紅銹對制藥行業的風險

在生物制藥行業中，紅銹是一種常見的工程現象，它是一種附著在不銹鋼表面的橙色、紅色或黑色的腐蝕產物，以氧化鐵、鎳鉻等金屬化合物為主要成分。常在罐壁、噴淋球、泵腔、焊縫、膜片等位置出現。

近年來316L不銹鋼及同等級奧氏體不銹鋼應用在水系統時產生的紅銹現象被重視起來，氧化物（氧化鐵）顆粒在制藥用水系統中的形成及擴散從而對制藥用水水質產生的污染，卻是在線監測設備不能檢測到的，電導率也不能檢測到紅銹的生成與紅銹顆粒的遷移。

紅銹對制藥行業的風險主要體現在質量風險、工程風險、法規風險、投資風險等4個方面。隨著制藥行業的迅速發展，紅銹問題已經越來越引起各大藥企的關注。定期關注制藥用水系統和工藝管罐系統中的紅銹滋生狀況及程度，以免出現不可逆的成品質量缺陷，給產品造成極大損失。

紅銹的分類

A)當水系統被加熱時，水質參數會發生變化

a.升溫可導致氣體溶解度的下降，從而導致注射水溶氧水平的降低。

b.升溫還可導致水解離度的明顯升高H₂0→H⁺+OH^-or H₃­O⁺+OH^-

24℃：C(OH^-)=1.09×10^-7mol/L

80℃：C(OH^-)=5.83×10^-7mol/L

90℃：C(OH^-)=7.21×10^-7mol/L

這些變化對于鈍化層的破壞及紅銹次生層的形成有著深遠的影響。

B)與紅銹現象相應發生的成分變化

在紅銹生成機制影響下，系統中可能發生下述反應：

20℃：Fe→氧化鐵形成率下降

         Cr→氧化鉻形成率上升

80℃：Fe→氫氧化亞鐵→氧化鐵形成率上升

          Cr→氧化鉻形成率下降→氫氧化鉻生成率下降

以上描述提供了熱動力學角度對管壁表面由富鉻層保護層向氧化鐵次生層不可逆轉變的解釋。隨著時間推移和系統運行中的流體介質，注射水高熱，低氧，高純度，導致理想的初始鈍化膜的化學動態平衡被逐漸瓦解，保護層慢慢被破壞，并滋生出氧化鐵的次生層。

不銹鋼中的鉻遇氧優先生成氧化鉻而非氫氧化鉻，而鐵與之相反，優先生成氫氧化亞鐵，氫氧化亞鐵易脫水，后形成氧化鐵，即紅銹。

紅銹生成化學反應式：

2Fe+2H₂O+O₂=2Fe(OH)₂↓(白色,極不穩定)

Fe(OH)₂=FeO↓(黑色,極不穩定)+ H₂O

2Fe(OH)₂+O₂+H₂O=2Fe(OH)₃↓(紅棕色,不穩定)

2Fe(OH)₃=Fe₂O₃↓(紅棕色,較穩定)+3H₂O

6FeO+O₂=2Fe₃O₄↓(黑色,最、穩定)

盡管鐵的氧化物（Fe₂O₃, Fe₃O₄）在水中溶解度極低，但是氫氧化鐵及氫氧化亞鐵的溶解度高些，鐵的氫氧化物溶入水中隨之流動，為紅銹生成后的擴散提供了可能。

C）對紅銹的認知

紅銹的形成很大程度改變了初始不銹鋼鈍化膜的結構，具有滲透性和腐蝕性的氧化鐵次生層附著在了不可滲透的穩定的氧化鉻鈍化保護層上。

通過ESCA光電子能譜和俄歇電子能譜對紅銹次生層進行分析，該層主要由極難溶于水的二價鐵和三價鐵的氧化物顆粒構成，此外，在該次生層中還發現了一定量的鉻、鎳和鉬元素。

經過電拋的不銹鋼管壁表面，保留有富鉻保護層，厚度在2.5nm，初始鉻鐵比大于1.5，當應用在注射水系統中一段時間后，鉻鐵比會降至小于0.5，紅銹次生層厚度可達10-1000nm！

這個進程常伴隨著一系列內表面性能的改變：

Ø表面顏色由無色光亮變為紅棕色

Ø管壁電導與電阻發生質變和量變

Ø表面微觀形貌發生改變

Ø表面光學反射特性發生變化

Ø抗腐蝕性衰減

Ø局部電勢發生改變

 

系統除銹和再鈍化: 計算循環液位，配置一定濃度的專用除銹劑，對系統進行高效除銹，并保持80℃運行3-4小時。除銹結束后，更換新水，對系統進行再鈍化，促使鉻層更加致密穩定，清洗后系統恢復至不銹鋼銀色光亮狀態。

 

活性和鐵離子濃度監測: 在除銹全過程中，每隔30min檢測一次工作液中的鐵離子濃度和工作液活性。使用分光光度計可以明顯看到，鐵離子濃度在開始階段會快速升高，經過一段時間后，會達到一個較高的穩定數值。在工作液具有活性的情況下，鐵離子濃度保持穩定不再增加，表示達到除銹終點。

繪制鐵離子濃度曲線

除銹鈍化前后效果對比圖

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