DE4436229C2 - Füllstoff zum Verfüllen von Bergwerksschächten und unterirdischen Hohlräumen sowie zum Abdichten und Verfestigen von Baugrund und Verfahren zur Herstellung des Füllstoffs - Google Patents
Füllstoff zum Verfüllen von Bergwerksschächten und unterirdischen Hohlräumen sowie zum Abdichten und Verfestigen von Baugrund und Verfahren zur Herstellung des FüllstoffsInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Füllstoff zum
Verfüllen von Bergwerksschächten und unterirdischen
Hohlräumen sowie zum Abdichten und Verfestigen von
Baugrund. Weiter betrifft die vorliegende Erfindung ein
Verfahren zur Herstellung des Füllstoffs.
Das zur Herstellung von H₂SO₄ benötigte SO₂ wird nach
einem bekannten Verfahren durch Umsetzung von FeSO₄ mit
Kohle bei etwa 1000°C gemäß der folgenden Gleichung
erhalten:
2 FeSO₄ + C → 2 SO₂ + CO + Fe₂O₃.
Der Rückstand (Fe₂O₃), der bei der H₂SO₄-Herstellung
durch Spaltung von FeSO₄ anfällt, wird Spaltabbrand
genannt.
Nach einem anderen bekannten Verfahren zur Herstellung
von H₂SO₄ wird das benötigte SO₂ durch Rösten von Pyrit
nach der folgenden Gleichung erhalten:
2 FeS + 3,5 O₂ → 2 SO₂ + Fe₂O₃.
Der Rückstand (Fe₂O₃) wird Pyritabbrand genannt. Bei
diesem Verfahren können auch Gemische aus Pyrit und
FeSO₄-haltigen Stoffen eingesetzt werden.
Die bei den vorstehend erwähnten Verfahren anfallenden
Rückstände, nämlich die Abbrände, weisen als
Hauptbestandteil Eisenoxid auf. Daneben weisen die
Abbrände in geringen Mengen Schwermetalloxide auf. Eine
direkte industrielle Verwertung der Abbrände ist aufgrund
der Eluierbarkeit der enthaltenen Schwermetalle in Wasser
nur begrenzt möglich. Die direkte industrielle
Verarbeitung ist aufgrund der hohen Feinheit der Abbrände
zusätzlich eingeschränkt. Die Abbrände werden zur Zeit
weitestgehend deponiert, was hohe Kosten verursacht.
Stillgelegte Bergwerksschächte werden gegenwärtig zur
Sicherung der Dauerstandsicherheit durch Einbringen von
hydraulisch erhärtbarem Füllgut verfüllt. Das erhärtbare
Füllgut besteht aus Zement und einem Füllstoff, bestehend
aus Zuschlagstoff (wie z. B. Schmelzkammergranulat)
und/oder Zusatzstoff (wie z. B. Steinkohleasche). Dabei
werden große Mengen an Zement und Steinkohleasche
verbraucht. Die Abdichtung und Verfestigung von Baugrund
erfolgt mit einer Zementsuspension, der Bentonit
zugesetzt sein kann.
In der DE 44 02 743 C1 wird ein Füllstoff zum Befüllen von
Bergwerkschächten und zum Abdichten und Verfestigen von Baugrund
beschrieben, der aus Eisenoxidverbindungen, Zement und Flugasche
und ggf. Ca(OH)₂ besteht. Als Eisenoxidverbindung wird ein
Rückstand eingesetzt, der bei der H₂SO₄-Herstellung anfällt.
In der SU 162 23 23 A1 (englische Zusammenfassung) ist ein
Füllstoff beschrieben, der unter anderem zum Ausbau von
Bergwerkschächten verwendet wird und aus Rückständen der
Eisenerzaufbereitung (49 bis 52 Gew.-%), Schlacke (49,75 bis 49,00
Gew.-%) und flüssigem Wasserglas als Bindemittel (2 bis 2,25
Gew.-%) besteht.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen
Füllstoff zum Verfüllen von Bergwerksschächten und
unterirdischen Hohlräumen sowie zum Abdichten und
Verfestigen von Baugrund, der die gesetzlich und
bautechnisch geforderten Auflagen erfüllt, sowie ein
Verfahren zu seiner Herstellung bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch einen Füllstoff der eingangs
genannten Art gelöst, der aus eisenoxidhaltigem
Rückstand aus der H₂SO₄-Produktion, Zement und einem oder mehreren Bestandteilen,
ausgewählt aus Schlackengranulat, Rostasche aus
Müllverbrennungsanlagen oder Sand besteht.
Ein Teil der erforderlichen Zusatzstoffe und/oder des
Zements wird erfindungsgemäß somit durch eisenoxidhaltige
Rückstände aus der H₂SO₄-Herstellung, ersetzt.
Abbrände werden somit einer direkten industriellen
Verarbeitung zugeführt. Dadurch werden Deponiekosten für
den Rückstand aus der H₂SO₄-Herstellung gespart und
Landschaftsverbrauch vermieden. Die Kosten des Füllstoffs
für Bergwerksschächte und unterirdische Hohlräume sowie
zum Abdichten und Verfestigen von Baugrund werden
gesenkt. Die Zusammensetzungen von Spaltabbrand und
Pyritabbrand gehen aus der nachfolgenden Tabelle hervor.
Das Schlackengranulat hat die folgende Zusammensetzung:
Zusammensetzung | |
Gew.-% | |
Kieselsäure|48 bis 52 | |
Aluminiumoxid | 27 bis 30 |
Eisenoxid | 7 bis 13 |
CaO | 3 bis 6 |
Die Rostasche aus Müllverbrennungsanlagen hat die
folgende stoffliche Zusammensetzung:
Bestandteile | |
Gew.-% | |
Asche/Schlacke | |
ca. 70 | |
Glas/Keramik | ca. 25 |
Metalle | ca. 2,5 |
Naturstein | ca. 3 |
unverbranntes Material | ca. 0,1 |
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist ein
Füllstoff, der aus
20 bis 50 Gew.-% eisenoxidhaltigem Rückstand aus der H₂SO₄-Produktion,
30 bis 70 Gew.-% eines oder mehrerer Bestandteile, ausgewählt aus Schlackengranulat, Rostasche aus Müllverbrennungsanlagen und Sand, und
5 bis 40 Gew.-% Zement
30 bis 70 Gew.-% eines oder mehrerer Bestandteile, ausgewählt aus Schlackengranulat, Rostasche aus Müllverbrennungsanlagen und Sand, und
5 bis 40 Gew.-% Zement
besteht. Der Füllstoff mit dieser Zusammensetzung weist
hohe Werte für die Endfestigkeit gemäß den Beton B2-, B5-
und BIS-Anforderungen nach DIN 1045 auf.
Die Aufgabe wird weiter durch einen Füllstoff gelöst, der
aus eisenoxidhaltigem Rückstand aus der H₂SO₄-Produktion,
aus der H₂SO₄-Produktion, Zement und einem oder
mehreren Bestandteilen, ausgewählt aus Schlackengranulat,
Rostasche aus Müllverbrennungsanlagen oder Sand, und
einem Calcium-Träger besteht.
Durch Zugabe eines Calcium-Trägers wird erfindungsgemäß
der Schwermetallgehalt, insbesondere der Vanadiumgehalt,
im Eluat unterhalb der geforderten Grenzen nach
DIN 38 414 (S4-Methode) gehalten.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist ein
Füllstoff, der aus
15 bis 50 Gew.-% eisenoxidhaltigem Rückstand aus der H₂SO₄-Produktion,
20 bis 70 Gew.-% eines oder mehrerer Bestandteile, ausgewählt aus Schlackengranulat, Rostasche aus Müllverbrennungsanlagen und Sand,
5 bis 40 Gew.-% Zement und
0,5 bis 10 Gew.-% Calcium-Träger
15 bis 50 Gew.-% eisenoxidhaltigem Rückstand aus der H₂SO₄-Produktion,
20 bis 70 Gew.-% eines oder mehrerer Bestandteile, ausgewählt aus Schlackengranulat, Rostasche aus Müllverbrennungsanlagen und Sand,
5 bis 40 Gew.-% Zement und
0,5 bis 10 Gew.-% Calcium-Träger
besteht. Der Füllstoff mit dieser Zusammensetzung weist
hohe Werte für die Endfestigkeit gemäß den Beton B2-, B5-
und B15-Anforderungen nach DIN 1045 auf. Der
Schwermetallgehalt, insbesondere Vanadiumgehalt, im Eluat
wird unterhalb der geforderten Grenzen nach DIN 38 414
(S4-Methode) gehalten.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist ein
Füllstoff, wobei der Zement Portland-, Hochofen- oder
Tonerdezement ist. Mit diesen Zementsorten werden
besonders gute Ergebnisse für die Endfestigkeit gemäß den
Beton B2-, B5- und B15-Anforderungen nach DIN 1045 und
für die Eluierbarkeit gemäß DIN 38 414 (S4-Methode)
erhalten. Die Zusammensetzungen der Zementsorten gehen
aus der nachstehenden Tabelle hervor.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist ein
Füllstoff, wobei der Sand Gießereisand, Grubensand,
Flußsand oder Rheinsand ist. Eine besonders bevorzugte
Ausgestaltung der Erfindung besteht in der Verwendung von
Gießereialtsand im erfindungsgemäßen Füllstoff. Mit
Gießereialtsand werden sehr gute Werte für die
Endfestigkeit gemäß den Beton B2-, B5- und
B15-Anforderungen nach DIN 1045 erhalten. Die Verwendung
von Gießereialtsand hat den weiteren Vorteil, daß dieser
Rückstand somit wirtschaftlich verwendet werden kann,
anstatt kostenintensiv deponiert zu werden.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist ein
Füllstoff, wobei der Calcium-Träger ein oder mehrere
Bestandteile, ausgewählt aus Ca(OH)₂, CaO oder CaCO₃,
ist. Mit diesen Calcium-Trägern werden gute Ergebnisse
für den Schwermetallgehalt, insbesondere Vanadiumgehalt,
im Eluat nach DIN 38 414 erreicht.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist
ein Füllstoff, wobei der Calcium-Träger Ca(OH)₂ ist. Mit
Ca(OH)₂ als Calcium-Träger werden sehr gute Ergebnisse
für den Vanadiumgehalt im Eluat nach DIN 38 414 erreicht.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist ein
Füllstoff mit einem Wassergehalt von 5 bis 30 Gew.-%. Der
erfindungsgemäße Füllstoff fällt bei dieser
Zusammensetzung als eine besonders gut zu verarbeitende
pumpfähige Suspension oder Paste an. Der Füllstoff wird
erfindungsgemäß zum Verfüllen von Bergwerksschächten und
unterirdischen Hohlräumen sowie zum Abdichten und
Verfestigen von Baugrund verwendet und zeigt
Eigenschaften, mit denen der Füllstoff den gesetzlich
geforderten Auflagen und Bestimmungen im Hinblick auf die
Endfestigkeit und Eluierbarkeit voll gerecht wird. Der
erfindungsgemäße Füllstoff kann unter der Verwendung von
erheblichen Mengen an eisenoxidhaltigem Rückstand erzeugt
werden und den zur Zeit verwendeten teueren Füllstoff
voll ersetzen. Darüber hinaus werden hohe Deponiekosten
für den eisenoxidhaltigen Rückstand, z. B. aus der
H₂SO₄-Herstellung, eingespart und Landschaftsverbrauch
vermieden.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist ein
Füllstoff mit einem Wassergehalt von 20 bis 30 Gew.-%.
Dieser Füllstoff fällt als eine besonders gut zu
verarbeitende pumpfähige Suspension oder Paste an.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Herstellung eines
Füllstoffs vorgesehen, wobei die Bestandteile des
Füllstoffs homogenisiert werden und, um einen
Wassergehalt von 5 bis 30 Gew.-% zu erhalten, ggf. Wasser
zudosiert wird. Die Zudosierung von Wasser kann während
der Homogenisierung oder danach erfolgen.
Die Erfindung wird anhand von Beispielen weiter
erläutert.
60 kg eines eisenoxidhaltigen Rückstands aus der
H₂SO₄-Herstellung, enthaltend 65 Gew.-% Fe₂O₃, 20 Gew.-%
H₂O, 3 Gew.-% Al₂O₃, 0,2 Gew.-% PbO, 0,5 Gew.-% V₂O₅,
9 Gew.-% MgO und 4 Gew.-% TiO₂, 100 kg Schlackengranulat,
enthaltend 50 Gew.-% SiO₂, 29,5 Gew.-% Al₂O₃, 9 Gew.-%
Fe₂O₃ und 4 Gew.-% CaO, 25 kg Hochofenzement und 5 kg
Calciumhydroxid wurden in einen Zwangsmischer gegeben und
5 Minuten bei 25°C homogenisiert. Zu dem homogenisierten
Gemisch, das 190 kg wog, wurden 18 l Wasser dosiert. Das
Gemisch wurde 10 Minuten homogenisiert. Die Paste wurde
in Formen mit den Abmessungen 150 mm × 150 mm × 150 mm
gegossen. Nach einer Erhärtungszeit von 28 Tagen
erfüllten die Formkörper die Beton-Anforderungen für B5
nach DIN 1045 mit einem Mittelwert für die einaxiale
Druckfestigkeit von 18,50 N/cm². Der zeitliche Verlauf
der Erhärtung der Formkörper geht aus der Tabelle hervor.
Die verfestigten Formkörper entsprachen in ihrer
Eluierbarkeit den Anforderungen nach DIN 38 414
(S4-Methode).
einaxiale Druckfestigkeit Mittelwert (N/cm²) | |
Erhärtungszeit (Tage) | |
2,2 | |
3 | |
10,9 | 7 |
16,0 | 14 |
18,5 | 28 |
40 kg eines Rückstands aus der H₂SO₄-Herstellung,
enthaltend 65 Gew.-% Fe₂O₃, 20 Gew.-% H₂O, 3 Gew.-%
Al₂O₃, 0,2 Gew.-% PbO, 0,5 Gew.-% V₂O₅, 9 Gew.-% MgO und
4 Gew.-% TiO₂, 82 kg Rostasche aus
Müllverbrennungsanlagen mit einer stofflichen
Zusammensetzung von 72 Gew.-% Asche/Schlacke, 20 Gew.-%
Glas/Keramik, 3 Gew.-% Metalle und 5 Gew.-% Naturstein,
28 kg Hochofenzement und 5 kg Ca(OH)₂ wurden in einen
Zwangsmischer gegeben und 5 Minuten bei 25°C
homogenisiert. Zu dem homogenisierten Gemisch, das 155 kg
wog, wurden 27 l Wasser dosiert. Das Gemisch wurde 10
Minuten homogenisiert. Die Paste wurde in Formen mit den
Abmessungen 150 mm × 150 mm × 150 mm gegossen. Nach einer
Erhärtungszeit von 28 Tagen erfüllten die Formkörper die
Beton-Anforderungen für B5 nach DIN 1045 mit einem
Mittelwert für die einaxiale Druckfestigkeit von
17,00 N/cm². Der zeitliche Verlauf der Erhärtung der
Formkörper geht aus der Tabelle hervor. Die verfestigten
Formkörper entsprachen in ihrer Eluierbarkeit den
Anforderungen nach DIN 38 414 (S4-Methode).
einaxiale Druckfestigkeit Mittelwert (N/cm²) | |
Erhärtungszeit (Tage) | |
3,0 | |
3 | |
11,1 | 7 |
15,7 | 14 |
17,0 | 28 |
40 kg Spaltabbrand, enthaltend 20 Gew.-% Wasser,
65 Gew.-% Fe₂O₃, 9 Gew.-% MgO, 4 Gew.-% TiO₂, 3 Gew.-%
Al₂O₃, 0,2 Gew.-% PbO, 0,5 Gew.-% V₂O₅, 107 kg
Gießereialtsand und 16 kg Hochofenzement wurden in einen
Zwangsmischer gegeben und 1 Minute homogenisiert. Zu dem
Gemisch von 167 kg wurden 28 kg Wasser dosiert, und dann
wurde innerhalb von 2 Minuten homogenisiert. Die Paste
wurde in Formen mit den Abmessungen 150 mm × 150 mm ×
150 mm gegossen. Nach einer Erhärtungszeit von 28 Tagen
erfüllten die Formkörper die Anforderungen B2 nach
DIN 1045 mit einem Mittelwert für die axiale
Druckfestigkeit von 5,1 N/cm². Der zeitliche Verlauf der
Erhärtung geht aus der Tabelle hervor. Die verfestigten
Formkörper entsprachen in ihrer Eluierbarkeit den
Anforderungen nach DIN 38 414 (S4-Methode).
einaxiale Druckfestigkeit Mittelwert (N/cm²) | |
Erhärtungszeit (Tage) | |
2,2 | |
7 | |
4,6 | 14 |
5,1 | 28 |
5,4 | 56 |
60 kg Spaltabbrand, enthaltend 20 Gew.-% Wasser,
75 Gew.-% Fe₂O₃, 2 Gew.-% Al₂O₃, 0,5 Gew.-% PbO und
0,009 Gew.-% V₂O₅, 100 kg Schlackengranulat, enthaltend
50 Gew.-% SiO₂, 29,5 Gew.-% Al₂O₃, 9 Gew.-% Fe₂O₃ und
4 Gew.-% CaO, und 25 kg Hochofenzement wurden in einen
Zwangsmischer gegeben und 1 Minute homogenisiert. Zu dem
Gemisch von 185 kg wurden 18 kg Wasser dosiert, und dann
wurde innerhalb von 2 Minuten homogenisiert. Die Paste
wurde in Formen mit den Abmessungen 150 mm × 150 mm ×
150 mm gegeben. Nach einer Erhärtungszeit von 28 Tagen
erfüllten die Formkörper die Anforderungen B2 nach
DIN 1045 mit einem Mittelwert für die axiale
Druckfestigkeit von 7,5 N/cm². Der zeitliche Ablauf der
Erhärtung geht aus der Tabelle hervor. Die verfestigten
Formkörper entsprachen in ihrer Eluierbarkeit den
Anforderungen nach DIN 38 414 (S4-Methode).
einaxiale Druckfestigkeit Mittelwert (N/cm²) | |
Erhärtungszeit (Tage) | |
2,0 | |
7 | |
5,8 | 14 |
7,5 | 28 |
8,5 | 56 |
Claims (13)
1. Füllstoff zum Verfüllen von Bergwerksschächten und
unterirdischen Hohlräumen sowie zum Abdichten und
Verfestigen von Baugrund, bestehend aus
eisenoxidhaltigem Rückstand aus der H₂SO₄-Produktion, Zement und einem oder
mehreren Bestandteilen, ausgewählt aus
Schlackengranulat, Rostasche aus
Müllverbrennungsanlagen oder Sand.
2. Füllstoff nach Anspruch 1, bestehend aus
20 bis 50 Gew.-% eisenoxidhaltigem Rückstand aus der H₂SO₄-Produktion, 30 bis 70 Gew.-% eines oder mehrerer Bestandteile, ausgewählt aus Schlackengranulat, Rostasche aus Müllverbrennungsanlagen und Sand, und
5 bis 40 Gew.-% Zement.
20 bis 50 Gew.-% eisenoxidhaltigem Rückstand aus der H₂SO₄-Produktion, 30 bis 70 Gew.-% eines oder mehrerer Bestandteile, ausgewählt aus Schlackengranulat, Rostasche aus Müllverbrennungsanlagen und Sand, und
5 bis 40 Gew.-% Zement.
3. Füllstoff zum Verfüllen von Bergwerksschächten und
unterirdischen Hohlräumen sowie zum Abdichten und
Verfestigen von Baugrund, bestehend aus
eisenoxidhaltigem Rückstand, aus der H₂SO₄-Produktion, Zement und einem oder
mehreren Bestandteilen, ausgewählt aus
Schlackengranulat, Rostasche aus
Müllverbrennungsanlagen oder Sand, sowie einem
Calcium-Träger.
4. Füllstoff nach Anspruch 3, bestehend aus
20 bis 50 Gew.-% eisenoxidhaltigem Rückstand aus der H₂SO₄-Produktion,
30 bis 70 Gew.-% eines oder mehrerer Bestandteile, ausgewählt aus Schlackengranulat, Rostasche aus Müllverbrennungsanlagen und Sand,
5 bis 40 Gew.-% Zement und
0,5 bis 10 Gew.-% Calcium-Träger.
20 bis 50 Gew.-% eisenoxidhaltigem Rückstand aus der H₂SO₄-Produktion,
30 bis 70 Gew.-% eines oder mehrerer Bestandteile, ausgewählt aus Schlackengranulat, Rostasche aus Müllverbrennungsanlagen und Sand,
5 bis 40 Gew.-% Zement und
0,5 bis 10 Gew.-% Calcium-Träger.
5. Füllstoff nach den Ansprüchen 1 bis 4, wobei der
Zement Portlandzement, Hochofenzement oder
Tonerdezement ist.
6. Füllstoff nach den Ansprüchen 1 bis 5, wobei der Sand
Gießereisand, Grubensand, Flußsand oder Rheinsand ist.
7. Füllstoff nach Anspruch 6, wobei als Gießereisand
Gießereialtsand verwendet wird.
8. Füllstoff nach den Ansprüchen 3 bis 7, wobei der
Calcium-Träger aus einem oder mehreren Bestandteilen,
ausgewählt aus Ca(OH)₂, CaO oder CaCO₃, besteht.
9. Füllstoff nach Anspruch 8, wobei der Calcium-Träger Ca(OH)₂
ist.
10. Füllstoff nach den Ansprüchen 1 bis 9, dessen Wassergehalt 5
bis 30 Gew.-% beträgt.
11. Füllstoff nach Anspruch 10, dessen Wassergehalt 20 bis 30
Gew.-% beträgt.
12. Verfahren zur Herstellung eines Füllstoffs nach einem der
Ansprüche 1 bis 11, wobei die Bestandteile des Füllstoffs
homogenisiert werden.
13. Verfahren zur Herstellung eines Füllstoffs nach einem der
Ansprüche 10 oder 11, wobei zu den Bestandteilen des
Füllstoffs Wasser zudosiert wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE4436229A DE4436229C2 (de) | 1994-10-11 | 1994-10-11 | Füllstoff zum Verfüllen von Bergwerksschächten und unterirdischen Hohlräumen sowie zum Abdichten und Verfestigen von Baugrund und Verfahren zur Herstellung des Füllstoffs |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4436229A DE4436229C2 (de) | 1994-10-11 | 1994-10-11 | Füllstoff zum Verfüllen von Bergwerksschächten und unterirdischen Hohlräumen sowie zum Abdichten und Verfestigen von Baugrund und Verfahren zur Herstellung des Füllstoffs |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE4436229A1 DE4436229A1 (de) | 1996-04-18 |
DE4436229C2 true DE4436229C2 (de) | 1997-04-17 |
Family
ID=6530429
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE4436229A Expired - Lifetime DE4436229C2 (de) | 1994-10-11 | 1994-10-11 | Füllstoff zum Verfüllen von Bergwerksschächten und unterirdischen Hohlräumen sowie zum Abdichten und Verfestigen von Baugrund und Verfahren zur Herstellung des Füllstoffs |
Country Status (1)
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DE19717971C1 (de) * | 1997-04-28 | 1998-09-24 | Kali & Salz Ag | Verfahren zur Herstellung eines hydraulisch förderbaren Feststoff-Flüssigkeits-Gemisches |
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