Cromo esavalente

Lo Strategic Environmental Research and Development Program (SERDP) e l’Environmental Security Technology Certification Program (ESTCP) Weapons Systems and Platforms Program Area hanno sviluppato una strategia per ridurre l’uso di cadmio (Cd) e cromo esavalente (Cr6+) del 90% o più nei depositi di manutenzione del Dipartimento della difesa (DoD) nei prossimi cinque anni. La strategia include obiettivi, metriche e azioni per dimostrare come questa riduzione possa essere raggiunta. La strategia impiega dimostrazioni in loco e sfrutta le risorse del DoD per replicare i processi in tutta la comunità dei depositi del DoD. Il termine “cromo esavalente” è una denominazione abbreviata per i composti chimici che contengono l’elemento cromo nello stato di valenza positiva 6. Il cromo metallico è nello stato di valenza zero e l’ossido di cromo presente in natura contiene cromo nello stato di valenza positiva 3, chiamato anche cromo trivalente o Cr(III). È importante fare questa distinzione, poiché il Cr(VI) è significativamente più tossico delle altre forme di cromo

Il cromo esavalente è un noto cancerogeno, con la principale via di esposizione attraverso l’inalazione di vapori o polvere. Il rischio principale per la salute dall’esposizione al Cr(VI) è una maggiore probabilità di sviluppare il cancro ai polmoni. Altri potenziali rischi per la salute includono asma, ulcerazioni e perforazioni dei setti nasali e dermatiti. Nel 2006, l’Occupational Safety and Health Administration (OSHA) ha abbassato il limite di esposizione ammissibile (PEL) di dieci volte da 52 a 5 microgrammi per metro cubo, rendendolo tra i materiali più rigorosamente regolamentati utilizzati nelle operazioni di produzione e manutenzione.

Il limite di esposizione ammissibile (PEL) è la concentrazione massima di una sostanza chimica a cui un lavoratore può essere esposto e si basa solitamente su un valore medio nel corso di un turno di lavoro di 8 ore.

Nonostante la sua tossicità, il Cr(VI) ha una serie di proprietà desiderabili, ed è stato usato in rivestimenti e finiture per più di 50 anni su materiali come leghe di alluminio, acciai, leghe di magnesio e altri. Quando è incorporato nei rivestimenti, il Cr(VI) sotto forma di composti di cromato fornisce un’eccellente protezione contro la corrosione a quasi tutti i metalli in una vasta gamma di ambienti. Quando un rivestimento è danneggiato, come un graffio che espone il materiale di base, le proprietà di solubilità dei cromati permettono loro di migrare nell’area esposta e di inibire la corrosione. I cromati sono utilizzati in una varietà di applicazioni militari per la finitura dei metalli, tra cui:

• rivestimenti di conversione su alluminio, magnesio, e leghe di titanio
• Inibitori di corrosione nei primer
• Sigillatura di rivestimenti anodizzati
• Post-trattamento su rivestimenti sacrificali resistenti alla corrosione come il cadmio
• Pre-trattamenti di superfici in acciaio prima del rivestimento
• Principi di legame adesivo

Molti cromati sono usati per conferire resistenza alla corrosione in quelli che sono chiamati “stack-up” del rivestimento.” Per esempio, la maggior parte delle fusoliere degli aerei sono prodotte con leghe di alluminio, che sono suscettibili alla corrosione. Lo stack-up del rivestimento potrebbe consistere in un sottile rivestimento di conversione al cromato che conferisce una certa resistenza alla corrosione e migliora l’adesione dei rivestimenti successivi, seguito da un primer che contiene un composto di cromato e un topcoat di poliuretano.

La maggior parte delle potenziali esposizioni e dei rilasci associati ai cromati si verificano durante i processi di rimozione dei rivestimenti, come la sabbiatura, la levigatura e la smerigliatura di finiture e/o rivestimenti metallici. Ulteriori esposizioni possono verificarsi durante l’applicazione di trattamenti e rivestimenti superficiali in cui vengono emessi vapori contenenti Cr(VI).

In altre applicazioni, i componenti dei sistemi d’arma sono collocati in serbatoi contenenti soluzioni di acido cromico, in cui il cromo è allo stato esavalente, sia per l’anodizzazione che per la cromatura dura. Queste applicazioni sono più per la resistenza all’usura e, nel caso della cromatura dura, per ripristinare le tolleranze dimensionali su molti tipi di componenti. Con questi processi, non c’è Cr(VI) nel prodotto finale, ma i vapori emessi dalle vasche contengono Cr(VI) e quindi bisogna fare uno sforzo significativo per assicurare che l’esposizione dei lavoratori sia al di sotto del PEL.

Un’ultima via per l’esposizione dei lavoratori al Cr(VI) è la lavorazione ad alta temperatura di materiali contenenti cromo, come la saldatura e la brasatura, che può generare fumi che contengono Cr(VI).

Il Dipartimento della Difesa è impegnato a ridurre l’uso di materiali e processi contenenti Cr(VI). Questo si riflette nell’emissione di un memorandum da parte del sottosegretario della difesa per l’acquisizione, la tecnologia e la logistica l’8 aprile 2009 intitolato “Minimizzare l’uso del cromo esavalente”. In esso, il sottosegretario ha dichiarato: “A causa dei gravi rischi per la salute umana e l’ambiente legati all’uso del Cr(VI), le restrizioni e i controlli nazionali e internazionali stanno aumentando. Queste restrizioni continueranno ad aumentare gli oneri normativi e i costi del ciclo di vita per il DoD e a diminuire la disponibilità del materiale”. Ha inoltre dichiarato: “Questa è una situazione straordinaria che richiede al DoD di andare oltre i processi di gestione dei materiali pericolosi stabiliti”. Ha diretto i dipartimenti militari a:

• Investire in ricerca e sviluppo appropriati sui sostituti
• Assicurare il finanziamento dei test per qualificare materiali e processi alternativi
• Approvare l’uso di alternative dove possono funzionare adeguatamente
• Aggiornare tutti i documenti tecnici pertinenti e le specifiche per autorizzare l’uso di alternative qualificate
• Documentare i rischi specifici del Cr(VI) del sistema e gli sforzi per qualificare le alternative nell’ambiente programmatico, Sicurezza e Valutazione della Salute sul Lavoro per il sistema
• Condividere le conoscenze derivate dalla ricerca, sviluppo, test e valutazione delle alternative
• Richiedere al Program Executive Office (PEO) o livello equivalente di certificare che non ci sono alternative accettabili quando il Cr(VI) deve essere usato su un nuovo sistema

Questo memorandum politico sarà formalizzato in un nuovo supplemento del Defense Federal Acquisition Regulation (DFARS) che sarà emesso nel 2011. Il memorandum ha anche definito il ruolo del SERDP come fonte di informazioni sulle alternative.

SERDP e ESTCP hanno fatto grandi investimenti negli ultimi 15 anni nel settore del
Cr(VI). Data la vasta gamma di applicazioni e l’uso di lunga data del Cr(VI), sono stati necessari investimenti che vanno dalla ricerca fondamentale attraverso lo sviluppo avanzato fino ai test e alla valutazione per l’accettazione delle alternative. La ricerca fondamentale si è concentrata sulla comprensione dei meccanismi di inibizione della corrosione dei composti contenenti Cr(VI) e degli inibitori alternativi. Lo sviluppo avanzato si è basato sulla ricerca fondamentale per sviluppare nuovi materiali, nuove procedure di test e nuove tecnologie di rivestimento. Le dimostrazioni hanno raccolto dati di convalida per rivestimenti alternativi su numerosi componenti di sistemi d’arma. Questi investimenti sono stati guidati da numerosi workshop sponsorizzati dal SERDP e dall’ESTCP e hanno portato all’implementazione diffusa di alternative al Cr(VI) nei depositi del DoD e nei produttori di apparecchiature originali.