• Current Status and Necessity of Separation Technology to Secure Vanadium Mineral Resources

    바나듐 광물자원 확보를 위한 선별 기술 현황 및 필요성

    Hoseok Jeon, Yosep Han, Sangho Baek, Tsogchuluun Davaadorj, Byunghun Go, Dohyun Jeong, Yeoni Chu, Seongmin Kim

    전호석, 한요셉, 백상호, 척거, 고병헌, 정도현, 추연이, 김성민

    Owing to the global development of high-strength alloys and renewable energy industries, the demand for vanadium, a key raw material in these …

    전 세계적으로 고강도 합금 및 신재생에너지 산업의 수요 증가로 인하여 핵심 원료인 바나듐의 수요 가 증가할 것으로 기대된다. 이에 따라, 지금까지 바나듐은 …

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    Owing to the global development of high-strength alloys and renewable energy industries, the demand for vanadium, a key raw material in these industries, is expected to increase. Until now, vanadium has been recovered as a by-product of the industry, but interest in its direct recovery from minerals has increasing with its significantly increasing demand. In particular, the recovery of vanadium from stone coal ore and vanadium titano-magnetite (VTM) containing vanadium has been actively researched in China, which has the largest reserves and production of vanadium in the world. In Korea, a large amount of VTM also occurs in the northern part of Gyeonggi-do, and fundamental research and technical development is being conducted to recover vanadium. It is necessary to understand the current status of the separation technology used worldwide to satisfy the demand for metals such as vanadium, which currently depends on imports.


    전 세계적으로 고강도 합금 및 신재생에너지 산업의 수요 증가로 인하여 핵심 원료인 바나듐의 수요 가 증가할 것으로 기대된다. 이에 따라, 지금까지 바나듐은 다른 산업의 부산물로 회수되었으나, 직접적인 개발에 대한 이목이 집중되고 있다. 특히, 매장량과 생산량이 가장 많은 중국에서는 함바나듐 무연탄광과 티탄철광으로부터 바나듐을 회수하는 연구가 활발하게 수행되고 있다. 국내에도 경기 북부 지역에 함바나듐 티탄철광이 대량 부존되어 있다고 알려져, 이를 개발하고자 하는 기초 및 실증연구가 수행되고 있다. 따라서 본 총설에서는 국내외 바나듐 선별 기술 현황을 조사하여 소개하였으며, 이를 토대로 현재 전량 수입에 의존하고 있는 바나듐에 대한 자립 수급의 필요성을 알리고자 한다.

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    30 April 2022
  • Development of Vanadium Recovery Process Using Reduction Pre-treatment from Vanadium Titanium-Magnetite (VTM) Ore

    VTM광으로부터 환원 전처리를 이용한 바나듐 회수 공정 개발

    Byunghun Go, Dohyun Jeong, Yosep Han, Seongmin Kim, Yeoni Chu, Byung-su Kim, Ho-Seok Jeon

    고병헌, 정도현, 한요셉, 김성민, 추연이, 김병수, 전호석

    The study was conducted to develop a vanadium recovery process using reduction pre-treatment in the Vanadium TitanoMagnetite (VTM) The sample for the …

    본 연구에서는 국내에 부존된 함바나듐 티탄자철석(Vanadium TitanoMagnetite, VTM)을 대상으로 환원 전처리를 이용한 바나듐 회수 공정 개발 연구를 진행하였다. 연구에 사용된 시료는 경기 …

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    The study was conducted to develop a vanadium recovery process using reduction pre-treatment in the Vanadium TitanoMagnetite (VTM) The sample for the research was provided by the Gwan-in Mine in Pocheon, Gyeonggi-do. The vanadium content of the sample is 0.54 V2O5% and vanadium is concentrated mainly in magnetite and ilmenite. Magnetic separation of the sample can increase vanadium content up to 1.10 V2O5%. To increase the vanadium content further, reduction pre-treatment was performed, which is a process of concentrating vanadium present in the iron by reducing iron in magnetite using carbon(C). Based on this reduction pre-treatment, the magnetic separation process was developed, which achieved a vanadium grade of 1.31V2O5% and 79.68% recovery. In addition, XRD analysis of the vanadium concentrate before and after reduction and the final vanadium concentrate was performed to confirm the behavior of vanadium by reduction pre-treatment.


    본 연구에서는 국내에 부존된 함바나듐 티탄자철석(Vanadium TitanoMagnetite, VTM)을 대상으로 환원 전처리를 이용한 바나듐 회수 공정 개발 연구를 진행하였다. 연구에 사용된 시료는 경기 포천시 관인광산에서 제공한 시료로 바나듐 품위는 0.54V2O5%이며, 자철석과 티탄철석이 대부분 차지하고 있는 것을 확인하였다. 단일자력선별 실험결과, 자력선별만으로는 바나듐 품위 1.10V2O5%대가 한계임을 확인하였다. 이를 해결하기 위하여 탄소(C)를 이용, 자철석 내에 존재하는 철을 환원시켜 철 내부에 존재하는 바나듐을 농축, 품위를 향상시키고자 하였다. 실험결과를 바탕으로 환원 전처리를 적용한 자력선별 공정을 개발하였으며 최종적으로 V2O5기준으로 품위 1.31%, 회수율 79.68%인 바나듐 정광을 회수할 수 있었다. 또한 환원 전과 후, 최종 바나듐 정광에 대한 XRD 분석을 실시하여 환원 전처리에 의한 바나듐의 거동을 확인하였다.

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    30 April 2022
  • Study on the Manufacture of High-purity Vanadium Pentoxide for VRFB Using Chelating Agents

    킬레이트제를 활용한 VRFB용 고순도 오산화바나듐 제조 연구

    Sun Kyung Kim, Sukcheol Kwon, Hee Seo Kim, Yong Jae Suh, Jeong Hyun Yoo, Hankwon Chang, Ho-Seok Jeon, In-Su Park

    김선경, 권숙철, 김희서, 서용재, 유정현, 장한권, 전호석, 박인수

    This study implemented a chelating agent (Ethylenediaminetetraacetic acid, EDTA) in purification to obtain high-purity vanadium pentoxide (V2O5) for …

    본 연구에서는 VRFB용 고순도 오산화바나듐을 제조하기 위한 불순물 분리 정제 공정에서 킬레이트제(EDTA)의 영향을 조사하였다. 저순도 바나듐 원료를 이용하여 제조된 바나듐 용액으로부터 NH …

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    This study implemented a chelating agent (Ethylenediaminetetraacetic acid, EDTA) in purification to obtain high-purity vanadium pentoxide (V2O5) for use in VRFB (Vanadium Redox Flow Battery). V2O5 (powder) was produced through the precipitation recovery of ammonium metavanadate (NH4VO3) from a vanadium solution, which was prepared using a low-purity vanadium raw material. The initial purity of the powder was estimated to be 99.7%. However, the use of a chelating agent improved its purity up to 99.9% or higher. It was conjectured that the added chelating agent reacted with the impurity ions to form a complex, stabilizing them. This improved the selectivity for vanadium in the recovery process. However, the prepared V2O5 powder exhibited higher contents of K, Mn, Fe, Na, and Al than those in the standard counterparts, thus necessitating additional research on its impurity separation. Furthermore, the vanadium electrolyte was prepared using the high-purity V2O5 powder in a newly developed direct electrolytic process. Its analytical properties were compared with those of commercial electrolytes. Owing to the high concentration of the K, Ca, Na, Al, Mg, and Si impurities in the produced vanadium electrolyte, the purity was analyzed to be 99.97%, lower than those (99.98%) of its commercial counterparts. Thus, further research on optimizing the high-purity V2O5 powder and electrolyte manufacturing processes may yield a process capable of commercialization.


    본 연구에서는 VRFB용 고순도 오산화바나듐을 제조하기 위한 불순물 분리 정제 공정에서 킬레이트제(EDTA)의 영향을 조사하였다. 저순도 바나듐 원료를 이용하여 제조된 바나듐 용액으로부터 NH4VO3 을 침전 회수하여 제조된 최종 V2O5 분말의 순도는 99.7%로 분석되었지만 NH4VO3 침전 회수 공정에서 킬레이트제를 첨가한 경우 최종 V2O5 분말 순도가 99.9% 이상으로 향상되었다. 이러한 결과는 첨가된 킬레이트제가 불순물 이온과 반응하여 complex를 형성하고 불순물 이온이 안정화되기 때문에 침전 회수 공정에서 바나듐에 대한 선택성이 향상된 것으로 판단된다. 하지만 제조된 V2O5 분말내에는 불순물 규격 대비 K, Mn, Fe, Na 및 Al 함유량이 높아 추가적인 불순물 정제 연구가 필요하였다. 고순도 V2O5 분말을 새롭게 개발된 직접 전해공정에 적용하여 바나듐 전해액을 제조하였고 이의 특성을 상용 전해액과 비교 분석하였다. 제조된 바나듐 전해액의 순도는 불순물 K, Ca, Na, Al, Mg 및 Si 성분의 높은 함량으로 인하여 상용 전해액의 순도 99.98%보다 낮은 99.97%로 분석되었다. 따라서 고순도 V2O5 분말 및 전해액 제조 공정의 불순물 분리 정제에 대한 추가적인 최적화 연구가 수행된다면 상용화가 가능한 공정이 개발될 것으로 기대된다.

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    30 April 2022
  • Thermochemical Modeling Factors in Roasting Pre-treatment using a Rotary Kiln for Efficient Vanadium Recovery

    바나듐의 고효율 회수를 위한 배소 전처리용 Rotary kiln 내 열화학적 모델인자

    Sang-hun Lee, Kyeong Woo Chung

    이상훈, 정경우

    In this study, analytical thermochemical modeling factors that contribute to maintaining a specific temperature range during vanadium roasting as a pretreatment using …

    본 연구에서는 Rotary kiln(RK)을 이용하여 바나듐 염배소 전처리시 적정온도를 유지하기 위한 열화학적 모델링 관련 인자에 대해 논의하였다. 관련 모델 메카니즘은 열화학 관련 …

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    In this study, analytical thermochemical modeling factors that contribute to maintaining a specific temperature range during vanadium roasting as a pretreatment using a rotary kiln are investigated. The model-related mechanisms include thermochemical reaction rates, heat balance, and heat transfer, through which the resultant temperature can be estimated intuitively. Ultimately, by optimizing these parameters, the ideal roasting temperature in the kiln is ≈1000 °C (or ≈1273 K) for long-term operation. Therefore, the heat generated from hydrocarbon (natural gas) fuel combustion and ore oxidation reactions, as well as the radiant heat transferred to ores, are assessed. In addition, thermochemical methods for relieving the temperature gradient in order to maintain the optimum temperature range of the rotary kiln are suggested.


    본 연구에서는 Rotary kiln(RK)을 이용하여 바나듐 염배소 전처리시 적정온도를 유지하기 위한 열화학적 모델링 관련 인자에 대해 논의하였다. 관련 모델 메카니즘은 열화학 관련 반응속도모델, 열수지 및 열전달 등이며 이를 통해 rotary kiln내 온도분포를 직관적으로 추정할 수 있다. 이러한 작업을 통해 최적 염배소 온도인 1000 °C(또는 약 1273 K) 근방을 kiln내에서 장기간 유지하는 것이 관건이다. 본 연구에서는 탄화수소(천연가스) 연료연소 및 광석 산화반응으로부터의 발열과 광석으로의 복사열전달 등을 산정하였다. 또한 열화학 측면에서 Rotary kiln내 적정 배소온도구역에서의 온도구배 완화를 위한 방안을 제시하였다.

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    30 April 2022
  • Recovery Process of Vanadium from the Leaching Solution of Salt-Roasted Vanadate Ore

    바나듐광 염배소물 수침출 용액으로부터 바나듐 회수공정 고찰

    Ho-Sung Yoon, Seo-Jin Heo, Yu-Jin Park, Chul-Joo Kim, Kyeong Woo Chung, Rina Kim, Ho-Seok Jeon

    윤호성, 허서진, 박유진, 김철주, 정경우, 김리나, 전호석

    In this study, the effects of solution components were investigated in the recovery of vanadium as ammonium metavanadate from vanadium-ore-salt roasting–water leaching …

    본 연구에서는 바나듐광 염배소-수침출 과정을 거쳐 얻어지는 바나듐 함유 수용액으로부터 바나듐을 암모늄메타바나데이트로 침전시켜 회수할 때, 수용액에 존재하는 다른 성분의 이온들이 바나듐 회수에 …

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    In this study, the effects of solution components were investigated in the recovery of vanadium as ammonium metavanadate from vanadium-ore-salt roasting–water leaching solution. The vanadium-containing solution is strongly alkaline (pH 13), so the pH must be lowered to 9 or less to increase the ammonium metavanadate precipitation efficiency. However, in the process of adjusting the solution pH using sulfuric acid, aluminum ions are co-precipitated, which must be removed first. In this study, aluminum was precipitated in the form of an aluminum-silicate compound using sodium silicate, and the conditions for minimizing vanadium loss in this process were investigated. After aluminum removal, the silicate was precipitated and removed by adjusting the solution pH to 9 or less using sulfuric acid. In this process, the concentration and addition rate of sulfuric acid have a significant influence on the loss of vanadium, and vanadium loss was minimized as much as possible by slowly adding dilute sulfuric acid. Ammonium metavanadate was precipitated using three equivalents of ammonium chloride at room temperature from the aluminum-free, aqueous solution of vanadium following the pH adjustment process. The recovery yield of vanadium in the form of ammonium metavanadate exceeded 81%. After washing the product, vanadium pentoxide with 98.6% purity was obtained following heat treatment at 550 ℃ for 2 hours.


    본 연구에서는 바나듐광 염배소-수침출 과정을 거쳐 얻어지는 바나듐 함유 수용액으로부터 바나듐을 암모늄메타바나데이트로 침전시켜 회수할 때, 수용액에 존재하는 다른 성분의 이온들이 바나듐 회수에 미치는 영향을 알아보았다. 바나듐 함유 수용액은 pH가 13 정도인 강알칼리 용액으로서, 암모늄메타바나데이트 침전효율을 높이기 위해서는 수용액 pH를 9 이하로 낮춰야 한다. 그러나 황산으로 수용액 pH를 조절하는 과정에서 알루미늄 이온은 바나듐과 같이 공침되기 때문에 알루미늄 이온을 먼저 제거시켜야 한다. 본 연구에서는 소듐실리케이트를 사용하여 알루미늄-실리케이트 화합물 형태로 침전시킴으로서 알루미늄을 제거하였으며, 이 과정에서 바나듐 손실을 최소화하는 조건에 대하여 알아보았다. 알루미늄 제거 후, 황산을 이용하여 수용액 pH를 9 이하로 조절하는 과정에서 수용액의 실리케이트 성분을 침전시켜 제거하였다. 이 때 황산의 농도와 첨가속도가 바나듐 손실에 큰 영향을 미치며, 가급적 25% 묽은 황산을 사용하여 천천히 첨가함으로서 바나듐 손실을 최소화 하였다. 알루미늄 제거 그리고 수용액 pH 조절 과정을 통하여 얻은 바나듐 수용액에 3 당량의 염화암모늄을 첨가하여 상온에서 침전시킨 결과, 전체적으로 81% 이상의 바나듐을 암모늄메타바나데이트로 회수할 수 있었다. 회수된 암모늄메타바나데이트를 세척한 후 550℃에서 2시간 열처리하여 98.6% 순도의 오산화바나듐을 얻을 수 있었다.

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    30 April 2022
  • Thermodynamic Evaluation of Sulfate-Roasting Process for the Vanadium Extraction from Korean VTM Ore

    국내부존 VTM으로부터 바나듐 회수를 위한 황화배소 공정의 열역학적 평가

    Youngjae Kim, Kyungsob Choi, Hyunsik Park, Kyeong Woo Chung

    김영재, 최경섭, 박현식, 정경우

    In the present study, the thermodynamic evaluation of the sulfate-roasting process was conducted to extract vanadium from the Korean vanadium titano-magnetite ore. …

    본 연구에서는 국내 부존 바나듐 광물인 포천 지역의 바나듐 함유 함티탄철석(VTM: Vanadium-bearing titaniferous magnetite)을 대상으로 하여, 바나듐 회수를 위한 황화 배소 반응의 …

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    In the present study, the thermodynamic evaluation of the sulfate-roasting process was conducted to extract vanadium from the Korean vanadium titano-magnetite ore. The leaching efficiency of vanadium and other impurities was analyzed for varying roasting temperatures and addition of Na2SO4. In the case of sulfate roasting, the roasting temperature was 200 ℃ higher than that previously observed Na2CO3 roasting. However, the higher leaching efficiency of vanadium and lower leaching efficiency of other impurities, such as aluminum and silicon, were observed. The high selectivity for the extraction of vanadium in sulfate roasting would result from the reaction mechanism between SO2 gas and vanadium concentrate.


    본 연구에서는 국내 부존 바나듐 광물인 포천 지역의 바나듐 함유 함티탄철석(VTM: Vanadium-bearing titaniferous magnetite)을 대상으로 하여, 바나듐 회수를 위한 황화 배소 반응의 열역학적 평가를 수행하였다. Na2SO4를 이용하여 황화 배소를 진행하는 경우, 배소 조건에 따른 배소 후 바나듐 및 불순물의 수침출 거동을 평가하고, 황화 배소 반응에 대한 메커니즘 규명을 위하여 열역학적 평가를 수행하였다. Na2SO4를 이용한 황화 배소의 경우 Na2CO3를 이용한 염배소 공정과 비교하여 반응 온도는 200 ℃ 정도 높았지만 바나듐 침출률이 높고 Al, Si 등의 불순물에 대한 낮은 침출률을 보였다. 바나듐만 선택적으로 수침출되는 황화 배소 반응의 특징은 기상의 SO2 가스와 정광내 바나듐간의 반응에 따른 반응 메커니즘에 기인하는 것으로 예상되었다.

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    30 April 2022
  • The Water Leaching Behavior of Vanadium from a Salt-roasted VTM Concentrate and the Preparation of High-concentration Vanadium Solution

    VTM 정광 염배소 산물에 대한 바나듐 수침출 거동 분석 및 고농도 바나듐 용액 제조

    Yujin Park, Rina Kim, Min-seuk Kim, Ho-Seok Jeon, Kyeong Woo Chung

    박유진, 김리나, 김민석, 전호석, 정경우

    This study investigated the water leaching behavior of vanadium in Na2CO3-roasted vanadium-bearing titaniferous magnetite (VTM) concentrate. The magnetic …

    본 연구에서는 탄산나트륨(Na2CO3)을 사용하여 염배소한 함바나듐 티탄철광(VTM)으로부터 바나듐의 수침출 거동을 고찰하였다. 자력선별 된 정광과 Na2CO3 …

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    This study investigated the water leaching behavior of vanadium in Na2CO3-roasted vanadium-bearing titaniferous magnetite (VTM) concentrate. The magnetic concentrate and Na2CO3, mixed in a mass ratio of 4:1, were roasted at 1050 °C, kept for 3 h, and ground to a size of D50 = 48.79 µm using a rod mill. The effects of leaching temperature and pulp density on water leaching were then investigated. The results show that the vanadium leaching efficiency decreased to 90.4%, 88.2%, and 83.8% as the temperature increased to 25, 55, and 85 °C, respectively, whereas it remained almost constant 90.4%, 87.0%, and 87.0% as the pulp density increased to 10, 50, and 100 w/v%, respectively. Based on the preliminary leaching results, multi-stage leaching was conducted with the experimental conditions of 25 °C, 100 w/v%, 300 rpm, and 1 h. The vanadium concentration in the final leaching solution was determined as 16.20 g/L after four stages of leaching. Thus, a high-concentration sodium vanadate solution was prepared by multi-stage leaching.


    본 연구에서는 탄산나트륨(Na2CO3)을 사용하여 염배소한 함바나듐 티탄철광(VTM)으로부터 바나듐의 수침출 거동을 고찰하였다. 자력선별 된 정광과 Na2CO3를 질량비 4:1로 혼합한 후 1050 °C, 3시간 조건에서 염배소하고 로드밀을 사용해 D50=48.79 µm로 분쇄하여 연구에 사용하였으며 침출 온도와 광액 농도를 수침출 영향인자로 선정하였다. 연구 결과, 온도가 25, 55, 85 °C로 증가할수록 바나듐의 침출율은 90.4, 88.2, 83.8%로 감소하였으며 광액 농도 10, 50, 100 w/v%에 따른 바나듐 침출율은 각각 90.4, 87.0, 87.0%로 변화가 크지 않았다. 이를 바탕으로 25 °C, 100 w/v%, 300 rpm, 1시간의 조건에서 다단 침출을 수행한 결과, 총 4단 침출 후 최종 침출액의 바나듐 농도는 16.20 g/L로 분석되었다. 따라서 다단 침출을 통해 고농도 소듐바나데이트 용액의 제조가 가능하였다.

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    30 April 2022
  • Crystal Structure Behavior of Vanadium-Titanium Magnetite (VTM) Ore by Planetary Ball Mill

    바나듐 함유 티탄철광의 유성 볼밀에 의한 결정구조 거동

    Yosep Han, Seongmin Kim, Minuk Jung, Ho-Seok Jeon

    한요셉, 김성민, 정민욱, 전호석

    In this study, mechanical grinding using a planetary ball mill was performed under various conditions to evaluate its effect on the crystal …

    본 연구에서는 국내에 의치한 관인광산의 바나듐 함유 티탄철광(vanadium titanium magnetite, VTM) 광석 대상으로 기계적 분쇄에 의한 결정구조를 평가하고자 다양한 조건에서의 유성 볼밀을 …

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    In this study, mechanical grinding using a planetary ball mill was performed under various conditions to evaluate its effect on the crystal structure of vanadium titanium magnetite (VTM) ore from the Kwain Mine in South Korea. The crystal structure of the activated product was also evaluated. Magnetite and ilmenite were identified as the main types of VTM ore used in the Kwain Mine, and the main types of gangue minerals were iron-based silicate minerals. According to the mechanical activation results, the crystallinity and crystal size decreased as the size of the grinding media (balls) decreased, and the amorphization of the sample/ball filling was significant as the amount of the sample was reduced. In addition, as the grinding speed and time increased, the crystal structure significantly changed, proving that these two parameters had a greater effect on the crystal structure than the ball size and sample/ball filling ratio.


    본 연구에서는 국내에 의치한 관인광산의 바나듐 함유 티탄철광(vanadium titanium magnetite, VTM) 광석 대상으로 기계적 분쇄에 의한 결정구조를 평가하고자 다양한 조건에서의 유성 볼밀을 통한 기계적 분쇄를 수행하였으며, 산물에 대하여 결정구조 거동을 평가하였다. 사용된 관인광산 VTM 광석은 자철석과 티탄철석이 주요 광종이며, 주요 맥석광종은 철기반 실리케이트로 확인되었다. 유성 볼밀에 의한 기계적 활성화 결과에 따르면 분쇄메디아(볼) 크기는 크기가 작을수록 결정화도 및 결정크기가 감소하였으며, 시료/볼 충전은 시료가 투입이 적을수록 무정형화가 크게 일어남을 확인되었다. 게다가, 분쇄운전 변수인 분쇄속도 및 시간은 증가할수록 결정구조의 변화가 크게 관찰되었으며, 볼 크기 및 시료/볼 충전비보다도 분쇄속도 및 시간에 의한 결정구조 거동의 영향을 크게 주는 것으로 확인되었다.

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    30 April 2022