DE2136303B2 - Verfahren zur Herstellung von Eisen (lll)-chlorid aus Eisen (H)-ChIorid - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Eisen (lll)-chlorid aus Eisen (H)-ChIoridInfo
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Description
eine saure Beizflüssigkeit
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem
Verfahren der oben beschriebenen Art dadurch ao gelöst, daß man die Lösung und den freien Sauerstoff
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung miteinander bei einer Temperatur von mindestens
von Eisen(III)-chlorid aus Eisen(II)-chlorid durch 79,40C und bei Überdruck innig miteinander ver-Inberührungbringen
einer wäßrigen Lösung von mischt.
Eisen(II)-chlorid mit freiem Sauerstoff bei erhöhter Die Oxidation wird wie folgt durchgeführt:
Temperatur. as Einbringung in die Oxidationszone: Das Eisen(II)-
Salzsäure wird dazu verwendet, Stahl abzubeizen, ion wird zu dem Eisen(UI)-ion durch Umsetzung mit
um den Oxidüberzug von dem Basismetall zu entfernen. freiem Swerstoff oxidiert, wobei Luft die bevorzugte
Zur Auffrischung der Beizflüssigkeiten wird gewöhn- Sauertoffquelle darstellt Hierbei wird ein großer
lieh eine Säure mit einer Konzentration von 20 bis Sauerstoff-Uberschuft bevorzugt.
30% verwendet wobei Säuren mit höherer Stärke 30 Das Eisen(II)-chlorid ist in flüssiger wäßriger
bevorzugt werden. Bei dem Beizbetrieb wird ein Lösung vorhanden. Die Konzentrationen der Lösung
Abfallmaterial gebildet, das als salzsaure Abfall- können sich von stark verdünnt bis gesättigt erstrecken.
Beizflüssigkeit bezeichnetwird. Diese Abfall-Beizflüssig- Es wird bevorzugt, konzentrierte« Lösungen zu
keit enthält zusätzlich zu Wasser etwa 18 bis 25 Ge- verwenden. Es können weitere Materialien vorhanden
Wichtsprozent Eisen(II)-chlorid (FeCW, weniger als 35 sein, die die Reaktion Eisen(II)-ionen zu Eisen(III)-1
Gewichtsprozent Eisen(III)-chlorid (FeCl3) sowie ionen nicht stören.
variierbare, aber geringe Mengen von freier HCl sowie Derzeit wird Eisen(II)-sulfat in großen Mengen
geringe Mengen von organischen Inhibitoren, welche beim Beizen von Stahl mit Schwefelsäure gebildet. Eine
den Angriff der Säure auf das Basismetall vermindern. wäßrige Lösung von Eisen(II)-chlorid kann in ein-Es
ist anzustreben, diese Abfall-Beizflüssigkeit wieder 40 fächer Weise durch Umsetzung von Eisen(H)-sulfat
aufzuarbeiten. Gewöhnlich wird die Abfall-Beiz- mit einer wäßrigen Natriumchlorid-Lösung hergestellt
flüssigkeit mit Kalk neutralisiert, wobei der erhaltene werden, wobei Natriumsulfat erhalten wird, was einen
Schlamm entwässert wird und der zurückbleibende höheren Marktwert besitzt. Das nach dieser Reaktion
Feststoff als Landfüllmasse benutzt wird. Dieses gebildete wäßrige Eisen(II)-chlorid stellt ein geeignetes
Vorgehen ist aber selbst dann, wenn ohne weiteres 45 Ausgangsprodukt für das Oxidationsverfahren gemäß
eine Abfallfläche verfügbar ist, sehr teuer. der Erfindung dar.
In der US-PS 26 77 598 wird gezeigt, daß flüssige Weiterhin ist eine salzsaure Abfall-Beizflüssigkeit
wäßrige Eisen(II)-chlorid-Lösungen, wenn sie mit eine bevorzugte wäßrige Eisen(II)-chlorid-Quelle für
freiem Sauerstoff in Berührung gebracht werden, das das erfindungsgemäße Verfahren.
Eisen(III)-chlorid nur bis zu einem geringen Ausmaß so Andere geeignete Lösungen können von salzsauren
produzieren, wobei das Vorliegen der Salzsäure die Abfall-Beizflüssigkeiten herrühren. Besonders bevor-Reaktion
verlangsamt. In dieser Patentschrift wird ein zugt werden Lösungen, die an Eisen(II)-chlorid ange-Verfahren
vorgeschlagen, welches die Zufügung von reichert sind, was entweder durch Zusatz von Eisen(II)-Salzsäure
zu der wäßrigen Eisen(II)-chlorid-Lösung chlorid zu der Abfall-Beizflüssigkeit oder durch
bis zu einem Bereich von 3 bis 5 n, hierauf die Oxi- 55 Abdampfen eines Teils des Wassergehalts der Abfalldation
der HCl-FeClj-Lösung in Gegenwart einer Beizflüssigkeit geschehen kann. So werden z. B. gute
großen Menge des Chloridsalzes eines Anionenaus- Ergebnisse mit einer Lösung mit 40% Eisen(II)-chlorid
tauscherharzes — eines vorgebildeten Salzes — umfaßt erhalten, welche durch Eindampfen einer Abfall-In
der US-PS 26 77 598 wird postuliert, daß in Beizflüssigkeit mit etwa 20 % Eisen(II)-chiorid erhalten
der wäßrigen Lösung ein Gleichgewicht vorliegt, 60 wird.
welches im wesentlichen nur das Eisen(IIHon be- Es ist erwünscht, den bis zu einem gewissen Ausmaß
günstigt. In diesem Zusammenhang wurde festgestellt, in der Abfall*Beizflüssigkeit immer vorhandenen
daß das Eisen(III)-chlorid aus der wäßrigen Lösung freien Chloiwasserstoff zu konservieren, was dadurch
durch das feste Salz eines Anionenaustauscherharzes geschehen kann, daß man den Chlorwasserstoff aus
und der HCl chemisch absorbiert wird, wodurch das 65 der Lösung entweder während der Eindampfung zur
Gleichgewicht genügend verschoben wird, um die Herstellung einer konzentrierten salzsauren Abfallwesentliche Umwandlung des Eisen(II)-ions in das BeizflüssigkiHt oder während der Oxidation ausfällt.
Eisen(III)-ion zu gestatten. Das chemisch absorbierte Das HCl-G as geht dabei mit dem Wasserdampf und
* Öber- tei Temperaturen zwischen etwa 79,4 und etwa 26O°C
vTa Wird W m ^treiben. Die Oxidation wird vorzugsweise bei
Γη? A^SΆ™ *«* Weise einer Temperatur zwischen etwa 149 £d 2040C
man die AbfaU-Beizflussigkeit mit betrieben. Die obere Temperatur ergibt sich durch
Eisenoxidteilchen behandelt, um den 5 Begrenzungen der Einrichtungen.
iSSLi "^Elsenchlond 1(m der Hauptsache Für die Oxidation der Abfau-Beizflüssigkeit wird
n(n^Mond) umzuwandeln. insbesondere eine Kombination des Drucks im Bereich
.Sf- 5SSt^tHT -fr Ϊ" ?"· AWaU- von etwa 7·03 bis 14-latü ™d der Temperatur im
lazflussigkeitscharge selbst nützlich und sie ist ein Bereich von etwa 149 bis 204°C bevorzugt.
Muß, wenn eine durch Abdampfen konzentrierte *o Es wurde nun gefunden, daß bei einer Oxidations-
„uzsaure AbfaU-BeizflussigkeH die Charge der Oxida- temperatur von unterhalb etwa 149°C das Eisenoxid-
Oonsreaktion bildet. Nebenprodukt der Eisen(III)-chlorid-Sauerstoffreak-
Es wurde gefunden, daß feinverteilte Eisenoxid- tion ein ziegelrotes, sehr feinverteiltes Material ist,
leUchen, die ate Dispersion m der flüssigen wäßrigen wobei selbst nach einem längeren wiederholten
Eisen(II)-cMond-Losung vorhanden sind, einen sehr 15 Absetzenlassen die abgesetzte Masse für ihr Gewicht
beachtlichen ESekt auf die Anfangsgeschwindigkeit einen voluminösen Raum einnimmt Das rote Eisender
Oxidationsreaktionausüben. Dies trifft insbe- oxid setzt sich mit sehr geringer Geschwindigkeit ab.
«andere bei der AbfaU-Beizflussigkeit oder einer sich Selbst nach einigen Tagen des Absitzenlassens behält
davon herleitenden Lösung zu, wobei diese Lösungen die über dem abgesetzten roten Eisenoxid überstehende
eine Induktionsperiode besitzen, während der das ao Flüssigkeit ein röthch-schlammförmiges opakes Aus-Eisen(II)-ion
sehr langsam oxidiert wird. Diese sehen.
Induktionsperiode ist vermutlich auf die in der salz- Wenn die Oxidation bei etwa 149° C oder mehr
lauren Beizsäure vorhandenen Inhibitoren zurückzu- durchgeführt wird, dann erfolgt im Aussehen des
führen. Die Anwesenheit sogar nur einer geringen Eisenoxid-Nebenprodukts eine bemerkenswerte UmMenge
von femverteilten Eisenoxidteilchen, die in der »5 Wandlung. Das Eisenoxid hat nämlich nur eine
Lösung dispergiert sind, führt beim innigen Unter- purpurfarbene Schwarzfärbung, wobei die Teilchen
mischen mit freiem Sauerstoff zu einem fast unmittel- wesentlich gröber sind als diejenigen des roten Eisenbaren Anspringen der Oxidationsreaktion. oxids. Das schwarze Eisenoxid setzt sich sehr rasch
Beim Betrieb mit HCl enthaltenden Lösungen, wie ab und — was von großer Wichtigkeit ist — die
einer Abfall-Beizflüssigkeit, ist es erforderlich, Eisen- 30 überstehende Flüssigkeit ist fast transparent klar,
oxid in einer Menge zuzugeben, die ausreicht, um das Weiterhin nimmt die abgesetzte Masse aus schwarzem
HCl in Eisenchlorid zu überführen, und vorzugsweise Eisenoxid nur etwa 25 bis 30% des Volumens ein,
eine geringe Menge von feinverteilten Eisenoxid- die das gleiche Gewicht von rotem Eisenoxid einnimmt,
teilchen in der behandelten Flüssigkeit in dispergierter Die Qualität der überstehenden Flüssigkeit und die
Form zu ergeben. Im Fall der konzentrierten Abfall- 35 Absetzungsgeschwindigkeit ist so groß, daß die
Beizflüssigkeit wird es bevorzugt, vor dem Beginn Dekantierung die bevorzugte Abtrennungsmethode
des Eindampfens genügend Eisenoxidteilchen zu der des schwarzen Eisenoxids darstellt, während die
frischen Abfall-Beizflüssigkeit zu geben, um die Filtration die bevorzugte Abtrennungsmethode für
Menge für die Umsetzung mit HCl und eine kleinere, das rote Eisenoxid ist.
die Anfangsgeschwindigkeit steigernde Menge zu 40 In Produktlösungen, welche größere Mengen von
ergeben. Die kleinere, beschleunigende Menge der gelöstem Eisen(II)-chlorid enthalten, kann die Lö-Teilchen
kann aber auch zu der konzentrierten sungsreinheit hinsichtlich des Eisen(II)-chlorids verAbfall-Beizflüssigkeit
gegeben werden, bevor diese bessert werden, indem man die heiße Lösung aus dem Lösung in die Oxidationszone gebracht wird. Oxidationsreaktor auf eine Temperatur abkühlt, bei
Das Vermischen und die Oxidation wird wie folgt 45 welcher das Eisen(II)-chIorid vorzugsweise aus der
durchgeführt: Lösung ausfällt. Das — bei dieser niedrigeren Tempe-
Die Oxidationsgeschwindigkeit wird durch die ratur — imlösliche Eisen(II)-chlorid wird abfiltriert
Intensität des Vermischens (bzw. der Durchbewegung) und kann in die Oxidationsreaktion zurückgeführt
der Eisen(II)-chlorid-Lösung und des gasförmigen werden. Gewöhnlich wird dieses Eisen(II)-chlorid dazu
Oxidationsmittels (freier Sauerstoff oder Luft) beein- 50 verwendet, um die Chargenlösung für den Oxidations-
flußt. Ein inniges Vermischen, wie es z. B. durch eine reaktor zu verstärken.
heftige mechanische Agitierung der Bestandteile der Die bevorzugte Ausgangslösung für das Oxidations-Oxidationszone
bewirkt wird, ist für die Erzielung von verfahren gemäß der Erfindung ist die Abfall-Beizvernünfigen
Oxidationsgeschwindigkeiten wichtig. Ein flüssigkeit. Somit richten sich bevorzugte Ausführungsbloßes
üiüdringen der Luft in die Lösung ergibt selbst 55 formen des Oxidatiousprozesses auf diese besondere
bei Überdrücken im wesentlichen keine Oxidations- Ausgangslösung. Eine Abfall-Beizflüssigkeit, die z.B.
reaktion. etwa 22% Eisen(II)-chlorid und etwas freie HCl ent-
Es wird bevorzugt, den freien Sauerstoff in einem hält, wird mit feinvereilten Eisenoxidteilchen in einer
großen Überschuß über den theoretischen Bedarf genügenden Menge behandelt, um den HCl-Gehalt in
einzuführen. Es wurde jedoch beobachtet, daß bei 60 Eisenchlorid umzuwandeln und um eine geringere
höheren Temperaturen und höheren Drücken die Menge von feinverteilten Eisenoxidteilchen in der
Oxidationsgeschwindigkeit bei einem Sauerstoffver- behandelten Abfall-Beizflüssigkeit in Dispersion zu
brauch von nur 150% der Theorie ausgezeichnet ist. ergeben. Das Wasser wird sodann aus der behandelten
Zur Erzielung einer praktischeren Geschwindigkeit ist Abfall-Beizflüssigkeit abgedampft, wodurch eine kones
zweckmäßig, die Oxidationszone bei einem Druck 65 zentrierte Flüssigkeit erhalten wird, die etwa 40%
von mindestens etwa 2,11 atü zu betreiben. Zur Eisen(II)-chlorid enthält und eine Temperatur von
Aufrechterhaltung einer vernünftigen Oxidationsge- etwa 104,4° C besitzt. Die heiße, konzentrierte Flüssig-
schwindigkeit ist es zweckmäßig, die Oxidationszone keit wird in einen Oxidationsreaktor überführt, welcher
mit Einrichtungen für die Zuführung von Luft und einer Oxidationtzeit von 5 Stunden ungefähr der vierte
mechanischen Rühreinrichtungen ausgestattet ist, um Teil des Volumens der Flüssigkeit verdampft war, das
eine innige Vermischung der Lösung mit der Luft zu am Anfang des Versuchs vorhanden war.
gewährleisten. Bei einer Ausführungsform wird der
gehalten und ein Wasserdampistrom wird mit einer oxidation der salzsauren Abfall-Beizflüssigkeit bei
solchen Geschwindigkeit entnommen, daß die Tem- Atmosphärendruck
peratur in dem Reaktor auf etwa 149° C ansteigt
12 FeCl1 + 3 O1 = 8 FeCl, 4- 2 Fe1O, Vergleichsversuch 1.
15 Der Versuch wurde 5 Stunden durchgeführt, wobei
wäßrige Eisen(HT)-chlorid-Lösung vorhanden, die Aus dem Aussehen des Inhalts der Oxidations-
auch etwa aufgelöstes, nicht umgewandeltes Eisen(II>
vorrichtung wurde beobachtet, daß eine signifikante
chlorid enthält, das in manchen Fällen in einer Zeitspanne (Induktionsperiode) nach der Lufteindü-
größeren Menge vorhanden sein kann, sowie darin ao sung und der Durchmischung verstrich, bevor eine
dispergiertes, unlösliches Eisenoxid. Das Eisenoxid signifikante Oxidationsgeschwindigkeit erreicht wurde,
wird abfiltriert oder von der geklärten Lösung abde- Bei Verwendung der reinen Ausgangslösung des
kontiert Die geklärte Produktlösung, die eine große Vergleichsversuchs 1 wurde nur eine geringe Ver-
temperatur abgekühlt werden, um die Ausfällung des 25
festen Eisen(II)-chlorids zu bewirken, worauf dieses Vergleichsversuch 3
abgetrennt wird, um eine reinere Produktlösung von Oxidation der AbfaU-Beizflüssigkeit
etwa 177°C und der Druck etwa 10,5 atü betragen, 30 Dieser Versuch wurde wie in Vergleichsversuch 1
liegt bei einer Reaktionszeit von etwa 15 Minuten durchgeführt. Die Ausgangslösung bei jedem Versuch
ein Hauptteil der Eisenionen in der Lösung in Form bestand aus 700 ml Abfall-Beizflüssigkeit, die 22%
von Eisen(III)-ionen vor. Eisen(II)-chlorid enthielt Jeder Versuch wurde bei
in einer Zeit von etwa 30 Minuten viel mehr als der 35 die erhaltenen Ergebnisse zusammengestellt
Hauptteil der Eisenionen in Lösung als Eisen(III)-ionen
vor, nämlich etwa 89% als Eisen(III)-ionen.
Es wurde eine Standardlösung hergestellt, die aus 270 g Eisen(II)-chlorid-tetrahydrat, analysenrein, und
441 g destilliertem Wasser bestand. Als Oxidations- 45 gefäß wurde ein 1-1-Becherglas verwendet, das mit
einem Thermometer, einem mechanischen Propeller und einem Lufteinspritzrohr versehen war.
Der Versuch wurde bei einer Temperatur von 79,4° C durchgeführt. Die Luft wurde eingedüst, und 5«· H
der Rührer wurde angeschaltet, um eine heftige Durchbewegung der Bestandteile des Becherglases zu
erhalten. Die Oxidation der Eisen(II)-ionen in der
Probe des Kolbeninhalts entfernt wurde und der 55 sehr lange Oxidationszeiten bei Atmosphärendruck
Feststoffanteil abfiltriert wurde. Das Filtrat wurde mit Lösungen ergeben können, welche große Mengen von
destilliertem Wasser verdünnt und hierauf nach den Eisen(III)-ionen in Lösung enthalter. Die höhere
.bekannten Arbeitsweisen für die Bestimmung von Temperatur ergab keine Vorteile hinsichtlich der
Eisen(II)-ionen und Eisen(III)-ionen getrennt titriert. Geschwindigkeit bis nach 5 Stunden, ergab jedoch
Die Ergebnisse für jede Probe wurden als gelöste 60 eine höhere Gleichgewichtsbedingung der Produkt*
Eisen(III)-ionen als Prozent sowohl der gelösten lösung.
erhalten (das feste Nebenprodukt war im wesent- oxidation einer konzentrierten Abfall-Beizflüssigkeit
hchen Eisen(III)-oxid). als Fe(II)-chlorid-Lösung bei Überdruck
oxidiert. Die fünfte stündliche Analyse des flüssigen Dieses Beispiel wurde gemäß Vergleichsversuch 1
Zeit, Stunden | VeisuchA | Versuch B |
82,20C | 93,30C | |
% EiscnCnD-ionen | % Eisen(ni)-ioncn | |
1 | 8 | |
3 | 19 | 18 |
5 | 26 | 29 |
9 | 42 | 48 |
11 | 48 | 53 |
17 | 59 | 63 |
27 | 70 | 75 |
35 | 72 | 78 |
37 | 73 | 79 |
39 | 73 | — |
41 | 73 | 80 |
der Oxidationsvorrichtung nach 1,5 Stunden und weiter Gehalt von 36 % nach einer Zeit von 10 Minuten und
nach 2,5 Stunden 200 ml Wasser gegeben wurden. einen solchen von 89% nach einer Zeit von 30 Mi-AIs
Ausgangslösung diente eine 22°/oige Abfall-Beiz- nuten,
flüssigkeit, welche auf eine Konzentration von etwa
40 % Eisen(II)-chlorid eingedampft worden war. Indie 5
flüssigkeit, welche auf eine Konzentration von etwa
40 % Eisen(II)-chlorid eingedampft worden war. Indie 5
Oxidationsvorrichtung wurden 1400 ml der40°/0igen Versuch D
Lösung eingebracht. Die erhaltenen Ergebnisse sind
nachfolgend zusammengestellt. 177°C, 10,5 atü: Die Zunahme von 28°C der
Temperatur über »C« ergab einen prozentualen ίο Gehalt an Eisen(III)-ionen von 63% nach einer Zeit
von 15 Minuten.
Bemerkungen: Der Versuch A dieses Beispiels kann nicht direkt mit dem Versuch B des Vergleichsversuchs 3 verglichen werden. Auf Grund der Ver-15
wendung von verschiedenen Abfall-Beizflüssigkeiten waren in diesem Beispiel die 4fachen Mengen der
Eisen(II)-ionen in der Gesamtcharge wie im Vergleichsversuch 3 vorhanden (1400 ml der 400Z0IgCn
Lösung im vorliegenden Beispiel, 700 ml der 22"l^gen
ao Lösung im Vergleichsversuch 3). Die Lufteindüsungsgeschwindigkeit in beiden Beispielen waren ungefähr
gleich. Daraus kann geschlossen werden, daß der Uberdruckbetrieb in der Tat eine sehr große Verbesserung
der Oxidationsgeschwindigkeit mit sich bringt. 149°C, 7,03 atü: Bei Verwendung dieser schärferen as Die Versuche B und C zeigen schlüssig die Vorteile
Bedingungen betrug nach einer Stunde der prozentuale der Erhöhung des Drucks bei einer konstanten
Eisen(III)-ionen-Gehalt 62%. Temperatur der Oxidation.
Die Versuche C und D zeigen, daß durch eine
Versuch C Zunahme der Temperatur selbst bei einem relativ
1490C, 10,5 atü: Die Druckzunahme von 3,5 atü 30 hohen überdruck ein Vorteil hinsichtlich der Oxidaüber
»B« ergab einen prozentualen Eisen(III)-ionen- tionsgeschwindigkeit erhalten wird.
Zeit, Stunden Test A | 93,3°C |
2,11 atü | |
% Eisen(III)- | |
ionen | |
7 | |
0,5 | 10 |
1 | 14 |
1,5 | 18 |
2 | 20 |
2,5 | 25 |
3 | 34 |
4 | 39 |
5 | Versuch B |
$09535ß
Claims (2)
1 2
Eisen(ni)-chlorid und der Chlorwasserstoff werden
Patentansprüche: mit Wasser oder vorzugsweise mit verdünnter Salzsäure
desorbiert, wodurch eine Lösung von Eisen(III>-
^ 1. Verfahren zur Herstellung von Eisen(III)- chlorid erhatten wird, welche große Mengen von gechlorid
aus Eisen(II>chlorid durch Inberührung- S Iöstem HCI enthält
bringeneinerwäßrigenLösungvonEisenCHHhlorid In der US-PS 24 28 221 wird die Behandlung einer
mit freiem Sauerstoff bei erhöhter Temperatur, Abfall-Beizflüssigkeit, die mit zugesetzter Salzsäure
dadurch gekennzeichnet, daß man die verstärkt worden ist, mit Luft beschrieben, um das
Lösung und den freien Sauerstoff miteinander bei Eisen(II)-ion in das Eisen(HI)-ion zu überführen. Es
einer Temperatur von mindestens 79,4eC und bei io wird genügend HCl zugesetzt, um eine stöcbiome-Überdruck
innig miteinander vermischt trische Reaktion zwischen dem Eisen(II)-chlorid und
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- der HCl zu erhalten, wobei sich der freie Sauerstoff
zeichnet, daß die Temperatur 79,4 bis 2600C, mit dem befreiten Wasserstoff zu Wasser umsetzt,
vorzugsweise 149 bis 2040C, und der Überdruck Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Eisen(II)-
mindestens 2,11 atü, vorzugsweise 7,03 bis 14,1 atü, 15 chlorid-Lösung in eine Eisen(III)-chlorid-Lösung umbeträgt,
zuwandern. Eine Form einer solchen Lösung ist z. B.
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Cited By (1)
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---|---|---|---|---|
EP0110848A1 (de) * | 1982-11-01 | 1984-06-13 | Boliden Aktiebolag | Verfahren zur Herstellung von wasserreinigenden Chemikalien |
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---|---|---|---|---|
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1971
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