KR20170127836A - 해저 광물 채굴용 리프팅 장치 - Google Patents

Abstract

해저 광물 채굴용 리프팅 장치에 관한 것으로, 해저의 광물을 채굴하는 채굴로봇; 상기 채굴로봇에서 채굴된 광물을 이송시키는 해저펌프; 상기 해저펌프에서 이송된 광물을 각각의 크기별로 선별하는 자이로 스크린; 상기 자이로 스크린에서 선별되어 이송된 광물이 선적되는 채광선;를 마련하여 채광선에 광물을 선별하기 위한 스크린을 설치하지 않아도 되며, 광물의 크기에 따라 분류되어 채광선에서 이루어지는 탈수 공정을 보다 단순화시킬 수 있고, 채광선의 거동이 심하게 발생되는 환경에서도 채광선을 안정적으로 유지시킬 수 있게 되고, 채광선의 거동이 심하게 발생되는 해역에서도 광물 채굴을 보다 안정적으로 채굴 할 수 있다는 효과가 얻어진다.

Description

해저 광물 채굴용 리프팅 장치{Lifting Equipment for Seabed Mineral Mining}

본 발명은 해저 광물 채굴용 리프팅 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 채굴된 광물을 해저에 설치된 스크린에서 선별하여 채굴된 광물의 리프팅 효율을 높이는 해저 광물 채굴용 리프팅 장치에 관한 것이다.

최근 세계 각국은 천연자원 특히 광물자원을 확보하기 위하여 수 많은 인력과 자본을 투자하고 있다.

특히 지상의 광물자원이 고갈됨에 따라 해상으로 눈을 돌리고 있으며 심지어는 이로 인해 영토분쟁까지 벌이고 있는 실정이다.

이러한 해상의 광물자원 중 대표적인 것이 열수광상과 망간단괴이며, 이들은 수심이 1,000m 이상의 심해에 주로 분포하고 있다. 여기서 망간단괴는 태평양의 Clarion-Clipperton 해역의 수심 5,000m 지역에 집중적으로 분포하고 있다.

따라서 심해에서 망간단괴를 채취하기 위해서는 채굴(Mining), 양광(Nodule Lifting) 등의 다양한 분야에서 연구가 진행되고 있다.

종래 망간단괴의 채취방법으로는 광물을 채굴한 후 채광선에 있는 포크레인을 사용하여 광물을 수송바지에 옮겨 이송하였다.

하지만 이와 같은 방법으로는 광물을 이송하는데 시간이 너무 많이 소요된다. 또한 수심이 깊은 해양에서 망간단괴를 채광하고, 앞에 언급한 방법으로 광물을 수송바지로 하역(unloading)할 경우 해상환경(조류, 파도 및 바람)의 악영향으로 채광선과 수송 바지의 운동이 커져 하역 작업을 수행 할 수 없는 경우가 빈번하게 발생할 확률이 높다.

한편 해저에서 채굴된 광물은 양광 작업 시 라이저(riser)를 따라 상승되고, 채굴된 망간단괴는 단괴간의 충돌에 의하여 파쇄되고, 해저면에 존재하는 퇴적물들이 함께 상승된다.

이에 따라 양광된 단괴는 슬러리(Slurry) 형태를 가지므로, 다양한 크기의 입도 분포로 이루어진다. 이에 따라 채광선에는 라이저를 따라 상승된 광물을 크기별로 선별하기 위한 스크린(Screen)이 반드시 설치되고 있다.

이와 같이 채광선에는 스크린을 설치함에 따라 채광선의 설계가 복잡해지고, 다수의 장비를 배치하기 위한 공간을 필요로 하며, 라이저의 거동이 선박의 거동과 직접적으로 연결되어 있어 해상 환경이 열악한 경우 안정적인 채굴이 불가능하게 되는 어려움이 있었다.

예를 들어, 하기 특허문헌 1에는 '해저광물 일시저장용 챔버'가 개시되어 있다.

하기 특허문헌 1에 따른 해저광물 일시저장용 챔버는 해저광물 일시저장용 챔버로서, 상기 챔버는 내부에 공간이 형성된 본체와, 상기 본체에 설치되어 내부 공간의 해수를 배출하기 위한 배수펌프를 포함한다.

하기 특허문헌 2에는 '심해 채굴용 라이저 및 리프트 시스템'이 개시되어 있다.

하기 특허문헌 2에 따른 심해 채굴용 라이저 및 리프트 시스템은 심해 채굴용 시스템으로서, 실질적으로 수평인 점퍼의 단부에 커플링되는 해저 채굴기와, 펌프 모듈에 커플링되는 점퍼와, 상기 펌프 모듈에 커플링되는 라이저 시스템, 그리고 상기 라이저 시스템에 커플링되는 수상선을 포함하고, 해저로부터 고체를 채굴하고 이 고체를 수상선으로 펌핑하게 된다.

대한민국 특허 공개번호 제10-2012-0058974호(2012년 6월 8일 공개) 대한민국 특허 공개번호 제10-2011-0069101호(2011년 6월 22일 공개)

그러나 종래기술 1에 따른 해저광물 일시저장용 챔버는 챔버에 채굴된 광물을 일시 저장함은 물론 채광선 등에 의해 이동시킬 수 있으나, 가요성 파이프 및 양광관에 다수의 서브머지드 펌프를 설치해야 되는 불편함이 있으며, 채광선에 채굴된 광물을 선별하기 위한 스크린을 설치해야 되는 어려움이 있었다.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 해저 채굴로봇에서 채굴된 광물을 해저에 설치된 스크린에서 선별하는 해저 광물 채굴용 리프팅 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 스크린에서 선별된 광물을 다수의 라이저 파이프를 굴곡 없이 설치할 수 있는 해저 광물 채굴용 리프팅 장치를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 해저 광물 채굴용 리프팅 장치는 해저의 광물을 채굴하는 채굴로봇; 상기 채굴로봇에서 채굴된 광물을 이송시키는 해저펌프; 상기 해저펌프에서 이송된 광물을 각각의 크기별로 선별하는 자이로 스크린; 상기 자이로 스크린에서 선별되어 이송된 광물이 선적되는 채광선;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 자이로 스크린에서 선별된 광물을 상기 채광선으로 이송되도록 설치되는 라이저; 상기 라이저의 설치 상태가 안정적으로 유지되도록 상기 라이저의 상단에 설치되는 부력탱크;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 자이로 스크린은 서로 다른 높이에 설치되어 서로 다른 입도를 갖는 다수의 스크린; 상기 다수의 스크린에서 선별된 광물이 각각 이송되도록 설치되는 다수의 라이저;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 자이로 스크린은 상기 해저펌프에 의해 유입된 광물이 수용되는 제1 챔버; 상기 제1 챔버의 상부에 입도가 큰 광물을 선별하도록 설치되는 제1 스크린; 상기 제1 스크린의 입도보다 큰 입도를 갖는 선별된 광물이 이송되도록 상기 제1 챔버의 중앙에 연결되는 제1 라이저; 상기 제1 스크린의 입도보다 작은 입도를 갖도록 선별된 광물이 수용되는 제2 챔버; 상기 제1 스크린의 입도보다 작은 입도를 갖는 광물이 선별되도록 상기 제2 챔버의 상부에 설치되는 제2 스크린; 상기 제2 스크린의 입도보다 큰 입도를 갖는 선별된 광물이 이송되도록 상기 제2 챔버의 중앙에 연결되는 제2 라이저; 상기 제2 스크린의 입도보다 작은 입도를 갖도록 선별된 광물이 수용되는 제3 챔버; 상기 제2 스크린의 입도보다 작은 입도를 갖는 선별된 광물이 이송되도록 상기 제3 챔버의 중앙에 연결되는 제3 라이저;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 라이저 상단에는 상기 라이저를 통해 상승된 선별된 광물이 상기 채광선으로 이송되도록 상기 라이저와 동일 직경으로 이루어진 연결호스가 설치되는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 해저 광물 채굴용 리프팅 장치에 의하면, 채광선에 광물을 선별하기 위한 스크린을 설치하지 않아도 되며, 광물의 크기에 따라 분류되어 채광선에서 이루어지는 탈수 공정을 보다 단순화시킬 수 있고, 채광선의 거동이 심하게 발생되는 환경에서도 채광선을 안정적으로 유지시킬 수 있게 되고, 채광선의 거동이 심하게 발생되는 해역에서도 광물 채굴을 보다 안정적으로 채굴 할 수 있다는 효과가 얻어진다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 해저 광물 채굴용 리프팅 장치를 개략적으로 도시한 구성도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 해저 광물 채굴용 리프팅 장치의 자이로 스크린을 도시한 일부 절결 입체도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 해저 광물 채굴용 리프팅 장치의 자이로 스크린을 도시한 평단면도.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 해저 광물 채굴용 리프팅 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 해저 광물 채굴용 리프팅 장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 해저 광물 채굴용 리프팅 장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 해저 광물 채굴용 리프팅 장치는 해저의 광물을 채굴하는 채굴로봇(10), 상기 채굴로봇(10)에서 채굴된 광물을 이송시키는 해저펌프(20), 상기 해저펌프(20)에서 이송된 광물을 각각의 크기별로 선별하는 자이로 스크린(30), 상기 자이로 스크린(30)에서 선별되어 이송된 광물이 선적되는 채광선(60)을 포함한다.

본 발명의 실시 예에 따른 해저 광물 채굴용 리프팅 장치는 채굴로봇(10)에 의해 해저면에서 채굴된 광물을 각각의 크기별로 선별하여 채광선(50)으로 이송시킨다.

즉, 해저에 설치되는 자이로 스크린(30)에서 채굴된 광물을 각각의 크기로 선별한 다음 라이저를 통해 채광선(60)으로 이송되게 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 해저 광물 채굴용 리프팅 장치는 해저면에서 광물을 채굴하는 채굴로봇(10)를 구비하며, 상기 채굴로봇(10)은 해저면에서 광물을 채굴하는 통상의 것을 사용할 수 있다.

상기 채굴로봇(10)에는 채굴된 광물을 이송시키기 위한 해저펌프(20)가 구비된다. 상기 해저펌프(20)는 채굴로봇(10)에서 채굴된 광물을 공급받아 자이로 스크린(30)으로 이송시킨다.

상기 채굴로봇(10)과 해저펌프(20) 사이에는 광물이 이송되도록 이송호스(21)가 연결되며, 상기 이송호스(21)는 채굴로봇(10)의 이동에 따라 이동되도록 유연한 재질로 이루어진다.

상기 해저펌프(20)의 상측에는 채굴된 광물을 각각의 크기로 선별하는 자이로 스크린(30)이 설치된다. 상기 해저펌프(20)와 자이로 스크린(30) 사이에는 광물을 이송시키는 파이프가 연결됨은 물론이다.

상기 자이로 스크린(30)에는 선별된 광물을 크기별로 이송시키는 라이저가 설치되며, 상기 라이저의 상단에는 부력탱크(50)가 설치된다.

상기 부력탱크(50)는 해수에 의해 라이저가 안정되게 설치된 상태를 유지하도록 설치된다. 즉, 부력탱크(50)는 라이저가 해수 등에 의해 수직으로 설치된 상태를 유지되게 한다.

상기 라이저의 상단에는 라이저를 통해 이송된 광물을 채광선(60)으로 보내는 연결호스(39)가 설치되며, 자이르 스크린(30)에서 선별된 광물을 선적하는 채광선(60)이 마련된다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 해저 광물 채굴용 리프팅 장치의 자이로 스크린을 도시한 일부 절결 입체도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 자이로 스크린(30)은 중앙이 중공으로 비어 있는 도넛(Donut) 형상으로 이루어진다. 이는 자이로 스크린(30)에서 선별된 광물을 이송시키는 다수의 라이저를 일직선으로 설치되도록 하기 위함이다.

즉, 라이저는 일직선으로 배치되게 설치함으로써, 광물의 이송이 원활하게 이루어지도록 한다. 상기 다수의 라이저가 종래와 같이, 자이로 스크린(30)의 외면에 설치되는 경우, 라이저는 광물을 이송시키기 위하여 대략 'ㄷ'자 형상으로 여러 번 굴곡되어 설치되어야 하는데, 라이저를 일직선으로 설치하여 줌으로써 광물의 이송이 보다 원활하게 이루어지도록 한다.

상기 자이로 스크린(30)은 중앙이 빈 중공 형상으로 이루어지며, 서로 다른 크기를 갖는 광물로 선별한다.

상기 자이로 스크린(30)은 서로 다른 높이에 설치되어 서로 다른 입도를 갖는 다수의 스크린(32, 36)과 상기 다수의 스크린(32, 36)에서 선별된 광물이 각각 이송되도록 설치되는 다수의 라이저(33, 36, 38)를 포함한다.

상기 자이로 스크린(30)은 채굴된 광물을 다양한 크기의 입도를 갖는 광물로 선별하는 것으로, 자이로 스크린(30)에는 다수의 스크린(32, 35)이 설치된다.

도 2에서와 같이, 자이로 스크린(30)에는 2개의 스크린(32, 35)이 설치된 것으로 설명하나, 스크린(32, 35)은 필요에 따라 3개 이상으로 설치될 수 있음은 물론이다.

상기 자이로 스크린(30)은 상기 해저펌프(20)에 의해 유입된 광물이 수용되는 제1 챔버(31), 상기 제1 챔버(31)의 상부에 입도가 큰 광물을 선별하도록 설치되는 제1 스크린(32), 상기 제1 스크린(32)의 입도보다 큰 입도를 갖는 선별된 광물이 이송되도록 상기 제1 챔버(31)의 중앙에 연결되는 제1 라이저(33), 상기 제1 스크린(32)의 입도보다 작은 입도를 갖도록 선별된 광물이 수용되는 제2 챔버(34), 상기 제1 스크린(32)의 입도보다 작은 입도를 갖는 광물이 선별되도록 상기 제2 챔버(34)의 상부에 설치되는 제2 스크린(35), 상기 제2 스크린(35)의 입도보다 큰 입도를 갖는 선별된 광물이 이송되도록 상기 제2 챔버(34)의 중앙에 연결되는 제2 라이저(36), 상기 제2 스크린(35)의 입도보다 작은 입도를 갖도록 선별된 광물이 수용되는 제3 챔버(37), 상기 제2 스크린(35)의 입도보다 작은 입도를 갖는 선별된 광물이 이송되도록 상기 제3 챔버(37)의 중앙에 연결되는 제3 라이저(38)를 포함한다.

상기 자이로 스크린(30)은 중앙이 비어 있는 중공 형상으로 이루어지며, 자이로 스크린(30)의 저면에는 해저펌프(20)와 라이저로 연결된다.

상기 자이로 스크린(30)의 하부에는 해저펌프(20)에서 공급된 광물이 저장되도록 제1 챔버(31)가 형성되며, 제1 챔버(31)의 상부에는 입도가 크게 형성된 제1 스크린(32)이 설치된다. 상기 제1 스크린(32)은 제2 챔버(34)와 제2 챔버(37) 사이에 설치되는 제2 스크린(35)의 입도보다 큰 입도로 이루어진다.

즉, 제1 스크린(32)은 제2 스크린(35)에 비하여 입도가 큰 광물을 선별하도록 설치된다.

상기 제1 챔버(31)에는 제1 스크린(32)에 의해 선별된 광물을 채광선(60)으로 이송되도록 제1 라이저(33)가 설치된다. 상기 제1 라이저(33)는 제1 챔버(31)의 중앙으로 연결 설치된다.

또한 제1 스크린(32)을 통과한 광물은 제2 챔버(34)에 채워지게 되며, 제2 챔버(34)의 상부에는 광물을 선별하기 위한 제2 스크린(35)이 설치된다. 상기 제2 챔버(34)에는 제1 스크린(32)을 통과하면서 선별된 광물을 채광선(60)으로 이송되도록 제2 라이저(36)가 설치된다.

상기 제2 라이저(36)는 제2 챔버(34)의 중앙으로 연결 설치된다.

상기 제2 챔버(34)의 상부에는 제2 스크린(36)을 통과한 광물이 채워지는 제3 챔버(47)가 설치되며, 제3 챔버(47)에는 제3 라이저(38)가 설치된다. 상기 제3 라이저(38)는 제2 스크린(35)을 통과한 광물이 채광선(60)으로 이송되도록 설치된다.

이들 제1 챔버(31), 제2 챔버(34) 및 제3 챔버(37)는 동일한 크기로 이루어지거나 서로 다른 크기로 이루어질 수 있다. 제1 챔버(31)는 입도가 큰 광물이 채워지게 되므로 제2 챔버(34) 또는 제3 챔버(37)에 비하여 비교적 큰 공간을 갖도록 형성될 수 있다.

이들 제1 챔버(31), 제2 챔버(34) 및 제3 챔버(37)는 제1 챔버(31) > 제2 챔버(34) > 제3 챔버(37)의 크기 순으로 이루어질 수 있다.

또한 제1 스크린(32)과 제2 스크린(35)은 제1 스크린(32)의 입도가 제2 스크린(35)의 입도에 비하여 보다 큰 크기의 입도로 이루어진다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 해저 광물 채굴용 리프팅 장치의 자이로 스크린을 도시한 평단면도이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1 라이저(33), 제2 라이저(36) 및 제3 라이저(38)는 동일한 직경으로 이루어지거나 이송되는 광물의 크기에 따라 다른 직경으로 이루어질 수 있다.

아울러 이들 제1 라이저(33), 제2 라이저(36) 및 제3 라이저(38)는 자이로 스크린(30)의 중앙으로 집중되는 라이저 번들 형태로 설치된다.

다음 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 해저 광물 채굴용 리프팅 장치의 작동방법을 설명한다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 해저 광물 채굴용 리프팅 장치는 채굴로봇(10)에서 해저면에 매립되어 있는 광물을 채굴하게 된다. 상기 채굴로봇(10)에 의해 채굴된 광물은 채굴로봇(10)에 해저펌프(20)로 공급된다.

상기 해저펌프ㅍ20)로 공급된 광물은 해저펌프(20)의 구동에 의해 자이로 스크린(30)로 이송되며, 자이로 스크린(30) 내부로 유입된 광물은 제1 스크린(32)과 제2 스크린(35)에 의해 순차적으로 선별된다.

상기 제1 챔버(31)로 유입된 광물은 제1 스크린(32)을 통과하지 못하는 제1 챔버(31)에 남게 되고, 제1 스크린(32)의 입도보다 작은 광물은 제1 스크린(32)을 통과하여 제2 챔버(34)로 이송된다.

또한 제1 챔버(31)에 남은 광물은 제1 챔버(31)에 설치된 제1 라이저(33)를 통해 채광선(60)으로 이송된다.

상기 제2 챔버(34)로 이송된 광물은 제2 스크린(36)을 통과하지 못하는 제2 챔버(34)에 남게 되고, 제2 스크린(35)의 입도보다 작은 광물은 제2 스크린(36)을 통과하여 제3 챔버(37)로 이송된다.

상기 제2 챔버(34)에 남은 광물은 제2 챔버(34)에 설치된 제2 라이저(36)를 통해 채광선(60)으로 이송된다.

아울러 제3 챔버(37)로 이송된 광물은 제3 라이저(38)를 통해 채광선(60)으로 이송된다.

이들 제1 라이저(33), 제2 라이저(36) 및 제3 라이저(38)는 하나의 번들 형태로 설치되어 각각 다른 크기를 갖는 광물을 이송하게 된다.

이와 같은 다수의 라이저는 부력탱크(50)에 의해 설치된 상태를 안정적으로 유지하게 되며, 라이저에서 이송된 광물은 연결호스(39)를 통해 채광선(60)으로 이송되며, 선별된 광물은 채광선(60)에 각각 다른 위치에 적재되어 수송선(미도시) 등에 의해 운송된다.

이렇게 채광선(60)에는 광물을 선별하기 위한 스크린을 설치하지 않아도 되므로, 채광선(60)에 다른 장비를 설치할 수 있는 공간을 확보할 수 있다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

10: 채굴로봇 20: 해저펌프
21: 이송호스 30: 자이로 스크린
31: 제1 챔버 32: 제1 스크린
33: 제1 라이저 34: 제2 챔버
35: 제2 스크린 36: 제2 라이저
37: 제3 챔버 38: 제3 라이저
39: 연결호스 50: 부력탱크
60: 채광선

Claims (5)

1. 해저의 광물을 채굴하는 채굴로봇;
   상기 채굴로봇에서 채굴된 광물을 이송시키는 해저펌프;
   상기 해저펌프에서 이송된 광물을 각각의 크기별로 선별하는 자이로 스크린;
   상기 자이로 스크린에서 선별되어 이송된 광물이 선적되는 채광선;을 포함하는 것을 특징으로 하는 해저 광물 채굴용 리프팅 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 자이로 스크린에서 선별된 광물을 상기 채광선으로 이송되도록 설치되는 라이저;
   상기 라이저의 설치 상태가 안정적으로 유지되도록 상기 라이저의 상단에 설치되는 부력탱크;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해저 광물 채굴용 리프팅 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 자이로 스크린은 서로 다른 높이에 설치되어 서로 다른 입도를 갖는 다수의 스크린;
   상기 다수의 스크린에서 선별된 광물이 각각 이송되도록 설치되는 다수의 라이저;를 포함하는 것을 특징으로 하는 해저 광물 채굴용 리프팅 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 자이로 스크린은 상기 해저펌프에 의해 유입된 광물이 수용되는 제1 챔버;
   상기 제1 챔버의 상부에 입도가 큰 광물을 선별하도록 설치되는 제1 스크린;
   상기 제1 스크린의 입도보다 큰 입도를 갖는 선별된 광물이 이송되도록 상기 제1 챔버의 중앙에 연결되는 제1 라이저;
   상기 제1 스크린의 입도보다 작은 입도를 갖도록 선별된 광물이 수용되는 제2 챔버;
   상기 제1 스크린의 입도보다 작은 입도를 갖는 광물이 선별되도록 상기 제2 챔버의 상부에 설치되는 제2 스크린;
   상기 제2 스크린의 입도보다 큰 입도를 갖는 선별된 광물이 이송되도록 상기 제2 챔버의 중앙에 연결되는 제2 라이저;
   상기 제2 스크린의 입도보다 작은 입도를 갖도록 선별된 광물이 수용되는 제3 챔버;
   상기 제2 스크린의 입도보다 작은 입도를 갖는 선별된 광물이 이송되도록 상기 제3 챔버의 중앙에 연결되는 제3 라이저;를 포함하는 것을 특징으로 하는 해저 광물 채굴용 리프팅 장치.
5. 제3항에 있어서,
   상기 라이저 상단에는 상기 라이저를 통해 상승된 선별된 광물이 상기 채광선으로 이송되도록 상기 라이저와 동일 직경으로 이루어진 연결호스가 설치되는 것을 특징으로 하는 해저 광물 채굴용 리프팅 장치.
   

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