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"Procédé de fabrication d'oxyde de fer et d'anhydride sulfureux en partant de minerais de salfare de fer ".
La présente invention est relative à des perfectionne- ments dans le traitement de minera is de sulfure de fer, tels que la pyrite et la pyrhohite, poar la production d'oxyde de fer et d'anhydride sulfureux à partir de ces minerais, et est aussi relative aux appare ils employés dans le dit traitement .
Les principales caractéristiques de l'invention consis- tent en la combustion dans an four du. sulfure à l'état fi- rament divisé en suspension dans un agent d'oxydation gazeux tel que l'air, la température étant tellement élevée qu'on produise un oxyde de fer, fondu, noir et magnétique et de l'anhydride sulfureux sensiblement exempta d'anhydride sul- furique;
et le refroidissement tellement rapide des gaz effluents, dans la zone de température dans laquelle l'an- hydride sulfureux peut s'oxyder en anhydride sulfurique, qu'il ne se forme, en substance, pas d'anhydride salfari- que
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Une autre caractéristique de llinvention consiste à
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faire passer le sulfare à l'état finement divisé sasrùentîon- de préférence l'agent d'oxydation) né,de haut en bas dans an courant de gaz./uircll1ant de bas en haut,le gaz étant fourni en quantité et avec une rapidi- té telles, comparées à celles dü sulfure;qao l'action de la pewn.iS.eür agissant sur le sulfure soit retardée so.Ífisarnr#nt pour permettre à la combustion sensiblement complète de se faire pendant que le Sùlfare est en saëpension.
Une autre caractéristique de l'invention consiste en- core à introduire le sulfure dans le four au moyen d'an cou- rant de l'agent d'oxydation en quantité moindre que celle nécessaire pour la combustion complète du sulfure et du
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fer, la quantité totale d'agent oxydant fournie en introclui- sant le sulfure et contenue dans le courant circulant de bas en haut étant seulement celle nécessaire pour effectuer lacombustion complète en prat i que , ce qui permetd'éviter un refroidissement excessif de la réaction et une dilution excessive de l'anhydride sulfurique formé.
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Une autre ç;arac;téristiga6 de l'invention est l'éta- blissement diane combustion primaire da sulfure avec une quantité d'agent oxydant moindre que celle nécessaire pour, la combustion complète, combustion primaire dans laquelle
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la majeure partie du soufre est oxydée; et l'étalàlissernent d'une combustion secondaire, succédant immédiatement, à une température plus élevée en présence diane quantité d'agent oxydant en excès sur celle nécessaire pour la combustion du fer et du soufre résiduel.
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Une au.tre carsctérstiotze de l'invention c;onsiste en- - 2 core à chaaffer préalablement le sulfure et courant pri- maire d'agent oxydant en les faisant traverser un courant effluent d'azote et d'anhydride sulfureux à une température tellement élevée que l'anhydride sulfureux n'est pas refroidi de ce fait à une température à laquelle il se transformerait en anhydride sulfurique pas oxydation.et à
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chauffepréalablement l'@fflux secondaire d'agent oxydant en le mettant en contact avec les particules effluentes fonduesd'oxyde de fer, par passage dans lesdites parti- cales .
Diverses autres caractéristiques et les avantages de l'invention peuvent être établis en partant de la des- cription suivante.
Auparavant, les minerais de sulfure de fer ont été utilisés sur une grande échelle dans la fabrication d'anhy- dride sulfureux par grillage ou combustion du minerai avec de l'air. Depuis peu, on a réalisé cette fabrication dans des appareils de grillage dans lesquels par des moyens mécaniques, on fait avancer lentement le minerai à contre - courant par rapport à l'air. @e type d'appareil de grilla- ge est bien représenté par les appareil à foyers multiples, dans lesquels le minerai est introduit dans le foyer sapé- rieur et est déplacé par des râbles à travers le foyer poar tomber sur le foyer d'en-dessous, l'opération étant répétée sur c@aque foyer successif.
Dans celai-ci et dans les au- trestypes d'appareils de grillage dans la pratique géné- rale, la combustion du sulfure est relativement lente. Alors qu'on engendre une quantité de chaleur considérable, la température du sulfure brûlant dépasse rarement 1000 C et ne dépasse habituellement pas 700 à 800 C. L'oxyde de fer qui en résulte est obtenu sous forme de petites parti(,ales non fondues et non agglomérées, dont la couleur varie da rouge au pourpre et n'est pas magnétique'-. un degré appré- ciable ou de quelqu'importance.
Par suite de la quantité de chaleur engendrée dans le procédé, l'entretien des par- ties mobiles dans les appareils mécaniques de grillage est considérable.Afin de préserverl'appareil, pour éviter @es frais d'entretien excessifs et pour empêcher la fasion du minerai, on essaie de refroidir, habituellement en four- nissant une quantité d'air fortement en excès sur celle né-
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cessaire , théoriquement, pour régair avec;
le minerai. En entre, dans le fonct ionnement de cesappareils mécaniques de grillage, le mineraiest froid lorsqu'il entre dans l'ap- pareil de grillage, et ainsi continue à refroidir les gaz quittant l'appareil de grillage, de sorte qu'une partie considérable de l'anhydride sulfureux est transformée par oxydation en anhydride sulfurique. A aucun moment pendant le passage à travers l'appareil de grillage,; on n'essaye de chauffer le mineraisuffisamment pour qu'il fonde et la tem- pérature dans l'importe quelle partie du four est sensible- ment la même que la température du métal dans cette partie.
Le prodait résiduel solide de ce traitement est de l'oxyde de fer non fondu contenant des quantités variables de soa- fre, habituellement de 2 à 6 % suivant la minerai traité, le type d'appareil de grillage et le mode de fonctione- ment, Par exemple, si on désire produire, en se servant de ces appareils de grillage, du gaz à haute tenear en anhydri- de sulfureux, on ne peut y arriver r qu ' e n utilisant an mini- mum d'air et le résultat est une température plas élevée dans l'appareil de grillage, causant une détérioration ex- cessivement rapide de l'appareil et un résida, élevé de sou- fre dans l'oxyde de fer produit.
En réalisant la présente invention, le minerai, réduit à l'état finement divisé, est brûlé en suspens ion dans un agent oxydant gazeux pendant an lent passage à travers une chambre de combustion, la quantité d'agent oxydant n'étant pas sensiblement en excès sur celle qui est néces- saire pour l'oxydation de tout le soufre et de tout le fer.
En l'absence de refroidissement par excès )d'agent oxydant et en raison de la suspension des particules, séparées par des distances relativement grandes, dans l'agent oxy- dant et de leur lent passage à travers la chambre de col- bustion, il s'effectae une combustion très rapide et com-
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plète avec libération de chaleur qui eSft7/Pjt prise bzz
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les particules et cause la fusion de celles-ci avec gon- flement et éclatement subséquente des part icules par le gaz engendré intérieurement.
La combustion complète subséquente et l'absence de refroidissement par un excès sensible quelconque d'agent oxydant a pour résultat de maintenir la température du four au-dessus de la température à laquel- le l'anhydride sulfureux se transforme en anhydride sulfu- rique, de sorte que l'anhydride sulfureux produit n'est pas oxyde dans le four. Les gaz effluents sont refroidis tellement rapidement dans les limites de température en- tre lesquelles l'anhydride sulfureux peut se transformer par oxydation en anhydride sulfurique, qu'il ne se produit sensiblement aucune oxydation de l'anhydride sulfureux.
Plus en détail, le mode de réalisation préféré du pro- cédé est le suivant :
Les particules de minerai entrent.par une de ses extré- mités, dans la chambre de combustion chauffée préalablement, accompagnés d'air en quantité insuffisante poar la combus- tion complète des teneurs en soufre et en fer du minerai, passent d'abord à travers des gaz chauds circulant vers la sortie de gaz, et sont de ce fait rapidement c,hauffés à la température d'ignition et de fusion des partie file de minerai.
Les particules chaudes sont portées à l'inition et il s'en suit une combustion à la surface des particules.
De l'air additionnel, en quantité au moins suffisante pour achever l'oxydation du sulfure, entre à l'extrémité opposée du four et circule à contre-courant par rapport au minerai et à l'afflux d'air primaire. Cet afflux d'air se- condaire, qutre qu'il fournit l'oxygène nécessaire pour la combustion complète du minerai, sert aussi à maintenir les particalcs de minerai en suspension jusqu'à ce que la combustion soit complète.
A l'état finement divisé dans le- quel le minerai est tr.-ité. les Particules sont rapidement
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portées à la hante température de fusion et le chauffage soudain a pour résultat la transformation des particules par gonflement, en des formes globulaires, creuses, vraisem-. blablement par du gaz engendré intérieurement. Beaucoup de ces partiales globulaires gonflées sont brisées, ap- paremment pour avoir été ouvertes par éclatement par la pression du gaz intérieur .
Ce gonflement des particules a pour résultat que le rapport de surface au volume du solide est très élevé, et les particules étant séparées par des distances relative nient grandes et étant suspendues dans l'air, le volume presque total de chaque particule estprésenté à l'oxydation à un montent donné, de sorte que presque chaque particule brûla complète ment et toutes les particules brûlent très' rapidement. L'élimination da soafre est plus complète que celle qu'on peut obtenir avec des appareils de grillage mécaniques. L'oxydation rapide libère de la chaleur qui est absorbée par les particules et sert à compléter et à maintenir l' état de fusion.
Sui- vant toute probabilité, la températuredes particules fon- dues est plus élevée que celle qu'on peut obtenir par d'autres méthodes de grillade. Ceci est prouvé par le fait que l'oxyde de fer résultant est fondu, da couleur noire, et magnétique, c'est-à-dire susceptible d'être attiré par un aimant. On sait que si de l'oxyde rouge de fer, qui est non magnétique; est chauffé à 1650 C ou au-dessus, il fond et se transforme en oxyde noir magnétique et de ce fait on conclut/que, quoique des températures de l'ordre de 1650 dans la chambre de combustion ne peuvent être enregistrées, néanmoins les particules individuelles ont été chauffées à cette température ou à une température plus élevée par leur uhaleur de combustion .
Les particules de mi- nerai oxydé sortent finalement de la chambre de combustion à travers l'afflux d'air secondaire froid entrant et sont
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refroidis par celai-ci. L'oxyde prodait 'Peut être soumis à une séparation magnétique pour éliminer la matière non ma- gnétique telle que des particules incomplètement oxydées, de la silice et autres impuretés, qui sont entrées avec 'le minerai . La teneur- en soufre du produit est très fai- ble, allant de 0,3% à 2 % suivant la finesse du minerai, mais habituellement inférieure à 0,5 %.
A cause de la limi- tation de l'afflux de d'air à la quantité nécessaire en pratiqae pour effectuer la combustion complète du soufre et du fer, la quantité d'air mélangée avec l'anhydride su- fureux quittant la chambre de combustion est beaucoup moin- dre que dans le cas da grillage mécanique, De même,à cause de l'absence de refroidissement par excès d'air et par sui- te de la haute température atteinte par combustion rapide et complète du minerai, l'anhydride sulfureux quitte la chambre de combustion à une température bien supérieure à celle à laquelle il se transforme ,on anhydreide sulfuri- que par oxydation.
Les gaz sortants sont rapidement refroi- dis et de préférence traversent une chaudière à vapeur ou un autre appareil adéquat dans lequel l'anhydride sulfureux est refroidi si rapidement dans les limites de température entre lesquelles il se transforme en anhydride sulfurique par oxydation, qu'il ne se forme pratiquement pas de ce dernier gaz. D même, par suite de la limitation de l'anf- flax d'air, l'anhydride sulfureux produit par ce procédé est moins dilué que celai qui est prodait par des appareils de grillage mécaniques. comme le procédé est pratiqué à pré- sent, les gaz sortants sont refroidis d'une température de plus de 1050 C à une température de 200 C ou 225 C en une seconde et demie approximativement et contiennent moins d'an dixième pour cent d'anhydride sulfurique.
Les résultats ont été bbtenas même quand on utilise un excès d'oxygène allant jusqu'à 7 ou 8 %la
Suivant l'invention, il est plus adéquat et pratique
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d'introdaire le minerai finement divisé, verticalement vers le bas, dans le sommet d'une chambre de combustion au moyen d'an doux courant d'air en quantité moindre que celle né- cessaire pour la combastion da minerai, et de fournir l'air ultérieur nécessaire pour la combustion en aspirant celui- ci de bas en haut à travers la chambre de combustion.
En réglant lesvitesses desdeux courants d'air opposés, l'un par rapport à l'autre et par rapport à la force de la pesan- teur agissant sur les particules, le temps mis par les particules pour descendre à travers la chambre de combus- tion peut être réglé poar fournir un aspic laps de temps pour la combustion. En d'autres termes, la descente des particules, dûe à leur vitesse initiale vers le bas et à l'accélération de la pesanteur, peut être retardée par le courant d'air montant .
Une forme d'appareil on'on a trouvé adéquate pour la réalisation du procédé, nais à l'emploi de laquelle l'in- vention n'est pas limitée, attendu qu'on peut utiliser d'autres formes d?'appareil, est représentée plus ou moins schématiquement dans le dessin annexe.
Dans le dessin, 11 désigne un corps de four étanche au gaz, de préférence en métal, ayant an revêtement réfrac- taire 1 2 et uns paroi réfractaire de séparation intérieu- re 13 s'étendant da bas da foar jusqu'à près du dessus de les dimensions du four sont telles que la paroi de séparation constitue' deux chambres 14 et 15, dont la plus grande dimension est leur hauteur.
La chambre 14, qui est la chambre de combustion, communique avecl'atmosphère¯, par son fond 16, tandis que la chambre 15, qui est une cham- bre de dépotées! fermée à l'atmosphère à son fond 17. un dispositif approprié quelconque 18 pour recueillir et évacuer le produit solide da four est prévu à une distance sous la chambre 14 telle qu'il ne gêne pas la libre entrée
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de l'air dans la chambre. On prévoit an bas de la chambre AF ' Q i"i/"f (0) 1"7
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toat dispositif approprié 19 pour évacuer le produit soli- de da four tout en empêchant l'air d'enter. Adé qaatement , le dispositif 19 peut se décharger dans le dispositif 18, mais cela n'est pas obligatoire.
Un refroidisseur de gaz 20 de préférence sous la forme d'une chaudière à vapeur à tabes de famée, est connecta au foar pour recevoir les gaz de la partie inférieure de la chambre 15o De préférence le corps de la chaudière est raccordé directement au corps da foar, comme représenté au dessin, et la paroi du four est percée d'une grande ouverture de sortie donnant libre accès à la chaudière Un dispositif d'aspiration 21, de préférence an ventilateur ou souffleux centrifuge, est raccordé à l'extrémité de la chaudière éloignée du four, de manière à aspirer les gaz du four à travers 1,- chaudière.
Un registre oa régulateur de tirage 22 peut âtre prévu entre lsoaf- fle@@ 21 et la chaudière, La chaudière est manie da tayaa d' alime ntat ion d'eau 23 habituel et du tayau de prisede vapeur 24. Le minerai à traiter ent chargé l'état finement divisé dans un coffre 25 muni d'un fond en forme de trémie, duquel il est envoyétravers un dispositif régulateur 26 dans une trémie 27 communiquant avec l'atmosphère et raccordée par son fond à l'entrée d'aspiration d'un venti- lateur ou souffleur centrifuge 28.
Le tuyau de décharge 29 da souffleur conduit, en descendant dans la partie supérieur- re de la chambre de combustion 14 et se termine en n'impor- te quelle espèce appropriée de tuvère 30 résistant à. la chaleur.
Le fonctionnement de l'appareil décrit est le saivant:
Da sulfure métalliqae sec, finement divisé, tel qu'un concentré de flottation on des pyrites de fer finement broyées, est déversé dans le coffre 25 et est débité du cof- fre en proportion mesurée,à travers le régulateur 26/dans la trémie ouverte 27, où il est pris par le courant d'air et aspiré dans le souffleur 28 et débité par lai verticale-
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ment vers le bas dans la partie supérieure de la chambre de combustion 14. En réglant le dispositif d'alimentation
26 et la vitesse du souffleur 28, l'importance du débit de minerai dans le four et la quantité et la vitesse de l'air entrant avec le minerai peuvent âtre réglées à volonté.
l'aspiration du souffleur 21 aspire de l'air dans le fond de la chambre de combust ion et de bas en haut à travers cette chambre et aspire aussi les gaz du four et tout air résiduel de haut en bas à travers la chambre 15 et à tra- vers la chaudière 20. La quantité et la vitesse de l'air entrant dans le fond de la chambre de combustion peuvent être réglées au moyen du registre 22 et en réglant la vites- sedu souffleur 21. Le réglage est de préférence tel que le coarant d'air circulant de bas en haut contrebalance la vitesse initiale de partie aies de minerai dirigées de haut en bas et contrebalance partiellement l'accéléra- tion de la pesanteur, de sorte que la descente des particu- les à travers la chambre de combustion est retardée, La plupart desparticles sedéposent et sont évacuées par le dispositif 18.
De fines particules qui sont transportées par dessus la paroi 13 se déposent rapidement sur le fond de la chambre 15 et sont évacuées par le dispositif 19.
Le procédé tel qu'il est conduit dans l'appareil dé- crit est le suivant: Le four' ayant été , adéquatement, chauf- fé préalablement, le fonctionnement est commencé en faisart arriver dans la chambre de combustion da sulfura finement divisé dirigé vers le bas avec une quantité d'air moindre que celle nécessaire pour la combustion da sulfure et as- pirant en même temps,de bas en haut à travers la chambre de combustion l'air additionnel nécessaire en pratique pourla combustion complète du sulfure. Quand on arrive aux tempé- ratures nécessaires et que le foar est en plein fonctionne- ment, trois zones clairement définies sont établies,dont
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les dimensions dépendent des quantités et des vitesses de l'air et du sulfure fournis.
La zone supérieure, ou zone de chauffage, s'étend, à quelque distance sous la tuyère 30. L'atmosphère inhérente à cette zone est largement faite de l'anhydride sulfu- reux et de l'azote qui s'élèvent des zones inférieures. La température est trop élevée pour permettre l'oxydation de l'air entrant avec le sulfure, et peu, si non pas du tout, d'air s'élève des zones d'en dessous.. Les particules de sulfure descendant à. travers cette zone sont portées à l'ingnition et éventuellement à la température de fusion.
S'il y a du soufre libre dans le minerai, quelque peu de celui-ci peut être volatilisé et brûlé.
La zone centrale, ou zone de combustion primaire, est tout-à-fait clairement et visiblerrent distincte des zones d'un dessus et d'en dessous. Cette zone s'avance vers le bas à partir du niveau auquel les partiales de sulfure en- trent en ignition, et est ane zone de combustion intense et de fusion complète dans laquelle la plus grande partie du soufre est transformée en anhydride sulfureux par com- bastion avec l'air introduit avec; le sulfure et avec; un peu de l'air aspiré travers le fond de la chambre de combus- t ion.
Eventuellement, un peu de Ferbrûle également. Dans cette zone les particules de sulfure sont brûlées aveu une quantité d'air suffisante pour oxyder la majeure partie du soufre et sont de ce fait maintenues à la température de fusion. On croit que la majeure partie du gonflement et de l'éclatement des particules se produit dans cette zone. La zone est remplie par la flamme caractéristique du soufre brûlant.
La zone de base, ou zone de combustion secondaire, s'avance vers le bas partir du niveau auquel les particu- les de sulfure deviennent incandescentes jusqu'à, près da
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fond de la chambre. Dans cette zone les particules forte- ment,- chauffées rencontrent un excès d'air relativement peu dilué,aspiré à travers le fond de la uhambre. Les particu- les sont individuellement visibles comme -une plaie de points lumineux étinuellants et br illants et on suppose que dans/cette zone la majeure partie du fer et le soufie'rési- duel sont brûlés et que l'oxyde noir se forme.
La chaleur intense des particules individuelles, indiquée par l'état d'incandescence, est largernt absorbée par les parti(;ales, au moment de sa libération, en maintenant l'oxyde de fer à l'état fondu de sorte que la température de l'atmosphère de cette zone est probablement beaucoup inférieure à la tempé- rature des particules individuelles. L'effet scintillant dans bette zone diminue vers la base de la zone.
Sous la base de la zone les particules fondues sont refroidies et solidifiées dans l'air entrant et servent dans une certaine mesure au chauffage préalable de l'air.
La matière solide recueillie à la forme d'une lourde poudre noire composée de menues particules fondues habituellement creuses .
D'après la description quiprécède, on remarquera que le sulfure est d'abord brûlé avec fine quantité d'air moin- dre que celle nécessaire pour la combustion complète, la quantité étant toutefois, suffisante pour l'oxydation de la majeure partie du soufre, et est brûlé ensuite avec peut être une quantité d'air moindre que celle nécessaire pour la combustion complète de la. quantité initiale de soufre et de fer, l'apport d'air secondaire étant fortement en excès sur la quantité nécessaire pour l'oxydation da fer r et du soufre restant.
On remarquera aussi que les particules de sulfure sont maintenues en suspension dans l'air pendant tout le proces- sas d'oxydation. En réglant les vitesses des deux courants d'air, le laps de temps pendant lequel les particules sont
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ma@ntenues en suspension peat être beaucoup plas long que celui qu'occuperait normalement la descente dûela pesan- teur des particules., sur le fond de la chambre de combus- tion et, de cette manièrean temps ample est fourni poar une combastion très complète.
A cause de la limitation de ldafflux d'air à la quanti- té la plas proche des exigences théoriques, tout en restant compatible avec un fonctionnement efficace, très peu d'air relativement, quitte la chambre de combustion, de sorte que l'anhydride sulfureux n'est que peu dilué avec de l'air.
Les/hautestempératuresdes gazdans les chambresde combus- tion et de dépôt empêchent la transformation de l'anhydride sulfureux en anhydride sulfurique par oxydation et le re- froidissement rapide des gaz à moins de 350 - C dans la chau- dière réduit tellement le temps pendant lequel l'anhydride sulfureux passe entre les limites de température d'oxyda- tion, qu'il ne se forme pratiquement pas d'anhydride sal- furique.
Bien que le seul miliea oxydant mentionné soit l'air, il est évident que n'importe quel mélange/gazeux qui contient l'oxygène libre requis et ne contient aucun composants qui réagiraient de façon inopportune avec le sulfure ou les oxydes formés peut être substitué à l'air. Dans les reven- dications qui suivent, le terme "air" doit être interprété comme comprenant des mélanges gazeux de cette nature.
Bien que le courant de gaz qui introduit le sulfure ait été désigné comme étant de l'air, il est compréhensi- ble qu'un gaz non oxydant peat lui âtre subsituté,et toat l'effet oxydant obtenu avec un contre-courant de gaz oxydant. du bien,autrement, les deux contre-courants de gaz peuvent être non oxydants et servir simplement à maintenir le par- ticules de salfare en suspension et être exposés à un gaz oxydant introduit séparément par rapport aux deux contre-
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courants .