Blog Ko Buijs: Het bestrijden van rouging

Er is op zich veel te zeggen over het fenomeen rouging maar voor een blog als deze zal ik mij beperken tot wat algemene feiten. Ook wordt stil gestaan hoe men dit probleem zou kunnen bestrijden.

Door: Ko Buijs

Rouging is het ongewenst rood worden van roestvast staal en het vindt plaats zodra er met zeer zuiver water of schone stoom wordt gewerkt. Dit fenomeen treedt vooral op in de farmaceutische sector waar men veelal met WFI-water werkt. WFI staat voor ‘Water For Injection’. Ook is het in lichtere vorm aangetroffen in systemen voor de voedingssector waar men ook wel met ‘polished water’ werkt. Op de onderstaande afbeeldingen is deze roodkleuring duidelijk te zien en het hoeft verder geen verklaring dat bedrijven graag van dit probleem af willen.

Rouging in een leiding van roestvast staal AISI316 en op een RVS pompwaaier (foto’s Henkel)

De vraag is waardoor deze rouging veroorzaakt wordt en hoe men dit mogelijk kan voorkomen. Daarom volgt nu een korte omschrijving van dit opmerkelijke fenomeen.

Roestvast staal heeft een gesloten passieve oxidehuid dat ervoor zorgt dat het onderliggende metaal niet corrodeert in een vochtige omgeving. Echter wanneer dit roestvast staal met zuivere watertypen in aanraking komt, gaat er een migratie van metaalatomen op gang komen. Deze atomen zullen in beperkte mate door de gesloten oxidehuid diffunderen. Dat betreffen alle elementen die in het roestvast staal aanwezig zijn. Dit feit wordt veroorzaakt door het ionenvacuüm in dergelijke watertypen. De oplossingsdrang wordt dusdanig groot dat dit diffusieproces op gang kan komen. Niet alleen ijzer maar ook de elementen chroom, nikkel en molybdeen migreren naar dit hoog zuivere water. Dat neemt niet weg dat de hoeveelheid ijzer het hoogste is. Dat is ook logisch indien je bedenkt dat er meer dan 70% ijzer in roestvast staal aanwezig is.

Na een periode van 6 weken beproeving van roestvast staal type EN 1.4435 in warm WFI water bleken de volgende hoeveelheden ionen aanwezig te zijn: 40 - 130 µgram Fe/liter, 9 -23 µgram Ni/liter, 9 µgram Mo/liter en 1 µgram Cr/liter. Naarmate de temperatuur stijgt, zal deze oplosbaarheidsdrang ook toenemen. Het ijzerion (Fe^- ) zal in het warme WFI-water zich gaan omvormen tot ijzerhydroxide. Deze roodachtige basische substantie is niet oplosbaar in water. Het mechanisme over de vorming hiervan luidt als volgt:

Fe → Fe^- + e
2Fe + 3H₂O → 2Fe(OH)₃
2Fe(OH)₃→ Fe₂O₃.H₂O + 2H₂O.

Dit ijzerhydroxide zal dan als een rode neerslag op het roestvast staal neerslaan en dat heet per definitie rouging. Het zal verder duidelijk zijn dat rouging ongewenst is want men wil immers medicijnen en injectievloeistoffen zo zuiver mogelijk maken. Vooral voor de FDA (Food and Drugs Administration) is dit fenomeen een doorn in het oog.

Rouging kan mechanisch verwijderd worden van het oppervlak of chemisch m.b.v. een zuur. Bij dat laatste volgt men de scheikundige wet base + zuur → zout + water. Dat betekent ook het nodige naspoelen gedurende een bepaalde tijd en dat is allemaal productieverlies. Daarom is het uiteraard veel beter om rouging te voorkomen en een logische gedachte is om de oxidehuid dermate te verdikken en de verdichten dat er een natuurlijke barrière voor de uittredende metaalionen ontstaat.
Wij van Innomet zijn er nog steeds van overtuigd dat deze barrière vrij eenvoudig gecreëerd kan worden. Daarom zijn er uitvoerige proeven gedaan door eerst het roestvast staaloppervlak aan atomaire zuurstof bloot te stellen. Hierdoor werd de natuurlijke oxidehuid aanzienlijk verdikt en verdicht. Het effect hiervan bleek aanvankelijk een succes te worden maar bij een temperatuur van 95°C ging de rouging toch op den duur weer de kop opsteken. Na enig onderzoek bleek dat de verdikte en verdichte oxidehuid weer terug was bij af. Deze oxidehuid had weer zijn oorspronkelijke dikte en eigenschappen teruggekregen. M.a.w. de verdikte oxidehuid bleek metastabiel te zijn.

Indien deze verdikking en verdichting te fixeren is dan zou er hoogstwaarschijnlijk een ultieme remedie tegen rouging kunnen ontstaan. Een oplossing zou dan kunnen zijn om de verdikte oxidehuid te fixeren m.b.v. hydrolisatie. Dat betekent dat er meer Research & Development nodig is. Daarom zoekt Innomet partners om proefnemingen in een WFI installatie uit te voeren. Mocht de ultieme oplossing gevonden worden dan zal de FDA deze methode dwingend wereldwijd gaan voorschrijven. Op dit moment wordt rouging door deze gezaghebbende organisatie door de vingers gezien omdat er tot nu toe geen adequate oplossing is gevonden.

www.innometconsultancy.nl