KR102557591B1 - 반도체 웨이퍼 절삭용 폐슬러리 재생시 발생되는 폐슬러지에서 유효입자 선별회수를 위한 폐슬러지 건조장치 및 건조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐슬러지 건조장치에 있어서, 반도체 웨이퍼 절삭용 폐슬러리를 재생한 후 배출되는 폐슬러지를 재활용하기 위해 건조장치(100)에 공급되게 하는 공급부(10)와, 상기 공급부(10)를 통해 공급된 덩어리진 형태의 폐슬러지를 분산시켜 열풍에 의해 건조시키기 위한 버너(30)와, 스크류에 의해 폐슬러지가 이송되면서 버너(30)에 의해 열풍으로 건조되게 하는 이송건조부(40)와, 건조가 완료된 폐슬러지가 스크류에 의해 이송되어 최종 배출되는 배출부(50)로 구성되어 잉곳 절단공정의 와이어 소에 사용되는 연마재를 재생하여 재사용하는 과정에서 발생되는 혼합불순물인 폐슬러지의 건조시간이 단축될 수 있고 건조도 완전히 이루어질 수 있으며, 폐슬러지 건조에 소요되는 버너의 연료가 절감되고 분산되어 폐슬러지가 공급됨에따라 이송건조부에 투입되는 폐슬러지의 처리용량이 증가되며 건조 완료 후 배출되는 건조물의 뭉침현상이 현저하게 줄어드는 효과가 있으며, 건조된 폐슬러지를 분쇄한 후 선별하여 유효성분을 회수하여 재사용할 수 있어 제조원가를 절감할 수 있어 경쟁력을 높일 수 있고, 폐기되는 배출물을 줄일 수 있어 탄소중립 효과가 있다.

Description

반도체 웨이퍼 절삭용 폐슬러리 재생시 발생되는 폐슬러지에서 유효입자 선별회수를 위한 폐슬러지 건조장치 및 건조방법{WASTE SLUDGE DRY APPARATUS AND DRY METHOD FOR SELECTIVE RECOVERY OF EFFECTIVE PARTICLES FROM WASTE SLUDGE GENERATED AFTER RECYCLING OF SEMICONDUCTOR WAFER CUTTING WASTE SLURRY}

본 발명은 반도체 웨이퍼 절삭용으로 사용된 폐슬러리(waste slurry)를 재생하는 과정에서 발생되는 폐슬러지에서 유효입자를 선별회수하기 위한 폐슬러지 건조장치 및 건조방법에 관한 것이다.

최근 정보통신 및 반도체 산업의 발전과 석유 에너지 고갈, 지구온난화 방지를 위한 태양열 에너지를 이용하는 산업이 급부상하면서 실리콘 웨이퍼의 수요가 급증하고 있는 추세이다.

일반적으로 실리콘 웨이퍼는 실리콘 잉곳(silicon ingot)에 절삭유와 연마재(탄화규소, 산화 알미늄, 이산화규소 등)를 혼합한 슬러리를 공급하면서 와이어 소우(wire saw)로 절삭하여 제조된다. 그리고, 절삭된 실리콘 웨이퍼는 절삭유 및 연마재(탄화규소, 산화 알미늄, 이산화규소 등)가 혼합된 슬러리와 절삭분(saw dust)이 섞여 있는 폐슬러리가 묻어 있는 상태에서 세정장비(와이어 소우 크리너)로 옮겨져 세정제(계면활성제)를 혼합한 물에 초음파를 인가하여 세정하는 세정과정을 통해 솔라셀용 실리콘 웨이퍼로 제조되거나, 연마, 식각 및 세정공정 등을 거쳐 반도체용 실리콘 웨이퍼로 제조된다.

이처럼, 와이어 소 공정을 거친 폐슬러리는 다양한 성분을 포함하고 있으며 잉곳의 일부인 규소와, 미분의 탄화규소, 수지 미분 및 철과 같은 불순물 형태의 고형성분을 제거하고 오일 등의 액상성분을 정제하면 유효한 입도분포의 연마재 입자인 탄화규소만을 남겨 재사용하면 폐슬러리의 재생이 가능하다.

이러한 폐슬러리의 재생은 수입에 의존하는 탄화규소와 오일 등의 구입을 위한 공정비용을 줄일 수 있고 폐슬러리 폐기를 막아 환경폐기물을 줄일 수 있어 자원 낭비와 환경오염 방지에 기여할 수 있다.

최근 들어서 이러한 폐슬러리를 재생하여 사용하는 기술이 개발되었으나, 폐슬러리의 재생시 발생되어 버려지는 폐슬러지는 재사용되지 못하고 폐기되는 문제가 있는 것이다.

등록특허공보 제10-1194188호, '반도체 및 태양광 실리콘 웨이퍼 제조시 발생되는 폐 슬러지로부터 유효성분들을 회수하는 방법 및 그 장치'

따라서 본 발명의 목적은 잉곳 절단공정의 와이어 소에서 사용된 폐슬러리를 회수하여 재생공정을 통해 재사용이 가능하도록 하면서 발생되는 폐슬러지로부터 유효한 성분을 선별적으로 회수할 수 있도록 하는 반도체 웨이퍼 절삭용 폐슬러리 재생시 발생되는 폐슬러지에서 유효입자 선별회수를 위한 폐슬러지 건조장치 및 건조방법을 제공하는데에 있다.

상기의 목적에 따른 본 발명은 폐슬러지 건조장치에 있어서, 반도체 웨이퍼 절삭용 폐슬러리를 재생한 후 배출되는 폐슬러지를 재활용하기 위해 건조장치(100)에 공급되게 하는 공급부(10)와, 응집되어 덩어리진 상태로 공급부(10)를 통해 공급된 폐슬러지가 흩어져 분산되도록 하는 분산부(20)와, 분산부(20)에 의해 덩어리진 형태의 폐슬러지를 분산시켜 350~400℃의 열풍에 의해 건조시키기 위한 버너(30)와, 스크류에 의해 폐슬러지가 이송되면서 버너(30)에 의해 열풍으로 건조되게 하는 이송건조부(40)와, 건조가 완료된 폐슬러지가 스크류에 의해 이송되어 최종 배출되는 배출부(50)로 구성되며, 공급부(10)는, 덩어리형태로 응집된 폐슬러지가 투입되는 호퍼(11)와, 호퍼(11)를 통해 투입된 폐슬러지가 이송될 수 있도록 회전하는 이송스크류(12)와, 상기 이송스크류(12)를 회전시키는 회전모터(13)와, 이송스크류(12)를 통해 이송된 폐슬러지가 건조장치(100) 내로 공급될 수 있도록 하는 투입구(14)로 구성되고, 분산부(20)는, 회전력을 발생시키는 회전모터(21)와, 상기 회전모터(21)에 의해 회전하는 회전축(22)과, 투입구(14)의 하부에 위치하도록 설치되어 투입구(14)를 통해 공급되는 덩어리진 형태의 폐슬러지가 흩어져 분산될 수 있도록 회전축(22)에 고정설치되어 회전축(22)과 함께 회전하면서 폐슬러지를 분산시키는 날개(23)와, 투입구(14)를 통해 낙하되는 덩어리진 형태의 폐슬러지를 날개(23)에 의해 흩어져 분산되는 과정에서 폐슬러지가 고르고 잘게 분산될 수 있도록 날개(23)에 형성된 다수의 빗살(24)로 구성됨을 특징으로 한다.

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본 발명은 잉곳 절단공정의 와이어 소에 사용되는 연마재를 재생하여 재사용하는 과정에서 발생되는 혼합불순물인 폐슬러지의 건조시간이 단축될 수 있고 건조도 완전히 이루어질 수 있게 되는 것이다.

또한, 건조에 소요되는 버너의 연료가 절감되고 분산되어 폐슬러지가 공급됨에따라 이송건조부에 투입되는 폐슬러지의 처리용량이 증가되며 건조 완료 후 배출되는 건조물의 뭉침현상이 현저하게 줄어드는 효과가 있다.

또한, 건조된 폐슬러지를 분쇄한 후 선별하여 유효성분을 회수하여 재사용할 수 있어 제조원가를 절감할 수 있어 경쟁력을 높일 수 있고, 폐기되는 배출물을 줄일 수 있어 탄소중립 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 웨이퍼 절삭용 폐슬러리 재생시 발생되는 폐슬러지에서 유효입자 선별회수를 위한 폐슬러지 건조장치의 구성을 도시한 블록도,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 폐슬러지 건조장치의 구성을 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 공급부의 상세구성을 도시한 도면
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 분산부의 상세구성을 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 웨이퍼 절삭용 폐슬러리 재생시 발생되는 폐슬러지에서 유효입자 선별회수를 위한 폐슬러지 건조방법을 설명하는 도면이다.

이하 첨부한 도면을 참고하여 본 바명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 폐슬러지 건조장치의 전체구성을 설명하는 도면이다.

본 발명의 폐슬러지 건조장치(100)는 반도체 웨이퍼 절삭용 폐슬러리를 재생한 후 배출되는 폐슬러지를 재활용하기 위해 건조장치(100)에 공급되게 하는 공급부(10)와, 응집되어 덩어리진 상태로 공급부(10)를 통해 공급된 폐슬러지가 흩어져 분산되도록 하는 분산부(20)와, 분산부(20)에 의해 흩어져 분산된 폐슬러지를 열풍에 의해 건조시키기 위한 버너(30)와, 스크류에 의해 폐슬러지가 이송되면서 버너(30)에 의해 열풍으로 건조되게 하는 이송건조부(40)와, 건조가 완료된 폐슬러지가 스크류에 의해 이송되어 최종 배출되는 배출부(50)로 구성된다.

본 발명의 폐슬러지 건조장치(100)는 폐슬러리의 재생시 발생되는 폐슬러지를 공급부(10)에 의해 건조장치(100) 내에 공급되게 하면서 덩어리진 형태의 폐슬러지가 흩어지도록 분산되게 하여 버너(30)에 의한 열풍으로 건조시킨 후 배출되어 재활용될 수 있도록 하는 것이다.

폐슬러리의 재생 후 폐기되는 폐슬러지에는 coolant(냉각수) 15~20%, Sic(연마재) 55~60%, Fe(철) 6~10%, Si(규소) 10~15%가 혼합되어 있으며, 냉각수의 건조될 수 있는 온도이상의 열풍으로 건조시킨 후 배출되는 제품으로부터 유효한 성분을 추출하여 재활용할 수 있도록 한다.

상기 공급부(10)는 폐슬러리의 재생시 배출되는 폐슬러지가 덩어리진 상태로 이송된 후 건조장치(100)에 투입되는 것이다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 공급부(10)의 상세구성을 도시한 도면이다.

본 발명의 공급부(10)는 덩어리형태로 응집된 폐슬러지가 투입되는 호퍼(11)와, 호퍼(11)를 통해 투입된 폐슬러지가 이송될 수 있도록 회전하는 이송스크류(12)와, 상기 이송스크류(12)를 회전시키는 회전모터(13)와, 이송스크류(12)를 통해 이송될 폐슬러지가 건조장치(100) 내로 공급될 수 있도록 하는 투입구(14)로 구성된다.

폐슬러리 재생공정에서 배출되는 폐슬러지는 응집된 상태의 덩어리형태이므로 호퍼(11)를 통해 투입된 후 이송스크류(12)를 통해 순차적으로 이송되어 투입구(14)를 통해 이송건조부(40) 내로 공급된다.

이때, 투입구(14)를 통해 이송건조부(40) 내로 공급되는 폐슬러리는 여전히 덩어리형태임에 따라 투입되는 폐슬러리를 분산부(20)에 의해 흩어져 분산되도록 하여 열풍에 의한 건조가 효율적으로 이루어지도록 한다.

일 실시 예로서 상기 이송건조부(40)는 로터리 킬른 건조기(Rotary Kiln Dryer)일 수 있다.

도 4a는 본 발명의 실시 예에 따른 분산부(20)의 상세구성을 도시한 도면이다.

본 발명의 분산부(20)는 회전력을 발생시키는 회전모터(21)와, 상기 회전모터(21)에 의해 회전하는 회전축(22)과, 투입구(14)의 하부에 위치하도록 설치되어 투입구(14)를 통해 공급되는 덩어리진 형태의 폐슬러지가 흩어져 분산될 수 있도록 회전축(22)에 고정설치되어 회전축(22)과 함께 회전하면서 폐슬러지를 분산시키는 날개(23)로 구성된다.

공급부(10)를 통해 덩어리 형태의 폐슬러지가 이송건조부(40)에 공급되는 경우 응집된 형태 그대로 공급되면 열풍에 의한 건조시간이 오래걸리게 되고, 덩어리 형태의 폐슬러지의 건조가 완전히 이루어지지 못하게 된다.

본 발명에서는 공급되는 응집되어 덩어리진 형태의 폐슬러지가 흩어져 분산될 수 있도록 날개(23)가 회전되면서 공급되어 낙하하는 덩어리진 폐슬러지를 타격하여 분산될 수 있도록 한다.

흩어져 분산된 폐슬러지는 열풍에 의해 건조가 이루어지는 것임에 따라 덩어리진 상태보다 폐슬러지의 건조시간이 단축될 수 있고 건조도 완전히 이루어질 수 있게 되는 것이다.

또한, 건조에 소요되는 버너(30)의 연료가 절감되고 분산되어 폐슬러지가 공급됨에따라 이송건조부(40)에 투입되는 폐슬러지의 처리용량이 증가되며 건조 완료 후 배출되는 건조물의 뭉침현상이 현저하게 줄어드는 효과가 있다.

도 4b에서는 상기 날개(23)의 다른 실시 예를 도시한 것으로, 투입구(14)를 통해 낙하되는 덩어리진 형태의 폐슬러지를 날개(23)에 의해 흩어져 분산되는 과정에서 폐슬러지가 고르고 잘게 분산될 수 있도록 날개(23)에 다수의 빗살(24)이 형성될 수 있다.

날개(23)에 의해 폐슬러지를 분산시키는 과정에서 다수 형성된 빗살(24)에 의해 폐슬러지가 용이하게 흩어져 분산될 수 있으며, 폐슬러지가 흩어지는 과정에서 다수의 빗살(24)에 의해 분쇄됨으로써 크기가 일정하고 빗살(24)의 형성 간격에 맞게 잘게 분산될 수 있는 것이다.

폐슬러지가 고르고 잘게 흩어지게 되면 열풍에 의한 건조시간을 줄일 수 있고 폐슬러지가 일정하게 건조될 수 있는 효과가 있게 된다.

다시 도 1을 참고하면, 분산부(20)에 의해 흩어져 분산된 폐슬러지는 건조이송에 의해 이송되면서 버너(30)에 의한 열풍으로 건조가 이루어지며, 일 실시 예로서 버너(30)의 열풍은 폐슬러지에서 냉각수가 건조될 수 있도록 350~400℃의 온도로 공급될 수 있다.

버너(30)의 열풍온도가 상기 온도범위보다 낮게 되면 폐슬러지의 건조가 완전히 이루어지지 못하게 되고, 상기 온도범위보다 높게 되면 열풍의 온도가 지나치게 높아 연료소모가 많아지는 문제가 있다.

분산부(20)를 통해 흩어져 분산된 폐슬러지는 이송건조부(40)에 설치된 스크류에 의해 이송되면서 건조가 이루어지며, 건조되는 과정에서 발생되는 비산먼지는 집진부(60)에 의해 포집될 수 있다.

건조가 완료된 폐슬러지는 배출부(50)를 통해 최종 배출되어 재활용이 이루어지게 된다.

본 발명에서는 건조가 완료된 폐슬러지를 제품화하기 위해 분쇄선별부(110)를 통해 사이즈별로 분쇄, 선별하여 제품화가 될 수 있도록 재활용하게 된다.

상기 분쇄선별부(110)는 폐슬러지 건조물을 5~10mm의 크기로 조분쇄하는 1차선별과, 건조된 제품을 1~3mm로 조분쇄하는 2차선별과, 롤밀(roll mill) 방식으로 분쇄하여 선별하는 3차선별과, 분쇄된 폐슬러지 건조물을 최종적으로 스크린선별에 의해 선별하여 4차선별로 구성될 수 있다.

이때, 분쇄선별과정에서 발생되는 비산먼지는 집진부(140)에 의해 포집되며, 포집된 분진은 성형부(150)를 통해 제강공정에서 사용되는 승열용 제품으로 성형되어 재활용될 수 있다.

일 실시 예로서 상기 집진부(140)는 멤프레인 필터(Membrane Filter)를 사용할 수 있다.

분쇄선별부(110)에 의한 제품의 선별과정에서 제품분석부(120)를 통해 크기별 Laser particle size analyzer 입도 분석과, XRF Component Analyzer의 사용성분을 분석하여 고객의 요청에 맞는 품질 수준의 제품이 제조되는 것을 확인하게 된다.

또한, 상기 스크린선별을 통한 선별과정에서 분쇄되어 생산된 제품을 기류식 분급 선별기(Airflow Classification Facility Separator)를 통하여 순도가 85%~95% 인 SiC 유효성분을 회수하기 위한 연마재회수부(130)가 구성될 수 있다.

즉, 폐기되는 폐슬러지에서 유효한 SiC 성분을 회수하여 재사용함으로써 원가절감의 효과가 있으며, 폐기물 처리비용도 절감할 수 있게 되는 것이다.

따라서 반도체 웨이퍼 절삭용 슬러리의 재생시 폐기되는 폐슬러지를 재활용할 수 있도록 함으로써 폐기물 배출을 최소화할 수 있어 탄소중립의 효과가 우수한 것이다.

이하에서는 도 5를 참고하여 본 발명의 실시 예에 따른 폐슬러지 건조방법을 설명한다.

반도체 웨이퍼 절삭용 폐슬러리를 재생한 후 배출되는 폐슬러지를 재활용하기 위해 공급부(10)를 통해 건조장치(100)를 통해 투입하게 된다.

이때, 폐슬러지는 응집된 폐슬러지 상태임에 따라 분산부(20)에 의해 흩어지도록 분산시키게 된다.

덩어리 상태의 폐슬러지는 건조시 시간이 오래걸리고 내부까지 건조가 완전히 이루어지지 못함에 따라 분산부(20)에 의해 덩어리 상태의 폐슬러지를 흩어지도록 분산시키게 되는 것이다.

분산된 폐슬러지는 이송건조부(40) 내에서 스크류에 의해 회전하며 이송되며, 버너(30)에 의한 열풍으로 건조시키게 되며, 건조시킨 폐슬러지 제품은 배출부(50)를 통해 배출되어 재활용하게 된다.

건조된 폐슬러지 제품을 재활용하는 방법을 설명하면, 건조된 제품은 분쇄선별부(110)를 통해 분쇄한 후 크기별로 선별하게 되며, 5~10mm의 크기로 조분쇄하는 1차선별과, 건조된 제품을 1~3mm로 조분쇄하는 2차선별과, 롤밀(roll mill) 방식으로 분쇄하여 선별하는 3차선별과, 분쇄된 폐슬러지 건조물을 최종적으로 스크린선별에 의해 선별하여 4차선별하는 과정을 거치게 된다.

분쇄선별부(110)를 통해 단계별로 분쇄선별하는 과정에서 선별되는 제품이 고객의 요청에 맞는 품질수준에 적합한지를 분석하여 제품의 품질을 높이도록 한다.

스크린선별을 통해 최종적으로 분쇄선별된 제품은 기류식 분급 선별기(Airflow Classification Facility Separator)를 통하여 순도가 85%~95% 인 SiC 유효성분을 회수하여 연마재로 재활용하는 것이다.

이때 분쇄선별시 발생되는 비산먼지는 멤프레인 필터(Membrane Filter)가 설치된 집진부(140)를 통해 포집한 후 성형부(150)를 통해 제강공정에서 승열용 재료로 성형하여 재활용하게 되며, 이를 통해 폐기물 배출을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위 및 그 특허청구범위와 균등한 것에 의해 정해 져야 한다.

(10)-- 공급부 (11)-- 호퍼
(12)-- 이송스크류 (13)-- 회전모터
(14)-- 투입구
(20)-- 분산부 (21)-- 회전모터
(22)-- 회전축 (23)-- 날개
(30)-- 버너
(40)-- 이송건조부
(50)-- 배출부
(60)-- 집진부
(100)-- 건조장치
(110)-- 분쇄선별부 (120)-- 제품분석부
(130)-- 연마재회수부 (140)-- 집진부
(150)-- 성형부

Claims (5)

1. 폐슬러지 건조장치에 있어서,
   반도체 웨이퍼 절삭용 폐슬러리를 재생한 후 배출되는 폐슬러지를 재활용하기 위해 건조장치(100)에 공급되게 하는 공급부(10)와,
   응집되어 덩어리진 상태로 공급부(10)를 통해 공급된 폐슬러지가 흩어져 분산되도록 하는 분산부(20)와,
   분산부(20)에 의해 덩어리진 형태의 폐슬러지를 분산시켜 350~400℃의 열풍에 의해 건조시키기 위한 버너(30)와,
   스크류에 의해 폐슬러지가 이송되면서 버너(30)에 의해 열풍으로 건조되게 하는 이송건조부(40)와,
   건조가 완료된 폐슬러지가 스크류에 의해 이송되어 최종 배출되는 배출부(50)와,
   이송건조부(40)에 설치된 스크류에 의해 이송되면서 건조되는 과정에서 발생되는 비산먼지를 포집하는 집진부(60)와,
   폐슬러지 건조물을 5~10mm의 크기로 조분쇄하는 1차선별과, 건조된 제품을 1~3mm로 조분쇄하는 2차선별과, 롤밀(roll mill) 방식으로 분쇄하여 선별하는 3차선별과, 분쇄된 폐슬러지 건조물을 최종적으로 스크린선별에 의해 선별하는 4차선별로 구성되는 분쇄선별부(110)와,
   분쇄선별부(110)에 의한 제품의 선별과정에서 크기별 입도 분석과 사용성분을 분석하여 고객의 요청에 맞는 품질 수준의 제품이 제조되는 것을 확인하는 제품분석부(120)와,
   상기 스크린선별을 통한 선별과정에서 분쇄되어 생산된 제품을 기류식 분급 선별기(Airflow Classification Facility Separator)를 통하여 순도가 85%~95% 인 SiC 유효성분을 회수하기 위한 연마재회수부(130)와,
   분쇄선별과정에서 발생되는 비산먼지를 멤브레인 필터에 의해 포집하는 집진부(140)와,
   포집된 분진은 제강공정에서 사용되는 승열용 제품으로 성형되게 하는 성형부(150)로 구성되며,
   공급부(10)는, 덩어리형태로 응집된 폐슬러지가 투입되는 호퍼(11)와, 상기 호퍼(11)를 통해 투입된 폐슬러지가 이송될 수 있도록 회전하는 이송스크류(12)와, 상기 이송스크류(12)를 회전시키는 회전모터(13)와, 이송스크류(12)를 통해 이송된 폐슬러지가 건조장치(100) 내로 공급될 수 있도록 하는 투입구(14)로 구성되고,
   분산부(20)는, 회전력을 발생시키는 회전모터(21)와, 상기 회전모터(21)에 의해 회전하는 회전축(22)과, 투입구(14)의 하부에 위치하도록 설치되어 투입구(14)를 통해 공급되는 덩어리진 형태의 폐슬러지가 흩어져 분산될 수 있도록 회전축(22)에 고정설치되어 회전축(22)과 함께 회전하면서 폐슬러지를 분산시키는 날개(23)와, 투입구(14)를 통해 낙하되는 덩어리진 형태의 폐슬러지를 날개(23)에 의해 흩어져 분산되는 과정에서 폐슬러지가 고르고 잘게 분산될 수 있도록 날개(23)에 형성된 다수의 빗살(24)로 구성됨을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 절삭용 폐슬러리 재생시 발생되는 폐슬러지에서 유효입자 선별회수를 위한 폐슬러지 건조장치.
   
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