JPH11514961A - 微粉化アルカリ土類金属炭酸塩 - Google Patents

微粉化アルカリ土類金属炭酸塩

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Abstract

(57)【要約】 結晶成長を防止する薬剤を添加しないで、または添加して製造される微粉化アルカリ土類金属炭酸塩ならびにその製造方法およびその使用を記載する。製造される、3〜30m2/gの範囲のBET表面積を有する微粉化炭酸カルシウム、炭酸バリウムないしは3〜50m2/gの範囲のBET表面積を有する炭酸ストロンチウムは、特にコンデンサ、サーミスタおよびその他の酸化カルシウム、酸化バリウムまたは酸化ストロンチウムを含有する酸化物セラミックの電気部品ならびに高温超伝導体の製造に適切である。結晶成長を防止する薬剤として、合計で3〜12個の炭素原子ならびに少なくとも2個のCOOH基または少なくとも2個のOH基を有するカルボン酸のアンモニウム塩またはアルキルアンモニウム塩、例えばマレイン酸またはクエン酸の塩を使用する。

Description

【発明の詳細な説明】 微粉化アルカリ土類金属炭酸塩 本発明は微粒子状のアルカリ土類金属炭酸塩、その製造およびその使用に関す る。 炭酸カルシウム、炭酸バリウムないしは炭酸ストロンチウムは、多くの工業目 的のために、例えば別のカルシウム化合物、ストロンチウム化合物およびバリウ ム化合物を合成するための出発材料として使用される。炭酸塩は固体反応で使用 するためにもまた、例えば電気的および磁気的応用のため、例えばサーミスタ、 コンデンサを製造するための酸化物含有セラミック材料の製造のために適切であ る。炭酸塩はガラスの製造のために、および高温超伝導体材料の製造のために使 用される。炭酸カルシウムは製紙の際にも使用される。 特開平7−025611号公報は微粉化炭酸バリウムを開示しており、これは 表面積5〜25m2/gを有する。製造のためには二酸化炭素を添加した水酸化 バリウム水溶液を、直列に接続した3つのポンプに送り、かつ第3のポンプから 出てくる反応生成物にさらにカルボン酸またはカルボン酸誘導体、例えばカルボ キシメチルセルロースを添加し、このことにより結晶成長を防止しなくてはなら ない。 本発明の課題は、狭い粒子分布を有する微粒子状の微粉化炭酸カルシウム、炭 酸バリウムおよび炭酸ストロンチウムの効果的な製造方法を提供することである 。該課題は本発明による方法により解決される。 微粒子状のアルカリ土類金属炭酸塩EaCO3(この場合EaはCa、Srま たはBaを表す)の、本発明による製造方法は、Ea(OH)20.1〜0.7 5モル/lの濃度を有するEa(OH)2溶液に二酸化炭素を添加して反応混合 物を形成させ、この場合溶液1リットル当たり約2〜30lの二酸化炭素ガスを 使用し、該反応混合物を連続的に運転する撹拌反応器に送り、該反応器内でロー ター−ステーター−原理(Rotor-Stator-Prinzip)による高い相対速度で、互い にかみ合う手段の剪断力および摩擦力を反応混合物に加え、該反応混合物から反 応器の通過後に生じたアルカリ土類金属炭酸塩を分離し、かつ乾燥する。反応器 内の剪断力および摩擦力により、できるだけ微細に分散した形で二酸化炭素をア ルカリ土類金属水酸化物溶液に導入する。この場合、二酸化炭素ガスのリットル の記載は標準条件に対するものである。 本発明による方法の実施の際に、微粉化したアルカリ土類金属炭酸塩が得られ 、その際に炭酸バリウムまたは炭酸ストロンチウムの場合には、粒子の少なくと も90%が0.1〜1.0μmの範囲の、有利には0.2〜1.0μmの範囲の 直径を有する。炭酸カルシ ウムの場合には粒子の少なくとも90%が0.2〜1.0μmの範囲の直径を有 する。炭酸バリウムの場合、BET表面積は3〜30m2/g、有利には3〜2 0m2/g、特に8〜15m2/gの範囲である。炭酸カルシウムおよび炭酸スト ロンチウムの場合には表面積は3〜50m2/gの範囲である。 本発明による方法は極めて効果的である。すなわち実質的に定量の反応率を達 成するために、1つの反応器を必要とするのみである。従来技術の方法では3つ のポンプを直列で使用する。 極めて好適であるのは、ローターが高い回転数で回転する装置である。ロータ ー回転数は有利には2000〜8000回転/秒である。混合装置および均質化 装置内での反応混合物の滞留時間は有利には5秒までである。 このような方法で、例えば粒子の90%以上が0.2〜0.7μmの範囲の直 径を有するBaCO3を製造することができる。 BET表面積の測定は、Micro Meritics社の、ミクロ細孔の測定に適した装置 で行う。吸着ガスはN2であり、測定は0.01〜0.1Prelの範囲の液体窒素 の温度でBETの式を使用して行った。 本発明の実施態様によれば、結晶成長防止剤を添加しないで作業できる。該実 施態様をBaCO3の有利な製造に関してさらに詳しく説明する。 有利には100〜120℃の範囲で行う乾燥の前に、反応器の通過直後に分離 した炭酸バリウムを水で1回以上洗浄する。 二酸化炭素を添加した水酸化バリウム溶液中での炭酸バリウムの沈殿は有利に は40〜130℃の範囲の温度で実施する。 ホモジナイザーから出ていく反応混合物の結晶成長を防止する薬剤の添加は行 わない。炭酸塩は反応器から出た直後に分離する。 本発明の別の対象は、本発明による方法により得られ、かつ3〜30m2/g 、有利には3〜20m2/g、特に8〜15m2/gの範囲のBET表面積を有す る、微粒子状の炭酸バリウムであり、この場合粒子の少なくとも90%が0.2 〜1.0μmの範囲の直径を有し、かつ該炭酸塩は結晶成長を防止する薬剤を含 有していない。 本発明のもう1つの対象は、本発明による方法により得られ、3〜50m2/ gの範囲のBET表面積を有する微粒子状の炭酸カルシウムであり、この場合粒 子の少なくとも90%が0.1〜1.0μm、有利には0.2〜1.0μmの範 囲の直径を有し、かつ結晶成長を防止する薬剤を含有していない。 本発明の対象は、本発明による方法により得られる、3〜50m2/gの範囲 のBET表面積を有する微粒子状の炭酸ストロンチウムでもあり、この場合粒子 の 少なくとも90%が0.1〜1.0μmの範囲の直径を有し、かつ該炭酸塩は結 晶成長を防止する薬剤を含有していない。 もう1つの実施態様は、反応器内での反応の前、反応の間および/または反応 の後で、反応混合物に結晶成長を防止する薬剤を添加することを考慮に入れるも のである。該実施態様の場合にもまた、前記の粒子直径およびBETの比表面積 の特徴を有する炭酸カルシウム、炭酸ストロンチウムないしは炭酸バリウムを製 造することができる。これは有利には炭酸バリウムおよび炭酸ストロンチウムの 製造に適している。この有利な実施態様に基づいてさらに詳しく説明する。その 際に有利である特殊な結晶成長防止剤を使用する。酸自体または例えばアルカリ 金属塩もまた使用可能である。 粒子は針状で生じる。粒子の直径の記載は針の長さに対するものである。 粒子の少なくとも95%、有利には少なくとも99%、特に100%が1.0 μm以下の直径を有し、3〜30m2/g、有利には3〜20m2/gの範囲のB ET表面積を有する微粒子状の炭酸バリウムおよび3〜50m2/gの範囲のB ET表面積を有する炭酸ストロンチウムの本発明による有利な製造方法で考慮に 入れることは、合計で3〜12個の炭素原子ならびに少なくとも2個のCOOH 基または少なくとも2個の OH基を有するカルボン酸のアンモニウム塩およびアルキルアンモニウム塩の群 から選択された、結晶成長を防止する薬剤の使用下で、Ba(OH)2ないしは Sr(OH)20.1〜0.75モル/lの濃度を有する水酸化バリウム溶液ま たは水酸化ストロンチウム溶液に二酸化炭素を添加して反応混合物を形成させる ことであり、この場合、溶液1リットル当たり約2〜30lの二酸化炭素ガスを 使用し、反応混合物を撹拌反応器に送り、該反応器内で剪断力および摩擦力を反 応混合物に加える。反応器内の剪断力および摩擦力により、二酸化炭素をできる 限り微細に分散した形で水酸化バリウム溶液または水酸化ストロンチウム溶液に 導入する。この場合二酸化炭素ガスのリットルの記載(有利には本方法では10 〜20l)は標準条件に対するものである。全ての粒子の100%が1μm以下 の直径を有する場合には、恐らく極わずかな、例えば粒子の0.1%よりも少な い、望ましくない量が、1μmよりも大きい直径を有することを意味する。 結晶成長を防止する薬剤は少なくとも、粒子の少なくとも99%が1μm以下 の、例えば0.2〜1.0μmの範囲の直径を有するようように、炭酸バリウム および炭酸ストロンチウムの結晶成長を制限するような量で使用する。該薬剤の 量は、100重量%として設定したBaCO3ないしはSrCO3(乾燥物質)に 対して、好ましくは少なくとも0.01重量%、有利 には少なくとも0.1重量%である。この量は例えば、100重量%として設定 した炭酸バリウムないしは炭酸ストロンチウムに対して、0.01〜5重量%の 範囲であってもよい。有利には結晶化に影響を与えるカルボン酸塩を、100重 量%として設定した炭酸バリウムないしは炭酸ストロンチウムに対して、0.2 〜0.7重量%の量で使用する。カルボン酸塩を炭酸塩化の前、炭酸塩化の間ま たは炭酸塩化の後で使用することができるので、カルボン酸塩の量の基準となる 炭酸塩量の計算のために、使用される水酸化バリウムないしは水酸化ストロンチ ウムの100%の反応率から出発することができる。 特に有利にはカルボン酸のアンモニウム塩を使用する。しかしまたカルボン酸 のアルキルアンモニウム塩を使用してもよい。これは第1、第2、第3および第 4アルキルアンモニウム塩であってもよい。例えば第1、第2および第3アンモ ニウム陽イオンは適切であり、この場合窒素原子は合計で18個までの炭素原子 を有するアルキル基により置換されている。例えばメチルアンモニウム塩、ジメ チルアンモニウム塩、トリメチルアンモニウム塩、エチルアンモニウム塩、ジエ チルアンモニウム塩、トリエチルアンモニウム塩、n−プロピルアンモニウム塩 、ジ−n−プロピルアンモニウム塩およびトリ−n−プロピルアンモニウム塩な らびに異なったアルキル基を置換基として有するアン モニウム陽イオンが使用可能である。 前記のように合計で3〜12個、有利には3〜6個の炭素原子を有するカルボ ン酸の塩を使用し、この場合カルボキシル基の炭素原子も数に含めることとする 。特に好適であるのは、リンゴ酸、アジピン酸、クエン酸、グルコン酸、グルカ ル酸、グルクロン酸、酒石酸およびマレイン酸のアンモニウム塩およびアルキル アンモニウム塩である。有利には、特にクエン酸およびマレイン酸のアンモニウ ム塩である。これらの有利な実施態様に基づいて本発明をさらに詳しく説明する 。 クエン酸およびマレイン酸のアンモニウム塩、特に水溶液に溶解する際に6〜 8のpH値となるクエン酸およびマレイン酸のアンモニウム塩を有利には前記の ように使用する。該アンモニウム塩は、カルボン酸溶液、例えばクエン酸溶液な いしはマレイン酸溶液にアンモニアまたはアンモニア水を添加し、pH値を6〜 8の範囲にすることにより製造することができる。 有利にはクエン酸塩ないしはマレイン酸塩を水溶液の形で使用する。クエン酸 塩ないしはマレイン酸塩の濃度は有利には少なくとも10重量%である。該濃度 は飽和濃度までであってもよい。 反応混合物が炭酸塩化の際に使用した装置を通過した直後に、カルボン酸塩を 混合することは有利である。このことにより特に効果的に望ましくない大きな炭 酸バリウムないしは炭酸ストロンチウムの結晶の形成が防止される。炭酸塩を直 ちに分離する必要はない。 有利には100〜150℃の範囲で実施する乾燥の前に、ホモジナイザーの通 過後に分離した炭酸塩を水で1回以上洗浄してもよい。このことにより、アンモ ニウム塩(例えばアンモニウムないしはアルキルアンモニウムの炭酸塩)を洗浄 する。 二酸化炭素を添加した水酸化バリウム溶液中での炭酸バリウムの沈殿は、有利 には室温(例えば25℃)〜130℃の範囲の温度で実施し、炭酸ストロンチウ ムの沈殿も同様である。 本発明のもう1つの対象は、本発明による方法により結晶成長を防止する薬剤 を添加して得られ、かつ3〜30m2/g、有利には3〜20m2/gの範囲のB ET表面積を有する微粒子状の炭酸バリウムであり、この場合、粒子の少なくと も95%が1.0μm以下の直径を有する。同様に本発明の対象は、結晶成長を 防止する薬剤を添加して製造され、同様の粒度分布を有し、3〜50m2/gの 比表面積を有する微粒子状のCaCO3およびSrCO3である。有利にはCaC O3粒子またはBaCO3粒子の少なくとも99%が1.0μm以下の直径を有す る。粒度測定は沈降はかり(Sedigraph)で行う。 本発明による炭酸カルシウム、炭酸バリウムないしは炭酸ストロンチウムは、 これらの炭酸塩を工業的に 使用するような全ての目的に極めて良好に使用することができる。 好適であるのは、固体反応で使用するための微粉化炭酸カルシウム、炭酸バリ ウムないしは炭酸ストロンチウムである。該炭酸塩を有利には例えば、多くの場 合には別の固体成分と一緒に焼結または溶融することにより、二酸化炭素の放出 下で反応させるような固体反応で使用することができる。例えばBaOないしは SrOを含有する、電気的または磁気的応用のための酸化物セラミック部品を製 造するために、例えばサーミスタおよびコンデンサの製造の際に、同様に酸化物 セラミックの超伝導体を製造する際に、該炭酸塩を使用することができる。炭酸 バリウムは例えばイットリウム−バリウム銅酸塩−超伝導体材料の製造に、炭酸 ストロンチウムおよび炭酸カルシウムはビスマス含有酸化物セラミックの超伝導 体の製造に適切である。酸化物セラミック製造の際に、例えばチタン酸バリウム 、ニオブ酸バリウムまたはバリウムフェライトの製造の際に、微粉化炭酸塩の高 い活性が観察される。同様のことがストロンチウムを含有し、微粉化炭酸ストロ ンチウムを有する酸化物セラミックの製造にも該当する。もちろん炭酸塩をその 他の通常の目的に、例えばガラス製造または別のカルシウム化合物、バリウム化 合物ないしはストロンチウム化合物の製造のために使用することもできる。 結晶成長を防止する薬剤を添加した場合に本方法が有する利点は、生じたカル シウムの懸濁液、SrCO3の懸濁液ないしはBaCO3の懸濁液を直ちに後処理 する必要がなく、所望の場合には数日間にわたり放置しておくことができ、その 際に結晶成長は観察されないことである。 以下の例は本発明をさらに詳しく説明するが、その範囲を制限するものではな い。例1: 微粉化炭酸バリウムの製造 炭素で還元した硫酸バリウムから得られた硫化バリウムを水で浸出した。生じ た水酸化バリウム溶液は、Ba(OH)2約0.34モル/lの濃度を有してい た。温度は約50℃であった。該溶液を1時間当たり400lならびに50℃に 予熱した二酸化炭素を1時間当たり6m3の量でローター−ステーターの原理で 運転するミキサーに導入した。該ミキサー中で、互いにかみ合う手段により加え られる剪断力および摩擦力を、沈殿する炭酸バリウムに加え、炭酸バリウムの極 めて小さな粒子を形成させる。ホモジナイザーから出ていく該炭酸バリウムの懸 濁液を後反応させずに脱イオン水で洗浄し、固体分離のために遠心分離し、かつ 約110℃で乾燥した。結晶成長を防止する薬剤の添加は行わなかった。 得られた生成物をBET表面積および粒度分布に関 して調査した。平均的なBET表面積は9.8m2/gであり、粒度分布に関し ては粒子の90%が0.2〜0.7μmの大きさの範囲であることが確認された 。例2: 1リットル当たり0.5モルの濃度の溶液で例1を繰り返した。結果は例1で 得られた結果と同様であった。例3: 例1を繰り返したが、ただしこの場合、溶液および二酸化炭素の接触前の温度 は80℃であった。得られた結果は例1で得られた結果と同様であった。例4: 微粉化炭酸バリウムの製造;生成物中のクエン酸アンモニウムの濃度:100 重量%として設定したBaCO3に対して0.5重量%。 クエン酸アンモニウム溶液の製造: クエン酸930gを脱イオン水2lに溶解し、かつ25重量%のNH3含有塩 化アンモニウム溶液をpH値が6.8になるまで添加した(このために塩化アン モニウム溶液約1lを使用した)。 Ba(OH)2溶液の製造および炭酸塩化: 炭素で還元した硫酸バリウムから得られた硫化バリウムを水で浸出した。生じ た水酸化バリウム溶液を、1l当たりBa(OH)2約0.34モルの濃度に調 整した。温度は約50℃であった。該溶液を1時間当た り400lならびに50℃に予熱した二酸化炭素を1時間当たり6m3の量でホ モジナイザーに導入した。該ホモジナイザー内で加えられる剪断力および摩擦力 を沈殿する炭酸バリウムに加え、炭酸バリウムの極めて小さな粒子を形成させた 。ホモジナイザーから出ていく該炭酸バリウム懸濁液にクエン酸アンモニウム溶 液を添加した。該溶液の量は、100重量%として設定したBaCO3に対して 、完成した生成物がクエン酸塩0.5重量%を含有するように量った。次いでB aCO3の懸濁液およびクエン酸塩溶液の混合物を脱イオン水で洗浄し、脱水の ために遠心分離し、かつ約130℃で乾燥させた。引き続き粉砕した。 得られた生成物をBET表面積および粒度分布に関して調査した。平均的なB ET表面積は11m2/gであり、粒度分布に関しては粒子の90%が0.4μ m以下、100%が0.7μm以下であることが確認された。例5: 生成物中のクエン酸塩濃度:100重量%として設定したBaCO3に対して 2.0重量%。 生成物中のクエン酸塩濃度を2.0重量%に調整して例4を繰り返した。該生 成物は例4で得られた生成物と同様であった。例6: 生成物中のクエン酸塩濃度:0.2重量% 例4を繰り返したが、ただしこの場合100重量%として設定したBaCO3 に対して、完成した生成物中のクエン酸塩濃度を、クエン酸塩0.2重量%に調 整した。得られた生成物は例4で得られた生成物と同様であった。例7: マレイン酸アンモニウムの使用下での微粉化BaCO3の製造 マレイン酸塩溶液の製造: 30重量%のマレイン酸含有水溶液に25重量%のNH3含有塩化アンモニウ ム溶液を添加し、pH値を6.8にした。 その他の方法は例4と同様に行った。得られた微粉化BaCO3は例4の生成 物と比較可能であったが、ただし100重量%として設定したBaCO3に対し て、マレイン酸バリウムを0.5重量%の量で含有していた。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L U,MC,NL,PT,SE),JP,KR,US (72)発明者 ヤイ ヴォン パルク ドイツ連邦共和国 ゲッティンゲン ブレ スラウアー シュトラーセ 19 (72)発明者 ハンス ガーベル ドイツ連邦共和国 カースバッハ ヘーデ ンブッシュヴェーク 7

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.微粒子状のアルカリ土類金属炭酸塩EaCO3の製造方法において、粒子 の少なくとも95%が1.0μm以下の直径を有し、かつEaがBaまたはSr を表し、この場合Ea(OH)20.1〜0.75モル/lの濃度を有するEa (OH)2溶液にCO2を添加して反応混合物を形成させ、その際に溶液1リット ル当たり約2〜30lのCO2ガスを使用し、反応混合物を連続的に運転する撹 拌反応器に送り、該反応器内で、互いにかみ合う手段の剪断力および摩擦力を高 い相対速度で反応混合物に加え、反応器の通過後に反応混合物から生じたEaC O3を分離し、乾燥することを特徴とする、微粒子状のアルカリ土類金属炭酸塩 の製造方法。 2.BaCO3を製造する、請求項1に記載の方法。 3.分離したSrCO3ないしはBaCO3を乾燥の前に水で1回以上洗浄する 、請求項1に記載の方法。 4.SrCO3ないしはBaCO3の沈殿を、CO2を添加した溶液中0℃〜1 30℃、有利には40〜130℃の範囲の温度で実施する、請求項1に記載の方 法。 5.ローターの回転数が2000〜8000回転/分である、請求項1に記載 の方法。 6.反応混合物の撹拌反応器内での滞留時間が5秒 までである、請求項1に記載の方法。 7.沈殿の前、沈殿の間および/または沈殿の後に結晶成長を防止する薬剤を 添加する、請求項1に記載の方法。 8.合計で3〜12個の炭素原子ならびに少なくとも2個のCOOH基または 少なくとも2個のOH基を有するカルボン酸のアンモニウム塩およびアルキルア ンモニウム塩を含む群から選択された結晶成長を防止する薬剤の使用下で、Ea (OH)20.1〜0.75モル/lの濃度を有するEa(OH)2溶液にCO2 を添加して反応混合物を形成させ、その際に溶液1リットル当たり約2〜30l のCO2ガスを使用し、反応混合物を撹拌反応器に送り、該反応器内で剪断力お よび摩擦力を反応混合物に加え、該装置の通過後に反応混合物から生じたEaC O3、つまりBaCO3またはSrCO3を分離し、かつ乾燥させる、請求項1ま たは7に記載の微粒子状のBaCO3またはSrCO3の製造方法。 9.クエン酸、リンゴ酸、アジピン酸、グルコン酸、グルカル酸、グルクロン 酸、酒石酸またはマレイン酸のアンモニウム塩またはアルキルアンモニウム塩、 有利にはクエン酸またはマレイン酸のアンモニウム塩を使用する、請求項8に記 載の方法。 10.クエン酸水溶液またはマレイン酸水溶液にNH3を導入することにより 、またはNH3水溶液を添加 することによりpH値を6〜8にして製造したクエン酸アンモニウムまたはマレ イン酸アンモニウムを使用する、請求項9に記載の方法。 11.カルボン酸塩を水溶液の形で使用する、請求項8、9または10に記載 の方法。 12.製造したEaCO3または製造するべきEaCO3に対して、カルボン酸 塩を少なくとも0.01重量%、有利には0.01〜5重量%の量で使用する、 請求項8に記載の方法。 13.反応混合物の反応器の通過後直ちにカルボン酸塩を添加する、請求項8 に記載の方法。 14.請求項1から13までのいずれか1項に記載の方法により、合計で3〜 12個の炭素原子ならびに少なくとも2個のCOOH基または少なくとも2個の OH基を有するカルボン酸のアンモニウム塩およびアルキルアンモニウム塩を含 む群から選択された結晶成長を防止する薬剤の使用下で得られ、粒子の少なくと も95%、有利には少なくとも99%、特に100%が1.0μm以下の直径を 有する、微粒子状の、3〜30m2/gの範囲のBET表面積を有するBaCO3 、3〜50m2/gの範囲のBET表面積を有するSrCO3。 15.リンゴ酸、アジピン酸、クエン酸、グルコン酸、グルカル酸、グルクロ ン酸、酒石酸またはマレイン酸のアンモニウム塩またはアルキルアンモニウム塩 が使用された、請求項1に記載のBaCO3またはSrCO3。 16.請求項1から6までのいずれか1項に記載の方法により得られ、かつ結 晶成長を防止する薬剤を含有せず、粒子の少なくとも90%が0.1〜1.0μ mの範囲の直径を有し、3〜30m2/gの範囲のBET表面積を有する微粒子 状のBaCO3、3〜50m2/gの範囲のBET表面積を有する微粒子状のSr CO3。 17.熱的な固体反応のため、特に電気的および磁気的応用のための酸化物含 有セラミック材料の製造のため、特に酸化物の超伝導体、サーミスタ、コンデン サの製造のための、請求項14から16までのいずれか1項に記載の炭酸バリウ ムの使用。 18.熱的な固体反応のため、特に電気的および磁気的応用のための酸化物含 有セラミック材料の製造のために、特に酸化物の超伝導体、サーミスタ、コンデ ンサの製造のための、請求項14から16までのいずれか1項に記載の炭酸スト ロンチウムの使用。
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