國內(nèi)外常用浮選機(jī)綜述及其設(shè)計選型中應(yīng)注意的問題

陳名潔，尤騰勝，孫明俊，羅良烽

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司，北京 100038)

1 前言

在選礦工藝中，浮選是最為重要亦是應(yīng)用最為廣泛的工藝，而浮選工藝中浮選機(jī)是應(yīng)用最多的選礦設(shè)備。進(jìn)入21世紀(jì)以來，大型化和高效化成為浮選設(shè)備最為顯著的特點(diǎn)。目前，國內(nèi)浮選機(jī)廠家應(yīng)用比較廣泛的以北京礦冶研究院為主，國外的常用浮選機(jī)廠家主要以O(shè)utotech、FLSmidth及Metso等為代表。

浮選機(jī)的種類從充氣方式來說，可分為機(jī)械攪拌自吸式浮選機(jī)和機(jī)械攪拌外充氣式浮選機(jī)。從工程設(shè)計角度考慮，對于充氣量不大的易選浮選工藝，可選用機(jī)械攪拌自吸氣的浮選機(jī)；中、小型選礦廠比較適宜采用配有吸漿槽的機(jī)械攪拌充氣式浮選機(jī)或者機(jī)械攪拌自吸氣浮選機(jī)；而對于大型、特大型選礦廠浮選流程中的粗掃選作業(yè)，則比較適宜選用機(jī)械攪拌外充氣式浮選機(jī)[1]。

2 機(jī)械攪拌外充氣式浮選機(jī)

機(jī)械攪拌外充氣式浮選機(jī)配有機(jī)械攪拌裝置，同時還需要利用鼓風(fēng)機(jī)強(qiáng)制鼓入空氣。其攪拌裝置主要起氣流分布和礦漿攪拌的作用，通過外部風(fēng)機(jī)強(qiáng)制壓入空氣，礦漿充氣和礦漿攪拌是各自獨(dú)立的。與機(jī)械攪拌自吸式浮選機(jī)比，其優(yōu)勢主要表現(xiàn)為：可根據(jù)需要調(diào)節(jié)充氣量且易于操作，可有效提高浮選機(jī)的選別指標(biāo)，還能提高浮選機(jī)的處理能力；因其獨(dú)特的葉輪不吸氣的原因，葉輪的轉(zhuǎn)速慢、磨損和安裝功率低；對于易脆性礦物不容易泥化；其最大的缺點(diǎn)是需額外配置鼓風(fēng)機(jī)為其吹入空氣[2]。

2.1 北礦院浮選機(jī)

2.1.1 KYF型浮選機(jī)

KYF系列浮選機(jī)是北礦院的主打產(chǎn)品，其外形采用

“U”型結(jié)構(gòu)，屬于機(jī)械攪拌外充氣式浮選機(jī)。它常與具有吸漿能力的XCF浮選機(jī)聯(lián)合使用，在配置上不需要高差，不需要配置泡沫返回泵。其特點(diǎn)是低能耗、空氣彌散均勻、消耗藥劑少、容易維護(hù)、操作管理方便、其葉輪具有類似離心泵的作用等[2]。

槽體內(nèi)礦漿隨著葉輪的旋轉(zhuǎn),經(jīng)槽底由葉輪下端吸入葉片和葉輪中間的縫隙, 通過外部配置的鼓風(fēng)機(jī)，將浮選機(jī)需要的空氣壓力送入空心主軸后，再通過內(nèi)部的空氣分配器吹入葉片和葉輪的縫隙之間，在此區(qū)域內(nèi)礦漿和空氣可得到充分的攪拌和混合，混合后的礦漿向上排出至葉輪的上半部,由定子穩(wěn)定和定向后,分散到整個浮選機(jī)的槽體中。

2009年北礦院成功研制了當(dāng)時世界上單槽容積最大的320m3浮選機(jī)。工業(yè)應(yīng)用數(shù)據(jù)表明：單臺浮選機(jī)的Cu富集比可達(dá)21，S富集比可達(dá)71，單耗功率定額約為0.65kW/m3。秘魯某銅礦項(xiàng)目應(yīng)用了28臺，國內(nèi)鹿鳴礦業(yè)應(yīng)用了18臺，烏山銅鉬礦應(yīng)用了16臺[3]。北礦院針對大型浮選機(jī)粗顆粒選別效率低的原因，又開發(fā)了廣域輸出角的葉輪，通過增加葉輪的葉片高度，優(yōu)化端面的外形等措施減少了礦漿流出的端面阻力。從而增強(qiáng)了礦漿輸送能力，運(yùn)輸區(qū)高度也得到了提高，增大了循環(huán)礦漿量，在安裝功率不變的情況下減少了短路的發(fā)生頻率同時也使粗粒級礦物得到了有效的回收。

2013年北礦院成功啟動KYF- 600m3超大型浮選機(jī)研究，2015年底已完成研究和設(shè)計。600m3浮選機(jī)外觀上仍采用圓筒形槽體結(jié)構(gòu)，采用廣域角葉輪和減速機(jī)傳動，直徑10.5m，高度為6.8m，其安裝功率500kW。

2.1.2 CLF型浮選機(jī)

CLF型粗粒浮選機(jī)開發(fā)初期是北礦院專為冶煉爐渣浮選設(shè)計的設(shè)備。它采用一種改進(jìn)后的新式礦漿循環(huán)方式，攪拌電機(jī)的轉(zhuǎn)速比較慢，故磨損小。攪拌后的礦漿能順著設(shè)計好的通道獲得內(nèi)部的大循環(huán)，形成上升的礦漿流有利于吸附著有用礦粒的礦化氣泡穩(wěn)定上浮至泡沫層，可有效減少捕獲后的礦粒脫落的幾率。CLF型浮選機(jī)獨(dú)特的格子板使懸浮層非常有利于礦物的上浮特別是粗粒礦物的上浮，可減少槽內(nèi)紊流[4]。該浮選機(jī)在工業(yè)應(yīng)用中浮選濃度達(dá)70%時浮選效果依然良好。CLF型粗粒浮選機(jī)在國內(nèi)新建的銅冶煉渣選礦廠中得到廣泛的應(yīng)用，生產(chǎn)穩(wěn)定、效果良好。

2.2 Outotec浮選機(jī)[5]

2.2.1 SK型閃速浮選機(jī)

SK型閃速浮選機(jī)[6]的主軸部件帶有特殊設(shè)計的葉輪，槽體下端有一個帶錐形的圓筒。 它通常應(yīng)用于旋流器和球磨機(jī)的閉路流程中，旋流器的沉砂比重比較大，粗粒的脈石在自重作用下返回至磨機(jī)中，而解離度較好的目的礦物在氣泡作用下上浮至泡沫層。閃速浮選原則上是對高品位的礦石能回收則盡早回收，故產(chǎn)出的精礦品位往往比較高。根據(jù)市場需求，有時單獨(dú)產(chǎn)出高品位產(chǎn)品，有時需與低品位的最終精礦混合，達(dá)到市場品級要求后一起產(chǎn)出。通過閃速浮選獲得的精礦產(chǎn)品粒度都較粗，比通過磨礦浮選后產(chǎn)出的精礦產(chǎn)品更容易脫水。

瑞典某銅礦選礦廠，采用了一臺SK- 240閃速浮選機(jī)，其給礦是旋流器的沉砂，原礦品位為Cu 2.3%，浮選濃度為70%～75%，采用黃藥為捕收劑。閃速浮選生產(chǎn)實(shí)踐表明：精礦含Cu 22%～24%，作業(yè)回收率25%，總回收率為90%～94%。與不采用閃速浮選的流程相比，銅回收率提高約2%，過濾后的精礦水分下降2%。

2.2.2 OK型浮選機(jī)

OK型浮選機(jī)是奧托昆普公司的典型產(chǎn)品。它的葉輪有許多垂直狹槽, 葉輪頂部被一個水平的圓盤封閉。當(dāng)圓盤旋轉(zhuǎn)時,礦漿在狹槽中被加速,外部鼓風(fēng)機(jī)壓入的空氣沿空心軸吹入, 與加速后的礦漿流在轉(zhuǎn)子和定子間隙處充分混合，礦化后的氣泡負(fù)載有用礦物上浮至泡沫層。葉輪起抽吸泵的作用，從槽底部抽吸礦漿至上部浮選區(qū)，U型槽使浮選距離縮短到最短，礦漿流向槽底，由于轉(zhuǎn)子的抽吸作用,新的給料直接沿著空心軸裝置流入[7]。

與常規(guī)浮選機(jī)相比，OK型浮選機(jī)具有設(shè)備基礎(chǔ)小、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。它的槽體外形為漏斗形狀，這種結(jié)構(gòu)有助于泡沫層自流順暢；由于槽體的重量不大，不用借助外部結(jié)構(gòu)支撐；既適應(yīng)于粗砂也適應(yīng)于細(xì)粒級，均可獲得較為理想的礦漿流。

2.2.3 TankCell型[3，8]浮選機(jī)

TankCell浮選機(jī)是Outotec公司的主打產(chǎn)品。首臺規(guī)格為16m3的浮選機(jī)是在1991年研制的，目前已應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐的最大規(guī)格為300m3，已設(shè)計出的最大規(guī)格為500m3的浮選機(jī)。2014年已經(jīng)開始研發(fā)630m3的浮選機(jī)，該槽體直徑為11m，溢流堰高度7m，幾何容積達(dá)到700m3。

該型浮選機(jī)在國外礦山應(yīng)用非常廣泛，其充氣量可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際需要操控，具有耗氣量較低、攪拌器轉(zhuǎn)速低、易損件使用周期長、安裝功率低、浮選指標(biāo)良好及維修操作簡單的特點(diǎn)。

浮選機(jī)槽體外形為圓柱形，通過鼓風(fēng)機(jī)吹入的低壓空氣從空心軸進(jìn)入葉輪中間，給礦漿從槽體的底部進(jìn)入，負(fù)載著有用礦物的氣泡上浮至泡沫層。轉(zhuǎn)子的進(jìn)出口處各自存在低高壓區(qū)，礦漿流在壓力作用下自高壓區(qū)流向低壓區(qū)。

2006年之前TankCell型浮選機(jī)容積范圍為5～300m3。2007年奧圖泰開發(fā)了性能更優(yōu)良的新型攪拌機(jī)構(gòu)，新葉輪葉片間的空腔大小均勻一致，同時在葉輪葉片上增加了導(dǎo)流錐通道，大大增強(qiáng)了礦漿的循環(huán)能力，耐用性能也得到了顯著提高，礦漿流線比以前更加合理，定子部分采用分體的形式，易于更換。 2009年在智利TC- 300浮選機(jī)與2臺TC- 160浮選機(jī)進(jìn)行了工業(yè)對比試驗(yàn)。工業(yè)試驗(yàn)表明：TC- 300浮選機(jī)回收率提高了5個百分點(diǎn)，精礦品位提高了1個百分點(diǎn)，能耗為0.68kW/m3。

2.3 FLSmidth浮選機(jī)

2002年Eimco兼并了Dorr- Oliver的浮選機(jī)，2007年 FLSmidth又收購了Eimco。目前，F(xiàn)LSmidth是國外公司中唯一既有充氣式(Dorr)又有自吸式(Wemco)浮選機(jī)的設(shè)備供應(yīng)商。

Dorr- Oliver浮選機(jī)需要外部強(qiáng)制供風(fēng)，能最大化回收細(xì)粒級礦物。它主要應(yīng)用在精選作業(yè)，能最大程度提高精礦品位。短形定子葉片包圍著葉輪，從圓環(huán)頂徑向地懸吊著，通過鼓風(fēng)機(jī)吹入的空氣從空心軸進(jìn)入轉(zhuǎn)子葉片間設(shè)置好的導(dǎo)溝，礦漿與空氣充分混合后上浮到浮選區(qū)[9]。該設(shè)備槽體通常為U型，設(shè)計中充分考慮了不必要的紊流，故能在低能耗下仍然獲得良好的固體懸浮液，而且空氣彌散也十分充分。目前該機(jī)的規(guī)格為0.1～330m3，2009年，在美國猶他州力拓選礦廠進(jìn)行了330m3浮選機(jī)的工業(yè)測試。2014年開始著手開發(fā)660m3的浮選機(jī)。

2.4 Metso浮選機(jī)

芬蘭美卓公司RCS浮選機(jī)采用的槽體是圓筒形的，它吸收了圓筒形浮選機(jī)的優(yōu)點(diǎn)以及其葉輪結(jié)構(gòu)的所有特點(diǎn)，為浮選作業(yè)創(chuàng)造了理想的條件。該浮選機(jī)的規(guī)格為5～200m3，該設(shè)備采用深型葉片機(jī)構(gòu)使礦漿產(chǎn)生強(qiáng)大的徑向流，葉輪下方產(chǎn)生很強(qiáng)大的回流，可有效避免槽底沉積礦粒[9]。

RCS型浮選機(jī)的顯著特點(diǎn)為：①大大降低了上部區(qū)域紊流的發(fā)生，可防止較粗顆粒與氣泡的脫落；②下部區(qū)域能獲得較好的懸浮液，礦粒與氣泡能多次接觸，整個浮選槽內(nèi)空氣充分彌散，以便回收所有粒級的物料；③液面穩(wěn)定，盡可能減少顆粒的機(jī)械夾帶；④攪拌機(jī)構(gòu)使葉輪和分散器內(nèi)的局部高速區(qū)最小化，延長了易損件的壽命；⑤易于保養(yǎng)。

3 機(jī)械攪拌自吸式浮選機(jī)

機(jī)械攪拌自吸式浮選機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是可以自吸空氣，還可以自吸礦漿；中礦返回時易實(shí)現(xiàn)自流，不用配置泡沫返回泵；操作維護(hù)簡單，可水平配置，輔助設(shè)備少等。其缺點(diǎn)為能耗高，充氣量較小，磨損較大等[2]。

3.1 北礦院浮選機(jī)

3.1.1 JJF型浮選機(jī)

JJF系列浮選機(jī)采用星型深錐葉輪和輻射狀的葉片，定子為圓筒形，其中間孔作為礦漿通道。該設(shè)備葉輪的下部設(shè)計有假底和導(dǎo)流管，其目的是使礦漿在槽內(nèi)產(chǎn)生大循環(huán)，從而有利于槽內(nèi)下半部分粗顆粒礦物的循環(huán)，避免粗顆粒沉槽。該機(jī)葉片面積和葉輪高度均較大，其安裝深度較淺，它能保證足夠強(qiáng)的攪拌力，同時還能自吸足夠空氣，葉輪轉(zhuǎn)速慢、直徑小，與定子間隙大，因此能延長定子和葉輪的使用壽命[3]。

2008年在德興銅礦進(jìn)行了工業(yè)對比試驗(yàn)，2臺200m3浮選機(jī)的工藝指標(biāo)優(yōu)于一段粗選8臺39m3浮選機(jī)的工藝指標(biāo)。在給礦銅品位基本相同的情況下，精礦銅品位提高了2.0%，尾礦銅品位降低了0.008%，銅回收率提高了2.03%[3]。 2012年北礦院采用仿真技術(shù)開始研究JJF- 320m3自吸氣浮選機(jī)，2014年完成研究設(shè)計，2016年開展工業(yè)測試和工業(yè)考察。

3.1.2 BF型浮選機(jī)

BF型浮選機(jī)是SF型浮選機(jī)的改良型，它由刮板、電動機(jī)、軸承體、中心筒、吸氣管、主軸、槽體、葉輪及定子等組成。每槽都有吸漿、吸氣和浮選多重功能，能自成浮選回路，安裝功率低。能水平配置，不需要臺階高差，無需任何輔助設(shè)備，便于流程的變更。礦漿循環(huán)合理，能最大限度地減少粗粒沉砂。超過16m3的機(jī)型可采用雙邊刮泡或單邊刮泡兩種結(jié)構(gòu)。對于小于4m3的機(jī)型尾礦箱放在槽體內(nèi)[2]。

3.1.3 GF型浮選機(jī)

GF型浮選機(jī)比較適用于中、小型規(guī)模的礦山企業(yè)。該設(shè)備處理物料的給礦濃度小于45%，礦漿的粒度范圍為-0.074mm占45%～98%。設(shè)計有上下不同的葉片，上葉片的功能在于自吸空氣和給礦礦漿，而下葉片，主要是為了能在槽底部形成礦漿大循環(huán)。采用折角葉片的定子對礦漿流動進(jìn)行導(dǎo)向和穩(wěn)流，因此可以不用設(shè)置穩(wěn)流板。該設(shè)備內(nèi)礦漿分選區(qū)液面平穩(wěn)，礦漿循環(huán)良好，槽內(nèi)礦漿粒度分布均勻，礦漿無旋轉(zhuǎn)和翻花現(xiàn)象，分選效率高，有利于提高細(xì)粒級回收率，可節(jié)省能耗15%以上。該機(jī)有0.35m3至42m3不同的規(guī)格型號[2]。

3.1.4 CGF型浮選機(jī)

據(jù)文獻(xiàn)報道CGF型浮選機(jī)能在不降低中、細(xì)粒級產(chǎn)率的前提條件下，明顯提高+0.15mm粒級范圍的作業(yè)產(chǎn)率，可有效擴(kuò)大浮選作業(yè)的分選粒度范圍。此機(jī)型是北礦院在CLF- 40型粗粒浮選機(jī)基礎(chǔ)上開發(fā)的自吸氣粗顆粒浮選機(jī)[3]，當(dāng)時開發(fā)的該機(jī)容積為40m3，采用圓筒形結(jié)構(gòu)，設(shè)計上下兩部分葉片的葉輪，并在距槽底三分之一槽深處設(shè)計了活動式格子板。這種設(shè)計使礦漿循環(huán)量更大、礦物上浮距離縮短，有助于粗粒礦物的上浮，減少了浮選槽上部區(qū)域礦漿的紊流。

為了提高整個選廠的銅回收率，2012年德興銅礦選礦廠試驗(yàn)安裝了CGF- 40的浮選機(jī)用于回收銅尾礦中粗顆粒銅礦物連生體。工業(yè)試驗(yàn)表明：+0.074mm粒級產(chǎn)率高于常規(guī)浮選設(shè)備10%左右，銅回收率可達(dá)20%[3]。

3.2 FLSmidth浮選機(jī)

2007年，F(xiàn)LSmidth公司收購了Eimco公司。原Eimco公司的典型產(chǎn)品是Wemco SmartCell浮選機(jī)，它的槽體形狀采用的是傳統(tǒng)圓柱形，設(shè)計有獨(dú)特的圓錐形的通氣引流管和推泡器，轉(zhuǎn)子式分散器安裝在槽體中部，除了通氣還有強(qiáng)力攪拌的作用?？諝饪哭D(zhuǎn)子經(jīng)空心軸吸入后，再經(jīng)空氣分配器打散成微小的氣泡，上升均布在整個礦漿中。其通氣裝置安裝在遠(yuǎn)離槽底的上方位置，可大大減小轉(zhuǎn)子和分散罩的磨損，增加其使用壽命，所有浮選機(jī)轉(zhuǎn)動設(shè)備可實(shí)現(xiàn)在線更換，而且停車后可以立即啟動[10]。

2002年冬瓜山銅礦采用了18臺130m3SmartCell浮選機(jī), 目前已正常運(yùn)行16年；2005年洛陽欒川鉬礦采用了 8臺130m3SmartCell浮選機(jī)，正常運(yùn)行一年多后2006年又采購了10臺；2017年普朗銅礦采用了16臺330m3SmartCell浮選機(jī)，目前已經(jīng)進(jìn)入生產(chǎn)階段，應(yīng)用良好。

4 浮選機(jī)設(shè)計選型應(yīng)注意的問題

(1)浮選機(jī)設(shè)計選型應(yīng)根據(jù)礦石的可浮性、入選品位、磨礦后P80的數(shù)值、礦漿pH值、礦漿比重是否易沉槽等綜合因素選用合適的浮選機(jī)[11]。在礦石難選且充氣量要求大的情況下，建議選用機(jī)械攪拌外充氣式浮選機(jī)，反之，可選擇機(jī)械攪拌自吸式浮選機(jī)。

(2)選廠的規(guī)模不同對應(yīng)的浮選機(jī)規(guī)格亦不同。通常情況下中小型選礦廠應(yīng)選用中小規(guī)格的浮選機(jī)；大型、特大型選廠宜選用大規(guī)格浮選機(jī)。除此以外，還應(yīng)該進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較來確定浮選機(jī)的規(guī)格。

(3)粗、掃選作業(yè)目的主要是拋尾，浮選泡沫可適當(dāng)厚一些，可采用充氣量大一些的浮選機(jī)；而精選作業(yè)的浮選泡沫層則不宜太厚，由于精選是為了提高精礦的品位，泡沫層太厚不利于將脈石分離出來，故宜采用充氣量小的浮選機(jī)或者直接采用自吸式浮選機(jī)。

(4)浮選作業(yè)盡可能采用單一系列。單系列與多系列相比，可節(jié)省占地面積，減少浮選機(jī)的總安裝功率，浮選指標(biāo)也會更好。國內(nèi)選礦廠單系列的規(guī)?？蛇_(dá)30 000t/d。

4.1 中小型浮選機(jī)

一般來說，根據(jù)試驗(yàn)浮選時間計算選擇浮造機(jī)。除浮選時間外，還要考慮給礦量波動系數(shù)、浮選機(jī)幾何容積的利用系數(shù)等。以此來確定設(shè)計的工業(yè)型浮選機(jī)的型號和臺數(shù)，設(shè)備選型最終主要以浮選機(jī)的容積來確定型號，沒有對浮選機(jī)的安裝功率、充氣速率或浮選機(jī)攪拌轉(zhuǎn)速等做設(shè)計計算要求，這部分技術(shù)參數(shù)主要以設(shè)備制造商試驗(yàn)決定。

4.2 大型或超大型浮選機(jī)

大型或超大型浮選機(jī)選型時除中小型浮選機(jī)選型時所考慮的因素以外，還應(yīng)重點(diǎn)考慮短路和礦漿停留時間的問題。

(1)短路情況。據(jù)國外文獻(xiàn)介紹，一些大型浮選機(jī)存在7%～45%的選別死區(qū)[12]，其數(shù)據(jù)波動范圍盡管存在著爭議，但在一定程度上反映了大型或超大型浮選機(jī)短路情況的存在。在中小型浮選機(jī)設(shè)計中，一般認(rèn)為粗、掃選作業(yè)的浮選機(jī)總槽數(shù)不宜少于6槽。但隨著近10年來浮選機(jī)設(shè)備日趨大型化，關(guān)于選擇槽數(shù)的理論也發(fā)生了變化，目前在生產(chǎn)的選礦廠中有許多粗、掃選浮選槽少于6槽的實(shí)例，單槽和雙槽的配置也已經(jīng)出現(xiàn)。因此，在選擇計算浮選槽的數(shù)量時，應(yīng)根據(jù)浮選機(jī)的型號、浮選時間等因素，再類比類似礦山企業(yè)的實(shí)例來確定[13]。

(2)浮選時間。由于大型或超大浮選機(jī)短路情況比中小型浮選機(jī)嚴(yán)重，在計算工業(yè)浮選時間時，其取值應(yīng)該至少為試驗(yàn)浮選時間的3倍以上。在計算小型浮選機(jī)浮選時間時，一般為某作業(yè)總?cè)莘e除以作業(yè)首槽的給礦體積量。對大型或超大型浮選機(jī)來說，一個浮選作業(yè)有單槽、兩槽或更多槽組成，單一浮選槽泡沫產(chǎn)率都較大。對于雙槽的作業(yè)來說，其第二槽的礦漿給礦量應(yīng)減去首槽的泡沫體積量，而不能簡單地依照首槽的礦漿給礦量來計算。

5 結(jié)語

(1)對于不同規(guī)模的礦山企業(yè)，機(jī)械攪拌外充氣式和機(jī)械攪拌自吸式浮選機(jī)有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。中小型選礦廠比較適宜采用配有吸漿槽的機(jī)械攪拌充氣式浮選機(jī)或者機(jī)械攪拌自吸氣浮選機(jī)。而對于大型、特大型選礦廠浮選流程中的粗掃選作業(yè)，則比較適宜選用機(jī)械攪拌外充氣式浮選機(jī)。

(2)浮選機(jī)選型應(yīng)根據(jù)礦石的可浮性、入選品位、磨礦后P80數(shù)值、礦漿pH值、礦漿比重、是否易沉槽等綜合因素選用合適的浮選機(jī)。

(3)大型或超大型浮選機(jī)應(yīng)充分考慮浮選機(jī)短路情況與礦漿的停留時間。

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