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크롬 미스트의 메커니즘 및 위험

고고학적 연구에 따르면, 화학적 크롬 도금 기술은 2,200년 전에 중국 청동 무기에 이미 사용되었습니다. 전기 크롬 도금 기술은 1856년 독일 학자 게르터가 박사 학위 논문에서 처음 보고했습니다. 1920년대에 사젠트와 핑크는 크롬산염을 전해질로 사용하여 6가 크롬 도금 기술을 더욱 발전시켰고, 이는 이후 크롬 도금 공정을 산업화했습니다. 현재까지 이 기술은 거의 100년의 개발 역사를 가지고 있습니다.

오늘날, 많은 가정용 제품과 산업 제품의 금속 부품은 표면에 크롬 도금되어 있습니다. 이는 크롬 도금층이 미적인 목적뿐만 아니라, 더 중요하게는 표면 경도를 향상시키고 모재의 부식을 줄이기 때문입니다. 현재 다양한 표면 장식 및 부식 방지 기술이 있지만, 크롬 도금은 여전히 중요한 위치를 차지하고 있습니다. 전 세계적으로 수많은 크롬 도금 공장이 있으며, 크롬 도금에 대한 수요는 여전히 강합니다.

사용되는 전해질 유형에 따라 크롬 도금 공정은 6가 크롬 공정과 3가 크롬 공정으로 나뉩니다. 현재까지 개발된 6가 크롬(Cr(Ⅵ)) 공정은 크롬산 무수물(CrO₃)을 전해질로 사용하며, 황산을 첨가하여 농축된 크롬산 용액(CrO₃ + H₂SO₄)을 준비합니다. 욕액은 극도로 높은 산성을 띠며, 크롬산의 크롬은 Cr(Ⅵ)에서 Cr(Ⅱ)로, 최종적으로 Cr(0)으로 환원됩니다. 크롬 도금 공정 중 음극과 양극에서의 전극 반응식은 그림 1에 나와 있습니다.

Cr(Ⅵ) 전기 도금 공정에서 음극 전류 효율이 10%에서 15%에 불과하고 양극은 불용성 납 합금을 사용하기 때문에, 음극에서 다량의 수소 가스가 발생하고 양극에서 다량의 산소 가스가 발생합니다. 이러한 가스가 기포 형태로 액체 표면으로 올라와 공기 중으로 방출될 때, 다량의 크롬 함유 액적을 운반하여 안개와 같은 오염 물질을 형성하며, 그림 2에 표시된 '크롬 안개'로 일반적으로 알려져 있습니다.

크롬 안개와 함께 배출되는 크롬산은 작업 조건에 따라 크롬 도금에 사용되는 크롬산의 20%에서 40%를 차지합니다. 크롬 안개의 발생은 크롬산 무수물의 대량 손실을 초래할 뿐만 아니라, 크롬산의 강한 부식성은 작업장 근로자의 건강에도 심각한 영향을 미치며, 대기 환경으로의 배출은 중금속 오염을 유발합니다. 3가 크롬은 염화 크롬(CrCl₃) 또는 황산 크롬 [Cr₂(SO₄)₃]과 같은 크롬 염을 전해질로 사용합니다. Cr(Ⅱ) 공정은 낮은 도금액 농도, 넓은 전류 밀도 범위, 낮은 독성의 특성을 가지고 있지만, 공정 중 불순물에 대한 내성이 낮고, 도금된 부품에 핀홀과 균열이 쉽게 발생하며, 전기 도금 과정에서 Cr(Ⅱ)가 Cr(Ⅵ)로 산화되어 전해질을 오염시킬 가능성 등의 문제로 인해, 3가 크롬 Cr(Ⅱ) 공정은 1970년대까지 산업적 적용을 달성하지 못했습니다. 현재, 3가 크롬 Cr(Ⅱ) 공정이 빠르게 발전하고 있지만, 성숙된 6가 크롬 Cr(Ⅵ) 공정이 여전히 산업용 크롬 도금에 주로 선택되고 있습니다.

참고 문헌: 불소화 계면활성제의 크롬 안개 억제제로서의 응용. 유기 불소 산업, 2020년 제4호.

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