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“AÑO DEL DIÁLOGO Y LA RECONCILIACIÓN NACIONAL”

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE SANTA MARÍA FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERIAS FISICAS Y FORMALES ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA DE MINAS EFICIENCIA TECNOLÓGICA EN PROCESOS DE EXTRACCIÓN DE LITIO

Procesos Metalúrgicos Abarca Socll, Joey Luis Díaz Lovon, Charlie Patrick Gutiérrez Pacheco, Diego José Palomino Linares, Jimmy Salazar Macedo, Héctor André Sotomayor Figueroa, Ayrton Fernando AREQUIPA, PERÚ

INDICE INTRODUCCION............................................................................................................................1 I.

LITIO: CARACTERISTICAS, USOS Y MERCADO........................................................................2 I.I. USOS...................................................................................................................................2 I.II. MERCADO..........................................................................................................................3 PRODUCCION MUNDIAL......................................................................................................3 PRODUCCION EN SUDAMERICA..........................................................................................4

II.

METODOS Y TECNOLOGIAS EXTRACTIVAS............................................................................4 II.I. EXTRACCION DEL LITIO A PARTIR DE MINERALES.............................................................5 II.II. EXTRACCION DEL LITIO A PARTIR DE SALMUERAS NATURALES.......................................6 II.III. OTRAS FORMAS DE EXTRACCION....................................................................................7

III.

PRINCIPALES PRODUCTOS DERIVADOS DEL LITIO.............................................................7

IV.

IMPACTO AMBIENTAL DE LA EXTRACCION DEL LITIO........................................................8

V.

Conclusiones y sugerencias..................................................................................................9

VI.

Bibliografía.....................................................................................................................10

INTRODUCCION En la actualidad, el sistema más eficiente de acumulación lo constituyen las baterías de litio. Elemento clave en la producción de baterías para el transporte del futuro, el litio adopta un valor estratégico y su industrialización requiere de una tecnología innovadora con una gran inversión para la producción y exportación. El litio se ha convertido en un mineral de enorme interés a nivel mundial. El uso extensivo de baterías recargables para un conjunto de aplicaciones ha presionado para un rápido crecimiento de la demanda por carbonato de litio. En estas condiciones, y previendo un incremento futuro cada vez más acelerado de la demanda por el litio, se requiere un activo rol de las políticas públicas que permitan al país, aprovechar las ventajas comparativas con las que cuenta para la explotación y desarrollo de la minería del litio. El litio actualmente tiene numerosos usos en la industria y en la medicina, sin embargo, la mayor demanda de este mineral en los próximos años, según analistas internacionales, será para la fabricación de baterías de teléfonos inteligentes, tablets y, principalmente, autos eléctricos. La creciente especulación económica sobre el mineral se basa en su potencial para la fabricación de baterías para autos eléctricos. Las baterías que utilizan litio son capaces de almacenar mayor carga energética y por más tiempo que la mayoría de las baterías del mismo tamaño. El material más puro que puede obtenerse (totalmente procesado) se llama litio metálico (utilizado para los cálculos de las reservas), pero se comercializa principalmente bajo la forma de carbonato de litio que tiene actualmente un precio internacional alrededor de 7.000 dólares por tonelada (equivalente a 7 dólares por kilogramo). La demanda de Litio para el año 2011 se estima entre 115.000 y 130.000 Toneladas de Carbonato de Litio. Esta demanda alcanzaría las 470.000 en 2025, lo cual significa un crecimiento promedio de 10,4% por año. En este contexto de expansión de la demanda por litio, Chile juega un papel relevante. En el Salar de Atacama se encuentran cerca del 40% de las reservas mundiales de litio en salmueras. Más aún, esta participación aumenta a un 70% si sólo se consideran las operaciones que actualmente están en funcionamiento. En Chile, solo dos compañías producen litio: SQM (ex Soquimich) y SCL (Chemetall). Ambas representaron aproximadamente el 58% de la producción.

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I.

LITIO: CARACTERISTICAS, USOS Y MERCADO

I.I. USOS El litio se ha utilizado tradicionalmente para la fabricación de vidrios, cerámicas, lubricantes, medicamentos psiquiátricos, grasas lubricantes, aire acondicionado, polímeros y metalurgia, entre otros. Sin embargo, producto del crecimiento exponencial de la industria electrónica de dispositivos portátiles energéticamente recargables, ha aumentado inusualmente la demanda internacional de litio en los últimos años por ser un mineral con excelentes propiedades para la fabricación de baterías recargables de celulares y computadores, pero principalmente para la fabricación de automóviles eléctricos o híbridos cuya producción experimenta un explosivo aumento.

15.00% 5.00%

39.00%

3.00% 8.00%

Bateri a Cerami ca y vi dri os Gras as s ol ubles Us os farma ceuticos Productos de pol i meros Otros

30.00%

Las baterías de litio se han convertido en la principal aplicación, ya que se utilizan intensivamente en variados dispositivos, como cámaras fotográficas, computadores portátiles, teléfonos celulares, agendas electrónicas, MP3, entre otros. Además, el uso de este tipo de baterías es altamente atractivo por su peso (livianas), su potencia y ciclo de vida, su rango de soporte en cuánto a temperaturas y en particular, porque carecen del “efecto memoria” El litio se utiliza también intensivamente en la industria de los vidrios y las cerámicas. Es utilizado ya sea en la forma de concentrado o bien como carbonato de litio. El principal efecto es reducir la temperatura de fusión de los materiales lo que produce un importante ahorro de energía. Mejora también

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notablemente la calidad del producto, obteniendo un producto más estable y resistente al calor. Otro uso importante es en las grasas y lubricantes. En esta aplicación se utiliza el hidróxido de litio, consiguiendo que las grasas sean resistentes al agua y a la oxidación, permitiendo, además, que tengan un buen desempeño en un amplio rango de temperaturas. El uso en grasa lubricante representa aproximadamente el 75% del mercado total de hidróxido de litio. De hecho, las estimaciones indican que más del 70% de las grasas lubricantes producidas en el mundo contienen litio. No obstante, lo anterior, durante el 2008 el uso de hidróxido de litio en grasa lubricante no mostró ningún crecimiento como consecuencia de la desaceleración en la industria del automóvil que se inició durante el segundo semestre del año (SQM, 2009). El litio en la medicina se utiliza para tratar y prevenir los episodios de manía (ánimo frenético, anormalmente emocionado) en las personas con trastorno bipolar (trastorno maníaco-depresivo; una enfermedad que provoca episodios de depresión, episodios de manía y otros estados de ánimo anormales). El litio se encuentra en una clase de medicamentos llamados agentes anti maníacos. Funciona al reducir la actividad anormal en el cerebro. El litio viene como tableta, cápsulas, tabletas de liberación prolongada (acción prolongada) y solución (líquido) para tomar por vía oral. Las tabletas, cápsulas y solución usualmente se toman de tres a cuatro veces al día.

I.II. MERCADO PRODUCCION MUNDIAL En cuando a la producción mundial actual, según el centro de Estadísticas Geológicas de Estados Unidos, en términos de reservas, el mercado global del litio se concentra once países, liderados a nivel de comercialización por Chile, que vende anualmente 12 mil tnm., equivalente al 43,8 por ciento del mercado. Lo siguen Australia, China y, en cuarto lugar, Argentina, que abarca el 11,68 por ciento del mercado con la venta de 3.200 tnm. anuales. Este último país, se ha conformado en el tercer productor mundial con tan sólo 1 solo yacimiento en explotación. Alrededor del 85% del litio accesible en el mundo se encuentra en un área llamada “El triángulo del litio”, compuesto por los tres grandes yacimientos de sal de Sudamérica: el Salar de Atacama, en Chile; el Salar de Uyuni, en Bolivia; y el Salar del Hombre Muerto, en nuestro país. En el 2008, el 55% de la producción global de litio provino de aquél triángulo, pese al hecho que Bolivia aún no ha comenzado la explotación de sus reservas.

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PRODUCCION EN SUDAMERICA Chile es el productor mundial número uno de carbonato de litio desde 1997. Las reservas chilenas son controladas por dos de las más grandes corporaciones mineras de litio que dominan el mercado: Chemetall, una subsidiaria de Rockwood Holdings Inc., y Soquimich (SQM), una compañía del Estado chileno. Ambas compañías producen 70% de todo el carbonato de litio del lucrativo Salar de Atacama en Chile. Con una producción de 40.000 toneladas métricas de carbonato de litio anuales, actualmente Chile abastece un tercio del mercado internacional. Según estimaciones de las reservas de litio chilenas, la segunda mayor del mundo, éstas fluctúan entre 3 y 6.2 millones de toneladas. Las reservas de Chile también se encuentran entre las más puras del mundo, y su fácil acceso al transporte marítimo ayuda a mantener bajos los costos totales de producción y comercialización. Bolivia aún no explota su yacimiento de litio, se estima que el comienzo de la explotación en el Salar de Uyuni cambiaría el panorama mundial, con reservas de un valor estimado en 515.000 millones de dólares. La Federación de Campesinos de la región viene luchando hace más de 20 años para defender los recursos de su territorio. En el año 1992 han enfrentado a Lithium Corporation, y ante los contratos desfavorables realizados entre el Gobierno y la empresa, los pobladores se movilizaron y expulsaron a esta empresa, que por esa misma época firmaba un contrato con la Provincia de Catamarca para comenzar a explotar en 1998 el Salar del Hombre Muerto.[ CITATION Man14 \l 10250 ] En Argentina, desde hace 15 años se explota el Salar del Hombre Muerto, en la provincia de Catamarca, por la transnacional FMC Lithium Corporation a través de su subsidiaria Minera del Altiplano S.A. En el año 2010, las exportaciones argentinas de carbonato de litio fueron de US$ 50 millones.

II.

METODOS Y TECNOLOGIAS EXTRACTIVAS

A causa de su alta reactividad eléctrica, el litio raramente se encuentra en la naturaleza en forma metálica estable. Lo usual es encontrarlo combinado en alguna forma de silicato complejo (en esto difiere de otros alcalinos similares como el sodio o el potasio, usualmente presentes en cloruros). Dichos silicatos pueden presentarse en fase sólida (minerales conteniendo litio como pegmatitas y aplitas) o en fase líquida, soluciones acuosas tipo salmueras (en dos grandes grupos, salmueras en salares continentales o componente del agua de mar y su lecho). Históricamente el ser humano satisfizo sus necesidades de litio recurriendo a la refinación de minerales sólidos específicos como el espodumeno, presente en 4

las rocas antedichas. Pero en las últimas décadas, gatillados por el crecimiento exponencial de la demanda a nivel mundial, se desarrollaron y profundizaron procesos extractivos en soluciones acuosas, especialmente en salinas continentales con características morfológicas y geológicas específicas y alta proporción de presencia de litio.

II.I. EXTRACCION DEL LITIO A PARTIR DE MINERALES La fuente principal para obtener carbonato de litio de minerales fue el espodumeno, que se concentra por flotación hasta que se logra un concentrado con un contenido de hasta 3% de litio. Dado los altos costos de la técnica, actualmente los productores de minerales de litio optan solamente por la producción de concentrados que resultan competitivos únicamente para la industria de cerámicas y vidrios. (Bustamante et al, 2012) Para producir litio del espodumeno natural, el concentrado debe calcinarse previamente con caliza y luego, dependiendo del proceso (lixiviado, molienda o precipitación) y del agente tratante, se obtiene un porcentaje de litio para llegar al carbonato de litio, cloruro de litio e hidróxido de litio. Los procesos químicos son cuatro: tratamiento con ácido sulfúrico; lixiviación; purificación y concentración; y precipitación del carbonato del litio. (Bustamante et al, 2012) Según estudios, existiría la posibilidad de extraer litio del espodumeno mediante la pirometalurgia de cloración y carbono-cloración con gas cloro. (Barbosa et al, 2010) El carbonato de litio es el compuesto básico más relevante de las sales de litio. Su demanda constituye el 60% de los productos de litio. Es fácil de purificar y tiene 33 utilidad en la conversión de otras sales de litio, como el cloruro de litio, bromuro de litio e hidróxido de litio. (Garcés [ CITATION Mil \l 10250 ]Millas, s/a)

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II.II. EXTRACCION DEL LITIO A PARTIR DE SALMUERAS NATURALES Consiste en el bombeo de millones de litros diarios de salmuera contenida debajo de las costras salinas (a través de grandes bombas que funcionan a diésel las 24 horas del día), mediante perforaciones profundas al salar que incluso pueden alcanzar los 200 metros (Manrique 2014). Luego, la salmuera es vaciada en grandes piscinas o piletas de evaporación que suelen medir desde 500 m hasta 1 km de longitud. Éstas se emplazan dentro de los mismos salares alto andinos, aprovechando la alta radiación solar y la aridez del territorio para decantar las sales durante un período de entre 8 a 12 meses en el cual resulta una salmuera con alta concentración de litio. Esta salmuera se procesa en plantas industriales que en el caso de Chile se ubican en las salidas de la ciudad de Antofagasta y en el caso de Argentina dentro de los salares de Olaroz y Hombre Muerto. En este contexto se usan sustancias químicas tales como ceniza de soda, ácido sulfúrico, ácido clorhídrico, agua y alcohol (Comisión Nacional del litio 2014), las que juegan un rol fundamental de limpieza, ya que logran quitar sustancias como boro, magnesio y otros elementos. Este procesamiento se realiza a través de la extracción por solventes, purificación de la salmuera, precipitación del carbonato de litio, junto con el lavado, secado y envasado de estas sustancias[ CITATION Hen18 \l 10250 ]

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II.III. OTRAS FORMAS DE EXTRACCION Otra forma de extracción es la del mineral directamente de la piedra. Actualmente este proceso de extracción es utilizado en el oeste de Australia en las minas de Greenbushes y McCattlin. Allí existen grandes yacimientos de piedras de pegmatita en las cuales hay una importante concentración de litio. En estos depósitos también se extrae tantalio mediante el cual el litio es generado como subproducto. En Canadá y Estados Unidos existen minas en las cuales se extrae litio del mineral spodumena. Como la extracción de litio de la piedra resulta más costosa y la concentración por lo general es baja, esta forma de extracción no ha recibido una inversión importante. En el año 1995 la producción de litio provenía en un 65% del mineral, y tan solo 35% de salmueras. En el 2007, ese porcentaje se había más que invertido, con el 86% proveniente de salmueras. [ CITATION Len16 \l 10250 ] NUEVA FORMA DE EXTRACCION DEL LITIO El novedoso sistema le ha valido a Ernesto Calvo para obtener el primer puesto en el concurso internacional ‘Bright Minds Challenge’ (Mentes Brillantes), con este método se extraerá litio sin contaminar, como sabemos el litio se ha ganado el nombre de petróleo blanco por el papel protagonista que desempeña en el panorama energético en los últimos años. Sus propiedades convierten a los iones de litio en los ingredientes perfectos para fabricar baterías de smartphones, coches eléctricos y algunos aparatos electrónicos. El problema está en los efectos ambientales de la explotación de este valioso mineral, como contaminación de agua, impactos en el paisaje, impacto en la flora y fauna, generación de residuos sólidos y químicos. Argentina tiene muy presente estas cuestiones, pues las autoridades han confirmado que el país triplicará la producción de litio para 2019. Se espera que para el 2025 la producción de litio se ubique entre 400.000 y 500.000 toneladas. Conociendo estos datos, no es de extrañar que el proyecto que ha propuesto el científico Ernesto Calvo sea uno de los más considerados, tanto a nivel nacional como internacional. Este investigador argentino, especialista en fisicoquímica, electroquímica y nanotecnología, propone implementar una innovadora tecnología de extracción de litio a gran escala, sin generar residuos contaminantes.

Existen diferentes procedimientos de extracción. Australia, el mayor productor global, lo obtiene a través de la minería convencional, pero es un proceso caro y sucio. Chile, Argentina y China, en cambio, utilizan un lento proceso de 7

evaporación del agua de las salmueras. La ventaja del sistema que quiere sacar adelante Calvo y su equipo es que no se evapore el agua durante este proceso sino que se reutilice sin agregar sustancias químicas. Para ello, extrae la salmuera mediante un sistema de bombeo para introducirla en un reactor con dos electrodos. Estos atrapan selectivamente, por un lado los iones de litio, y por el otro, el cloruro de la salmuera, para ser restituido al salar. El novedoso método le ha valido a Calvo para obtener el primer puesto en el concurso internacional Bright Minds Challenge (Mentes Brillantes), que tuvo lugar la semana pasada en Ámsterdam.

III.

PRINCIPALES PRODUCTOS DERIVADOS DEL LITIO

De la extracción y procesamiento del litio se producen diversos productos que comercialmente tienen cada vez mayor demanda y valor, a saber:  Carbonato de litio: Es un producto que se obtiene de la remoción de las









impurezas de la salmuera y se somete a una conversión química con ceniza de soda. Es el compuesto mayoritariamente comercializado por las mineras que explotan este mineral. [ CITATION Gir16 \l 10250 ] Carbonato de litio grado batería: Se produce de la misma forma que el carbonato de litio, pero se optimiza la remoción de impurezas y se mejora la calidad de la salmuera al obtener menores niveles de sodio. Este producto se usa para el desarrollo de energías renovables no convencionales, para la fabricación de automóviles eléctricos y de dispositivos móviles como tabletas y celulares. [ CITATION Str15 \l 10250 ] Cloruro de Litio: Es la materia prima para la producción de litio metálico a través de electrólisis, también se usa en el control de humedad y de zeolitas. La producción de cloruro de litio comienza con la remoción de impurezas que a través de procesos de extracción por solventes son separadas, y después se traspasan a un cristalizador específico en el que se lleva el pH de este líquido a niveles neutros para después cristalizarse por medio de la inyección a vapor. Finalmente, esos cristales pasan a ser separados por centrifugado, se secan y se empacan.[ CITATION COB09 \l 10250 ] Hidróxido de litio: A partir del carbonato de sodio se produce el hidróxido de litio, en base a litio y agua. Se utiliza para la producción de grasas lubricantes, y para la fabricación de baterías y colorantes. Hidruro de litio: Es un compuesto químico en base a litio e hidrógeno y entre sus propiedades destaca su uso en reactores nucleares.

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IV.

IMPACTO AMBIENTAL DE LA EXTRACCION DEL LITIO

La minería del litio forma parte del modelo de extracción de recursos naturales, aunque a diferencia de su prima hermana la minería metalífera a gran escala, no comparte la voladura de montañas ni el uso masivo de explosivos y cianuro. Pero sí las une el aspecto más cuestionado en los últimos años: uso monumental de agua, en una región de extrema sequía. La contaminación del aire, del agua y de los suelos en la extracción del litio es generalmente una gran preocupación. Se necesitan enormes cantidades de químicos tóxicos, carbonato de sodio, bases y ácidos para procesar el litio. El escape de dichos químicos por medio de la lixiviación, derramamiento o emisiones atmosféricas pone en peligro a comunidades y al ecosistema Por cada tonelada de litio extraída se evaporan alrededor de dos millones de litros de agua, clara evidencia de que la minería del litio en salares es una minería del agua[ CITATION Gal \l 10250 ] Se verá afectada la superficie de la costra del salar, porque la obtención del mineral implica la construcción de piletas de evaporación que, en conjunto, pueden sumar entre 300 y 600 hectáreas de superficie. Es necesario analizar el funcionamiento integral del salar pues, en tanto se extrae la salmuera, se pueden deprimir las napas de agua a donde lleguen los extractores[ CITATION Ing \l 10250 ] Existen diferentes formas de obtener litio, dependiendo de donde se obtenga el litio son los contaminantes que se generarán. La extracción de LiOH genera emisiones atmosféricas en su etapa deconstrucción y residuos líquidos y sólidos. Para la extracción LiCl se generarán residuos sólidos (sulfato de Bario, Oxalato de Calcio y ayuda filtrante) y se generará material particulado (por caldera que emite vapor de agua y por la salida del sistema lavador de gases común a los reactores disolvedores y estanques de almacenamiento de ácido clorhídrico)

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V.

Conclusiones y sugerencias

 En el futuro no muy lejano, cuando las reservas de combustibles fósiles se agoten, la economía mundial necesitará de una nueva revolución energética que sustente su funcionamiento. La tendencia parece indicar que el protagonista en el sector del transporte será el litio.  La intensidad de uso dependerá del desarrollo tecnológico en relación con su aplicación en baterías recargables, de las condiciones de abastecimiento (oferta y precio) del petróleo en el mundo y otros factores que influyan en la oferta de las reservas de litio.  Los gobiernos entregan autorizaciones para exploración y explotación de litio sin contemplar las complejas dinámicas hidrogeológicas ni el daño ambiental ya causado por faenas mineras existentes en estos territorios (como el Salar de Atacama y el de Olaroz) ni los daños ya causados por faenas de exploraciones negligentes, como lo denuncia en Salinas Grandes la Mesa de las 33 comunidades.  Además, es importante señalar que son escasas las fuentes científicas e institucionales que dan cuenta de estos impactos en los salares, en contraste con el evidente daño ambiental que en los tres salares estudiados denuncian los afectados  La extracción del litio es un proceso que requiere de una fiscalización más minuciosa por parte del estado para el desarrollo del proyecto, pues los impactos que se generan no son menores

Bibliografía 10

COBRE, C. C. (DICIEMBRE de 2009). Antecedentes para una Política Pública en Minerales Estratégicos: Litio. Obtenido de https://ciperchile.cl/pdfs/litio/estudio_cochilco.PDF Galeano, E. (s.f.). LITIO, la paradoja de la abundancia. Red de Asistencia Jurìdica contra la Megaminerìa. Obtenido de https://www.ocmal.org/wpcontent/uploads/2017/03/litio.pdf Giraldo, A. V. (2016). LA ERA DEL LITIO. REVISTA COLOMBIANA DE MATERIALES, 1-14. Obtenido de http://bibliotecadigital.udea.edu.co/bitstream/10495/6286/1/ValenciaAsdrubal_2016_ eralitio.pdf Henríquez, B. J. (AGOSTO de 2018). IMPACTO SOCIOAMBIENTAL DE LA EXTRACCIÓN DE LITIO EN LAS CUENCAS DE LOS SALARES ALTOANDINOS DEL CONO SUR. Observatorio de Conflictos Mineros de América Latina. Obtenido de https://www.ocmal.org/wpcontent/uploads/2018/08/Impacto-Sociambiental-Litio.pdf Ingrid Garcés Millas, I. Q. (s.f.). LA INDUSTRIA DEL LITIO EN CHILE. ANTOFAGASTA. Obtenido de https://intranetua.uantof.cl/salares/Litio%20y%20derivados.pdf Lende, S. G. (2016). MINERÍA DEL LITIO Y ACUMULACIÓN POR DESPOSESIÓN. EL CASO DE SALAR DEL HOMBRE. Minería del litio y acumulación por desposesión. Obtenido de http://ri.conicet.gov.ar/bitstream/handle/11336/39473/CONICET_Digital_Nro.1340db 3d-4f25-419c-a964-1fd5a0be0f1e_A.pdf?sequence=2&isAllowed=y Manrique, A. (2014). Explotación del litio, producción y comercialización de baterías de litio en Argentina. DICIEMBRE, MAR DE LA PLATA, CHILE. Obtenido de http://rinfi.fi.mdp.edu.ar/bitstream/handle/123456789/63/TrabajoFinalIntegradorEspecializaciónGTI-AlejandroManrique.pdf?sequence=1&isAllowed=y Ströbele-Gregor, J. (2015). La economía global del litio y el caso de Bolivia. Desigualdades estructurales en el aprovechamiento de un recurso estratégico. Obtenido de http://www.desigualdades.net/Resources/Working_Paper/WP-79-Stroebele--GregorOnline.pdf Zeller, F. A. (MAYO de 2012). CENTRO DE DERECHOS HUMANOS Y AMBIENTE. LITIO. Obtenido de http://center-hre.org/wp-content/uploads/2012/06/INFORME-LITIO-FINAL...pdf

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