire a temperaturas entre los 500 - 800ºC ; tiene como finalidad el cambio químico en la oxidación parcial de sulfuros, la eliminación de azufre como dióxido de azufre y el arsénico.
Referencias:
Clase 12. (2022). Operaciones y Operaciones de la Metalurgia Extractiva: Unidad 4: Hablemos de Metalúrgia.
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GLOSARIO CLASE 9
Electroobtención: proceso que consiste en recuperar el metal desde una solución de lixiviación debidamente acondicionada (solución electrolito) y depositarlo en un cátodo, utilizando un proceso de electrólisis. (Codelco, 2019)
Electrolito: solución que contiene el cobre en forma de ión (catión con carga +2), utilizada en el proceso de electrólisis. (Codelco, 2018)
Solubilidad: La solubilidad es la medida de la capacidad de cierta sustancia para disolverse en otra. Puede ser expresada en porcentaje de soluto o en unidades como moles por litro o gramos por litro.
Cátodo de Cobre: son las placas de cobre de alta pureza que se obtienen en el proceso de electrorrefinación y de electroobtención. Estos cátodos también se llaman cátodos de cobre electrolítico de alta pureza y tienen una concentración de 99,9%. (Codelco, 2018).
Coalescencia: fenómeno producido en los procesos de extracción por solventes, producto de la presencia de partículas de orgánico que forman burbujas de un tamaño tal que hacen que el proceso posterior de EW o electroobtención sea de menor eficiencia. (Codelco, 2018).
Bibliografía:
Codelco. (2019). Electroobtención: "Obteniendo la máxima pureza".
Codelco. (2018). Codelco Educa.
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CLASE 9
Explique para qué sirve el diagrama McCabe-Thiele en Hidrometalurgia ¿qué datos entrega? ¿cómo regula el proceso?
El diagrama permite saber las etapas que se requieren para la mayor eficiencia de trabajo, si la pendiente de la recta de operación es menor, implica menos números de etapas en un sistema SX. (Clase 9. 2022)
Regula el proceso mediante el análisis de la pendiente, ya que esta define el numero de etapas a requerir.
2. Calcule la extracción en cada etapa y la global del siguiente diagrama:
¿Cuáles son los problemas que se deben controlar en electro obtención? Señale y comente qué implican cada uno para el proceso. ¿Cómo perjudican?
Los problemas que se deben controlar: (Clase 9. 2022)
Emulsión y rompimiento. Ua fase matriz atrapa la otra en gotas.
Arrastre Orgánico o Acuosa que se van con la fase opuesta.
Banda de dispersión zona donde hay coalescencia y separación de fases.
También, en todas las operaciones electrolíticas el electrolito se debe mantener en circulación, mantener la concentración iónica al valor apropiado y a la temperatura óptima, si la solución no se mantiene en las condiciones adecuadas pueden ocurrir problemas como empobrecimiento de iones metálicos en las cercanías del cátodo, precipitaciones por pérdida de solubilidad, levantamiento de barros anódicos, etc. (USACH, 2017).
2. Investigue y señale qué normas existen para regular la aprobación de cátodos de cobre. Explique lo esencial de cada una y los rangos permitidos de impurezas.
Según la resolución extenta Nº 7258 - 26/12/2014 del Servicio Nacional de Aduanas. Dirección Nacional.
Esta norma permite tener la descripción exacta de la mercancía, por lo que sabrán exactamente qué están comprando.
Bibliografía:
Clase 9. (2022). Operaciones y Procesos de la Metalúrgia Extractiva. Unidad 3: Hidrometalúrgia.
USACH. (2017). Capitulo 15: Hidrometalurgia. Departamento de Ingeniería Metalúrgica. Universidad De Santiago de Chile.
Pereira. G (2014). Cámara Aduanera de Chile A.G. Servicio Nacional de Aduanas. Chile.
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GLOSARIO CLASE 8
PLS: Pregnant Leaching Solution (solución de lixiviación cargada), se refiere a la solución que sale de las instalaciones de Lixiviación (pilas, bateas, etc.) y que ha sido enriquecida por la disolución del cobre desde el mineral. Esta solución tiene una concentración de hasta 9 gramos por litro (gpl). (Codelco, 2018)
Lixiviación: proceso hidrometalúrgico mediante el cual se provoca la disolución de un elemento desde el mineral que lo contiene para ser recuperado en etapas posteriores mediante electrólisis. Este proceso se aplica a las rocas que contienen minerales oxidados, ya que estos son fácilmente atacables por los ácidos. En la lixiviación del cobre se utiliza una solución de ácido sulfúrico (H2SO4). (Coldeco, 2018).
Curado: proceso de impregnación del mineral con una solución ácida antes de ser depositado para su lixiviación, el cual tiene por objeto producir la sulfatación (transformación a sulfatos) de los minerales oxidados de cobre, que es la primera etapa de ataque químico que se produce en los minerales. Esta etapa facilita el proceso de lixiviación del cobre que se produce en la pila.
Pilas de Lixiviación: son las acumulaciones de material mineralizado que se realiza en forma mecanizada, formando una especie de torta o pilotes de 6 a 8 m de altura, levemente inclinada para permitir el escurrimiento y captación de las soluciones, sobre la que se riega una solución de ácido sulfúrico para extraer el cobre de los minerales oxidados. (Codelco, 2018)
Ganga: minerales sin valor económico y que acompañan a los que contienen los elementos metálicos que se recuperan en el proceso industrial. (Codelco, 2018)
Permeabilidad: es la capacidad de un material para permitir que un fluido lo atraviese sin alterar su estructura interna. (COAAT, 2017)
Geomembrana: es una barrera sintética que está diseñada especialmente para impedir el paso de sustancias y materiales, particularmente de líquidos y vapores. (GEOSAI, 2016)
PVC: geomembrana de bajo costo que se obtiene mediante la polimerización de cloruro de vinilo; que se fabrica a partir de cloro y etileno. (GEOSAI, 2016)
HDPE: geomembrana de polietileno de alta densidad.
LDPE: geomembrana de polietileno de baja densidad.
Bibliografia.
Codelco (2018). Codelco Educa.
COAAT (2017). Seguridad Estructural.
GEOSAI. (2016). Soluciones Ambientales.
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CLASE 8
¿Cuál es la importancia del aglomerado-curado en el funcionamiento de la pila de lixiviación? ¿cómo influye en la obtención de PLS?
La importancia del aglomerado-curado es que permite aumentar el porcentaje de recuperación y disminuir el consumo de reactivos, dando como resultado un PLS más limpio y con menor presencia de gangas; además, de preparar el mineral para el proceso de lixiviación, de manera de asegurar un buen coeficiente de permeabilidad de la solución. (Becerra, 2015)
Los efectos más importantes de esta operación son los siguientes: (Clase 8, 2022)
Permite:
Lecho de mineral con tamaño y porosidad homogéneo.
Evitar taponamiento por arrastre de finos.
Evitar segregación por tamaño al cargar la pila.
Favorece:
Mayor permeabilidad
Distribución homogénea solución lixiviante.
Proporcionar estructura física estable en el apilamiento.
Sulfatación del cobre y que aflore por capilaridad.
Investigue sobre la función que tiene el uso de la capa impermeable (HDPE, LDPE, VLDPE o PVC) y ¿cómo favorece el cuidado del medio ambiente? ¿Es suficiente?
El uso de laminas impermeable sencillas es para la recolección completa de las soluciones de lixiviación, prevenir pérdidas por infiltración del suelo subyacente y la contaminación potencial del agua subterránea.
La base típicamente consiste en una capa de geomembrana, que puede estar compuesta de polietileno de alta (HDPE) o baja densidad (LDPE) o cloruro de polivinilo (PVC), de espesores del orden de 1 a 2 mm, sobre una capa de arcilla compactada (con un espesor de 0.1 a 0.5 m) y debajo una capa de material finamente chancado (<2 cm de diámetro). Tuberías de recolección de soluciones PLS y de aireación se colocan sobre esta capa. La base debe tener una inclinación menor al 5% para evitar el deslizamiento de la pila sobre la geomembrana. (Codelco, 2019).
Favorece parcialmente el cuidado del medio ambiente ya que evita la contaminación posible del suelo y agua subterránea, pero no es suficiente ya que tendría potenciales impactos negativos asociados al no tomar las medidas de control adecuadas.
Problemas ambientales generales relacionados:
riesgo de desbordes e infiltraciones por falta de estabilidad de pilas, control de los compuestos utilizados en el lixiviador (ácido sulfúrico para el cobre y cianuro para el oro).
contaminación de las aguas freáticas debido a las fugas de las pilas de relaves.
contaminación de los suelos, vegetación y aguas superficiales locales debido a la erosión eólica e hídrica de las pilas de desechos. (OLCA,1997)
Bibliografía
Beccera, C. (2015), Aglomeración, Curado y Lixiviación en columna. Universidad Arturo Prat
Clase 8. (2022). Operaciones y Operaciones de la Metalurgia Extractiva: Unidad 3: Hidrometalurgia.
Codelco. (2019). Lixiviación "El riego".
OLCA. (1997), Impactos Ambientales de la minería metálica en Chile (Cobre y Oro). Observatorio Latinoamericano de Conflictos Ambientales. Chile.
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CLASE 7
Complete el siguiente circuito de flotación de Plomo (ver figura 1). Calcule para cada celda:
Leyes (c, t, f)
Flujos másicos (F, T, C)
Recuperación metalúrgica (Rm)
índice de enriquecimiento (Ie)
Razón de concentración (Rc)
Ley final de concentrado y relave
Recuperación metalúrgica global (en función de leyes finales)
Razone y revise si sus resultados son coherentes y concluya si el proceso cumple o no el objetivo.
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GLOSARIO CLASE 7
Flotación: Proceso de concentración en función de propiedades físico-químicas de la superficie de los minerales. (Clase 7, 2022)
Hidrofóbica: No afín al agua ya que no hay reacción con dipolos del agua. (Clase 7, 2022)
Hidrofílica: Afín al agua ya que si hay reacción con dipolos del agua. (Clase 7, 2022)
Espumante: Reactivo utilizado en la flotación que altera la tensión superficial de los líquidos y forman la espuma estable que separa el material. (Clase 7, 2022)
Colectores: Reactivo utilizado el cual es un compuesto orgánico que favorece la condición hidrofóbica y aerofílica. (Clase 7, 2022)
Mineral: Sustancia natural de la tierra que es sólida e inorgánica. (Clase 7, 2022).
Referencias
Clase 7, (2022). Unidad 2: Procesamiento de minerales.
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GLOSARIO CLASE 4
Procesamiento de minerales: Procesos de reducción de tamaño/conminución y procesos de concentración con sus respectivas operaciones de separación sólido-líquido y sólido-sólido. (Clase 4, 2022)
Conminución: Proceso de reducción de tamaño de un mineral.
Cizalle: Mecanismo de fractura que es del tipo de abrasión y desgaste. (Clase 4, 2022)
Compresión: Mecanismo de fractura que es del tipo que dos superficies comprimen el mineral. (Clase 4, 2022)
Impacto: Mecanismo de fractura que es del tipo de golpe instantáneo de un objeto en movimiento contra otro. (Clase 4, 2022)
Chancado: Procedimiento que consiste en la reducción de tamaño de los fragmentos de roca mineralizada a un diámetro de 1/2 pulgada. (Codelco, 2018)
Molienda: Procedimiento en donde se muele el mineral, triturándose al máximo llegando a una granulometría de 0.18 mm. (Codelco, 2018)
Remolienda: Proceso que se emplea cuando el concentrado de flotación primaria requiere un menor tamaño de partículas. (Clase 4, 2022)
Harnero: Proceso mecánico de separación de partículas según tamaño. (Clase 4, 2022)
Referencias
Clase 4 (2022). Unidad 2: Procesamiento de Minerales.
Codelco,( 2018). Chancado: ”Reduciendo la roca” link: https://www.codelcoeduca.cl/codelcoeduca/site/edic/base/port/chancado.html
Codelco, (2018). Molienda: ”Todo a la juguera” Link: https://www.codelcoeduca.cl/codelcoeduca/site/edic/base/port/molienda.html
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PREGUNTAS CLASE 7
Reflexione: ¿Por qué es importante el proceso de flotación? ¿Cuál es su relevancia para la siguiente etapa? ¿Qué indicadores se deben considerar durante el proceso industrial? Aquellos que ayudarán a dilucidar si va bien el procesamiento o debo cambiar alguna variable. (Revise el material de la clase).
El proceso de flotación es de suma importancia para el proceso, ya que es en ella donde se busca aumentar la concentración del mineral valioso o se interés, separándolo lo máximo posible de las impurezas los cuales se van al relave. Es relevante porque si hay un error en el proceso, un porcentaje del mineral valioso podría irse al relave en donde no habría oportunidad de recuperación lo que producirá perdidas económicas. (Clase 7, 2022)
Los indicadores son: Granulometría, Densidad de pulpa, calidad agua, tiempo de residencia, control de espumantes, colectores, depresores y activadores (Reactivos). (Plaza. E, 2015)
Referencias.
Clase 7.(2022). Unidad 2: Procesamiento de Minerales.
Plaza, E. (2015). Variables del proceso de flotación.
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PREGUNTAS CLASE 4
Genere un esquema propio del proceso de chancado y molienda incluyendo los procesos de clasificación. Señale los rangos de tamaño en la entrada y salida de cada proceso unitario. Indique nombres de equipos y flechas de dirección de los flujos.
2. Reflexione ¿cuál es la importancia del proceso de conminución? Investigue y señale los principales problemas que existen en estos procesos unitarios (chancado y molienda).
La importancia del proceso de conminución es la liberación de la partícula del mineral de interés logrando separarlo de la ganga para el siguiente proceso, además, de producir un aumento de superficie lo cual es importante para el proceso de lixiviación ya que aumenta la posibilidad de extracción, también, de disminuir costos operacionales, controla la distribución granulométrica. (Clase 4, 2022)
Principales problemas
Chancado: Utilización de una alta energía lo que produce mayor costos operacionales y posibles problemas en el proceso por el material fino.
Molienda: Las variaciones en el mineral extraído del yacimiento, afectan a el proceso ya que al procesar las mismas toneladas se requerirá un mayor consumo de energía también afectando el rendimiento de los equipos por el cambio de dureza principalmente. ( Minería Chilena, 2018)
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Bibliografía
[1] Glosario de conceptos mineros. (s/f). Codelcoeduca.cl. Recuperado el 31 de Marzo de 2022, de https://www.codelcoeduca.cl/codelcoeduca/site/edic/base/port/glosario.html?letra=m
[2] (S/f). Fishersci.es. Recuperado el 31 de Marzo de 2022, de https://www.fishersci.es/shop/products/apatite-naturally-occurring-mineral-grains-approximately-0-06-0-19in-thermo-scientific/p-4824613#tab2
[3] Principales aplicaciones del zinc. (s/f). Azsa.Es. Recuperado el 31 de Marzo de 2022 de https://www.azsa.es/es/CalidadyProductos/todo-sobre-el-zinc/Paginas/Principales-Aplicaciones-del-Zinc.aspx
[4] Usos del cobre. (s/f). Codelco. Recuperado el 31 de Marzo de 2022, de https://www.codelco.com/usos-del-cobre/prontus_codelco/2011-06-03/223706.html
[5] Cobalto, el mineral más codiciado del año que los inversores se están guardando y que grandes empresas tecnológicas necesitan. (2017, BBC). https://www.bbc.com/mundo/noticias-39130179.amp
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PREGUNTAS CLASE 2
PREGUNTAS CLASE 2
Escoja un mineral que no se haya mencionado en la clase y describa sus características siguiendo como ejemplo las propiedades explicadas. Queda a su criterio señalar otros aspectos relevantes del mineral elegido.
La roca elegida es la Apatita.
* PROPIEDADES FISICAS
Densidad: 3.15 - 3.20 g/cm3
Habito: prismático o columnar
* PROPIEDADES MECÁNICAS
Dureza: 5 Mohs
Fractura: Irregular
* PROPIEDADES OPTICAS
Color: tonalidades calipso, violeta, amarillo, rosada.
Brillo: Vítreo
Transparencia: transparente a translucido
Índice de refracción: 1,63 - 1,64
*PROPIEDAES QUÍMICAS
Solubilidad: Ácido nítrico
PM: 504,29 g/mol
reacción ante ácidos:
*LEY (fosfato) = PM fosfato / PM Mineral x 100
LEY = 94,97 / 504,29 x100
LEY = 18,83%
Yacimientos: Brasil, Estados Unidos, Mexico, Rusia, Canadá, India.
USOS: Fabricar fertilizantes, variedades transparentes como gemas, ácido fosfórico, fósforo elemental, en la industria química el compuesto fosfato.
Con respecto a la mirada mundial de la producción de metales, ¿Qué posición tiene el cobalto, el litio? ¿Qué rol está tomando en el mercado? ¿Cree ud que puede ser el mineral de interés del futuro? ¿Por qué?
Chile tiene uno de los principales yacimientos de Carbonato De Litio en el mundo, lo cual lo hace un mineral muy atractivo ahora aún más con el boom del cambio climático y el medio ambiente por los usos que tiene como lo son en baterías, autos eléctricos, etc. El cobalto tiene la cualidad de potenciar las propiedades de otros materiales como el litio, lo cual lo hace uno de sus mejores complementos en la actualidad.
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PREGUNTAS
PREGUNTAS CLASE 1
Considere la situación de Chile e investigue los principales metales (al menos 5) que se comercializan en el país. Indique su precio en la bolsa de metales, sus principales aplicaciones.
Los principales metales en chile que se comercializan en el país según el Servicio Nacional de Geología y Minería son el el Cobre, Molibdeno, Oro, Plata, Hierro, Plomo, Zinc y Manganeso.
Según la bolsa de metales, el Cobre ha cotizado con un valor de 466,3 US$/Lb, el cual ha ido a la baja durante la semana como se aprecia en la imagen 1, en cambio, el Molibdeno ha cotizado con un valor de 18,915 US$/lb, la Plata con 25,620 US$/oz/tr, el Hierro con 150,84 US$/lb y el Zinc con 181,787 US$/lb.
[Cifras semanales del Mercado del Cobre, COCHILCO 2022]
Aplicaciones:
Cobre: industria eléctrica, artesanía, compuestos agricultura, conductor térmico, etc.
Molibdeno: materia prima de algunas aleaciones y aceros, industrias (lubricantes, químicos y electrónica).
Oro: industria, joyería, electrónica, conductor electricidad.
Plata: armas, medicina, electricidad, industria química, joyería, motores.
Hierro: fabricación de acero, radiadores de calefacción, chimeneas, potencial magnético.
Zinc: galvanizado del acero, construcción, transporte, bienes de consumo y electrodomésticos.
En base a lo conversado en la clase. ¿qué procesos cree ud. que debieran verse afectados por esta mirada de sustentabilidad y uso de recursos renovables? Use su “olfato de ingeniero”, la lógica y su sexto sentido. No se complique demasiado, espero una idea clara o una premisa del asunto. La idea es que en el camino ud. irá perfeccionando su visión y postura del tema.
Es sabido que la minería es una de las industrias que más contamina por las emisiones de gases, desechos y el gran consumo de agua utilizado; pero se está adaptando a la realidad actual optimizando procesos e incorporando nuevos como lo es la desalinizadora. Los procesos que se puedan ver afectados serian los que más consuman agua y produzcan desechos tóxicos.
¿Cómo contaría ud la historia del descubrimiento del fuego para relacionarlo con la metalurgia?
El descubrimiento del fuego fue sin duda un gran avance para el desarrollo de los procesos fundamentales de la vida diaria del ser humano en esa época. Habían dos formas o maneras de generarlo, una es mediante la percusión que consistía en golpear dos rocas hasta que saliera una chispa, la otra, mediante la fricción entre una varilla y una madera; lo que produjo un gran avance en su tecnología desde nuevos implementos de caza como martillos afilados hasta los mismos procesos metalúrgicos.
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Conceptos relevantes
IEAM: Impuesto Especifico a la Minería
Metamórfico: Proceso en donde las rocas son formadas por el cambio o modificación de otras preexistentes.
Ganga: Parte del mineral que no interesa en el proceso.
Zona primaria: zona más interior del yacimiento donde se ha preservado las características de su formación inicial.
Zona de oxidación: Zona del yacimiento en donde se encuentran Óxidos de cobre.
Zona de enriquecimiento secundaria: Zona del yacimiento donde se encuentran Súlfuros de cobre.
Ferromagnético: Propiedad física de algunos materiales en donde son traídos al interior de su campo magnético.
Roca: conjunto de una o más minerales que se han formado por procesos geológicos.
Diamagnéticos: Propiedad de algunos materiales de repeler los campos magnéticos.
Birrefringencia: Propiedad óptica en donde algunos materiales pueden dividir rayos de luces en dos por refracción.
Geoquímica: Especialidad de la ciencia de la tierra.
Royalti minero: Es un pago que se debe hacer al Estado por explotar el recurso minero.
Ígneas: Enfriamiento de una masa líquida que tiene una composición silicatada proveniente al interior de la tierra.
Mena: Parte del mineral valioso buscado del proceso.
Ley 20.469: Ley que modifica la tributación a la Actividad Minera.
Mineral: Sustancia natural de la tierra que es sólida e inorgánica.
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"El agua del río perfora la roca no por su fuerza, sino por su constancia"
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