CN111592326A - 工业固废处理用高性能粘结改性激发剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种工业固废处理用高性能粘结改性激发剂，包括三部分组成，A部分包括水玻璃，生石灰，水滑石和氢氧化钠；水玻璃，生石灰，水滑石和氢氧化钠四者的质量比为10‑15:2‑4:2‑4:1‑2；B部分包括硫酸氧钛和酸，硫酸氧钛和酸的质量比为6‑10:2‑3；C部分为聚碳酸亚丙酯，可再分散乳胶粉和纳米二氧化硅乙醇溶液，聚碳酸亚丙酯，可再分散乳胶粉和纳米二氧化硅乙醇溶液的质量比为1‑5:1‑5：1‑2，其具有绿色环保且激发性能好，粘结性能强的性能。

Description

工业固废处理用高性能粘结改性激发剂
技术领域
本发明属于废物回收利用领域，特别涉及一种工业固废处理用高性能粘结改性激发剂。
背景技术
工业固废是工业固体废物的简称，一般是指在工业生产活动中产生的固体废物。工业固废在我们的生活生产过程中比比皆是，随着工业生产的发展，工业废物数量也越来越多。工业固废处理的难度主要在于数量庞大，种类繁多，成分复杂，处理困难。工业固废的处理对于环境生态也有重大影响，尤其是有些填埋、投入海洋的方法将会给予生态环境造成不可逆转的影响。
现在常见的工业固废的处理也成为大家关注的热点，经过适当的工艺处理，可以成为工业原料或者能源，一些工业废物已制成多种产品，如制成水泥、混凝土骨料、砖瓦、纤维、铸石等工业材料，或从中回收能源和工业原料；进一步还可用于处理废水、矿山灭火,以及用作化工填料等。而在该处理工业中，激发剂是一种非常重要的处理手段。
常见的工业固废一般包含氧化铝和氧化硅，以及其他的一些物质，包括镁、钙、铁、铜等相关化合物；为了提高工业固废的活性，一般需要对工业固废进行激发活化，将其中的Si-O和Al-O相关的水化活性活化起来，继而提高工业固废的应用范围。
现在的工业固废的激发一般是碱激发，工业废渣采用各种碱激发方式激发它们的活性，确实能够达到很高强度，但有以下缺陷：a.体积稳定性差，收缩大；b.如果采用碱激发，具有高碱－集料反应风险；c.硬化速度快，即凝结时间难以控制；d.使用过程中析碱、泛碱，复碱；e.成本高；f.粘结性能不佳。
现有也有很多关于激发剂的相关专利申请，CN106045361B涉及碱矿渣混凝土复合激发剂及混凝土拌合物的制备方法，应用在碱矿渣混凝土中的复合激发剂由固体碱金属碳酸盐、碱金属碳酸氢盐中的一种或两种组成物与固体氢氧化钠混合而成；拌合物的制备方法，包括以下步骤，第一步，准备包括活性粉体材料，上述的复合激发剂以及拌合用水材料；第二步，混合固体组分的原材料，第三步，在添加完所有固体组分后，加入拌合水并同时搅拌，采用该技术方案的复合激发剂，能解决目前在碱矿渣混凝土中的氢氧化钠是采用溶解后的氢氧化钠存在的生产工艺流程复杂的技术缺陷，固体激发剂不需要事先溶解、冷却，简化了生产环节，降低了生产成本，适应范围广，可不需要外掺缓凝剂；CN107352825B公开了一种铅锌矿尾砂激发剂及其应用。该铅锌矿尾砂激发剂包括高炉矿渣、粉煤灰、水滑石和减水剂。同时公开了一种铅锌矿尾砂激发剂在制备铅锌矿填充材料中的应用。该激发剂能够高效激活铅锌矿尾砂中的非晶态富硅铝质成分，在生成前驱体的基础上，以平板钙层为基础，生长成为具有胶凝能力的C-A-S-H凝胶，从而有效利用固废生成胶凝材料，达到固废充填的目的。CN108439831B公开一种激发剂及赤泥粉煤灰胶凝材料。该激发剂由聚合活性铝、氢氧化钠、硅酸钠及水泥按下列质量百分比组成：聚合活性铝为30％～35％，氢氧化钠为10％～20％，硅酸钠为10～20％，水泥为35～40％。将本激发剂按重量百分比混合后以0.5～1.5％掺入赤泥粉煤灰胶凝材料中，7d强度可提高15～35％，28d强度可提高30％～50％。本发明可有效激发赤泥粉煤灰胶凝材料的活性，提高其强度，达到大量消耗赤泥和粉煤灰等工业废弃物的目的，社会效益和经济效益显著。
可见，现有的激发剂还是存在激发效率有待提高的现状，并且现有的激发剂很少关注粘结性能，而粘结性能对于工业固废的后续利用有重要影响；现在亟待对于激发剂的高激发和粘结性能进行改进。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，研制出一种工业固废处理用高性能粘结改性激发剂及其具体的激发应用方法：
一种工业固废处理用高性能粘结改性激发剂，其特征在于：包括三部分组成，A部分包括水玻璃，生石灰，水滑石和氢氧化钠；水玻璃，生石灰，水滑石和氢氧化钠四者的质量比为10-15:2-4:2-4:1-2；B部分包括硫酸氧钛和酸，硫酸氧钛和酸的质量比为6-10:2-3；C部分为聚碳酸亚丙酯，可再分散乳胶粉和纳米二氧化硅乙醇溶液，聚碳酸亚丙酯，可再分散乳胶粉和纳米二氧化硅乙醇溶液的质量比为1-5:1-5：1-2。
作为优选，所述酸为盐酸、硫酸、醋酸、磷酸中的一种或几种。
作为优选，所述可再分散乳胶粉为乙烯/醋酸乙烯酯的共聚物、醋酸乙烯/叔碳酸乙烯共聚物、丙烯酸共聚物中的一种或几种。
作为优选，所述水玻璃的模数为1-2。
作为优选，A、B、C部分的质量比为5-10:1-2:1-2。
作为优选，纳米二氧化硅乙醇溶液中二氧化硅的粒径为10-80nm。
一种上述的工业固废处理用高性能粘结改性激发剂的应用，将高性能粘结改性激发剂应用至工业固废处理。
作为优选，具体的应用方法如下：
(1)选取工业固废原料，并将其进行破碎、球磨和筛分处理，得到粒度为150目以下的粉料；
(2)将粉料高温活化，高温活化温度为500-700摄氏度，高温活化时间为2-4小时；随后降温至100-200摄氏度，浇水水化1-5min，得到活化后的粉料；
(3)将活化后的粉料加水形成浆料，然后加入高性能粘结改性激发剂中的A组分搅拌混合，混合时间为1-5min，随后加入C组分，搅拌混合时间为1-5min，最后加入B组分，搅拌混合时间为1-5min即可。
作为优选，所述活化后的粉料与高性能粘结改性激发剂中的A组分的重量比为100:1-5。
作为优选，所述A、B、C部分的质量比为6:2:1。
本发明的技术效果：
本发明提供一种绿色环保且激发性能好，粘结性能强的激发剂。本申请的激发剂组分包括三部分，其包括三步激发过程，首先是以水玻璃，生石灰，水滑石和氢氧化钠为主的激发，在相对碱性的环境下，对工业固废中的Al-O，Si-O以及Al-O-Si的化学键激活，同时，硅和铝的析出可以与硅酸钠快速形成复合体，为工业固废的激活提供有力的条件，水滑石的引入，由镁八面体和铝氧八面体组成，具有适中的碱性，其层状结构将更有力的提高活化后的工业固废的分散和存留，使得其在具体应用过程中效率大大提升；第二步的激发为有机-无机粘结剂的激发，通过选择绿色环保的有机粘结剂，固化第一步激发的效果，提高其粘结性能，具体来说，聚碳酸亚丙酯是一种具有良好的生物降解性、较高的增韧性能和较低的气体透过率的粘结剂，是一种更为绿色和环保的粘结剂，其与可再分散乳胶粉和纳米二氧化硅乙醇溶液整体优化工业固废粉体的粘结性能，并且提高其防水性能；第三步激发采用硫酸氧钛和酸的复合使用，对已经激发过的工业固废粉体在硫酸氧钛和酸的作用下，与工业固废水化产物发生再次水化，相互联结在一起，且可形成大量网状结构的絮状凝胶，使得工业固废具有明显的松散多孔结构，并且工业固废粉体中含有的铁和铝等金属离子，将能形成卤化铁，硫酸铝，卤化铝，硫酸亚铁等可以络合的物质，改善粘结性能；
而在具体的激发应用过程中，采用三次活化工业固废原料，分步加入激发剂的方式，可以大大提高激发的效果。具体来说，破碎、球磨处理，实现工业固废的第一次物理的活化，增大比表面积；高温活化将工业固废中存留的碳、硫以及有机物的杂质去除，并且由于高温的活化，杂质以气体的形式排出，在工业固废内部形成大量的孔隙率，这对于后续的进一步活化以及激发有重要意义；随后进行的浇水活化，该浇水活化通过在100-200摄氏度下浇水形成水蒸气，对工业固废进行活化，浇水量可根据实际需求来选择，该过程可以进一步优化工业固废的内部结构，并且水化其表面，提高激发效率；分步加入激发剂，进行有序的三次激发，综合提高激发的效果，改善其粘结性能，并可提高工业固废的抗压强度和凝结时间。
具体实施方式
下面结合具体的实施例，并参照数据进一步详细描述本发明。应理解，这些实施例只是为了举例说明本发明，而非以任何方式限制本发明的范围。
实施例1：一种工业固废处理用高性能粘结改性激发剂:包括三部分组成，A部分包括水玻璃，生石灰，水滑石和氢氧化钠；水玻璃，生石灰，水滑石和氢氧化钠四者的质量比为12:3:3:1；B部分包括硫酸氧钛和酸，硫酸氧钛和酸的质量比为8:3；C部分为聚碳酸亚丙酯，可再分散乳胶粉和纳米二氧化硅乙醇溶液，聚碳酸亚丙酯，可再分散乳胶粉和纳米二氧化硅乙醇溶液的质量比为4:4：1。所述酸为盐酸；所述可再分散乳胶粉为丙烯酸共聚物；水玻璃的模数为1.2；A、B、C部分的质量比为6:2:1；纳米二氧化硅乙醇溶液中二氧化硅的粒径为60nm。
实施例2：一种工业固废处理用高性能粘结改性激发剂:包括三部分组成，A部分包括水玻璃，生石灰，水滑石和氢氧化钠；水玻璃，生石灰，水滑石和氢氧化钠四者的质量比为10:3:3:1；B部分包括硫酸氧钛和酸，硫酸氧钛和酸的质量比为8:3；C部分为聚碳酸亚丙酯，可再分散乳胶粉和纳米二氧化硅乙醇溶液，聚碳酸亚丙酯，可再分散乳胶粉和纳米二氧化硅乙醇溶液的质量比为4:4：1。所述酸为盐酸；所述可再分散乳胶粉为丙烯酸共聚物；水玻璃的模数为1.2；A、B、C部分的质量比为6:2:1；纳米二氧化硅乙醇溶液中二氧化硅的粒径为60nm。
实施例3：一种工业固废处理用高性能粘结改性激发剂:包括三部分组成，A部分包括水玻璃，生石灰，水滑石和氢氧化钠；水玻璃，生石灰，水滑石和氢氧化钠四者的质量比为12:3:3:1；B部分包括硫酸氧钛和酸，硫酸氧钛和酸的质量比为6:3；C部分为聚碳酸亚丙酯，可再分散乳胶粉和纳米二氧化硅乙醇溶液，聚碳酸亚丙酯，可再分散乳胶粉和纳米二氧化硅乙醇溶液的质量比为4:4：1。所述酸为盐酸；所述可再分散乳胶粉为丙烯酸共聚物；水玻璃的模数为1.2；A、B、C部分的质量比为6:2:1；纳米二氧化硅乙醇溶液中二氧化硅的粒径为60nm。
实施例4：一种工业固废处理用高性能粘结改性激发剂:包括三部分组成，A部分包括水玻璃，生石灰，水滑石和氢氧化钠；水玻璃，生石灰，水滑石和氢氧化钠四者的质量比为12:3:3:1；B部分包括硫酸氧钛和酸，硫酸氧钛和酸的质量比为8:3；C部分为聚碳酸亚丙酯，可再分散乳胶粉和纳米二氧化硅乙醇溶液，聚碳酸亚丙酯，可再分散乳胶粉和纳米二氧化硅乙醇溶液的质量比为1:4：1。所述酸为盐酸；所述可再分散乳胶粉为丙烯酸共聚物；水玻璃的模数为1.2；A、B、C部分的质量比为6:2:1；纳米二氧化硅乙醇溶液中二氧化硅的粒径为60nm。
实施例5：一种工业固废处理用高性能粘结改性激发剂:包括三部分组成，A部分包括水玻璃，生石灰，水滑石和氢氧化钠；水玻璃，生石灰，水滑石和氢氧化钠四者的质量比为12:3:3:1；B部分包括硫酸氧钛和酸，硫酸氧钛和酸的质量比为8:3；C部分为聚碳酸亚丙酯，可再分散乳胶粉和纳米二氧化硅乙醇溶液，聚碳酸亚丙酯，可再分散乳胶粉和纳米二氧化硅乙醇溶液的质量比为4:4：1。所述酸为盐酸；所述可再分散乳胶粉为丙烯酸共聚物；水玻璃的模数为1.2；A、B、C部分的质量比为8:2:1；纳米二氧化硅乙醇溶液中二氧化硅的粒径为60nm。
对比例1：一种工业固废处理用高性能粘结改性激发剂:包括两部分组成，A部分包括水玻璃，生石灰，水滑石和氢氧化钠；水玻璃，生石灰，水滑石和氢氧化钠四者的质量比为12:3:3:1；B部分包括硫酸氧钛和酸，硫酸氧钛和酸的质量比为8:3；所述酸为盐酸；水玻璃的模数为1.2；A、B部分的质量比为6:2。
对比例2：一种工业固废处理用高性能粘结改性激发剂:包括两部分组成，A部分包括水玻璃，生石灰，水滑石和氢氧化钠；水玻璃，生石灰，水滑石和氢氧化钠四者的质量比为12:3:3:1；C部分为聚碳酸亚丙酯，可再分散乳胶粉和纳米二氧化硅乙醇溶液，聚碳酸亚丙酯，可再分散乳胶粉和纳米二氧化硅乙醇溶液的质量比为4:4：1。所述可再分散乳胶粉为丙烯酸共聚物；水玻璃的模数为1.2；A、C部分的质量比为6:1；纳米二氧化硅乙醇溶液中二氧化硅的粒径为60nm。
对比例3：一种工业固废处理用高性能粘结改性激发剂:包括两部分组成，B部分包括硫酸氧钛和酸，硫酸氧钛和酸的质量比为8:3；C部分为聚碳酸亚丙酯，可再分散乳胶粉和纳米二氧化硅乙醇溶液，聚碳酸亚丙酯，可再分散乳胶粉和纳米二氧化硅乙醇溶液的质量比为4:4：1。所述酸为盐酸；所述可再分散乳胶粉为丙烯酸共聚物；B、C部分的质量比为2:1；纳米二氧化硅乙醇溶液中二氧化硅的粒径为60nm。
对比例4：一种工业固废处理用高性能粘结改性激发剂:包括三部分组成，A部分包括生石灰，水滑石和氢氧化钠；生石灰，水滑石和氢氧化钠三者的质量比为3:3:1；B部分包括硫酸氧钛和酸，硫酸氧钛和酸的质量比为8:3；C部分为聚碳酸亚丙酯，可再分散乳胶粉和纳米二氧化硅乙醇溶液，聚碳酸亚丙酯，可再分散乳胶粉和纳米二氧化硅乙醇溶液的质量比为4:4：1。所述酸为盐酸；所述可再分散乳胶粉为丙烯酸共聚物；A、B、C部分的质量比为6:2:1；纳米二氧化硅乙醇溶液中二氧化硅的粒径为60nm。
对比例5：一种工业固废处理用高性能粘结改性激发剂:包括三部分组成，A部分包括水玻璃，生石灰和氢氧化钠；水玻璃，生石灰和氢氧化钠三者的质量比为12:3:1；B部分包括硫酸氧钛和酸，硫酸氧钛和酸的质量比为8:3；C部分为聚碳酸亚丙酯，可再分散乳胶粉和纳米二氧化硅乙醇溶液，聚碳酸亚丙酯，可再分散乳胶粉和纳米二氧化硅乙醇溶液的质量比为4:4：1。所述酸为盐酸；所述可再分散乳胶粉为丙烯酸共聚物；水玻璃的模数为1.2；A、B、C部分的质量比为6:2:1；纳米二氧化硅乙醇溶液中二氧化硅的粒径为60nm。
对比例6：一种工业固废处理用高性能粘结改性激发剂:包括三部分组成，A部分包括水玻璃，生石灰，水滑石和氢氧化钠；水玻璃，生石灰，水滑石和氢氧化钠四者的质量比为12:3:3:1；B部分包括酸；C部分为聚碳酸亚丙酯，可再分散乳胶粉和纳米二氧化硅乙醇溶液，聚碳酸亚丙酯，可再分散乳胶粉和纳米二氧化硅乙醇溶液的质量比为4:4：1。所述酸为盐酸；所述可再分散乳胶粉为丙烯酸共聚物；水玻璃的模数为1.2；A、B、C部分的质量比为6:2:1；纳米二氧化硅乙醇溶液中二氧化硅的粒径为60nm。
对比例7：一种工业固废处理用高性能粘结改性激发剂:包括三部分组成，A部分包括水玻璃，生石灰，水滑石和氢氧化钠；水玻璃，生石灰，水滑石和氢氧化钠四者的质量比为12:3:3:1；B部分包括硫酸氧钛；C部分为聚碳酸亚丙酯，可再分散乳胶粉和纳米二氧化硅乙醇溶液，聚碳酸亚丙酯，可再分散乳胶粉和纳米二氧化硅乙醇溶液的质量比为4:4：1。所述可再分散乳胶粉为丙烯酸共聚物；水玻璃的模数为1.2；A、B、C部分的质量比为6:2:1；纳米二氧化硅乙醇溶液中二氧化硅的粒径为60nm。
对比例8：一种工业固废处理用高性能粘结改性激发剂:包括三部分组成，A部分包括水玻璃，生石灰，水滑石和氢氧化钠；水玻璃，生石灰，水滑石和氢氧化钠四者的质量比为12:3:3:1；B部分包括硫酸氧钛和酸，硫酸氧钛和酸的质量比为8:3；C部分为聚碳酸亚丙酯，可再分散乳胶粉，聚碳酸亚丙酯，可再分散乳胶粉的质量比为4:4。所述酸为盐酸；所述可再分散乳胶粉为丙烯酸共聚物；水玻璃的模数为1.2；A、B、C部分的质量比为6:2:1。
对比例9：一种工业固废处理用高性能粘结改性激发剂:包括三部分组成，A部分包括水玻璃，生石灰，水滑石和氢氧化钠；水玻璃，生石灰，水滑石和氢氧化钠四者的质量比为12:3:3:1；B部分包括硫酸氧钛和酸，硫酸氧钛和酸的质量比为8:3；C部分为可再分散乳胶粉和纳米二氧化硅乙醇溶液，可再分散乳胶粉和纳米二氧化硅乙醇溶液的质量比为4：1。所述酸为盐酸；所述可再分散乳胶粉为丙烯酸共聚物；水玻璃的模数为1.2；A、B、C部分的质量比为6:2:1；纳米二氧化硅乙醇溶液中二氧化硅的粒径为60nm。
将实施例1-5以及对比例1-9中的激发剂用于激发工业固废，工业固废为粉煤灰，具体的，应用方法如下：
(1)选取工业固废原料，并将其进行破碎、球磨和筛分处理，得到粒度为150目以下的粉料；
(2)将粉料高温活化，高温活化温度为700摄氏度，高温活化时间为3小时；随后降温至150摄氏度，浇水水化2min，得到活化后的粉料；
(3)将活化后的粉料加水形成浆料，然后加入高性能粘结改性激发剂中的A组分搅拌混合，混合时间为5min，随后加入C组分，搅拌混合时间为2min，最后加入B组分，搅拌混合时间为3min即可。所述活化后的粉料与高性能粘结改性激发剂中的A组分的重量比为100:3。
将搅拌混合激发后的工业固废，成型，静止24h后脱模，然后自然养护。其凝胶时间和抗压强度如下：
Figure BDA0002524911030000081
而在具体的应用过程中，采用实施例1中的激发剂，对比例10的粉料为没有经过球磨处理的粉煤灰；对比例11为仅经过选取工业固废原料，并将其进行破碎、球磨和筛分处理，得到粒度为150目以下的粉料处理的粉煤灰；对比例12为仅经过(1)选取工业固废原料，并将其进行破碎、球磨和筛分处理，得到粒度为150目以下的粉料；(2)将粉料高温活化，高温活化温度为700摄氏度，高温活化时间为3小时得到的粉料；对比例13为经过(1)选取工业固废原料，并将其进行破碎、球磨和筛分处理，得到粒度为150目以下的粉料；(2)将粉料在150摄氏度，浇水水化2min，得到活化后的粉料得到的粉料；
将搅拌混合激发后的工业固废，成型，静止24h后脱模，然后自然养护。其凝胶时间和抗压强度如下：
Figure BDA0002524911030000091
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种工业固废处理用高性能粘结改性激发剂，其特征在于：包括三部分组成，A部分包括水玻璃，生石灰，水滑石和氢氧化钠；水玻璃，生石灰，水滑石和氢氧化钠四者的质量比为10-15:2-4:2-4:1-2；B部分包括硫酸氧钛和酸，硫酸氧钛和酸的质量比为6-10:2-3；C部分为聚碳酸亚丙酯，可再分散乳胶粉和纳米二氧化硅乙醇溶液，聚碳酸亚丙酯，可再分散乳胶粉和纳米二氧化硅乙醇溶液的质量比为1-5:1-5：1-2。
2.一种如权利要求1所述的工业固废处理用高性能粘结改性激发剂，其特征在于：所述酸为盐酸、硫酸、醋酸、磷酸中的一种或几种。
3.一种如权利要求1所述的工业固废处理用高性能粘结改性激发剂，其特征在于：所述可再分散乳胶粉为乙烯/醋酸乙烯酯的共聚物、醋酸乙烯/叔碳酸乙烯共聚物、丙烯酸共聚物中的一种或几种。
4.一种如权利要求1所述的工业固废处理用高性能粘结改性激发剂，其特征在于：所述水玻璃的模数为1-2。
5.一种如权利要求1所述的工业固废处理用高性能粘结改性激发剂，其特征在于：A、B、C部分的质量比为5-10:1-2:1-2。
6.一种如权利要求1所述的工业固废处理用高性能粘结改性激发剂，其特征在于：纳米二氧化硅乙醇溶液中二氧化硅的粒径为10-80nm。
7.一种如权利要求1-6所述的工业固废处理用高性能粘结改性激发剂的应用，将高性能粘结改性激发剂应用至工业固废处理。
8.一种如权利要求7所述的应用，其特征在于：具体的应用方法如下：
(1)选取工业固废原料，并将其进行破碎、球磨和筛分处理，得到粒度为150目以下的粉料；
(2)将粉料高温活化，高温活化温度为500-700摄氏度，高温活化时间为2-4小时；随后降温至100-200摄氏度，浇水水化1-5min，得到活化后的粉料；
(3)将活化后的粉料加水形成浆料，然后加入高性能粘结改性激发剂中的A组分搅拌混合，混合时间为1-5min，随后加入C组分，搅拌混合时间为1-5min，最后加入B组分，搅拌混合时间为1-5min即可。
9.一种如权利要求8所述的应用，其特征在于：所述活化后的粉料与高性能粘结改性激发剂中的A组分的重量比为100:1-5。
10.一种如权利要求8所述的应用，其特征在于：所述A、B、C部分的质量比为6:2:1。
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