DE8233235U1

DE8233235U1 - Vorrichtung zur rueckgewinnung von quecksilber aus kunststoffhaltigen abfaellen

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Publication number: DE8233235U1
Application number: DE19828233235U
Authority: DE
Original assignee: Lumalampan AB
Current assignee: Auralight AB
Priority date: 1981-12-01
Filing date: 1982-11-26
Publication date: 1983-09-01
Also published as: JPS58197236A; DK157199B; FI73005B; FI73005C; DK531982A; JPH0235016B2; US4606762A; DE3243813C2; SU1466655A3; FI823981A0; SE451464B; SE8107177L; US4468011A; US4564174A; DE3243813A1; DK157199C; FI823981L

Description

PATENTANWALT

München/ den 24. März 1983

Anmelder! Lümalampaft Aktiebolag

Karlskrona/Schweden
unser Zeichens 1443/58

Vorrichtung zur Rückgewinnung von Quecksilber aus kunststoffhaltigen Abfällen /

Die Neuerung betrifft eine Vorrichtung aur Rückgewinnung von Quecksilber, das in gewissen Abfalltypen vorkommt, vor allem in Abfällen, die zum Teil Kunststoffe enthalten.

Man kennt heute zahlreiche Erzeugnisse, die Quecksilber in irgendeiner Form enthalten. Wenn diese Erzeugnisse zu Bruch gehen oder verbraucht sind, werden sie mit dem Müll des Benutzers weggeworfen. Auch außerhalb Quecksilber verarbeitender Betriebe verbreitet sich jetzt das Bewußtsein, daß man

sich um das Quecksilber kümmern muß. Es gab jedoch bisher ]

keine Ausrüstung, um das beispielsweise in Batterien enthaltene Quecksilber unschädlich zu machen. Ferner gibt es praktisch keine Organisation, die mit Quecksilber vermischte Abfälle einsammelt_f abgesehen davon, daß schwedische Apotheken Hörgerätebatterien entgegennehmen.

Im selben Umfang wie Erzeugnisse mit Quecksilber- oder Quecksilberoxidbatterien als Stromquelle, wie Kameras, Taschenrechner und elektronische Uhren, Allgemeingut werden, nimmt die Verbreitung von Quecksilber in unserer Umgebung zu. Dadurch wird es auch immer notwendiger, Quecksilber einsammeln und unschädlich machen zu können. Da außerdem die Technik der Reinigung von Quecksilber wohlbekannt und industriell

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etabliert ist, besteht aller Anlaß, Quecksilber aus Abfällen der oben erwähnten Art, wie Amalgam von zahnärztlichen Grdinationsräumen, Quecksilber von nicht mehr verwendbaren Instrumenten, wie Thermometern und Barometern, sowie von ausgebrannten Lichtquellen, wie Leuchtstoffröhren und Quecksilberdampflampen, zurückzugewinnen. Durch Anwendung der Vorrichtung nach der Neuerung kann Quecksilber mit guter wirtschaftlicher Ausbeute zurückgewonnen werden.

Zur Abscheidung von Quecksilber aus anorganischen Abfällen kennt man bereits eine Vorrichtung, bei der die Abfälle in einer heizbaren Vakuumkammer behandelt werden. Die Kammer ist über eine Rohrleitung, die durch ein Kühlgefäß führt, mit einer Vakuumpumpe verbunden. Im Kühlgefäß kondensiert das Quecksilber, das in der Vakuumkammer abdestilliert wird. Die Abfälle in der Vakuumkammer werden mit einem Inertgas gespült. Wenn Quecksilberbatterien in der Anlage iur Durchführung dieses Verfahrens behandelt werden, entstehen aus Kunststoffdichtungen und dergleichen Kondensate, die das Kühlgefäß und die Rohrleitung verstopfen.

In Dänemark hat man eine Anlage u.a. zur Vernichtung von Quecksilberbatterien gebaut, die einen Drehofen von 5 m Durchmesser und 20 m Länge enthält. In diesem Drehofen werden die in den Batterien enthaltenen Kunststoffe zwar pyrolysiert, aber das Quecksilber kann dort nicht zurückgewonnen werden. Bis jetzt hat man die Abfallasche aus dem Ofen deponiert, obwohl sAe mit Quecksilber verseucht war. Die Anlage bringt also keine Vorteile gegenüber den meisten Anlagen für die Verbrennung von sogenannten umweltschädlichen Abfällen.

Quecksilberbatterien haben Dichtungen aus Polystyrol oder Polyäthylen. Die Batterien sind mit kunststoffbeschichtetem Papier oder Kunststoffolien, beispielsweise aus PVC, als

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Isolierung Umhüllt. Wenn solche Batterien in der oben erwähnten Destillationsanlage mit Vakuumkammer behandelt werden, tritt ein Pyrolyse der Kunststoffe ein, während die Temperatur bis auf den Siedepunkt des Quecksilbers gesteigert Wird. Der größte Teil der Kunststoffe wird dabei in Gasform !abgegeben, aber das Gas kondensiert oder sublimiert in der Rohrleitung und im Kühlgefäß * Nach kurzer Benutzung treten Betriebsstörungen auf und bei weiterem Betrieb setzt sich die Anlage zu und muß gereinigt werden. Die Verstopfungen bestehen aus Quecksilber enthaltenden, koksähnlichen Belägen und einem teigigen Brei, der bis zu 95 Gew.-% Quecksilber enthält.

Baim Ablassen des Quecksilbers aus dem Kühlgefäß fällt nur ein Teil davon als flüssiges metallisches Quecksilber an. Der Rest, ca. 30 Gew.-% des insgesamt abtrennbaren Quecksilbers, muß aus dem Kühlgefäß von Hand mit Hilfe von SpezialWerkzeugen herausgekratzt werden. Der Inhalt des Kühlgefäßes verbreitet außerdem einen sehr schlechten Geruch, und die Dämpfe reizen Augen und Rachen. Durch Messungen mit Dräger-Röhren, konnten verschiedene aromatische Verbindungen nachgewiesen werden, z. B. Benzol, Toluol, Xylol und Styrol. Die Handhabung dieser Abfälle ist deshalb viel komplizierter als wenn nur anorganische Abfälle, wie Zahnamalgam oder zerbrochene Lichtquellen, in der Anlage verarbeitet werden.

Die Neuerung hat die Aufgabe, eine Vorrichtung zur Rückgewinnung von Quecksilber aus Erzeugnissen zu schaffen, die neben Quecksilber auch noch Kunststoffe enthalten. Dabei sollen die Kunststoffe vollständig verbrannt werden, so daß die von der Vorrichtung ausströmenden Abgase fast nur aus Wasserdampf und Kohlendioxid bestehen.

Die Neuerung erzielt dies bei einer Vorrichtung, die aus einer heizbaren Behandlungskammer, einer Kältefalle und

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einer Vakuumpumpe und Röhfleitungen zur Verbindung dieser Teile besteht/ däduröh, daß die Behandlungskämmer mit einer Eintrittsöffnung für Inertgas versehen ist, daß die von der Behandlungskammer ausgehende Rohrleitung eine für die Verbrennung von organischen Zersetzungsprodukten vorgesehene fechbrennkammer enthält, daß die Rohrleitung in ein zweckmäßig wassergekühltes Kühlgefäß führt und daß eine Steuereinheit für die Laufsteuerung der Vakuumpumpe, das öffnen und Schließen eines in die Rohrleitung vor der Vakuumpumpe eingebauten Absperrventils und eines in der Eintrittsöffnung angeordneten, vorzugsweise als Nadelventil gestalteten Regulierventils vorhanden ist. Mit dieser Vorrichtung gelingt es, die Kunststoffe völlig zu verbrennen, so daß die Abgase nur noch aus Wasserdampf und Kohlendioxid bestehen. Das Quecksilber läßt sich dabei fast alles rückgewinnen, so daß der Abfallrest unbedenklich auf Mülldeponien gebracht werden kann.

Die Zeichnung bringt ein Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung nach der Neuerung. Dabei zeigen:

Fig. 1 ein Schema der Vorrichtung und Fig. 2 einen lotrechten Schnitt durch die Nachbrennkammer aus Fig. 1 mit eingesetztem und zum Teil geschnitten nen Flammenkorbbrenner.

Ein Gefäß 1 mit dem kunststoffhaltigen Abfall, der von Quecksilber befreit werden soll, ist in eine wärmeisolierte Behandlung skammer 2 eingesetzt. Diese Behandlungskammer 2, die gegen die Umgebung gut abgedichtet ist, hat einen Heizkörper, beispielsweise ein elektrisches Widerstandselement 3, und einen Eintritt 4 für ein Inertgas, z.B. Stickstoff. Von der Behandlungskammer 2 geht eine Abgasleitung 5 mit eingesetzter nachstehend näher beschriebener Nachbrennkammer 6

ab. Die Leitung 5 führt dann weiter zu einem Kühlgefäß 7, beispielsweise einer Labyrinthfalle, in dem durch die Leitung 5 ankommende Abgase mit Wasser gekühlt werden. Das Wasser wird dem Kühlgefäß 7 durch eine Eintrittsöffnung 8 zugeführt. Im Mantel des Kühlgefäßes 7 befindet sich eine Austrittsöffnung 9 für das erwärmte Kühlwasser, das zur Nutzbarmachung der darin enthaltenen Wärmemenge durch Wärmeaustauscher umgewälzt werden kann. Vom Boden des Kühlgefäßes 7 geht ein Abflußrohr 10 aus. Dieses ist mit einem Absperrventil 11 ausgestattet, durch das im Kühlgefäß verflüssigtes Quecksilber abgezogen werden kann. Nach Raffinierung kann das Kondensat als neues Quecksilber verkauft werden.

An eine vom Kühlgefäß 7 ausgehende Leitung 12 ist ein Druckfühler 13 angeschlossen. Dieser Fühler erzeugt Impulse für eine Steuereinheit 14, die ein Nadelventil 15 im Gaseintritt 4 zur Behandlungskammer 2 steuert. In der Leitung 12 sitzt auch ein Absperrventil 16, das von der Steuereinheit 14 geöffnet und geschlossen wird. Das Absperrventil 16 wird geschlossen gehalten, wenn ein Inertgas durch das Nadelventil 15 zugesetzt wird. Zum Absaugen von Abgasen aus der Behandlungskammer wird das Absperrventil mit Hilfe eines Unterdruckfühlers geöffnet.

Hinter dem Absperrventil 16 führt die Leitung 12 in eine Kältefalle 18, die in einem Gefrierschrank 17 untergebracht ist. In der Kältefalle 18 kondensiert das Quecksilber, das noch nicht im Kühlgefäß 7 abgeschieden worden ist, zusammen mit evtl. Kunststoffresten, die nicht in der Nachbrenn-' kammer zu Kohlendioxid und Wasser verbrannt sind. Die Kältefalle 18 ist mit einem Abflußrohr 19 versehen. Dieses Rohr hat ein Absperrventil 10/ so daß man wie bei dem Kühlgefäß das abgeschiedene Quecksilber abzapfen kann.

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Von der Kältefalle 18 geht als letztes eine Abgasleitung 21 aus, die ein Gasfilter 22 für die endgültige Reinigung der aus der Vorrichtung ausströmenden Gase enthält. Die Abgasleitung 21 mündet in eine Vakuumpumpe 23 mit aufgesetztem Gebläse 24 zur Aufrechterhaltung des niedrigeren ünterdrucks, der in der Einleitungsphase des Verfahrens angewandt wird.

Neben dem Öffnen und Schließen des Nadelventils 15 und des Absperrventils 16 reguliert die Steuereinheit 14 auch noch den Betrieb der Vakuumpumpe 23 und des Gebläses 24. Die Steuerung erfolgt in der Weise, daß das Gebläse 24 den Druck in der ganzen Vorrichtung absenkt, während eine, begrenzte Menge Inertgas durch das Nadelventil 15 zugesetzt wird. Nach Entgasung der Kunststoffe in der Füllung des Behandlungsgefäßes 1 wird die Vakuumpumpe 23 in Betrie_> gesetzt, um den Druck in der Vorrichtung auf -0,9 bar abzusenken. Daraufhin schließt die Steuereinheit 14 das Ventil 16 und läßt dann das Nadelventil 15 langsam das Inertgas zusetzen, beispielsweise bis zur Erreichung eines Druckes von -0,5 bar. Dar>=ich setzt die Steuereinheit die Vakuumpumpe 23 in Betrieb, dcis Absperrventil 16 wird geöffnet und der Druck in der Vorrichtung kann wieder auf -0,9 bar abgesenkt werden. Die Steuereinheit 14 kann auf die Durchführung der beschriebenen Arbeitsspiele in beliebiger Anzahl pro Zeiteinheit eingestellt werden.

Die oben erwähnte Nachbrennkammer fa ist wie folgt aufgebaut. Die Kammer umgibt ein doppelter Mantel 25 mit einem vorzugsweise ringförmigen Zwischenraum, durch den umgewälztes Kühlmedium von einer Eintrittsöffnung 26 nach einer Austrittsöffnn-j 27 strömt. Ein Flanraienkorbbrenner 28 ist vertikal durch die Decke der Kammer eingeschoben. Ein in der Mitte durch den Brenner führender Kanal 29 diönt dazu, die ätiä der Behandlungskammer 2 kommenden Abgase in die Nachbrennkammer 6 zu leiten. Auf einem abgeschrägten Absatz

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etwas hinter der Mündung des Kanals 29 befindet sich ein Lochkranz 30. Die Löcher sind in einem spitzen Winkel zur Achse des Brenners 28 gebohrt. Durch diese Löcher strömt ein Gas-Luft-Gemisch aus, das in mehreren Flammen verbrennt, die zusammen eine konische korbäknliche Flamme bilden. Die Konizität des Flammenkorbes ist von dein Winkel zur Mittenachse des Brenners, den die Löcher 30 bilden, abhängig.

Auf dem Boden 31 der Nachbrennkammer 6, der doppelt ausgeführt ist und einen Durchfluß für Kühlmedium enthält, steht eine hülsenförmige Stütze 32, an deren Unterkante Öffnungen 33 angeordnet sind. Die Öffnungen 33 stehen mit dem Hohlraum innerhalb der Stütze 32 in Verbindung und ermöglichen freien Durchfluß in Richtung eines Stutzens 34 im Boden 31, durch den in der Nachbrennkammer behandelte Gase ausströmen können. An der Innenseite der Stütze 32 sind verstellbare Konsolen 35 angebracht, auf denen eine Flammenschale 36 aus hochfeuerfestem Material, beispielsweise Berylliumoxid, ruht. Die Innenseite der Schale 36 ist annähernd halbkugelförmig gestaltet und hat zweckmäßigerweise hyperbolischen Querschnitt. Dadurch werden die Flammen im Flammenkorb im Betrieb zu einem wesentlichen Teil nach innen zum Mittelpunkt der Nachbrennka.mmer 6 umgelenkt, wo von der Behandlungskammer 2 kommende Gase schnell mit den Verbrennungsgasen des Brenners 28 gemischt werden. Das hat zur Folge, daß die Zersetzungsprodukte der Kunststoffe, die verbrannt werden sollen, fast auf die Flammentemperatür des Flaiamenkorbes erhitzt werden, d. h. auf 1500 bis 2000⁰C. In diesem Temperaturbereich und durch die im Flammenkorb erzeugte Gasströmung können die Zersetzungsprodukte der Kunststoffe in der Beschickung praktisch vollständig verbrannt werden.

Da die Flammenschale 36 senkrecht verstellbar ist, kann die Mantelflache des Flammenkorbes am Brenner 28 verschieden groß eingestellt werden. Dadurch kann das Verhältnis zwischen

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der Gasgeschwindigkeit im Kanal 29 und der Ausströmungsgeschwindigkeit durch den Flammenkorb reguliert werden. Je nach den Kunststoffen, die in der Beschickung enthalten sind, kann es von Interesse sein, ein Verhältnis zwischen 1:5 und 1:20 zu wählen. Natürlich muß das Volumen des Verbrennungsgases, das dem Brenner 28 zugeführt wird, auf die Einstellung der Flammenschale 36 abgestimmt werden, aber das ist auf bekannte Weise durchführbar.

Mit dieser Vorrichtung läßt sich das Quecksilber aus kunststoff haltigen Abfällen auf folgende Weise rückgewinnen:

Eine Charge von etwa 100 kg entladener Quecksilberoxidbatterien wird in die Behandlungskammer 2 eingebracht und mittels der Steuereinheit 14 und der Vakuumpumpe 23 ein schwacher Unterdruck von -0,05 bar erzeugt und aufrechterhalten, während laufend Stickstoff als Inertgas über das Nadelventil 15 zugesetzt wird. Zugleich wird die Charge mittels des Heizelements 3 um etwa 5°C/Min. steigend bis auf max.. 200⁰C erhitzt. Die Dichtungen aus Polyäthylen schmelzen bei ca. 130⁰C. Die Batterien werden so zum Teil geöffnet, während andere nach und nach durch den Innendruck bei der Erhitzung platzen. Auf diese Weise wird eine gewisse Menge metallischen Quecksilbers zum Abdestillieren zugänglich.

Die von der Beschickung abgegebenen Gase werden der Nachbrennkammer 6 zugeführt und zentral durch deren Flammenkorbbrenner 28 geleitet. Nachdem d^e Temperatur in der Behandlungskammer 2 200⁰C erreicht hat, wird der Flammenkorb-' brenner 28 gezündet. Er brennt etwa 5 Min., worauf die Temperatur in der Behandlungskammer 2 um ei, 5°C/Min. auf max. 415⁰C gesteigert und etwa 1 1/2 Stunden auf dieser Höhe gehalten wird. Bei Tempera türen übel: 200⁰C zerfallen die in der Beschickung enthaltenen organischen Stoffe. Wie in der ersten Prözeßphäsa besteht die Atmosphäre in der

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Behandlungskammer 2 in der Hauptsache aus Stickstoff mit
-0/05 bar Unterdruck₄ Während der Temperätürsteigerüng auf
415°G Werden die Abgase aus der Behandlüngskammer 2 von der
Vakuumpumpe 23 durch die Nachbrennkammer 6 gesaugt. Dabei
erhitzen sich die Gase bis auf 1500 bis 2000⁰C, so daß die j flüchtigen Stoffe zu einfacheren Kohlenwasserstoffen/ j

Kohlenmonoöxid und Wasserstoff zerfallen. Dieser Zerfall \

ist von einer vollständigen Verbrennung zu Kohlendioxid und ij Wasserdampf begleitet, falls die erforderliche Sauerstoff- ^: menge zur Verfugung steht. Während die Gase in der Nachbrenn- | kammer 6 unschädlich gemacht werden, gibt die Charge Queck- |

silberdampf ab. Dieser Quecksilberdampf (Siedepunkt 356,6⁰C) 'i

Wird dem Kühlgefäß 7, z. B. einer Labyrinthfalle, zugeleitet, \

wo er kondensiert und abgezogen wird. Ein Teil des Queck- |

Silbers geht jedoch durch das Kühlgefäß 7 und die Leitung 12 |

in die Kältefalle 18, wird dort verflüssigt und über das |

Rohr 19 und Absperrventil 20 abgezogen. Zur Abscheidung evtl. |

nicht völlig abgebauter Reste von Kunststoffen in Batterien \ läßt man die aus der Kältefalle 18 kommenden Gase durch das
Gasfilter 22 hindurchgehen, ehe sie über die Vakuumpumpe 23
ins Freie geleitet werden.

Nachdem man die Temperatur in der Behandlungskammer 2 etwa \ 1 1/2 Stunden bei 415°C gehalten hat, wird der Flammenkorb- |

I brenner 28 gelöscht und der Druck in der Behandlüngskammer 2 f auf -0,9 bar abgesenkt, um die eigentliche Quecksilberaus- \ treibung durchzuführen. Dazu wird die Temperatur in der Be- I handlungskammer 2 auf 510⁰C gesteigert und der Stickstoffzusatz über das Regelventil 15 so geregelt, daß der Druck
in der Behandlüngskammer 2 mindestens 2mal pro Stunde langsam
auf -0,5 bar gesteigert und dann wieder auf -0,75 bis
-0,95 bar abgesenkt wird. Durch diese Druckwechsel wird das
in den Batterietaschen noch vorhandene Quecksilber ausgetrieben. Der Vorgang läuft nach diesem Schema 4 Stunden lang
ab. Während dieser Zeit ist die Temperatur in der Behandlungs-

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kämniär 2 äo abgestimmt, daß evtl. gebildete Amalgame von Blei, Cadmium/ Silber, Selen und Zink zersetzt und Queck^ silber zum Abdestillieren freigesetzt werden*

Nach Prozeßabiauf wird das Heizelement 3 in der Behandlungskammer 2 abgeschaltet und der Druck langsam bis auf Atmosphärendrück gesteigert. Eine chemische Analyse der Batteriereste hat ergeben, daß der Restgehalt an Quecksilber aus-¹ nahmslos unter 50 ppm liegt, so daß die Abfälle direkt auf die Deponie gefahren werden können.

Claims

Schutzansprüche

1. Vorrichtung zur Rückgewinnung von Quecksilber aus Kunststoffe enthaltenden Abfällen, die aus einer heizbaren Behandlungskammer, einer Kältefalle, einer Vakuumpumpe und Rohrleitungen zur Verbindung dieser Teile besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungskammer (2) mit einer Eintrittsöffnung (4) für Inertgas versehen ist, daß die von der Behandlungskammer (2) ausgehende Rohrleitung (5) eine für die Verbrennung von organischen Zersetzungsprodukten vorgesehene Nachbrennkammer (6) enthält, daß die Rohrleitung (5) in ein zweckmäßigerweise wassergekühltes Kühlgefäß (7) führt und daß eine Steuereinheit (14) für die Laufsteuerung der Vakuumpumpe (23), das öffnen und Schließen eines in die Rohrleitung (12, 21) vor der Vakuumpumpe (23) eingebauten Absperrventils Π6) und eines in der Eint.rittsöffnung (4) angeordneten, vorzugsweise als Nadelventil gestalteten Regulierventils (15) vorhanden ist.

kennzeichnet , daJL-<äier-Warmezufuhr zur Behandlungskamjjiej;—(-äf^von der Steuereinheit (14) nach einem eel i.

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kennzeichnet , daß das Absperrventil (16) , das Regulierventil (15) für das Irigetyas und die Vakuumpumpe (23) von der SteuergAßh"e"It (14) nach einer Zeiteinteilung angesteussrtr^sind, die den Unterdruck in der Behandlungeifammer (2) mit einer vorgewählten Zyklusanzahl ·

Sdiufzanspr. l(l \l ßi. S"^ gestrichen

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.jt\ Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch g e 2* kennzeichnet, daß die Nachbrennkammer (6) einen Kühlmantel (25) hat und exnen durch ihre Decke eingeführten Flammenkorbbrenner (28) einschließt, durch den die Abgase in einem geLrennten Kanal (29) strömen, der an der Peripherie von feinen Kanälen für Verbrennungsgase umgeben ist, die in Löchern (30) enden, von denen Flammen zur Bildung eines Flammenkorbes ausgehen, und daß ein Austrittsstutzen (24) im Boden (31) der Kammer (6) angeb ra cht ist.

Z. Vorrichtung gemäß Anspruch A, dadurch ge-"*- kennzeichnet, daß am Boden (31) der Nachbrennkammer (6) eine an ihrer ünterkante mit Öffnungen (33) zur Verbindung mit d-3m Stutzen (34) ausgeführte hülsenförmige Stütze (32) steht, die verstellbar eine, die Flammenspitze des Flairanenkorbbrenners (28) konzentrierende, fasthalbkugelförmige Schale (36) aus hochfeuerfestem Material trägt.

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