INTRODUCCIÓN A LA MINERIA-542331 INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA METALÚRGICA -551211 CLASE INTRODUCTORIA II Parte
Antecedentes históricos
Incas explotan oro (lavaderos), cobre y piedras preciosas (turquesa)
Españoles en busca de riquezas mineras ( oro)
Chile republicano ha tenido dos guerras: ambas por razones mineras ◦
◦
Confederación Perú-Boliviana (1835) Guano Guerra del Pacífico (1879) Salitre
Altos y bajos en la minería del oro , fuerte desarrollo en el S. XVIII y decadencia en el S. XIX (Jesus María, Las Vacas, Andacollo, El Bronce de Petorca, Petorca, etc.)
Auge de la minería de la plata en el S. XIX (Agua Amarga, Chañarcillo, Chimberos, Tres Puntas, Caracoles, etc.)
1830-1860: Valor de producción de la plata supera a todo el oro que se ha producido hasta esa fecha
Antecedentes históricos
Incas explotan oro (lavaderos), cobre y piedras preciosas (turquesa)
Españoles en busca de riquezas mineras ( oro)
Chile republicano ha tenido dos guerras: ambas por razones mineras ◦
◦
Confederación Perú-Boliviana (1835) Guano Guerra del Pacífico (1879) Salitre
Altos y bajos en la minería del oro , fuerte desarrollo en el S. XVIII y decadencia en el S. XIX (Jesus María, Las Vacas, Andacollo, El Bronce de Petorca, Petorca, etc.)
Auge de la minería de la plata en el S. XIX (Agua Amarga, Chañarcillo, Chimberos, Tres Puntas, Caracoles, etc.)
1830-1860: Valor de producción de la plata supera a todo el oro que se ha producido hasta esa fecha
Antecedentes históricos Cobre : Chile primer Desarrollo de la minería del Cobre: productor del mundo entre 1860-1880
Construcción de puertos y fundiciones en el Norte Chico
Producción de 40.000 ton Cu / año era 25% de la producción mundial
Entre 1830-1880 Atacama fue la provincia más prolífera prolífera del país
Copiapó era Copiapó era centro político, cultural y económico
Se construyó el primer ferrocarril ferrocarril en Chile entre Copiapó Copiapó y y Caldera
Copiapó:: primera ciudad de Chile con alumbrado a gas Copiapó
Importancia de las familias Edwards, Edwards, Goyenechea, G oyenechea, Matta, etc.
Se invierten ganancias en viñas, líneas de vapores, bancos, ferrocarriles ferrocarriles y palacios en la zona central de Chile
Antecedentes históricos
A mediados del S. XIX comienza paralelamente la explotación del carbón en el Golfo de Arauco ◦
Se construye la primera central hidroeléctrica de Chile en 1897, en Chivilingo (Lota)
Auge del salitre después de la Guerra del Pacífico y decadencia del cobre ◦
Desarrollo de Iquique, Tocopilla, Antofagasta y Taltal
El 28 de Diciembre de 1945 se perfora el primer pozo de petróleo en Tierra del Fuego
A partir de 1965 comienza la Chilenización y posteriormente en 1971, la Nacionalización de la Gran Minería del cobre ◦
Profesionales chilenos se hicieron cargo de las operaciones y desarrollo de la Gran Minería
Impresionante auge de la minería del cobre y oro a partir de 1980
Otras sustancias o elementos no han sido relevantes en la historia minera de Chile (razones geológicas)
Fortalezas y debilidades • Fortalezas – Recursos minerales en abundancia y de buena calidad (especialmente cobre) Aproximadamente
1/3 de reservas
mundiales de cobre
– Institucionalidad eficiente y marco jurídico claro – Infraestructura desarrollada. Cercanía a puertos – Proyectos en zonas desérticas – Mano de obra especializada y profesionales calificados – Costos razonables
Fortalezas y debilidades
Debilidades ◦
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Requerimiento de grandes inversiones Fuertes fluctuaciones de los precios de los metales Escasa comprensión de la comunidad, tanto local como del país Baja inversión en investigación y desarrollo Imagen negativa en relación al medio ambiente y seguridad Proyectos en zonas remotas (sobre 3000 msnm)
Los encadenamientos:
Cluster: concentración de instalaciones físicas de empresas en torno a una misma actividad en una localidad geográfica determinada. ◦
Desarrollo de mercados de insumos específicos
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Mano de obra especializada
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Se hace investigación y desarrollo en conjunto (entre todas las empresas) lo que conduce a innovaciones tecnológicas de punta Educación superior focalizada Empresas de ingeniería y construcción con énfasis en el tema del cluster Instituciones financieras especializadas en minería
La minería ha sido para Chile el sector económico de mayor relevancia: ◦
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Del orden del 10% del PGB Más del 50% de la entrada de divisas La inversión materializada en los últimos años ha s ido captada en más del 60% por la minería
Grandes posibilidades en el mediano y largo plazo: ◦
Recursos suficientes. Cada año aumentan: ¿recursos no renovables o no agotables?
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Infraestructura adecuada
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Tratados internacionales para fortalecer la demanda
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Minería globalizada. Las grandes empresas mineras internacionales están en Chile La sustitución del Cobre no se visualiza amenazante (consumo per cápita de cobre crece vertiginosamente en los países en desarrollo) País ordenado y socialmente estable
Los desafíos a futuro: ◦
Consolidar el liderazgo en la producción de cobre
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Asegurar y desarrollar los mercados
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Reforzar la investigación y las innovaciones tecnológicas para mantener competitividad: exportación de tecnologías y mayor valor agregado Mantener marco jurídico y tributario estable, resolviendo adecuadamente el tema de distribución de las utilidades (royalty) Desarrollar en serio el tema del cluster Resolver el desarrollo sustentable (ambiental, social y económico) Formar profesionales altamente capacitados en todos los niveles y en todas las especialidades de la ingeniería
PROPIEDADES DEL COBRE
Alta conductividad elé ctrica Alto grado de conductividad té rmica Excelente para proceso de maquinado Gran resistencia a la corrosión Alta capacidad de aleación metálica Muy buena capacidad de deformación en caliente y frío Mantiene sus propiedades indefinidamente en el reciclo Elemento básico para la vida animal y vegetal Propiedades bactericidas Color cálido apto para la decoración y el arte Patina estable de color verde claro en superficies expuestas al Medio Ambiente Existencia metálica en estado natural (cobre nativo)
AMENAZAS
A.-
PRESIONES AMBIENTALES Y DE SALUD
B.-
SUSTITUTOS
C.-
MINIATURIZACIÓN
D.-
DESARROLLO TECNOLÓGICO
E.-
CONOCIMIENTO DE PROPIEDADES Y APLICACIONES
F.-
IMAGEN
PRODUCTO
CAMPO DE APLICACION
Aluminio
Cables de alto, medio y bajo voltaje, conductores elé ctricos habitacionales, radiadores de automóviles.
Plásticos
Cañ erí as de agua potable, envases, canaletas y bajadas de agua (Programa de promoción: UK 12 millones US$/añ o).
Fibra Óptica
Telecomunicaciones
Acero
Tubos, Techumbres (Campañ a EE.UU.: 25 millones US$/añ o)
AMENAZAS
MINIATURIZACION DESARROLLO TECNOLOGICO - INALAMBRICOS, FIBRA OPTICA, SUPERCONDUCTORES, PLASTICOS CONDUC- TORES CONOCIMIENTO DE LAS PROPIEDADES
CADENA DE LA INDUSTRIA DEL COBRE PLANTA DE MINERIA DEL COBRE
MINERIA
INDUSTRIA
DEL COBRE
DE SEMIS
TUBOS Y
PRODUCTOS
CABLES
FINALES
USOS
- Cables telefónicos
Concentrado
Cátodos
- Cables eléctricos
- Alambrón
- Alambres
- Billets
- Tubos
- Cakes
- Láminas
- Cables especiales
- Casas - Automóviles
- Motores
- Equipo Aire Acondicio nado
- Radiadores
- Computadores
- Circuitos Impresos
- Teléfonos
- Conectores
ESENCIALIDAD DEL COBRE
DEFICIENCIA
ADECUADO
TOXICO
d a d i l a t r o M
0
2mg/Persona
3mg/Persona
Ingesta de cobre diaria
Operaciones Mineras en CHILE
De proyecto a operación comercial • Geología - Mina - Procesamiento
Los 3 aspectos deben ser favorables para hacer un depósito económicamente viable. • Geología: Encuéntralo. ¿Es suficientemente grande para
ser económico?. • Mina: Excávalo. ¿Es económicamente recuperable desde la tierra?. • Procesamiento: Extráelo. ¿Es económicamente separable desde la roca?.
La Extracción de los Metales Metalurgia: es la ciencia y arte de la extracción de metales desde sus minerales, su refinación y preparación para su uso final. Metalurgia Extractiva: es la ciencia y arte de la extracción de metales desde sus minerales y su refinación.
Mineral Mena Metal
Mineral Preparación Extracción Recuperación Producto
La Extracción de los Metales División de la metalurgia extractiva del Cobre
Azufre (sulfurados) ►Calcopirita CuFeS2 Cu5FeS4 ►Bornita Cu2S ►Calcocita CuS ►Covelina
Oxígeno (oxidados) CuO ►Tenorita Cu2O ►Cuprita ►Malaquita CuCO3·Cu(OH)2
La Extracción de los Metales División de la metalurgia extractiva
La Extracción de los Metales
La hidrometalurgia cubre la extracción y recuperación de metales por disolución de los minerales en soluciones acuosas. Utiliza una variedad de técnicas para separar y recuperar metales disueltos a la forma de iones. Rangos de operación: Temperatura: 25 a 250 ºC Presión: vacío a 5000 kPa La hidrometalurgia es muy conveniente para tratar menas oxidadas y menas sulfuradas pobres y complejas.
Materias primas que pueden ser tratadas por lixiviación Categoría
Ejemplos
Metales Óxidos
Metales preciosos, metales nucleares, metales provenientes de la reducción de óxidos Minerales oxidados de cobre, uranio, calcinas de zinc
Óxidos complejos
Cromita, niobita-tantalita,ilmenita,scheelita, wolframita,magnetitas titaníferas.
Sulfuros
Sulfuros de metales primarios como cobre, níquel, plomo, zinc, molibdeno.
Fosfatos
Rocas fosfáticas, arenas de monacita
Silicatos
Berilio, espodumeno, caolinita, serpentina, zircón
Seleniuros y telururos
Seleniuros y barros anódicos de la electrólisis del cobre
Catalizadores agotados
Níquel, molibdeno, vanadio
Escorias y barros
Escorias de convertidores de cobre, barros de vanadio, escorias de ferroaleaciones
La Extracción de los Metales Opciones de Proceso Minerales sulfurados o Reducción de tamaño o Clasificación o Concentración o Secado o Fusión o Conversión o Refinación o Tratamiento de escorias
La Extracción de los Metales Opciones de Proceso Minerales sulfurados
o Reducción de tamaño o Clasificación o Concentración o Secado o Fusión o Conversión o Refinación o Tratamiento de escorias
La Extracción de los Metales Opciones de Proceso Minerales sulfurados
o Reducción de tamaño o Clasificación o Concentración o Secado o Fusión o Conversión o Refinación o Tratamiento de escorias
La Extracción de los Metales Opciones de Proceso Minerales sulfurados
o Reducción de tamaño o Clasificación o Concentración o Secado o Fusión o Conversión o Refinación o Tratamiento de escorias
La Extracción de los Metales Opciones de Proceso Minerales sulfurados
o Reducción de tamaño o Clasificación o Concentración o Secado o Fusión o Conversión o Refinación o Tratamiento de escorias
La Extracción de los Metales Opciones de Proceso Minerales sulfurados o Reducción de tamaño o Clasificación o Concentración o Secado o Fusión o Conversión o Refinación o Tratamiento de escorias
La Extracción de los Metales Opciones de Proceso Minerales sulfurados
o Reducción de tamaño o Clasificación o Concentración o Secado o Fusión o Conversión o Refinación o Tratamiento de escorias
La Extracción de los Metales Opciones de Proceso Minerales sulfurados
o Reducción de tamaño o Clasificación o Concentración o Secado o Fusión o Conversión o Refinación o Tratamiento de escorias
La Extracción de los Metales Opciones de Proceso Minerales sulfurados
o Reducción de tamaño o Clasificación o Concentración o Secado o Fusión o Conversión o Refinación o Tratamiento de escorias
La Extracción de los Metales Opciones de Proceso Minerales sulfurados
Pirometalurgia o Reducción de tamaño o Clasificación o Concentración o Secado o Fusión o Conversión o Refinación o Tratamiento de escorias
La Extracción de los Metales Opciones de Proceso Minerales sulfurados o Reducción de tamaño o Clasificación o Concentración o Secado o Fusión o Conversión o Refinación o Tratamiento de escorias
La Extracción de los Metales Opciones de Proceso Minerales oxidados
Hidrometalurgia o Reducción de tamaño o Aglomeración/Curado o Extracción o Purificación
La Extracción de los Metales Opciones de Proceso
Hidrometalurgia o Reducción de tamaño o Aglomeración/Curado o Extracción o Purificación
La Extracción de los Metales Opciones de Proceso
Hidrometalurgia o Reducción de tamaño o Aglomeración/Curado o Extracción o Purificación
La Extracción de los Metales Opciones de Proceso
Hidrometalurgia o Reducción de tamaño o Aglomeración/Curado o Extracción o Purificación
La Extracción de los Metales Opciones de Proceso
Hidrometalurgia o Reducción de tamaño o Aglomeración/Curado o Extracción o Purificación
PURIFICACION DE SOLUCIONES EN HIDROMETALURGIA
CONCEPTOS FUNDAMENTALES Yacimiento: Masa de rocas de la corteza terrestre que contiene uno o más minerales en cantidades suficientes como para ser extraídos con beneficio económico. Mineral (1) es una sustancia de origen natural, homogéneo e inorgánico de estructura interna y composición química definida y con ciertas propiedades físicas características, formado como resultado de procesos geológicos. Puede estar formado por uno o más elementos. Mineral (2) es un agregado de minerales de origen natural de los que puede ser un metal o metales extraídos en un beneficio. Los minerales de mena son aquellos minerales que contienen los metales valiosos en un mi neral, por ejemplo, PbS, CuFeS2, ZnS, etc ... Sulfuros o menas sulfuradas son minerales que contienen azufre, por ejemplo minerales no ferrosos tales como NiS, Cu 2S, CoS, FeS2, etc ... Los óxidos o menas oxidadas contienen óxido, carbonato, sulfato, hidróxido o minerales de silicato mineral; por ejemplo, Fe 2O3, PbCO3, FeCO3, PbSO4, Zn 2·(OH)2·SiO3, etc...
CONCEPTOS CONCEPTOS FUNDAMENT FUNDA MENTA A L ES Los minerales de ganga son los minerales sin valor o sin contenido del elemento de interés que se encuentran en los minerales, por ejemplo, en un típico mineral Pb - Zn se tiene: galena (PbS-mineral), blenda (ZnSminera min eral) l) y cuarzo (SiO (SiO2-ganga mineral). min eral). La ley de un mineral es la cantidad de metal valioso en el mineral. Esto se da en porcentaje en peso del metal, excepto en los minerales de metales preciosos; por ejemplo, Au, Ag y Pt donde el análisis se informa en g/TM u onza on za troy/TC. tro y/TC. (1 (1 onza troy tr oy = 31 31 g, 1 TC = 2000 2000 lb o 907 kg). Los minerales ferrosos son los minerales utilizados en la metalurgia ferrosa, ferros a, es decir, la metalurg metalurgia ia del hierro hi erro y el acero. acero. Los minerales no ferrosos pueden contener cualquier elemento de valor excepto el hierro. Una aleación es un material con propiedades metálicas que contiene más de un elemento. Por ejemplo, el latón es una aleación de cobre y zinc; el acero acero es una alea aleació ción n de hierro hi erro y carbono c arbono (C ≤ 2%).
CONCEPTOS CONCEPTOS FUNDAMENT FUNDA MENTA A L ES TIPOS DE YACIMIENTOS YACIMIENTOS - Veta Vetas: s: Yacim Yacimiento iento comp c ompuesto uesto por p or un u n cuerpo cu erpo mineral mi neral de forma alargada, alargada, limitado por planos irregulares de rocas denominadas “ encajonantes” . Generalmente la veta es vertical. Cuando el cuerpo mineral aparece tendido o echado echado se le llama llama “ manto” . Las Las vetas vetas consti con stituyen tuyen el el tipo tip o de yacimiento yacimiento más común en nuestro m edio. - Diseminado: Cuerpo mineral que aparece en forma de hilos que atraviesan traviesan la roca en todas direccion es, o bien com o puntos pun tos o pequeños pequeños aglomerados de mineral que cubren grandes extension es. - Aluvial: Es un yacimiento formado por el transporte de gravas, limo y minerales pesados de diferentes formas y tamaños, que están depositados en las arenas o lechos de los ríos o mares. Generalmente son de oro, tungst eno y titanio. En Chile, Chile, los prin cipales tipos de yacimi yacimie entos son, con referencia referencia a sus caracterí característic sticas as geológicas: * Pórfidos Pórfid os cupríferos cu príferos (moli bdeno, oro, plata) plata) * Epit Epitermale ermaless de d e metales metales preciosos precio sos * Skarn Skarn o metasomátic o de cont acto
CONCEPTOS CONCEPTOS FUNDAMENT FUNDA MENTA A L ES TÉCNICAS TÉCNICAS DE CARACTERIZACIÓN CARA CTERIZACIÓN - Análisi Análisiss químicos Elemento
Técnica de determinación
S
Titulación, combustión
Mayoritarios
ICP-OES
Traza
ICP-MS,
Cl
Titulación
Alcalinos
EAA
Metales nobles
ICP-MS, generación hidruros
Elemento Elemento
Técnica Técnica de determinación
Cu, Fe, S
Fluor escenci a R-X
CONCEPTOS FUNDAMENTALES TÉCNICAS DE CARACTERIZACIÓN - Análisis mineralógicos - Modo BMA (Análisis modal masivo)
- Modo TMS (Búsqueda de minerales traza)
- Modo PMA (Análisis de mineral en partículas)
CONCEPTOS FUNDAMENTALES TÉCNICAS DE CARACTERIZACIÓN - Análisis mineralógicos Mineral Name
Cu-Limonite Cu trap Cu-sulphide trap Cu.FeSulphide trap Goethite Limonite Chrysocolla-FeOx/Hydr interface Background Cuprite Corundum Cu-Biotite/Phlogopite Others Cuprite-rim FeOx/Hydrox-silicate trap Malachite/Azurite Albite-Chalcopyrite interface Limonite-clay interface Malachite/Azurite-rim Cu-'Kaolinite' (clay) Pb-sulphide trap Ti-mineral trap Fe-sulphide trap Quartz Hematite AlSilicate trap Chalcopyrite-rim Pyrrhotite-rim HiBSE Bornite-rim Biotite (Fe-Mica) Chrysocolla-rim Sulphide trap Calcite
CONCEPTOS FUNDAMENTALES CARACTERISTICAS DE LA INDUSTRIA MINERA - Es una Industria Extractiva (de recursos naturales no renovables). Cuando se extraen los recursos minerales estos no se renuevan, por esta razón la minería es una actividad que se maneja con responsabilidad y tecnología para lograr el mayor aprovechamiento de recursos escasos. - Es una Industria de Alto Riesgo, en particular en dos etapas clave, a saber: 1. La fase de exploración (búsqueda de recursos minerales) que depende de factores técnicos, económicos y de la naturaleza, por esa razón las evaluaciones preliminares muchas veces conducen a evaluar zonas no importantes como para desarrollar un proyecto min ero, y 2. La fase donde se determina que el recurso encontrado sea económicamente explotable, esta evaluación es función de factores endógenos: calidad y cantidad del recurso, capital disponible, tecnologías a emplear, etc., así como de factores exógenos: precios de los metales, política tributaria, marco legal y ambiental, etc.
CONCEPTOS FUNDAMENTALES CARACTERISTICAS DE LA INDUSTRIA MINERA - Posee Ciclos de Vida caracterizados por Diferentes Etapas. Los proyectos mineros tienen diversas etapas de desarrollo que tendrán periodos de conceptualización, diseño, implementación, operación y abandono variables y que dependen del capital disponible, la magnitud del proyecto, los desafíos tecnológicos que se enfrente, las características del recurso, etc. - Se ubica en una Localización Determinada restringida al área donde yace el recurso. Esta característica determina en gran parte los indicadores financieros del proyecto así como in dicadores de impacto y desempeño ambiental d e la operación. Además, esta característica de la minería hace que sea una actividad descentralizadora y generadora de polos de desarrollo en el país.
CONCEPTOS FUNDAMENTALES CARACTERISTICAS DE LA INDUSTRIA MINERA - Presenta una alta relación Desechos/Producto. La extracción de recursos minerales implica extraer recursos valiosos de la corteza terrestre, los cuales están en contenidos muy bajos, esto implica el desarrollar todo un proceso de separación de materiales con contenidos valiosos y no valiosos, en los que en todos los casos la cantidad de material no valioso superar en cantidad a los valiosos, lo que requiere el diseño de procesos de manejo, tratamiento y disposición de estos desechos. - En particular, la fase de operación de los proyectos tienen un Impacto Ambiental. Dada las características de los procesos minerometalúrgicos, la operación en mina y planta genera diversos impactos en el medio cuya magnitud es variable. Esto implica el considerar planes de monitoreo, control y evaluación constante, así como el implementar medidas de mitigación destinadas a la flora y fauna y las comunidades en las que están insertas las faenas.
PROCESAMIENTO DE MINERALES Objetivos - Separar económicamente las partículas de mineral desde desechos o ganga. - Concentrar los minerales o extraer los metales de ellos.
PROCESAMIENTO DE MINERALES
Conceptos fundamentales Beneficio Enriquecimiento de minerales y separación de minerales de ganga para una más eficiente extracción de los metales. Puede dividirse en dos etapas: - Liberación La roca es reducida de tamaño por medios mecánicos de modo de separar componentes minerales. - Separación Minerales valiosos son separados por medios físicos y métodos fisicoquímicos utilizando las diferencias en gravedades específicas, propiedades magnéticas, etc.
PROCESAMIENTO DE MINERALES Etapas típicas del beneficio
Reducción de tamaño
Separación
Dewatering
Concentración
Dewatering
PROCESAMIENTO DE MINERALES Beneficio-Reducción de tamaño
Conminución - Reducción del tamaño de partícula - Da inicio con la tronadura (en la mina) - Se emplean dos tipos básicos de equipos: Chancado: ruptura por compresión Molienda: ruptura por abrasión e impacto
PROCESAMIENTO DE MINERALES Beneficio-Separación Las técnicas de separación toman ventaja de las diferencias en las características de los minerales. Por ejemplo: - Flotación: Adhesión de especies minerales a burbujas de aire (hidrofobicidad). - Separación magnética: Emplea campo magnético. -Separación gravitacional: Diferencias en gravedades específicas de los minerales. - Separación electrostática: Aplica polaridad electrostática. La distribución de tamaño de partículas tiene gran influencia en los resultados de cada uno de estos métodos.
PROCESAMIENTO DE MINERALES Beneficio-Separación
Separación S/L (dewatering) Remover agua desde una substancia. Métodos de separación S/L:
Espesamiento: Se basa en sedimentación gravitacional. Filtrado: Emplea aire a presión (o vacío) para remover el agua. Centrifugado: Usa fuerza centrífuga. Secado: Evapora agua empleando calor.
PROCESAMIENTO DE MINERALES Beneficio-Separación -Densidad de pulpa: Cantidad de sólidos en una pulpa (% peso). -Tranque de relaves: Depósito en forma de presa donde se almacenan las colas de la etapa de concentración. -Circuito: Ruta por la que el mineral circula desde una etapa de procesamiento a otro. -Flowsheet: Trazado que indica la ruta que sigue el mineral dentro del proceso. Puede estar compuesto de diversos circuitos. -Cabeza, cola y concentrado: Materiales de alimentación, desecho y corriente rica en elemento valioso. -Recuperación: Cantidad de mineral/metal valioso obtenido en el concentrado desde la cabeza.
