在日本的《水污染控制法》、《土壤污染对策法》等环境保护和劳动安全卫生相关法律中,将“六价铬”指定为有害物质,并对其使用方法、排放方法、排放浓度等制定了严格的标准。
此外,为了遵守欧洲关于电气和电子设备中有害物质的规定(RoHS)等,橡胶、塑料、油漆、化成皮膜、陶瓷中的六价铬含量(ppm)已经成为一个问题。
什么是六价铬
究竟什么是六价铬。铬是一种金属元素,元素编号为24,熔点为1905℃,比重为7.1,据说因为它的大部分化合物都是有颜色的,所以被命名为“chroma(颜色)”。
铬除了广泛应用于装饰用镀铬、工业用(硬质)镀铬外,还作为一种合金元素应用于高速钢、不锈钢、镍铬合金和KS磁钢等钢种中。
金属铬不溶于水,但是铬化合物易溶于水。此时,铬化合物中的铬成为具有2~6个正电荷的阳离子。具体具有多少个电荷,取决于化合物。
例如,铬电镀液是将市场上销售的无水铬酸溶解在水中,制作出铬酸(H2CrO4)。其反应式如下所示。
CrO3 + H2O → H2CrO4 |
铬酸在液体中解离成氢离子和铬酸盐离子。
H2CrO2 → 2H+ + CrO42- |
由于直流电解,在阴极产生氢气(H2)。铬酸离子(CrO42-)被吸引到阳极,由于阳极的催化作用而变为六价铬离子(Cr6+)和氧气(O2)。六价铬在阴极阶段性的获得电子,变为金属铬。
Cr6+ + 3e- → Cr3+, Cr3+ + 3e- → Cr |
如上所述,六价铬作为镀液中的金属铬来源发挥了重要作用,但在作为镀膜的金属铬中,并不存在六价铬。
另一方面,让我们来看看镀锌后进行的铬酸盐处理。作为防腐蚀涂层工艺,电镀和热浸镀锌工艺被广泛应用于建筑材料、构筑物、船舶设备,但锌容易与空气中的氧气发生反应,形成氧化锌白锈。
为了解决这一问题,可采用铬酸盐处理。将已经完成镀锌处理的产品浸入以铬酸为主要成分的铬酸盐处理液中,镀膜表面会形成含有CrO3·Cr2O3·nH2O等六价铬的、具有良好耐腐蚀性的铬酸盐皮膜。这一皮膜中的六价铬含量越高,则耐腐蚀性就越好,即使铬酸盐皮膜因某种原因被破坏,周围的六价铬也能起到修复耐腐蚀性的作用,具有很好的自我修复性能。
铬酸盐皮膜中包括光亮铬酸盐、彩色铬酸盐、黑色铬酸盐、绿色铬酸盐等各种类型,其六价铬含量各不相同,但一般说来在20~120mg/m2范围内。