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Lernmaterialien für Management saurer Minenwässer an der RWTH Aachen

Greife auf kostenlose Karteikarten, Zusammenfassungen, Übungsaufgaben und Altklausuren für deinen Management saurer Minenwässer Kurs an der RWTH Aachen zu.

TESTE DEIN WISSEN

Nennen Sie die drei wesentlichen Mechanismen, die die Diffusion von Sauerstoff in Bergehalden beeinflussen.


Lösung anzeigen
TESTE DEIN WISSEN
  • Diffusionsbedingte Oxidationsrate & Gradient durch Sauerstoffzehrung --> Gradient wird durch Oxidation herbeigeführt --> Ohne Oxidation kein Gradient, ohne Gradient keine
  • Temperatur, Radius der Teilchen und Viskosität (1. Diffusionsgesetz)
  • Diffusion abhängig vom lufterfüllten Porenraum (Diffusion deutlich schneller durch luftgefüllte Poren als durch wassergesättigte Poren)
  • Diffusionsgeschwindigkeit abhängig von Konzentrationsunterschied und Entfernung


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TESTE DEIN WISSEN

Wasser: 200mg/L Eisen, pH 3,2 und 4000mg/L Sulfat. Warum nicht ODAS sondern DAOS?

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TESTE DEIN WISSEN

Anpassung von ODAS an spezielle Standortbedingungen: 


  • ODAS = 1. Oxidation 2. Dosierung Alkali 3. Sedimentation
  • DAOS = 1. Dosierung Alkali 2. Oxidation 3. Sedimentation
    • Erhöhung des pH-Werts für extrem saure Wässer zur Beschleunigung der Oxidation von Fe und Mn
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TESTE DEIN WISSEN

Welchen Einfluss hat der pH-Wert auf die Sulfidoxidation?

Lösung anzeigen
TESTE DEIN WISSEN

Generell (Gesamtbetrachtung)

  • Mit sinkendem pH nimmt die Umsatzrate und AMD-Bildung im Gestein zu --> gebunden an den Abbau verschiedener Puffersysteme (siehe Grafik oben)

Sulfidoxidation (Betrachtung bezogen auf Sulfidmineral)

  • 1. Ordnung: Abiotische Sulfidoxidationsrate nimmt im Sauren (pH < 4) mit steigendem Fe(III) zu (Je mehr Fe(III), desto schneller)
  • 0. Ordnung: Sauerstoff und Protonen (pH) haben kaum Einfluss auf die Oxidationsrate

Fe(II)-Oxidation

  • Fe(III) ist ratenbegrenzender Faktor für Sulfidoxidation (pH > 3)
  • Fe(II)-Oxidation abhängig von O2 (1. Ordnung) und pH (2. Ordnung)
    • Je saurer ein System, desto langsamer oxidiert Fe2+ zu Fe3+ (abiotisch) (Gleichung (2))
    • Rückreaktion kommt zum Erliegen/wird zu langsam, wenn der ph-Wert zu niedrig ist bzw. das System zu sauer ist

--> Hier kommen eisenoxidierende Bakterien hinzu

  • MO fungiert als Katalysator der Fe2+-Oxidation/Rückreaktion bei niedrigem ph-Wert und hält somit Umsatzraten in saurem System hoch
  • MO gewinnen Energie aus Fe(II)-Oxidation
  • Saures Milieu günstig für MO, da Fressfeinde zunehmend fehlen
  • Ohne MO würde Fe2+-Oxidation/Rückreaktion bei ph < 3-4 zum Erliegen kommen
  • siehe Rückreaktion


--> Der bremsende Einfluss auf die abiotische Fe(II)-Oxidation wird durch den Einfluss der eisenoxidierenden MO überproportional ausgeglichen --> Höhere Raten der Fe(II)-Oxidation im sauren & biotischen als im neutralen & abiotischen

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TESTE DEIN WISSEN

Definition water-making

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TESTE DEIN WISSEN
  • Alles was untertätig an Wasser anfällt, fließt dem Bergbau zu und muss rausgepumpt werden, sonst säuft Grube ab
  • Wenn Water Make nicht funktioniert, kann der Bergbaubetrieb nicht arbeiten
  • Verhindern von:
    • Treibsand
    • Hangversagen --> Wegbrechen von Böschungen
    • Ausfall der Hydraulikbasis
  • Vollständiges trockenlegen von Gebirgen nicht möglich
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TESTE DEIN WISSEN

Erläutern Sie den „Humidity Cell Test“

Lösung anzeigen
TESTE DEIN WISSEN
  • Kinetischer Test zur Bewertung Bewerten wann die Säurefreisetzung stattfindet und welche Elemente von der Probe freigesetzt werden
  • Natürliche Verwitterung wird nachgestellt zum Abschätzen von Langzeit-Säurebildungsverhalten
  • Versuch läuft über mehrere Jahre damit Langzeitwirkungen betrachtet werden können (Sind Pufferungen irgendwann aufgebraucht?)
  • Durchführung während des Bergbaubetriebs
  • Ablauf
    1. Trockene Luft auf Probe
    2. Feuchte Luft auf Probe
    3. Probe mit Wasser durchspülen
    4. Analytik des Spülwasser
  • Feuchte Luft reicht für Sulfidoxidation und zur Bildung von Coatings
    • Coatings verlangsamen die Reaktion
    • Plötzlicher Regen oder mechanische Bewegung lassen Coatings abplatzen
      • Spülwasser simuliert einen heftigen Platzregen
  • Methode mit Coatings ist also nur geeignet, für Material da nicht bewegt und trocken gelagert werden (z.B. in Südamerika)
  • Aufschluss darüber inwieweit Coatings die Entstehung von AMD verhindern, auch wenn es zu Regenfällen etc kommt.
    • Habe ich genug Coatings um ggf. abplatzen zu kompensieren?
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TESTE DEIN WISSEN

Welchen Einfluss haben Mikroorganismen auf die Entstehung von AMD?

Lösung anzeigen
TESTE DEIN WISSEN

Eisenoxidierende Bakterien wie Acidithiobacillus ferrooxidans fungieren als Katalysator der Fe(II)-Oxidation/Rückreaktion bei niedrigem ph-Wert und hält Umsatzraten von Fe(II)-Oxidation und damit auch die Sulfidoxidation in saurem System hoch

  • MO gewinnen Energie aus Fe(II)-Oxidation
  • Saures Milieu günstig für MO, da Fressfeinde zunehmend fehlen
  • Ohne MO würde Fe(II)-Oxidation/Rückreaktion bei ph < 3-4 zum Erliegen kommen --> ratenlimitierenden Reaktion für die Sulfidoxidation.


Der bremsende Einfluss auf die abiotische Fe(II)-Oxidation wird durch den Einfluss der eisenoxidierenden Bakterien überproportional ausgeglichen --> Höhere Raten der Fe(II)-Oxidation im sauren & biotischen als im neutralen & abiotischen

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TESTE DEIN WISSEN

Vier Kritikpunkte an Sobek-Test

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TESTE DEIN WISSEN

Einschränkungen des Sobek-Tests:

  1. Stotal, beinhaltet auch Ssulfat (AP zu hoch) --> nicht 100% des Schwefels ist sulfidisch, möglich ist z.B., dass der Schwefel als Sulfat vorliegt in durchoxidierten Proben
  2. kein Einfluss der Oxidation, kein Einfluss der Temperatur
  3. Neutralisation der Säure auch durch Nicht-Karbonate (NP zu hoch)
  4. Fe (II) -Oxidation und Fe (III) -Hydrolyse unvollständig (NP zu hoch)
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TESTE DEIN WISSEN

Beschreiben Sie das Vorgehen und das Ziel bei einer Unterwasser-Überdeckung (Wet Cover).

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TESTE DEIN WISSEN

wet cover = Nasse Abdeckung 

  • Konzept: Ablagerung von Abfällen unter einer Wasserdecke von wenigen Metern
  • Umfang: Unterdrückung Oxidation & Ausfällung von Sulfid 
  • Grenzen: bereits oxidierte Rückstände setzen spontan Metalle und Säure im Wasser frei
    • Beispiele: Anderson Lake, Manitoba, Kanada
    • Mindestens 3 m Wassersäule
    • Ausschluss von Sauerstoff bzw. Verringerung der Diffusionsraten für Silikatpufferung 
    • Für humide Gebiete wo Wasserversorgung durchgängig möglich ist
    • Berücksichtigung des Wasserhaushaltes (Versickerung, Verdunstung, Grundwasserneubildung --> darf nicht trockenfallen!)
    • Tailings bleiben nass --> Standfestigkeit muss über Jahre gesichert sein
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TESTE DEIN WISSEN

Ablauf von NAG-Test erläutern

Lösung anzeigen
TESTE DEIN WISSEN
  • NAG = net acid generation = Netto-Säureerzeugung
  • Ablauf:
    • 2,5 g Probe werden auf < 75 µm aufgemahlen um mehr Oberfläche zu schaffen.
    • Zugabe von 250 ml H2O2 (15 %) bei Raumtemperatur.
    • Erhitzen der Probe
    • Nach dem Erhitzen der Probe Titration mit NaOH oder HCl auf pH 7
    • Kontinuierliche Messung der Temperatur & pH-Wert
  • Konzept: Zugabe des starken Oxidationsmittels H2O2. Wenn im Material noch etwas sulfidisches enthalten ist, wird es sofort oxidiert (aus sulfidischem Schwefel entsteht Sulfat, Bei Eisen: Fe II wird zu FE III -> Hydrolyse -> Protonenerzeugung)
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TESTE DEIN WISSEN

Welche Möglichkeiten gibt es den Porendruck durch einen Tailing Pond auf das Dammbauwerk zu verringern?

Lösung anzeigen
TESTE DEIN WISSEN

Einfluss auf die Wasserdruckfläche (Upstream)

  • Damm trocken legen --> Wasserdrucklinie soll tief liegen und zur Basis ableiten, damit der Wasserdruck nicht ins Bauwerk drückt
  1. Wasserstandsregulierung (Pond water location)
  2. Beaching (Beach grain size segregation)
  3. Basisabdichtung (Foundation permeability)
  4. Zurückgehende Durchlässigkeit mit der Tiefe
  5. Slime Layers
  6. Underdrains


Zwischendrainage

  • „Aufteilen“ von Wasser, damit Druck verteilt wird
  • Machbarkeit? Tailing ist nicht befahrbar

Beaching Prozess

  • Wasser & feines (=belastetes) Material in der Mitte sammeln
  • Grobes Material außen (im Damm) sammeln, um Wasserdrucklinie zu entspannen (=Wasserdrucklinie fällt schneller und liegt damit flacher)

Basisabdichtung

  • Soll helfen Wasser weg zu führen

Zurückgehende Durchlässigkeit mit der Tiefe

  • Veränderung der Kornzusammensetzung --> Durchlässigkeit muss überall gleich sein
Lösung ausblenden
TESTE DEIN WISSEN

Beschreiben Sie die Komponenten einer „low maintanance“-Anlage zur Erreichung der Zielvorgabe.

Lösung anzeigen
TESTE DEIN WISSEN
  • Erzeugung von Alkalinität
    • RAPS
    • Compost Wetland
    • OLC
    • ALD
  • Entfernung von Metallen (Fe)
    • Aerobic Wetland (+Sedimentation Pond)
    • SCOOFI
    • Compost Wetland
  • Sulfatreduzierung
    • Compost Wetland 
    • (Bioreaktor)
  • Erhöhung der Wassersättigung des Wassers
    • Kaskade
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TESTE DEIN WISSEN

Es gibt saure Minenwässer aber auch neutrale Wässer mit hohen Sulfatkonzentrationen. Nennen Sie Gründe für deren Entstehung.

Lösung anzeigen
TESTE DEIN WISSEN
  • Oxidationsprodukte von Bleiglanz PbS und Sphalerit ZnS (in Form von Sulfatkomplexen)
    • Bei der Rückreaktion werden Protonen vollständig zur Oxidation von Fe(II) zu Fe(III) verbraucht
    • Ergebnis: Hohe Metallkonzentrationen & hohe Sulfatkonzentration & toxische Schwermetalle (nicht frei verfügbar sondern als Komplexe)
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  • 228151 Karteikarten
  • 5027 Studierende
  • 311 Lernmaterialien

Beispielhafte Karteikarten für deinen Management saurer Minenwässer Kurs an der RWTH Aachen - von Kommilitonen auf StudySmarter erstellt!

Q:

Nennen Sie die drei wesentlichen Mechanismen, die die Diffusion von Sauerstoff in Bergehalden beeinflussen.


A:
  • Diffusionsbedingte Oxidationsrate & Gradient durch Sauerstoffzehrung --> Gradient wird durch Oxidation herbeigeführt --> Ohne Oxidation kein Gradient, ohne Gradient keine
  • Temperatur, Radius der Teilchen und Viskosität (1. Diffusionsgesetz)
  • Diffusion abhängig vom lufterfüllten Porenraum (Diffusion deutlich schneller durch luftgefüllte Poren als durch wassergesättigte Poren)
  • Diffusionsgeschwindigkeit abhängig von Konzentrationsunterschied und Entfernung


Q:

Wasser: 200mg/L Eisen, pH 3,2 und 4000mg/L Sulfat. Warum nicht ODAS sondern DAOS?

A:

Anpassung von ODAS an spezielle Standortbedingungen: 


  • ODAS = 1. Oxidation 2. Dosierung Alkali 3. Sedimentation
  • DAOS = 1. Dosierung Alkali 2. Oxidation 3. Sedimentation
    • Erhöhung des pH-Werts für extrem saure Wässer zur Beschleunigung der Oxidation von Fe und Mn
Q:

Welchen Einfluss hat der pH-Wert auf die Sulfidoxidation?

A:

Generell (Gesamtbetrachtung)

  • Mit sinkendem pH nimmt die Umsatzrate und AMD-Bildung im Gestein zu --> gebunden an den Abbau verschiedener Puffersysteme (siehe Grafik oben)

Sulfidoxidation (Betrachtung bezogen auf Sulfidmineral)

  • 1. Ordnung: Abiotische Sulfidoxidationsrate nimmt im Sauren (pH < 4) mit steigendem Fe(III) zu (Je mehr Fe(III), desto schneller)
  • 0. Ordnung: Sauerstoff und Protonen (pH) haben kaum Einfluss auf die Oxidationsrate

Fe(II)-Oxidation

  • Fe(III) ist ratenbegrenzender Faktor für Sulfidoxidation (pH > 3)
  • Fe(II)-Oxidation abhängig von O2 (1. Ordnung) und pH (2. Ordnung)
    • Je saurer ein System, desto langsamer oxidiert Fe2+ zu Fe3+ (abiotisch) (Gleichung (2))
    • Rückreaktion kommt zum Erliegen/wird zu langsam, wenn der ph-Wert zu niedrig ist bzw. das System zu sauer ist

--> Hier kommen eisenoxidierende Bakterien hinzu

  • MO fungiert als Katalysator der Fe2+-Oxidation/Rückreaktion bei niedrigem ph-Wert und hält somit Umsatzraten in saurem System hoch
  • MO gewinnen Energie aus Fe(II)-Oxidation
  • Saures Milieu günstig für MO, da Fressfeinde zunehmend fehlen
  • Ohne MO würde Fe2+-Oxidation/Rückreaktion bei ph < 3-4 zum Erliegen kommen
  • siehe Rückreaktion


--> Der bremsende Einfluss auf die abiotische Fe(II)-Oxidation wird durch den Einfluss der eisenoxidierenden MO überproportional ausgeglichen --> Höhere Raten der Fe(II)-Oxidation im sauren & biotischen als im neutralen & abiotischen

Q:

Definition water-making

A:
  • Alles was untertätig an Wasser anfällt, fließt dem Bergbau zu und muss rausgepumpt werden, sonst säuft Grube ab
  • Wenn Water Make nicht funktioniert, kann der Bergbaubetrieb nicht arbeiten
  • Verhindern von:
    • Treibsand
    • Hangversagen --> Wegbrechen von Böschungen
    • Ausfall der Hydraulikbasis
  • Vollständiges trockenlegen von Gebirgen nicht möglich
Q:

Erläutern Sie den „Humidity Cell Test“

A:
  • Kinetischer Test zur Bewertung Bewerten wann die Säurefreisetzung stattfindet und welche Elemente von der Probe freigesetzt werden
  • Natürliche Verwitterung wird nachgestellt zum Abschätzen von Langzeit-Säurebildungsverhalten
  • Versuch läuft über mehrere Jahre damit Langzeitwirkungen betrachtet werden können (Sind Pufferungen irgendwann aufgebraucht?)
  • Durchführung während des Bergbaubetriebs
  • Ablauf
    1. Trockene Luft auf Probe
    2. Feuchte Luft auf Probe
    3. Probe mit Wasser durchspülen
    4. Analytik des Spülwasser
  • Feuchte Luft reicht für Sulfidoxidation und zur Bildung von Coatings
    • Coatings verlangsamen die Reaktion
    • Plötzlicher Regen oder mechanische Bewegung lassen Coatings abplatzen
      • Spülwasser simuliert einen heftigen Platzregen
  • Methode mit Coatings ist also nur geeignet, für Material da nicht bewegt und trocken gelagert werden (z.B. in Südamerika)
  • Aufschluss darüber inwieweit Coatings die Entstehung von AMD verhindern, auch wenn es zu Regenfällen etc kommt.
    • Habe ich genug Coatings um ggf. abplatzen zu kompensieren?
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Q:

Welchen Einfluss haben Mikroorganismen auf die Entstehung von AMD?

A:

Eisenoxidierende Bakterien wie Acidithiobacillus ferrooxidans fungieren als Katalysator der Fe(II)-Oxidation/Rückreaktion bei niedrigem ph-Wert und hält Umsatzraten von Fe(II)-Oxidation und damit auch die Sulfidoxidation in saurem System hoch

  • MO gewinnen Energie aus Fe(II)-Oxidation
  • Saures Milieu günstig für MO, da Fressfeinde zunehmend fehlen
  • Ohne MO würde Fe(II)-Oxidation/Rückreaktion bei ph < 3-4 zum Erliegen kommen --> ratenlimitierenden Reaktion für die Sulfidoxidation.


Der bremsende Einfluss auf die abiotische Fe(II)-Oxidation wird durch den Einfluss der eisenoxidierenden Bakterien überproportional ausgeglichen --> Höhere Raten der Fe(II)-Oxidation im sauren & biotischen als im neutralen & abiotischen

Q:

Vier Kritikpunkte an Sobek-Test

A:

Einschränkungen des Sobek-Tests:

  1. Stotal, beinhaltet auch Ssulfat (AP zu hoch) --> nicht 100% des Schwefels ist sulfidisch, möglich ist z.B., dass der Schwefel als Sulfat vorliegt in durchoxidierten Proben
  2. kein Einfluss der Oxidation, kein Einfluss der Temperatur
  3. Neutralisation der Säure auch durch Nicht-Karbonate (NP zu hoch)
  4. Fe (II) -Oxidation und Fe (III) -Hydrolyse unvollständig (NP zu hoch)
Q:

Beschreiben Sie das Vorgehen und das Ziel bei einer Unterwasser-Überdeckung (Wet Cover).

A:

wet cover = Nasse Abdeckung 

  • Konzept: Ablagerung von Abfällen unter einer Wasserdecke von wenigen Metern
  • Umfang: Unterdrückung Oxidation & Ausfällung von Sulfid 
  • Grenzen: bereits oxidierte Rückstände setzen spontan Metalle und Säure im Wasser frei
    • Beispiele: Anderson Lake, Manitoba, Kanada
    • Mindestens 3 m Wassersäule
    • Ausschluss von Sauerstoff bzw. Verringerung der Diffusionsraten für Silikatpufferung 
    • Für humide Gebiete wo Wasserversorgung durchgängig möglich ist
    • Berücksichtigung des Wasserhaushaltes (Versickerung, Verdunstung, Grundwasserneubildung --> darf nicht trockenfallen!)
    • Tailings bleiben nass --> Standfestigkeit muss über Jahre gesichert sein
Q:

Ablauf von NAG-Test erläutern

A:
  • NAG = net acid generation = Netto-Säureerzeugung
  • Ablauf:
    • 2,5 g Probe werden auf < 75 µm aufgemahlen um mehr Oberfläche zu schaffen.
    • Zugabe von 250 ml H2O2 (15 %) bei Raumtemperatur.
    • Erhitzen der Probe
    • Nach dem Erhitzen der Probe Titration mit NaOH oder HCl auf pH 7
    • Kontinuierliche Messung der Temperatur & pH-Wert
  • Konzept: Zugabe des starken Oxidationsmittels H2O2. Wenn im Material noch etwas sulfidisches enthalten ist, wird es sofort oxidiert (aus sulfidischem Schwefel entsteht Sulfat, Bei Eisen: Fe II wird zu FE III -> Hydrolyse -> Protonenerzeugung)
Q:

Welche Möglichkeiten gibt es den Porendruck durch einen Tailing Pond auf das Dammbauwerk zu verringern?

A:

Einfluss auf die Wasserdruckfläche (Upstream)

  • Damm trocken legen --> Wasserdrucklinie soll tief liegen und zur Basis ableiten, damit der Wasserdruck nicht ins Bauwerk drückt
  1. Wasserstandsregulierung (Pond water location)
  2. Beaching (Beach grain size segregation)
  3. Basisabdichtung (Foundation permeability)
  4. Zurückgehende Durchlässigkeit mit der Tiefe
  5. Slime Layers
  6. Underdrains


Zwischendrainage

  • „Aufteilen“ von Wasser, damit Druck verteilt wird
  • Machbarkeit? Tailing ist nicht befahrbar

Beaching Prozess

  • Wasser & feines (=belastetes) Material in der Mitte sammeln
  • Grobes Material außen (im Damm) sammeln, um Wasserdrucklinie zu entspannen (=Wasserdrucklinie fällt schneller und liegt damit flacher)

Basisabdichtung

  • Soll helfen Wasser weg zu führen

Zurückgehende Durchlässigkeit mit der Tiefe

  • Veränderung der Kornzusammensetzung --> Durchlässigkeit muss überall gleich sein
Q:

Beschreiben Sie die Komponenten einer „low maintanance“-Anlage zur Erreichung der Zielvorgabe.

A:
  • Erzeugung von Alkalinität
    • RAPS
    • Compost Wetland
    • OLC
    • ALD
  • Entfernung von Metallen (Fe)
    • Aerobic Wetland (+Sedimentation Pond)
    • SCOOFI
    • Compost Wetland
  • Sulfatreduzierung
    • Compost Wetland 
    • (Bioreaktor)
  • Erhöhung der Wassersättigung des Wassers
    • Kaskade
Q:

Es gibt saure Minenwässer aber auch neutrale Wässer mit hohen Sulfatkonzentrationen. Nennen Sie Gründe für deren Entstehung.

A:
  • Oxidationsprodukte von Bleiglanz PbS und Sphalerit ZnS (in Form von Sulfatkomplexen)
    • Bei der Rückreaktion werden Protonen vollständig zur Oxidation von Fe(II) zu Fe(III) verbraucht
    • Ergebnis: Hohe Metallkonzentrationen & hohe Sulfatkonzentration & toxische Schwermetalle (nicht frei verfügbar sondern als Komplexe)
Management saurer Minenwässer

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