本文摘要：摘要:闡述了我國(guó)鋁土礦的資源儲(chǔ)量與進(jìn)口情況，介紹了我國(guó)鋁土礦資源類型與特點(diǎn)，并分析了鋁土礦資源開(kāi)發(fā)存在的問(wèn)題。針對(duì)我國(guó)鋁土礦資源較為豐富但質(zhì)量差的特點(diǎn)，總結(jié)了所采用的鋁土礦選礦方法。并從鋁土礦選礦脫硅、高鐵鋁土礦鋁鐵分離與高硫鋁土礦脫硫、鋁
摘要:闡述了我國(guó)鋁土礦的資源儲(chǔ)量與進(jìn)口情況，介紹了我國(guó)鋁土礦資源類型與特點(diǎn)，并分析了鋁土礦資源開(kāi)發(fā)存在的問(wèn)題。針對(duì)我國(guó)鋁土礦資源較為豐富但質(zhì)量差的特點(diǎn)，總結(jié)了所采用的鋁土礦選礦方法。并從鋁土礦選礦脫硅、高鐵鋁土礦鋁鐵分離與高硫鋁土礦脫硫、鋁土礦選礦尾礦和廢水處理三個(gè)方面分析了目前鋁土礦選礦存在的工藝技術(shù)問(wèn)題。建議立足國(guó)內(nèi)資源，淘汰落后產(chǎn)能，推進(jìn)鋁土礦選礦與尾礦和赤泥的資源化利用研究，并加大利用國(guó)外鋁土礦資源力度以及開(kāi)發(fā)利用其他鋁資源。
關(guān)鍵詞:鋁土礦,選礦,脫硅,鋁鐵分離,脫硫,尾礦,赤泥
引言
鋁屬輕金屬，是僅次于鋼鐵的第二大金屬材料，是現(xiàn)代高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵支撐材料[1，2]。自然界中含鋁礦物和巖石種類豐富，目前已知的鋁礦物和含鋁礦物多達(dá)250種，其中主要有鋁土礦、高嶺土、紅柱石、霞石、明礬石和冰晶石等，這些礦物及巖石都可以作為提取鋁的原料，然而到目前為止，具有商業(yè)開(kāi)采價(jià)值的原料主要是鋁土礦。鋁土礦是鋁產(chǎn)業(yè)鏈條發(fā)展的源頭，是鋁行業(yè)健康發(fā)展的資源保障。
隨著我國(guó)工業(yè)化經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，近年來(lái)我國(guó)已成為世界第一大鋁生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，2017年我國(guó)電解鋁和氧化鋁產(chǎn)量均占全球的50%以上，相應(yīng)也是全球鋁土礦消耗量最大的國(guó)家。近年來(lái)，鋁土礦資源已成為我國(guó)緊缺的大宗礦產(chǎn)之一。中國(guó)是世界鋁土礦進(jìn)口大國(guó)，2017年對(duì)外依存度已超過(guò)50%，并且在繼續(xù)升高[3]。
我國(guó)鋁土礦質(zhì)量較差，大部分都是加工困難、耗能高的一水硬鋁石，其中相當(dāng)一部分鋁土礦中的硅、硫和鐵等有害雜質(zhì)含量過(guò)高，必須采用選礦方法進(jìn)行除雜后，才能直接用于拜耳法生產(chǎn)氧化鋁[4-7]。因此，對(duì)中國(guó)鋁土礦的資源現(xiàn)狀和鋁土礦選礦技術(shù)現(xiàn)狀以及存在的問(wèn)題進(jìn)行綜合分析，并提出合理的開(kāi)發(fā)建議，對(duì)促進(jìn)中國(guó)鋁土礦的開(kāi)發(fā)利用和提高資源保障能力具有重要的理論意義和實(shí)踐意義。
1我國(guó)鋁土礦資源現(xiàn)狀
1.1鋁土礦資源儲(chǔ)量與進(jìn)口情況
我國(guó)鋁土礦儲(chǔ)量約為10億t，僅占世界儲(chǔ)量的3%。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)鋁土礦儲(chǔ)量遠(yuǎn)低于幾內(nèi)亞、澳大利亞和巴西三國(guó)，也低于同在亞洲地區(qū)的印度尼西亞和越南兩國(guó)[8]。我國(guó)鋁土礦查明資源儲(chǔ)量分布于19個(gè)省(區(qū))，資源分布比較集中，主要分布在山西、廣西、貴州、河南、重慶以及云南。其中，山西查明資源儲(chǔ)量占比全國(guó)第一，為34.5%，山西、廣西、貴州和河南4省區(qū)的鋁土礦資源儲(chǔ)量占全國(guó)的90%以上[9]。
我國(guó)鋁土礦資源儲(chǔ)量不足，且采選條件不佳;鋁土礦資源保障能力不足，資源安全問(wèn)題凸顯。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)正在以全球3%的儲(chǔ)量生產(chǎn)著全球25%左右的鋁土礦，靜態(tài)可采年限遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于世界102年的平均水平，僅為14年[10]。
隨著工業(yè)化加速發(fā)展，國(guó)產(chǎn)氧化鋁產(chǎn)量不斷增長(zhǎng)，為了滿足氧化鋁工業(yè)的需要，國(guó)產(chǎn)鋁土礦開(kāi)采量逐年升高，而儲(chǔ)采比卻逐漸下降。2012年我國(guó)鋁土礦產(chǎn)量為3700萬(wàn)t，到2017年已提高到6500萬(wàn)t。目前，我國(guó)是全球第二大鋁土礦生產(chǎn)國(guó)，僅次于澳大利亞。中國(guó)鋁土礦供需形勢(shì)日益嚴(yán)峻，導(dǎo)致鋁土礦已成為我國(guó)緊缺的大宗礦產(chǎn)資源之一，被列入我國(guó)戰(zhàn)略性礦產(chǎn)目錄(原國(guó)土資源部《全國(guó)礦產(chǎn)資源規(guī)劃(2016-2020年)》)[10]。
相對(duì)全球而言，我國(guó)鋁土礦資源較為匱乏，鋁土礦資源保障程度低，可開(kāi)發(fā)利用的后備資源嚴(yán)重不足，對(duì)外依存度大。并且，由于近年來(lái)隨著國(guó)內(nèi)氧化鋁產(chǎn)能的不斷釋放和國(guó)家環(huán)保政策的陸續(xù)出臺(tái)，我國(guó)越來(lái)越多的氧化鋁廠使用進(jìn)口礦作為原料補(bǔ)充。
目前國(guó)內(nèi)共有10家氧化鋁廠使用進(jìn)口鋁土礦，其他氧化鋁企業(yè)有部分也開(kāi)始考慮適量采用進(jìn)口鋁土礦，以補(bǔ)充國(guó)內(nèi)鋁土礦品位差或者供應(yīng)量不足的問(wèn)題，因此未來(lái)進(jìn)口依存度將繼續(xù)提高。2018年起，我國(guó)從幾內(nèi)亞進(jìn)口鋁土礦產(chǎn)量不斷增加，幾內(nèi)亞成為中國(guó)最大的鋁土礦進(jìn)口國(guó)，其次是澳大利亞，其他進(jìn)口國(guó)主要是印度尼西亞、馬來(lái)西亞、加納、越南、巴西和黑山[11]。
1.2鋁土礦資源類型與特點(diǎn)
全球鋁土礦礦床通常可以分為紅土型鋁土礦礦床和沉積型鋁土礦礦床兩大類，中國(guó)在上述兩類基礎(chǔ)上增加了硬水鋁石鋁土礦床-堆積型鋁土礦[2]。國(guó)外如幾內(nèi)亞、澳大利亞、越南、巴西和印度尼西亞等國(guó)家的多數(shù)鋁土礦石以三水鋁石型及三水鋁石-一水鋁石混合型為主，礦石以高鐵、中低硅、高鋁硅比和品質(zhì)好為特點(diǎn)，適于能耗和堿耗低、流程簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低的拜耳法生產(chǎn)氧化鋁[2]。
我國(guó)鋁土礦質(zhì)量較差，大部分都是加工困難、耗能高的一水硬鋁石，這直接導(dǎo)致我國(guó)鋁土礦資源難以應(yīng)對(duì)日益激增的需求。鋁土礦供應(yīng)能力嚴(yán)重不足和供礦品位的迅速下降，導(dǎo)致氧化鋁生產(chǎn)的各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)變差，生產(chǎn)成本上升和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力下降�？偟膩�(lái)看，我國(guó)鋁土礦資源具有如下特點(diǎn):
(1)鋁土礦礦床有古風(fēng)化殼沉積型、堆積型和紅土型三大類型。其中，古風(fēng)化殼沉積型鋁土礦是最主要的類型，儲(chǔ)量占比高于80%，廣泛分布于山西、河南、貴州和廣西等19個(gè)省區(qū);其次是堆積型鋁土礦礦床，主要分布于廣西和云南2個(gè)省區(qū);紅土型鋁土礦礦床最少，主要分布于廣西中南部、海南北部和廣東南部[12]。
(2)相較其他鋁土礦資源豐富的國(guó)家，中國(guó)鋁土礦礦床規(guī)模小，礦山產(chǎn)能規(guī)模均在1000萬(wàn)t/a以下[10，13];并且適合露天開(kāi)采的礦床比例小，據(jù)統(tǒng)計(jì)只占全國(guó)總儲(chǔ)量的34%，且礦體薄、采礦難度大、礦石品位變化大和競(jìng)爭(zhēng)力比較低[3]。
(3)鋁土礦石質(zhì)量較差，大部分都是加工困難、耗能高的一水硬鋁石，占比高達(dá)90%以上。中國(guó)鋁土礦普遍高鋁、高硅、低鐵、低硫、難溶、含硅礦物形態(tài)復(fù)雜，但鋁硅比偏低，各級(jí)儲(chǔ)量中鋁硅比4～6的占49%，大于8的較少;礦石Al2O3品位在40%～60%[3]。
(4)共生和伴生組分多，可綜合開(kāi)發(fā)利用。鋁土礦多與耐火黏土、石灰?guī)r和鐵礦等礦產(chǎn)共生，伴生組分主要有鈮、鉭、鎵、釩、鋰、鈦和鈧等有用元素[3，13]。
(5)我國(guó)鋁土礦資源量多，但基礎(chǔ)儲(chǔ)量少;貧礦、共生與伴生礦多，富礦少[14]。
1.3我國(guó)鋁土礦資源開(kāi)發(fā)中存在的問(wèn)題
隨著中國(guó)氧化鋁建成產(chǎn)能持續(xù)增加，對(duì)鋁土礦的需求量不斷增長(zhǎng)。由于國(guó)內(nèi)鋁土礦資源有限，優(yōu)質(zhì)資源量不斷下降，礦石品位不斷下降，照此趨勢(shì)發(fā)展，我國(guó)鋁土礦資源將面臨枯竭。我國(guó)鋁土礦開(kāi)發(fā)利用中存在以下問(wèn)題:
(1)在勘查開(kāi)采方面:鋁土礦過(guò)量開(kāi)采，靜態(tài)保證年限有限;鋁土礦資源地質(zhì)勘查投入過(guò)少，尚未有一套安全可行的方案;國(guó)企礦山設(shè)備老化，礦石生產(chǎn)成本升高，自采礦缺乏競(jìng)爭(zhēng)力;“采富棄貧”，無(wú)序開(kāi)采，民采礦亂挖濫采，導(dǎo)致高品位礦逐漸枯竭，中低品位礦大量堆棄或成為呆礦，資源嚴(yán)重浪費(fèi)[3，14]。
(2)我國(guó)鋁土礦質(zhì)量較差，大部分都是加工困難和耗能高的一水硬鋁石礦石。并且有相當(dāng)一部分鋁土礦中硅、硫和鐵等有害雜質(zhì)含量過(guò)高，不僅使氧化鋁生產(chǎn)工藝流程復(fù)雜化，且會(huì)使堿耗和電耗及生產(chǎn)成本增加。當(dāng)前，鋁土礦資源供應(yīng)的嚴(yán)重短缺和礦石品位降低，已成為制約我國(guó)氧化鋁工業(yè)發(fā)展的瓶頸[14]。
(3)由于我國(guó)對(duì)鋁土礦需求急劇增加及我國(guó)鋁土礦資源儲(chǔ)量少、質(zhì)量差、加工困難和耗能高的現(xiàn)實(shí)情況，這直接導(dǎo)致我國(guó)鋁土礦資源難以應(yīng)對(duì)日益激增的需求，進(jìn)而導(dǎo)致我國(guó)大量進(jìn)口鋁土礦，資源對(duì)外依存度高。
(4)我國(guó)氧化鋁廠處理鋁土礦每年排放大宗危廢赤泥約1億t，但綜合利用率僅為4%，大量赤泥長(zhǎng)期露天堆存，致使環(huán)境污染嚴(yán)重[15]。大量赤泥無(wú)法有效處理，也已成為制約我國(guó)氧化鋁工業(yè)發(fā)展的瓶頸。
綜上所述，我國(guó)鋁土礦資源保障能力不足，資源安全問(wèn)題和固廢問(wèn)題凸顯;鋁土礦進(jìn)口量逐年增加，對(duì)外依存度不斷提高，受制于人。因此，挖掘國(guó)內(nèi)潛力、解決固廢問(wèn)題和加快海外礦投資成為中國(guó)必須解決的難題，已經(jīng)成為影響我國(guó)鋁工業(yè)持續(xù)發(fā)展的重要問(wèn)題。
2我國(guó)鋁土礦選礦技術(shù)現(xiàn)狀
2.1鋁土礦選礦方法
在拜耳法氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程中，硅、鐵和硫的存在都會(huì)對(duì)生產(chǎn)帶來(lái)不良影響。鋁土礦中的硅在生產(chǎn)氧化鋁溶出時(shí)會(huì)產(chǎn)生鈉硅渣，不但增加堿耗，還會(huì)造成鋁的損失，同時(shí)導(dǎo)致溶出傳熱效率降低、系統(tǒng)蒸發(fā)水量增加、赤泥量增加，從而使得氧化鋁的生產(chǎn)成本提高[16，17];若鋁土礦中鐵含量過(guò)高，會(huì)降低設(shè)備的單機(jī)生產(chǎn)能力和增加生產(chǎn)能耗導(dǎo)致赤泥沉降困難，并且影響到成品氧化鋁的質(zhì)量[18-21];硫的存在不但會(huì)增加堿耗，腐蝕設(shè)備及管道，還會(huì)使氧化鋁產(chǎn)品質(zhì)量變差，而且生產(chǎn)階段硫的累積對(duì)大部分生產(chǎn)工序，如燒結(jié)、溶出、赤泥沉降和蒸發(fā)等產(chǎn)生不利影響，甚至使整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程無(wú)法進(jìn)行[22，23]。
因此，降低鋁土礦中雜質(zhì)的含量，提高鋁土礦石品位，一直是氧化鋁行業(yè)研究的重要課題。鋁土礦選礦的主要任務(wù)是脫硅、脫硫和降鐵，根據(jù)不同礦區(qū)鋁土礦資源特點(diǎn)和礦石性質(zhì)的不同，所適用的工藝流程也各有差異。總體來(lái)講，目前研究與應(yīng)用較多的鋁土礦選別技術(shù)包括鋁土礦浮選脫硅技術(shù)、鋁土礦浮選脫硫技術(shù)、鋁土礦降鐵技術(shù)和鋁土礦選擇性絮凝脫硅技術(shù)等，此外，洗礦是堆積型與紅土型鋁土礦提高鋁硅比常用的工藝[24]。
2.2鋁土礦選礦存在的工藝技術(shù)問(wèn)題
盡管我國(guó)許多研究者都對(duì)鋁土礦選礦進(jìn)行了研究，并取得了一些突破性的進(jìn)展，但畢竟鋁土礦選礦研究起步較晚，諸多研究尚不深入，因此仍存在一些技術(shù)問(wèn)題亟需解決。并且，鋁土礦選礦技術(shù)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化僅十幾年時(shí)間，在工業(yè)生產(chǎn)日趨成熟的同時(shí)，也暴露出一些問(wèn)題尚未得到很好解決，如選礦產(chǎn)品的固液分離、選礦藥劑成本較高、選礦藥劑添加對(duì)廢水循環(huán)利用的影響、常規(guī)浮選機(jī)不適應(yīng)鋁土礦礦石性質(zhì)等[24]。
我國(guó)還沒(méi)有在真正意義上實(shí)現(xiàn)鋁土礦選礦的工業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化，鋁土礦的開(kāi)發(fā)利用存在的工藝技術(shù)問(wèn)題可歸納為以下幾點(diǎn):
(1)鋁土礦選礦脫硅問(wèn)題
為了降低鋁土礦中的硅含量，我國(guó)從20世紀(jì)50年代就開(kāi)始對(duì)鋁土礦選礦脫硅技術(shù)進(jìn)行研究，通過(guò)不斷創(chuàng)新工藝技術(shù)取得了巨大進(jìn)展。化學(xué)選礦脫硅法雖然能夠減少物理選礦脫硅過(guò)程中Al2O3的損失，但流程復(fù)雜、焙燒要求嚴(yán)格、能耗高、液固比大和污染空氣，無(wú)法大范圍的應(yīng)用。
生物選礦脫硅技術(shù)適合處理粒級(jí)細(xì)、膠狀的鋁土礦的脫硅，工藝簡(jiǎn)單、成本低廉且處理量大，但微生物處理周期長(zhǎng)，因此限制生物選礦脫硅技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用范圍，目前主要停留在實(shí)驗(yàn)室階段。浮選脫硅法是當(dāng)前鋁土礦脫硅適用范圍最廣的方法，正浮選法作為主要的選礦脫硅技術(shù)，在技術(shù)方面還存在一定弊端，如正浮選脫硅不符合浮選的“浮少抑多”原則，藥劑用量大;流程循環(huán)量大，不易操作控制;浮選精礦過(guò)濾脫水困難;藥劑的殘留影響氧化鋁的溶出;尾礦處理與綜合利用存在一定難度等[44，45]。
反浮選脫硅雖然較正浮選有藥劑用量少、選礦成本低以及對(duì)后續(xù)氧化鋁溶出影響小等優(yōu)點(diǎn)，但在工業(yè)應(yīng)用上還不夠成熟，其主要原因在于:我國(guó)一水硬鋁石礦含硅脈石礦物種類繁多，可浮性變化大;礦石嵌布關(guān)系復(fù)雜，含硅礦物易泥化而難以處理;鋁土礦反浮選陽(yáng)離子捕收劑選擇性和捕收能力較差[26-28]。
(2)高鐵鋁土礦鋁鐵分離與高硫鋁土礦脫硫
我國(guó)高鐵鋁土礦、高硫鋁土礦的資源儲(chǔ)量豐富。我國(guó)高鐵鋁土礦大多屬于高鐵、低鋁硅比、三水鋁石型鋁土礦，但由于其鋁、鐵的品位較低，鐵礦物和鋁礦物嵌布粒度細(xì)，加之鋁與鐵的地球化學(xué)及晶體化學(xué)性質(zhì)相近，容易形成類質(zhì)同象替代，相互膠結(jié)，嵌布關(guān)系密切，導(dǎo)致礦石內(nèi)部鋁鐵賦存關(guān)系復(fù)雜，大大增加了高鐵鋁土礦選礦的難度。
利用單一的選礦方法(磁選和浮選)不能有效分離鋁和鐵，獲得高品質(zhì)的鋁產(chǎn)品和鐵產(chǎn)品。含硫量大于3%的鋁土礦無(wú)法用于生產(chǎn)氧化鋁。我國(guó)的高品級(jí)鋁土礦中約有55%以上的部分屬于高硫一水硬鋁石型鋁土礦。我國(guó)對(duì)高硫鋁土礦中硫雜質(zhì)的去除研究起步較晚，在高硫鋁土礦選礦脫硫處理方面的研究較少。當(dāng)前，高硫鋁土礦脫硫的方法主要有選礦法脫硫、預(yù)焙燒脫硫、過(guò)程濕法脫硫等，這幾種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，但由于工藝成本問(wèn)題，目前還沒(méi)有較好方法能夠得到工業(yè)應(yīng)用[18，36，46-51]。因此我國(guó)很多高鐵鋁土礦和高硫鋁土礦未能得到有效的開(kāi)發(fā)與利用。
(3)鋁土礦選礦尾礦和廢水處理方面的問(wèn)題
目前的工業(yè)實(shí)踐中，鋁土礦選礦尾礦的固液分離、尾礦堆存及進(jìn)一步利用等問(wèn)題尚未得到很好解決。鋁土礦選礦脫硅尾礦粒度細(xì)、濃度低是任何選礦脫硅方法都不可避免的問(wèn)題，改變選礦方法往往只能改變尾礦的沉降性能，這是由鋁土礦的礦石性質(zhì)所決定的[24]。因此，如何從根本上解決鋁土礦尾礦的處理問(wèn)題是今后需要開(kāi)展的工作，未來(lái)應(yīng)加強(qiáng)鋁土礦選礦脫硅尾礦的處理技術(shù)與方案的研發(fā)[52，53]。
3我國(guó)鋁土礦開(kāi)發(fā)建議
3.1立足國(guó)內(nèi)，對(duì)本土鋁土礦資源合理開(kāi)發(fā)與規(guī)劃
(1)提高勘探技術(shù)水平，加大勘查開(kāi)發(fā)力度;(2)優(yōu)化鋁工業(yè)區(qū)域布局，根據(jù)國(guó)內(nèi)鋁土礦地區(qū)分布情況，對(duì)資源進(jìn)行規(guī)劃與布局;(3)控制開(kāi)采力度與規(guī)模，實(shí)行保護(hù)性開(kāi)采，建立合理的資源儲(chǔ)備機(jī)制;(4)合理規(guī)劃產(chǎn)能，避免重復(fù)建設(shè)造成資源浪費(fèi);(5)進(jìn)一步建立健全鋁土礦資源合理開(kāi)發(fā)利用的相關(guān)法律法規(guī)，規(guī)范鋁土礦開(kāi)發(fā)利用秩序[3，56]。
3.2加大我國(guó)鋁土礦選礦力度
由于我國(guó)優(yōu)質(zhì)鋁土礦資源嚴(yán)重短缺，在資源供應(yīng)方面承受著較大的壓力，故開(kāi)發(fā)利用低品位難選的鋁土礦資源，選擇合理的選礦技術(shù)對(duì)鋁土礦預(yù)處理已成為當(dāng)前緩解鋁土礦供需矛盾和提高鋁工業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的重點(diǎn)。通過(guò)鋁土礦選礦可以達(dá)到脫硅、脫硫、除鐵、脫除其他雜質(zhì)及提高鋁硅比的目的。
高鋁礦石資源除雜后可作高鋁耐火材料，低鋁高硅礦石經(jīng)選礦后可作鋁氧生產(chǎn)原料，達(dá)到資源充分合理的利用。未來(lái)尤其應(yīng)加強(qiáng)選礦技術(shù)研究力度與投入，使我國(guó)大量高鐵鋁土礦達(dá)到高效鋁鐵分離資源化利用以及高硫鋁土礦高效清潔脫除硫雜質(zhì)資源化利用。在我國(guó)鋁土礦資源對(duì)外依存度很高的情況下，合理開(kāi)發(fā)和利用這種高硫和高鐵鋁土礦資源，增加我國(guó)氧化鋁資源的自給率，緩解我國(guó)鋁土礦資源短缺的局面，最終保證氧化鋁工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[4，14]。
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礦土資源論文投稿刊物：《金屬礦山》(月刊)創(chuàng)刊于1966年，由中國(guó)金屬學(xué)會(huì)和中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院聯(lián)合主辦。是向國(guó)內(nèi)外公開(kāi)發(fā)行的綜合性行業(yè)科技及信息交流的國(guó)家重點(diǎn)期刊，是國(guó)內(nèi)創(chuàng)刊最早的一份礦業(yè)類科技期刊。
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