A busca por um substituto para o cromo hexavalente
Autor(a): Celia Tomachuk
Ilustração: Claudio di Vitta
íon cromato
A utilização de revestimentos de zinco como forma de proteção catódica em aços é uma prática já consolidada na atualidade. Sua atuação como ânodo de sacrifício permite que o mesmo seja corroído preferencialmente em relação ao metal base (aço), precipitando hidróxidos e óxidos de zinco, formando uma barreira protetora bastante efetiva em termos de resistência à corrosão. Os aços revestidos com zinco possuem uma ampla faixa de aplicações, como em construção civil e na produção de peças na indústria automobilística [1].
Para melhorar as características protetoras dessas superfícies, a passivação tem sido um método bastante utilizado [2,3]. Este procedimento retarda o aparecimento de corrosão branca, que normalmente ocorre em aços eletrogalvanizados, conferindo estabilidade superficial ao material [4]. Esta passivação é feita, em sua grande maioria, por meio de um tratamento de conversão, utilizando para isso eletrólitos contendo sais de cromo hexavalente.
Um dos principais problemas que se atribui à utilização de banhos contendo sais de cromo hexavalente é a toxicidade do mesmo [5]. A exposição ao íon Cr6+ pode ocorrer por meio de inalação, contato com a pele ou por ingestão. Ela pode ocorrer nas atividades das empresas metalúrgicas por meio da respiração no ambiente de trabalho contaminado, gerando graves problemas à saúde humana, que vão desde a danificação do septo nasal até o desenvolvimento do câncer de pulmão. Os efeitos do íon cromo hexavalente variam principalmente com as espécies e as quantidades absorvidas pela corrente sanguínea, a duração e a rota da exposição. Por estas razões, deve ser banido de uso industrial.
Na mídia, diariamente nos defrontamos com notícias sobre diferentes faces desta questão. Esta situação não é nova; a novidade é a intensidade com que os problemas ambientais vêm ocorrendo. Bens naturais como água, solo e ar contaminam-se de forma extremamente rápida e, dependendo do meio a que são expostos, a contaminação pode ser irreversível e catastrófica. Os recursos naturais estão cada vez mais escassos e, atualmente, são afetados pelos processos de utilização, exaustão e degradação, decorrentes de atividades públicas ou privadas.
A legislação exige cada vez mais respeito e cuidado com o meio ambiente, exigência essa que conduz a uma maior preocupação por parte das empresas. Organizações nãogovernamentais estão sempre mais vigilantes, exigindo o cumprimento da legislação ambiental, a minimização de impactos, a reparação de danos ambientais ou a implantação de novos empreendimentos ou atividades. Além disso, compradores de produtos intermediários exigem cada vez mais produtos que sejam produzidos em condições ambientais favoráveis. A imagem da empresa que não se preocupa com a questão ambiental é altamente comprometida na visão de consumidores, acionistas, fornecedores e autoridades públicas. A demanda por produtos fabricados de forma ambientalmente compatível cresce mundialmente, em especial nos países industrializados. Os consumidores e empresários tendem a rejeitar serviços e produtos que agridam ao ambiente.
As camadas de conversão obtidas a partir de banhos contendo Cr6+ possuem um grande percentual de Cr3+ em sua composição [6 a 9]. Por isso, são investigadas camadas obtidas a partir de banhos contendo sais de Cr3+ para a proteção contra a corrosão de aços como substituto das camadas de Cr6+ [10 a17]. Os mercados nacional e internacional já oferecem esses produtos, que são menos tóxicos, porém podem ser oxidados a cromo hexavalente com o passar do tempo.
A revisão de literatura mostra que, embora muito esforço esteja sendo despendido para encontrar um substituto ambientalmente amigável para o tratamento de conversão à base de cromatos, as formulações alternativas disponíveis ainda não apresentam desempenho anticorrosivo semelhante, e isto não só para a proteção de aço galvanizado como também para outros metais. Isto ocorre porque as camadas de cromatização, além da proteção por efeito barreira, oferecem proteção ativa ao substrato (self-healing).
Os “metais oxiânions” análogos ao cromato tais como molibdatos [18,19], vanadatos, tungstatos [20,21],silicatos [22,23], silanos [24,25] e metais terras-raras [26 a 29] têm sido pesquisados como potencial substituto ao Cr6+, provavelmente por se esperar que, pelas similaridades químicas, estes ânions apresentem o mesmo tipo de proteção ativa oferecido pelos cromatos.
Tratamento de conversão à base de metais terras-raras é um processo que vem sendo muito estudado. Dentre eles podem-se citar o cério, o neodímio e o praseodímio; porém, o mais estudado até então é o cério. O filme passivante obtido é bem mais resistente que o de molibdato, sua natureza é atóxica, seu processo de produção é ecologicamente correto e o filme pode ser depositado em todo tipo de superfície [29 a 35]. Pesquisas recentes mostram inovações como aplicação de filme de cério nanoparticulado, adição de materiais compósitos (silanos ou silicatos) ao filme de cério com objetivo de aumentar ainda mais sua propriedade de resistência à corrosão, tornando-o comparável ao filme de cromato [25].
Assim, a busca por alternativas é urgente para as indústrias de tratamento de superfícies metálicas, o que traz benefícios para a região em que estas se encontram instaladas. A maior aceitação no mercado mundial de produtos fabricados por tecnologia limpa, por sua vez, favorece o desenvolvimento das empresas que lidam com este tipo de tecnologia e o aquecimento da economia local.
E é nesta busca que o projeto Development and characterization of chromium-free layers applied on galvanised steel, em parceria com a University of Surrey, UK, contemplado pelo programa - SPRINT - São Paulo Researchers in International Collaboration - da FAPESP irá se concentrar [36].
As alternativas que estão sendo investigadas são eletrólitos contendo sais de cério e/ou sais de zircônio com adição de siloxanos utilizando o processo de deposição química. A realização de ensaios de corrosão aliados à caracterização dos materiais para entender a composição e a morfologia dos novos revestimentos obtidos com diferentes condições de processo permitirá compreender a relação entre as propriedades e a estrutura dos novos sistemas obtidos. Espera-se, também, aperfeiçoar o processo de obtenção de revestimentos isentos de íons cromo conciliando os seguintes fatores: efeitos toxicológicos e ambientais; viabilidade técnica e econômica e desempenho frente à corrosão compatível ao do cromo hexavalente.
Vale ressaltar que o programa SPRINT da FAPESP visa estabelecer o intercâmbio entre pesquisadores de Instituições Estaduais Paulistas e pesquisadores do exterior com o objetivo de promover avanços em resultados de pesquisas de grande relevância para o mundo científico. O projeto prevê a mobilidade de alunos e docentes entre as instituições.
Celia Tomachuk tem doutorado na área de Materiais e Processos de Fabricação pela UNICAMP, com pós-doutorado realizado na UNICAMP, Università degli Studi di Napoli “Federico II” e no IPEN. É professora-doutora do Departamento de Ciências Básicas e Ambientais da Escola de Engenharia de Lorena da USP. Contatos podem ser feitos pelo e-mail celiatomachuk@usp.br.
A autora agradece à FAPESP pelo apoio financeiro para realização das pesquisas nessa área (Processo 2015/09952-0 e Processo 2016/50454-6) e ao CNPq (Processo 312199/2013-9 e PDE 200490/2014-1).
Simone Colombo/EEL
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[36] http://jornal.usp.br/ciencias/ciencias-ambientais/cientistas-buscam-alternativa-ao-cromo-vi-metal-altamente-toxico/ , acessado em 21 de maio de 2017.
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