Regenerace olova z vyřazené munice

Při likvidaci vyřazené vojenské munice vznikají odpady obsahující relativně velký podíl olova. Bylo by výhodné toto olovo regenerovat pro další využití.

Vyřazená vojenská munice představuje obzvlášť nebezpečný materiál, který je nutno účinně zneškodňovat, aby se zabránilo jeho možnému zneužití. Průmyslově využívaný postup zneškodňování sestává z demontáže munice, separace a přepracování využitelných komponent (kovových konstrukčních prvků, palivových směsí raket a vlastní trhaviny) a destrukce nevyužitelných výbušnin (především iniciačních mechanismů munice) řízenou explozí v tzv. výbuchové komoře. Při této destrukci vznikají pevné odpady, které z větší části zůstávají ve výbuchové komoře, odkud jsou po dokončení každého pracovního cyklu odebírány. Menší část pevných produktů exploze, tvořená jemnými prachovými částicemi, je zachytávána filtračním systémem, kterým jsou z výbuchové komory odváděny plynné zplodiny. Složení těchto odpadů je ovšem velmi proměnlivé a odvíjí se od složení aktuálně zneškodňované munice, což do značné míry komplikuje provedení účinného zneškodnění odpadu.

Odpady obsahující olovo představují potenciální riziko pro životní prostředí a jejich zneškodňování je poměrně nesnadné a nákladné. Aplikace technologií stabilizace/solidifikace používajících jako pojiva portlandský cement i jiné zásadité materiály je velmi problematická, neboť olovo je amfoterní kov, který tvoří při této stabilizaci rozpustný hydroxokomplex, který se snadno vyluhuje. Schůdnou cestou environmentálně přijatelného zneškodnění takových odpadů je stabilizace/solidifikace asfaltovými emulsemi, případně s využitím speciálních aditiv chemicky vázajících olovo v málo rozpustných sloučeninách.

Výhodnějším, a to jak z hlediska ochrany životního prostředí, tak i z hlediska ekonomického, je samozřejmě takový technologický postup, při kterém by bylo olovo ze zneškodňovaného odpadu odstraněno a regenerováno pro další technické využití. V odborné literatuře je možno nalézt řadu návrhů, jak získávat olovo z odpad a odpadních vod, zahrnujících postupy metalurgické, chemické, fyzikálně-chemické, elektrochemické i biochemické. Skutečností však je, že v současné době existuje stále řada odpadů obsahujících značná množství olova, která jsou zneškodňována/odstraňována skládkováním.

EXTRAKCE HYDROXIDEM

Na pracovišti Ústavu inženýrství ochrany životního prostředí UTB ve Zlíně byl navržen a částečně ověřen postup regenerace olova z nebezpečného odpadu vznikajícího při zneškodňování vyřazené vojenské munice. Uvedený postup spočívá v extrakci olova jakožto amfoterního prvku do vodného roztoku alkalického hydroxidu a jeho následné oxidaci ozonem za vzniku málo rozpustného pevného oxidu olovičitého, který je možno snadno separovat od vodné fáze filtrací nebo sedimentací. Při oxidaci ozonem dochází k regeneraci alkalického hydroxidu ve vyluhovacím médiu, a to je pak možno používat opakovaně na vyluhování dalšího odpadu.

Výhodou postupu je, že při oxidaci ozonem se do reakčního roztoku nezanáší žádná další chemická individua. Navíc se při této reakci uvolňují do roztoku OHionty, které se při první reakci spotřebovaly na rozpuštění olova. V ideál-ním případě by se tedy používaný roztok alkalického hydroxidu regeneroval a bylo by možno jej používat opakovaně. Popsaný princip by měl být poměrně selektivní pro regeneraci olova. Zbytkový odpad po odstranění olova, stejně jako znehodnocený roztok alkalického hydroxidu by pak bylo možno stabilizovat/solidifikovat pomocí geopolymerizace.

Schéma technologického zařízení pro likvidaci vyřazené vojenské munice je znázorněno na obr. 1. Z pokusů vyplynulo, že optimální koncentrace NaOH pro získávání olova z odpadu je přibližně 0,8 mol/l. Obdobných výsledků bylo dosaženo i při obdobném pokusu používajícím namísto hydroxidu sodného hydroxid draselný. Vzhledem ke skutečnosti, že mezi NaOH a KOH nebyly z tohoto hlediska zjištěny významné rozdíly, a NaOH je levnější než KOH, byl by při praktickém provádění presentovaného postupu pravděpodobně preferován NaOH. Nicméně je třeba poznamenat, že pro geopolymerizaci, která byla uvažována jako závěrečný krok stabilizace/solidifikace zbytkového odpadu po odstranění olova, je jednoznačně vhodnější KOH.

OPAKOVANÉ VYLUHOVÁNÍ ODPADU

Při použití NaOH o koncentraci 0,8 mol/l nedojde k vyloužení veškerého olova obsaženého v odpadu. Tento nedostatek by mohl být odstraněn opakovaným loužením již vylouženého odpadu. K opakovanému vyluhování odpadu může být s výhodou použit roztok NaOH z prvního vyluhování, neboť při oxidaci ozonem se NaOH spotřebovaný na rozpuštění olova regeneruje.

Roztokem NaOH se z odpadu mohou vedle olova vyluhovat i další amfoterní kovy. V případě testovaného odpadu z likvidace vyřazené vojenské munice to byly zejména zinek a měď.

Vyluhování těchto dalších kovů zvyšuje spotřebu NaOH a komplikuje jeho regeneraci, neboť Zn a Cu se oxidací ozonem z vyluhovacího roztoku neodstraní, a tedy by se v něm neustále akumulovaly. Jednou z možností, jak tomuto jevu předejít, je odstranění těchto kovů z odpadu ještě před vlastním vyluhováním v roztoku NaOH (například vyluhováním v roztoku amoniaku a uhličitanu amonného).

Pro regeneraci olova z daného odpadu se jeví jako nejvhodnější vodný roztok hydroxidu sodného o koncentraci přibližně 0.8 mol/l, při nižší koncentraci NaOH se snižuje množství olova odstraněného z odpadu. Naopak při vyšší koncentraci NaOH se zhoršuje účinnost oxidace vylouženého olova ozonem na oxid olovičitý. Vyššího množství odstraněného olova je možno dosáhnout opakovaným vyluhováním odpadu. Experiment ukázal, že v případě daného odpadu z likvidace vyřazené vojenské munice je postačující provedení tří vyluhovacích cyklů. Vyluhování dalších amfoterních kovů z odpadu (v uvedeném případě konkrétně Zn a Cu), a tedy nežádoucí kontaminaci vyluhovacího roztoku NaOH, je možné omezit předchozím vyloužením odpadu v roztoku NH3/(NH4)2CO3. Vyloužené amfoterní prvky by se z tohoto roztoku následně mohly izolovat např. elektrolýzou.

 

Vratislav Bednařík, Milan Vondruška, Roman Slavík
Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, Fakulta technologická

Zpracováno na základě textu v publikaci Wasteforum 2/2009

Munice sama o sobě nespadá do režimu zákona o odpadech. Odpady z jejího zneškodňování však ano.

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *