クロムミストのメカニズムと危険性

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クロムミストのメカニズムと危険性

考古学的な研究によると、化学的なクロムめっき技術は2200年前の中国の青銅器にすでに使用されていました。電気クロムめっき技術は、1856年にドイツの学者ゲルターが博士論文で初めて報告しました。1920年代には、サージェントとフィンクが、クロム酸塩を電解質として使用する六価クロムめっき技術をさらに発展させ、その後、クロムめっきプロセスを工業化しました。現在まで、この技術は100年近くの開発の歴史を持っています。

今日、多くの家庭用品や工業製品の金属部品は表面にクロムめっきが施されています。これは、クロムめっき層が美的目的だけでなく、より重要なことに、表面硬度を高め、母材の腐食を抑制するためです。現在、さまざまな表面装飾および防食技術がありますが、クロムめっきは依然として重要な位置を占めています。世界中に多数のクロムめっき工場があり、クロムめっきの需要は依然として強いです。

使用される電解質の種類に基づいて、クロムめっきプロセスは六価クロムプロセスと三価クロムプロセスに分けられます。現在まで開発されてきた六価クロム（Cr（Ⅵ））プロセスは、クロム酸無水物（CrO₃）を電解質として使用し、硫酸を添加して濃縮クロム酸溶液（CrO₃ + H₂SO₄）を調製します。浴液は非常に高い酸性度を持ちます。クロム酸中のクロムはCr（Ⅵ）からCr（Ⅱ）に還元され、最終的にCr（0）になります。クロムめっきプロセス中の陰極と陽極での電極反応式を図1に示します。

Cr（Ⅵ）電気めっきプロセスでは、陰極電流効率がわずか10％から15％であり、陽極は不溶性の鉛合金を使用するため、陰極で大量の水素ガスが発生し、陽極で大量の酸素ガスが発生します。これらのガスが気泡の形で液面まで上昇し、空中に放出されると、多数のクロム含有液滴を運び、霧状の汚染物質を形成します。これは図2に示されており、一般に「クロムミスト」として知られています。

クロムミストとともに排出されるクロム酸は、作業条件によって、クロムめっきで使用されるクロム酸の20％から40％を占めます。クロムミストの発生は、クロム酸無水物の大量の損失につながるだけでなく、クロム酸の強い腐食性も作業場の労働者の健康に深刻な影響を与え、大気環境への排出は重金属汚染を引き起こします。三価クロムは、塩化クロム（CrCl₃）または硫酸クロム[Cr₂(SO₄)₃]などのクロム塩を電解質として使用します。Cr（Ⅱ）プロセスは、めっき液の濃度が低い、電流密度範囲が広い、毒性が低いなどの特徴がありますが、プロセス中の不純物に対する耐性が低い、めっき部品にピンホールやクラックが発生しやすい、電気めっきプロセス中にCr（Ⅱ）がCr（Ⅵ）に酸化されて電解質を汚染する可能性があるなどの問題があるため、三価クロムCr（Ⅱ）プロセスは、1970年代まで工業的な応用を実現しませんでした。現在、三価クロムCr（Ⅱ）プロセスは急速に発展していますが、成熟した六価クロムCr（Ⅵ）プロセスは、依然として工業用クロムめっきに主に選択されています。

参考文献：フッ素化界面活性剤のクロムミスト抑制剤としての応用。有機フッ素工業、第4号、2020年。

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https://www.bright-chemicals.com/videos-53145083-30-colorless-liquid-hard-chrome-fume-suppressant-cas-27619-97-2-perfluorohexyl-ethyl-sulphonic-acid-.html

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