DE4103412A1 - Verfahren zur herstellung von bau- und dichtstoffen aus elektrofilter-, zyklon- und gewebefilteraschen festbrennstoffgefeuerter dampferzeuger (dispersopt-verfahren) - Google Patents
Verfahren zur herstellung von bau- und dichtstoffen aus elektrofilter-, zyklon- und gewebefilteraschen festbrennstoffgefeuerter dampferzeuger (dispersopt-verfahren)Info
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Description
Die als Dispersopt-Verfahren gekennzeichnete Erfindung
betrifft ein Verfahren zur Herstellung von bautechnisch
verwertbaren Körpern bzw. zur Herstellung von Dichtstoffen
im Deponiebau aus Kraftwerksfilteraschen, wobei sowohl
Elektrofilteraschen als auch Kombinationen von Zyklon- und
Gewebefilteraschen oder Zyklon- und Elektrofilteraschen
bzw. -komponenten aus Dampferzeugern mit Rost- und/oder
Mühlenfeuerung einer Verwertung zugeführt werden können.
Das Verfahren beruht auf der Herstellung einer permanent
überschußwasserfreien Dispersion, die durch gezielten Auf
bau der verschiedenen Kornfraktionen auf der Grundlage
einer experimentell zu bestimmenden Wasseranspruchsfunktion
so zu optimieren ist, daß bei Verbrennungsprodukten mittel
deutscher Braunkohle keinerlei zusätzliche Bindemittel
benötigt werden. Die Wasseranspruchsfunktion dient weiter
hin der Qualitätssicherung und -kontrolle im technolo
gischen Prozeß einer Bau- und/oder Dichtstoffherstellung
nach dem bezeichneten Verfahren.
Aus der Patentschrift DD-PS 1 04 600 ist ein Verfahren zur
Verwertung von Filterasche als Bindemittel bekannt, wobei
mit Hilfe einer sulfatischen Anregung der Filterasche mit
Anhydrit ein Baustoff für Verfüllmassen hergestellt wird.
Bekannt ist auch nach DD-PS 48 156 die Möglichkeit, granu
lierte Filteraschen durch Zugabe von Gips und Zement einer
bautechnischen Nutzung zuzuführen.
Die Patentschriften DD-PS 35 222 und 2 23 699 behandeln
ebenfalls die Herstellung von zuschlagsfähigen oder auch
bindenden Aschegranulaten.
Angegeben wird ferner ein Verfahren, nach dem Aschedisper
sionen mittels Rohrleitung auf einen Lagerplatz geleitet
und die bekannten Bindemittel zugesetzt werden
(DD-PS 2 01 816).
Weiter ist ein Verfahren bekannt, bei dem Filterasche des
Wasseranspruchs A/W = 3,5 : 1 mit einem Wasserüberschuß
von ca. 130 g/kg Asche gemischt und auf eine Fläche gepumpt
wird, wobei die gelagerte Asche Wasserfiltrationswerte von
10-6 bis 10-8 m/s und Druckfestigkeiten von 0,7 bis 3 MPa
erreicht.
In der Patentschrift DD 2 44 545 wird ein Verfahren zur Her
stellung von Betonmassen aus Abprodukten beschrieben, wobei
Industrieschlämme und Flugaschen verwendet werden. Dazu
wird einem Industrieschlamm-Wasser-Gemisch ein wasserbin
dender Stoff in Mengen von 20 bis 60 Masse % (Flugasche für
Magerbetone bzw. Flugasche und Zement für Sanierungsmassen,
hinzugefügt.
Die Patentschrift DD 2 44 472 stellt ein Verfahren zur Her
stellung von gefügedichten Aschemörteln und -betonen auf
der Basis von Filter- und Trockenaschen, Zuschlagstoffen
und Bindemitteln vor und erläutert die Herstellung einer
Wasser-Asche-Suspension, in der die Kraftwerksasche dem
Wasser zugegeben wird. Der nachgewiesene Wasseranspruch
W/A = 0,6, d. h. A/W = 1,66 liegt bei den verwendeten Müh
lenkesselaschen im Überschußwasserbereich, woraus eine
schwankende und letztlich nur durch Zementzugaben zu kom
pensierende negative Qualitätsbeeinflussung der hergestell
ten Betone folgt.
Das gleiche Problem beinhaltet die Patentschrift DD 2 44 546,
die ein Verfahren zur Herstellung einer Spezialbetonmasse
vorstellt. Dabei werden Asche-Wasser-Suspensionen mit einem
W/A-Wert von 0,4 bis 1,2, d. h. A/W-Ansprüche von 0,85 bis
2,5 nachgewiesen. Der Suspension wird ein die Erhärtung be
einflussender Stoff von 10 bis 60 Masse %, bezogen auf das
Gesamtgemisch, zugegeben. Lösungsansätze bezüglich einer
Aufarbeitung von Aschen mechanischer Entstaubungsanlagen
(Zyklone, Gewebeabscheider, von Filteraschen rostgefeuerter
Dampferzeuger bzw. von einer Verwertung der Aschen in Ab
hängigkeit vom im Tagesverlauf veränderten Lastverhalten
der Dampfkessel sind nirgendwo erkennbar.
Eine weitere Patentschrift P 39 41 397.7 liegt zur hydro
thermalen Behandlung abgelagerter Aschen vor, deren Ziel
stellung darin besteht, die hydraulisch aktiven Phasen
durch Nachverbrennungs- und Einmahlprozesse zur Erhöhung
der spezifischen Oberflächen zu reaktivieren.
Die an das vorherige Patent anschließende Patentschrift
DE 27 17 240 C2 beschreibt ein Verfahren zur hydraulischen
Abbindung reaktivierter Aschen durch Mahlprozesse von
Filteraschen und Bindemitteln in Zusammenhang mit einer
Druckerhärtung im Autoklaven.
Der Erfindung lag folglich die Aufgabe zugrunde, unter Be
rücksichtigung der Betriebsweise von Kraft- bzw. Heizkraft
werken ein Verfahren zur stabilen Verwertung anfallender
Filteraschen dergestalt zu entwickeln, daß trotz der ge
setzlichen Bestimmungen bezüglich zu realisierender Filter
maßnahmen und des daraus resultierenden erhöhten Asche
anfalls am Standort eine allgemeine Deponieentlastung, eine
globale Entsorgungslösung einschließlich zusätzlicher Ab
produkte (z. B. einer Rauchgasentschwefelung, und die Her
stellung qualitätsbeständiger Produkte für eine Bau- und
Deponietechnik erfolgt.
Es wurde zunächst gefunden, daß Filteraschen bei aufge
brachten Scherbewegungen und spezifischem Wasserzusatz eine
stabile, fließende Dispersion bilden, aus der nach Bewe
gungsende unabhängig von vorhandenen hydraulischen Phasen
auch dann kein Überschußwasser ausfällt, wenn die Schütt
dichten der Aschen - wie bei Filteraschen der im Rostkessel
verbrannten Rohbraunkohle möglich - lediglich 0,35-0,4
t/m3 betragen. Dabei wird der spezifische Wasseranspruch
dadurch fixiert, daß in zeitlichen Abständen während des
Scherprozesses der Aschemenge solange Wasseranteile zuge
setzt werden, bis gerade ein signifikanter Fließeffekt ein
tritt. Die auf diese Weise ermittelten Asche/Wasser-Ver
hältnisse (A/W) bewegen sich je nach Ascheart zwischen
1,2 . . . 2,2 : 1 bei Rostkessel- bzw. zwischen 2,4
. . . 3,8 : 1 bei Mühlenkesselfilteraschen. Letztere weisen folg
lich einen erheblich geringeren Wasseranspruch auf.
Im Ergebnis hydraulischer Erhärtungsversuche mit den ver
fahrensgemäß hergestellten und abgelagerten Filteraschenaß
dispersionen wurde festgestellt, daß Filteraschen aus Mühlenkesseln
ohne, in Grenzen aber auch mit Überschußwasser
erhärten, während auf adäquate Weise hergestellte Körper
aus Rostkesselfilteraschen bereits bei einem Überschußwasser
von 20 g/30 cm2 Oberfläche einen erheblichen Festigkeits
abfall zeigen. Bei zunehmendem Überschußwasser tritt prak
tisch keine hydraulische Verfestigung mehr ein. Es wurde
weiter gefunden, daß überschußwasserfreie, an der Fließober
grenze liegende Dispersionen einen vollständigen Aufschluß
der hydraulischen Phasen ermöglichen, da im hergestellten
Zustand praktisch jedes Aschekorn mit einem unterschied
lich dicken, im Mikrometerbereich liegenden Wasserfilm
vollständig umschlossen ist. Demzufolge sind sowohl der
aschespezifische Wasseranspruch als auch die Vermeidung von
Überschußwasser als Grundforderungen für die Herstellung
geeigneter Aschedispersionen anzusehen.
In Zusammenhang mit dem grundsätzlichen Ausschluß von Über
schußwasser in einer für den Bau- und/oder Dichtstoffeinsatz
aufzubereitenden Filteraschedispersion wird das Problem des
selbst bei kontinuierlicher Siloentnahme ständig wechselnden
Wasseranspruchs - begründet durch völlig zufällige Mischun
gen resp. Entmischungen der Aschekörnungen bei Transport und
Lagerung - dadurch gelöst, daß die Aschen der Filterstufen
1 und 2 eines zweistufigen Elektrofilters getrennt abgeführt
und in verschiedenen Silos gelagert werden. Entsprechend
wird verfahren, wenn die Dampferzeuger mit mechanischen Ent
staubungsanlagen (Zyklon und Gewebeabscheider) ausgerüstet
sind. Bei Vorhandensein von mehrstufigen Elektrofiltern ge
nügt eine Ascheteiltrennung, z. B. die Absonderung der letz
ten Filterstufe bei einem dreistufigen Elektrofilter.
Der optimale Zusammenbau einer Naßdispersion aus getrennt
vorliegenden Filteraschekomponenten erfolgt auf der Basis
einer experimentell gefundenen Wasseranspruchsfunktion, die
- unabhängig von den zu kombinierenden Ausgangsstoffen -
qualitativ immer gleiche Verläufe zeigt.
Bei entsprechend der Beschreibung ermittelten Wasseranspruch
zweier Aschekomponenten (FS1 und FS2 eines Elektrofilters;
Aschen aus Zyklonabscheider und Gewebefilter, die einer dem
Dampfkessel nachgeschalteten Entstaubungsanlage entstammen)
besitzt die Vorreinigungsasche gegenüber der Nachreinigung
stets den geringeren Wasseranspruch, so daß sich aus der
fortlaufenden Mischungsreihe (FS1/FS2) %=90/10; 80/20
. . . 10/90 eine theoretische Wasserbedarfskurve c entspre
chend Fig. 1-4 bestimmen läßt. Werden Aschen aus Dampf
erzeugern unterschiedlicher Bauart bzw. mit verschiedenen
Entstaubungsanlagen und/oder zusätzlich erforderliche Binde
mittel über eine Naßdispersion verknüpft, kann die sich
theoretisch ergebende Kurve c auch einen ansteigenden Ver
lauf aufweisen (Fig. 4).
Im Experiment wird dagegen ein abweichender Kurvenverlauf,
die praktische Wasseranspruchsfunktion der Filteraschedis
persion d gefunden (Fig. 1-4). Diese erreicht in Punkt 1
den maximalen Asche/Wasser-Wert, d. h. einen minimalen Was
seranspruch bezüglich der Dispersion, was aus der Verdich
tung des Hohlraumvolumens der "Grobkorndispersion" durch das
Feinkorn resultiert. Dabei überwiegt trotz steigender spe
zifischer Oberflächen der Dispersion der Anteil des aus dem
Hohlraumvolumen verdrängten Wassers, das bei Nichtbeachtung
des funktionalen Verlaufs am Punkt 1 als Überschußwasser an
fiele.
Bei weiterer Erhöhung des Feinkornanteils um ca. 5% nimmt
der Wasseranspruch der Dispersion infolge Aufbrechens der
adhäsiven Wasserverbindung zwischen den gröberen Körnern
durch vermehrte Feinkornzuführung erheblich zu und erreicht
um Punkt 2 der Wasseranspruchsfunktion ein Gebiet, in dem
sich der Wasseranspruch bei weiterer Erhöhung des Anteils
der Feinkornkomponenten nur unwesentlich ändert. Eine wei
tere Betrachtung der Kurve bleibt außer Acht, da die Verfüg
barkeit der Komponente 2 ohnehin technologische Grenzen
setzt.
Ergebnisse der Baustoffprüfung belegen, daß der Aufbau einer
optimierten Dispersion im Gebiet um Punkt 2 der Wasseran
spruchsfunktion erfolgt. Im Unterschied zur Betontechnologie
stellt der Bereich des geringsten Wasseranspruchs infolge
der sich anschließenden komplexen chemischen Prozesse der
Hydratation (Aushärtung primär aluminat- bzw. aluminatfer
ratischer Phasen der Filteraschedispersion) die untere,
stets zu überschreitende Grenze bezüglich des Anteils der
feinkörnigeren Komponente dar. Eine Fahrweise im Gebiet um
Punkt 2 sichert weiterhin, daß Überschußwasser praktisch
ausgeschlossen wird. Erfolgt eine Gesamtkornbandänderung in
Richtung "gröberen" Bereich, tritt tendenziell leicht kom
pensierbarer Wassermangel auf, während eine Zunahme des
Feinkornanteils kaum Änderungen des Wasseranspruchs der
Dispersion bewirkt. Mit Hilfe der Wasseranspruchsfunktion
erfolgt somit einerseits die Festlegung des optimalen Kör
nungsbereichs der aufzubauenden Dispersion (und damit eine
entsprechende Verteilung der hydraulisch aktiven Phasen über
das gesamte Volumen), die Vermeidung von Überschußwasser als
entscheidende Voraussetzung für den chemischen Aufschluß
dieser Phasen sowie darüber hinaus eine fortlaufende Über
wachung des technologischen Ascheverwertungsprozesses mit
dem Ziel einer Qualitätssicherung der herzustellenden Er
zeugnisse.
Der verfahrensspezifische Aufbau der Dispersion im stabil
überschußwasserfreien Bereich stellt ferner die Voraus
setzung für eine Verwertung hydraulisch inaktiver Aschen in
sofern dar, daß auf Grund des in der Dispersion herrschenden
Wassermangels Komponenten unterschiedlicher Kornrohdichten
ohne Entmischungs- oder Absetzerscheinungen einbezogen wer
den können. Nach Abtrennung der Feinfraktion (ggf. Filter
stufe 3) erfolgt ein Bindemittelzusatz z. B. in Form von
Hüttenzement, Hydratkalk und/oder hydraulisch aktiven Fil
teraschen, deren jeweils prozentualer Anteil über die Was
seranspruchsfunktion festgelegt wird. Bei Verwendung von
Zement oder Hydratkalk entspricht der qualitative Kurven
verlauf Fig. 4, wobei aus ökonomischen Gründen sinnvoll
ein Betrieb im Bereich zwischen Punkt 2 und 1 der Wasser
anspruchsfunktion (Zielrichtung Punkt 1) anzustreben ist.
Weiterhin besteht die Möglichkeit, inerte Materialien wie
z. B. granulierte Gummi- oder Kunststoffabfälle oder Rest
stoffe mit Fasercharakter aus der Dämm- und Isolierstoff
produktion im Volumenverhältnis Gesamtasche/Reststoff
3 : 1 . . . 1 : 1 in die Dispersion einzubeziehen, so daß
Aschekörper mit spezifisch veränderten Eigenschaften her
stellbar sind. Nehmen diese Stoffe Wasser auf, ist zuvor
eine Meische herzustellen. Die sich ergebenden quantitativen
Änderungen (Wasseranspruch, n-Komponenten-Dispersionsver
hältnis) finden in der Wasseranspruchsfunktion ihren Nieder
schlag.
Durch Einschluß schwer zu entsorgender Abprodukte wie Gipse
der Rauchgasentschwefelungsanlagen, Salzkohleaschen,
Anhydrit-II-haltige Aschen als Ergebnis einer Wirbelschicht
verbrennung und Aschen aus Müllverbrennungsanlagen in einen
dispersoptimierten Dichtstoff können komplexe Standortent
sorgungslösungen erreicht werden.
Die komplexe Hydratation aluminat-ferratischer Phasen (bei
vollständigem Fehlen der Hauptphase C3S des Zementes) ge
währleistet eine Abbindegeschwindigkeit, die sekundäre Kalk- und
Gipstreibprozesse ausschließt.
Die erfindungsgemäß hergestellte Dispersion - an den Bei
spielen 1-4 verdeutlicht - erreicht nach druckloser Lage
rung und Trocknung ohne Bindemittelzusätze als Baustoff un
abhängig von unverbrannten Bestandteilen stabile Druck
festigkeiten von 40-80 MPa; als abgelagerte Dichtstoffmas
se im erdfeuchten Zustand bei Druckfestigkeiten zwischen
22 und 28 MPa Wasserfiltrationswerte von 10-10 bis 10-11 m/s.
Die Beispiele 1-3 erfassen mögliche Betriebsfälle eines
Heizkraftwerkes und bestätigen, daß eine Ascheverwertung
nach dem Dispersopt-Verfahren allen Varianten der Betriebs
führung angepaßt werden kann.
Fig. 5 zeigt die normierten Siebkornlinien (Kornbereich
0 . . . 1 mm) der FS 1 (a) und 2 (b) sowie der Dispersion
(FS 1/FS 2) % 85 /15 (a + b). Fig. 7 kennzeichnet die Sieb
kornlinien des Fahrintervalls und unterstreicht, daß die
Verdichtung der Dispersion immer in Nähe des Vorreinigungs
anteils erfolgt und zusätzliche Mahlprozesse der "gröberen"
Kornfraktionen zur Erhöhung der spezifischen Oberflächen
überflüssig sind.
Aus der Darstellung der aktiven hydraulischen Phasen geht
die Dominanz der Aluminat- bzw. Aluminat-Ferrat-Phasen her
vor. FS 2 besitzt auf Grund der Häufigkeit höherwertiger
Aluminatphasen C3A/C2A (24%) gegenüber FS 1 C2A/CA(13%)
die erheblich schnellere Abbindefähigkeit. Diese Tendenz
wird auf die Hydratation der Dispersion 85/15 als Folge der
Feinkörnung stärker übertragen, als eine schematische An
gabe in Masse-% vermuten läßt.
In Fig. 2 erkennt man keine grundsätzlich geänderten Ver
hältnisse. Der abgeschaltete Elektrofilter wirkt infolge
Druckabfall des Rauchgasstromes als mechanischer Abscheider.
Eine Weiterführung des Ascherecyclings erfolgt mit im Silo
gesammeltem Feinkorn.
Fig. 6 demonstriert das gegenüber Fig. 5 (Vollast) ver
feinerte, sich der FS2 nähernde Körnungsband der Vorreini
gung und belegt in Zusammenhang mit Fig. 3 (Wasseranspruchs
funktion des Lastfalls) die Notwendigkeit der Maßnahme im
Schwachlastbetrieb (≦ 55% Vollast), FS1 in einem geson
derten Silo zwischenzulagern, wenn eine Baustoffproduktion
erfolgt. Die hydraulischen Phasen der Filterstufe 1 errei
chen die Größenordnung der Nachreinigungsasche aus Bei
spiel 1.
Auf Grund der unterschiedlichen normierten Körnungsbänder
(Fig. 8) erübrigt sich eine Aschetrennung der Komponente 2.
Da nach Fig. 8 die Elektrofilterasche einen geringeren
Wasseranspruch als die Zyklonasche aufweist, folgt eine an
steigende Gesamttendenz der Kurve.
Beispielgemäß erweist sich eine Kombination der langsam
hydratisierenden für die Baustoffeigenschaften wertvollen
Aluminat-Ferratphasen mit den rasch bindenden Aluminat-
Phasen in eine Dispersion 85/15 als positive Merkmalskombi
nation, nach der einer Bau- bzw. Dichtstoffnutzung zuführ
bare Produkte aus Entstaubungsaschen herstellbar sind.
Claims (11)
1. Verfahren zur Herstellung einer zu einem Bau- und/oder
Dichtungsstoff hydratationsfähigen Aschedispersion,
dadurch gekennzeichnet, daß durch Aufstellung einer
Wasseranspruchsfunktion die aschespezifisch unterschied
liche optimale Dispersion bestimmt sowie Überschußwasser
grundsätzlich ausgeschlossen wird und daß eine Quali
tätssicherung der herzustellenden Hydratationsprodukte
ebenso wie eine Überwachung des technologischen Verwer
tungsprozesses erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
Filteraschen aus Rost- und/oder Mühlenkesseln unabhängig
von ihrer Dampferzeugerleistung dispersoptimiert werden
können.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens zwei Filteraschen und/oder Filteraschekompo
nenten elektrischer und/oder mechanischer Entstaubungs
anlagen miteinander kombiniert werden, sofern unter
schiedliche Körnungsbänder der Komponenten vorliegen.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Baustoffherstellung bei Verbrennungsprodukten mit
teldeutscher Rohbraunkohle ohne Bindemittelzusatz durch
geführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
bei Verwertung hydraulisch inaktiver Aachen Kombinatio
nen mit zusätzlichen Bindemitteln wie z. B. Hüttenzement
und/oder Hydratkalk und/oder hydratationsaktiver Filter
aschekomponenten unabhängig von unterschiedlichen Rein
dichten diese Stoffe nach dem Prinzip des minimalen Bin
demittelzuschlags zu realisieren sind.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Dispersion inerte Zuschlagstoffe aus Gründen einer
komplexen Entsorgung und/oder gezielter Eigenschafts
veränderungen zugefügt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
eine drucklose Verdichtung der dispersen Massen erfolgt
und sekundäre Kalk- und/oder Gipstreibprozesse auszu
schließen sind.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
organische Bestandteile keinen festigkeitsmindernden
Einfluß auf das Hydratationsprodukt ausüben.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
Abprodukte wie Aschen aus Wirbelschichtfeuerungen, Salz
kohleaschen, Gipse aus Rauchgasentschwefelungsanlagen
stabil und wasserdicht eingeschlossen werden können.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die dispersoptimierten Massen unter Wahrung der Dicht
stoffeigenschaften über große Flächen verteilt werden
können.
11. Verfahren nach vorherigem Anspruch, dadurch gekenn
zeichnet, daß gefüllte Mülldeponien mit dispersopti
mierten Massen umhüllt werden und somit einer Biogas
nutzung und einer Rekultivierung zur Verfügung stehen.
Priority Applications (1)
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DE19914103412 DE4103412C2 (de) | 1991-02-12 | 1991-02-12 | Verfahren zur Herstellung einer zu einem Bau- und/oder Dichtungsstoff hydratationsfähigen Masse unter Verwendung von Filterasche |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19914103412 DE4103412C2 (de) | 1991-02-12 | 1991-02-12 | Verfahren zur Herstellung einer zu einem Bau- und/oder Dichtungsstoff hydratationsfähigen Masse unter Verwendung von Filterasche |
Publications (2)
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DE4103412A1 true DE4103412A1 (de) | 1992-08-13 |
DE4103412C2 DE4103412C2 (de) | 1995-01-26 |
Family
ID=6424404
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19914103412 Revoked DE4103412C2 (de) | 1991-02-12 | 1991-02-12 | Verfahren zur Herstellung einer zu einem Bau- und/oder Dichtungsstoff hydratationsfähigen Masse unter Verwendung von Filterasche |
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