What is passivation?
According to ASTM-A967, there are several definitions for passivation, depending on the specific application. The following is most appropriate for the tank cleaning industry: “Passivation is the chemical treatment of stainless steel with a mild oxidant, such as a nitric acid solution, for the purpose of enhancing the spontaneous formation of the protective passive film. Such chemical treatment is generally not necessary for the formation of the passive film.”
Why is passivation necessary?
The reason to re-passivate is that the chromic oxide film that should be present in austenitic steel gets compromised regularly, whether from materials being transported, or even the cleaning process itself. Stainless steel is stainless because of the protective chromium oxides on the surface. If those oxides are removed by scouring, buffing, or the presence of mineral acids, such as muriatic or hydrofluoric acids, or by reaction even with the loaded material, then the iron in the steel is exposed and can be rusted. Once rust has breached the chromium oxides, the iron in the stainless steel can also rust. Hence the need for re-passivation. An example of this is a tank whose prior cargo was a chlorinated solvent. The vapors from the solvent hydrolyze in the tank and become hydrochloric acid, thereby compromising the stainless steel surface. Simply cleaning the tank will not restore the tankʼs chromium oxide passive film.
When is it the right time to passivate?
This is a proprietary decision made by the owner of the tank. There are many factors that can determine the need or time to passivate.
A strategy to systematically passivate an entire ISO tank fleet is sound. A single passivation per year has the potential to slow pitting by 25%, based on four turns per year. If subsequent loads into a passivated tank do not destroy the chromic oxide film, this yield could be even higher.
Tankwagons and IBCʼs, on the other hand, must be evaluated by a different standard. These containers reload more often, and can sometimes be top-loaded or remain in a dedicated service. Their relatively low purchase price may allow for continued service without incurring preventive maintenance costs, such as for passivation, as the benefits may never be realized. Should mechanical abrasion, buffing, grinding, or welding occur inside the tank, passivation must be performed, at least on the affected areas. This may be performed with a pickling paste for welds and small spots. For larger areas, it is more effective to passivate the whole tank.
What factors should be considered?
Factors include, but are not limited to, the following criteria:
1.) The replacement cost of the tank. Is it more cost-effective to replace the tank, than to try to prolong its life cycle with costly treatments?
2.) Types of chemicals hauled. Will a passivated tank lose its chromic oxide film on the very next load?
3.) Dedicated, or non-dedicated. Will omitting passivation allow future loads of normally non-corrosive materials to further deteriorate the tank?
4.) Return on Investment. Does the tankʼs owner have modern tracking capabilities to plan, implement, and track passivated tanks, so as to maximize the effort?
5.) Food. If there is any possibility that the tank will haul food - Passivate!
How does one passivate successfully?
Passivating stainless steel is normally accomplished in the industry by dipping stainless steel components in a nitric acid solution, per ASTM-A967. A nitric acid solution dissolves free iron and/or other contaminants from the surface, which cleans the metal and re-oxidizes the chromium. But for the tank cleaning industry, you don't need a nitric acid bath to passivate. No one could afford to pickle a tank, as the solution, upwards of 6000 gallons, becomes contaminated with each application. The key is to clean the stainless steel to bare metal and then coat the tank with a nitric acid spray or fog. Allow to stand for the duration of a pickling event, and the same results can be achieved.
Doesnʼt stainless steel passivate itself with time?
While metallurgists are far apart on their opinions regarding passivation methodology, they do agree on the following principle: If stainless steel is clean and dry, the oxygen in the atmosphere will form the protective chromium oxides needed. The steel will be every bit as passivated as that which was dipped in acid. But there are problems here. First, it takes longer - up to two weeks for a totally natural restoration to occur. And considering the nature of bulk chemical hauling, who is to say when a tank is truly clean, especially given their current pitted condition. By definition, “clean” denotes that all contaminants, even in the deepest part of pits, have been removed. Second, even if all contaminants and rust particles are removed in the cleaning process if the tank loads before the cycle for natural passivation occurs, the mission will have failed. Now the current cargo, which may not normally exhibit deleterious effects on passivated steel, resumes pitting the tank, as the corrosion cycle was never interrupted.
OK, what is the best way to passivate tanks?
Regardless of the situation, it would be prudent to reference a proven procedure when requesting passivation. By referencing a specification, such as outlined by ASTM-A967, you do not have to reinvent the wheel. By taking advantage of proven technologies, such as the John-Henry Brand® Passive-8 System you can eliminate much of the guesswork that would otherwise accompany a new process. This technology deploys air and sound to shatter a super-low surface tension nitric acid-based solution into a 5-10 micron fog, which then covers the tank uniformly and penetrates even the smallest pits. It is much more effective than coarse sprays or bulk application, as any solution applied in liquid form is impeded by high surface tension, which allows for it to “sheet” right over the pits. If the passivation fails, the potentially high cost of the alternative method can be the cost of the cargo. Ouch!
How much passivation solution is used?
Passive-8 is applied to a freshly washed and rinsed tank at the rate of 1 1/2 gal. per 1000 gal. of tank capacity. After it is dispensed through the John-Henry Simplicity Fogger, a process that takes about 3 minutes per gallon, the product is allowed to stand for an additional 45 minutes, and then flushed out with water. In a multi compartment tank, the same formula applies per compartment.
The John-Henry Simplicity Fogger is a device that runs solely from compressed air and can deliver a fairly uniform fog from two nozzles, capable of projecting up to 25 feet in each direction.
How can passivation be verified?
One of the simplest verification tests is the copper sulfate test. Pour a copper sulfate solution onto the floor of the tank, and allow to stand for six minutes, rinse and visually examine. Any copper (pink) color indicates the presence of free iron and the test is considered unacceptable.
If a more scientific method is required (for quality assurance), after rinsing and drying tank interior, surfaces may be checked with the Koslow 2026 Passivation Test Kit.
Using any of the aforementioned methods, if the tank interior tests positive for free iron or still shows signs of discoloration or stains, another Passivation treatment will be necessary.
¿Que es pasivación?
De acuerdo a la regla ASTM-A967*, existen varias definiciones para pasivación, dependiendo de la aplicación específica. La siguiente es la más apropiada para la industria de limpieza de tanques: “Pasivación es el tratamiento químico del acero inoxidable con un oxidante suave, como una solución de ácido nítrico, con el fin de mejorar la formación espontánea de una película protectora pasiva. Tal tratamiento químico no es generalmente necesario para la formación de la película protectora pasiva”
- *ASTM: Asociación Americana para Pruebas y Materiales
- *ISO: Organización Internacional de Estándares
- *IBC’s: Contenedores Intermedios a Granel
¿Porque es necesaria la pasivación?
La razón de re-pasivar es debido a que la película de óxido crómico que debe estar presente en el acero inoxidable austenítico* se ve comprometida regularmente, ya sea por causa de materiales que son transportados, o aún el proceso de limpieza en sí.
El acero inoxidable es inoxidable debido a la presencia de los óxidos crómicos protectores en la superficie. Si dichos óxidos son removidos por restregar, brillar, o la presencia de ácidos minerales, como el muriático o ácidos hidrofluóricos, o aún por reacción con los demás materiales cargados, entonces el hierro en el acero es expuesto y puede oxidarse. De aquí la necesidad de re-pasivación. Un ejemplo de esto es un tanque cuyo previa carga fué un solvente clorinado. Los vapores del solvente se hidrolizan en el tanque y se convierten en ácido hidroclorídrico, comprometiendo así la superficie del acero inoxidable. La simple limpieza del tanque no restaura la película pasiva de óxido crómico.
*Los aceros austeníticos forman el grupo principal de aceros inoxidables; la composición más habitual es 18% Cr y 8% Ni (por ejemplo, aceros 18/8, tipo 304). Se consigue un acero con mejor resistencia a la corrosión añadiendo un 2-3% de molibdeno, que se suele denominar "acero a prueba de ácidos.
¿Cuando es el tiempo correcto para pasivar?
Esta es una decisión propia del dueño del tanque. Existen muchos factores que pueden determinar la necesidad o a que tiempo pasivar.
Una estrategia de pasivar sistemáticamente una flota completa de tanques ISO es apropiada. Una pasivación sencilla por año tiene el potencial de aminorar las picaduras en un 25%, basado en cuatro turnos por año. Si las cargas subsecuentes dentro de un tanque pasivado no destruyen la película pasiva de óxido crómico, este rendimiento podría ser aún mayor. Tanques de vagones ferroviarios y IBC’s* (*Contenedores Intermedios a Granel), de otro lado, deben ser evaluados por un patrón diferente. Dichos contenedores se recargan con mayor frecuencia, y pueden a veces ser cargados por la parte superior o mantenerse en un servicio dedicado. Ese relativamente bajo costo de adquisición puede resultar en un servicio continuo sin incurrir en costos de mantenimiento preventivo, tal como la pasivación, a que los beneficios puede que nunca se logren.
Si se efectúa abrasión mecánica, pulido, rebajado o soldadura, dentro del tanque, se debe efectuar la pasivación, al menos en las áreas afectadas. Esto puede efectuarse con una pasta removedora (pickling) para las áreas de soldaduras y pequeñas manchas. Para áreas más grandes es más efectivo pasivar el tanque completo.
¿Cuáles factores deben ser tomados en consideración?
Los factores incluyen, pero no se limitan al siguiente criterio:
1.) Costo de reemplazo del tanque. ¿Es más efectivo, en términos de costos, reemplazar el tanque que tratar de prolongarle su ciclo de vida con tratamientos costosos?
2.) Tipos de químicos transportados. Perderá un tanque pasivado su película de óxido crómico en la próxima carga?
3.) Dedicado, o no-dedicado. ¿El omitir la pasivación permitirá que futuras cargas de materiales normalmente no-corrosivos, deterioren aún más el tanque?
4.) Retorno de la inversión. ¿Tiene el propietario del tanque mecanismos modernos de seguimiento para planear, implementar y dar seguimiento a tanques pasivados, a manera de maximizar el esfuerzo?
5.) Alimentos. Si hay la posibilidad de que el tanque transporte alimentos – ¡Pasívelo!
¿Cómo puedo pasivar exitosamente?
La pasivación del acero inoxidable es lograda normalmente en la industria sumergiendo los componentes de acero inoxidable en una solución de ácido nitrico, de acuerdo a las normas ASTM A-967. La solución de ácido nitrico disuelve el hierro libre y/o otros contaminantes de la superficie, lo que limpia el metal y re-oxida el cromo. Pero para la industria de limpieza de tanques, Usted no necesita un baño de ácido nitrico para pasivar. No todo el mundo puede limpiar totalmente un tanque, ya que la solución, de hasta 6,000 galones (22,712 litros) se contamina con cada aplicación. La clave es limpiar el acero inoxidable hasta el metal desnudo, entonces cubrir el tanque con un rocío o nebulización de ácido nítrico. Permítale actuar por todo el tiempo de la limpieza, y se pueden lograr los mismos resultados.
¿No se pasiva a sí mismo el acero inoxidable con el tiempo?
Mientras los metalurgistas están muy apartados en sus opiniones con respecto a la metodología de la pasivación, ellos están de acuerdo en el siguiente principio: Si el acero inoxidable está limpio y seco, el oxígeno de la atmósfera formará los óxidos crómicos necesarios. El acero será pasivado tanto como si hubiera sido sumergido en ácido. Pero hay problemas aquí. Primero, esto toma más tiempo – hasta dos semanas para que ocurra una restauración natural-. Y considerando la naturaleza del producto químico que es transportado a granel, ¿quien puede afirmar cuando un tanque está completamente limpio?, especialmente debido a sus actuales condiciones de picaduras. Por definición, “limpio” denota que todos los contaminantes, aún en las partes más profundas de las picaduras han sido removidas. Segundo, si todos los contaminantes y partículas de óxido han sido removidos en el proceso de limpieza,
y el tanque es cargado antes que suceda el ciclo natural de pasivación, la misión habrá fallado. Ahora, la carga normal, la que podría no presentar efectos deteriorantes en el acero pasivado, vuelve a picar el tanque, ya que el ciclo de corrosión nunca fue interrumpido.
Bien, ¿cuál es la mejor manera de pasivar los tanques?
No importa la situación, sería prudente referirse a un procedimiento probado cuando requiera pasivación. Al referirse a una especificación, como la delineada en la regla ASTM A-967, usted no tiene que ‘reinventar la rueda’. Al aprovecharse de tecnologías probadas, como la del “Sistema John-Henry Brand® Simplicity Fogger”, usted puede eliminar mucho de ‘prueba y error’ que podría de otra manera acompañar un nuevo proceso. Esta tecnología despaza aire y sonido para atomizar una solución de ácido nítrico de super-baja tensión superficial y formar una niebla de 5-10 micrones, la que entonces cubre el tanque de manera uniforme y penetra hasta los picados más pequeños. Esto es mucho más efectivo que el rociado grueso o aplicación a granel, ya que toda solución aplicada en forma líquida es limitada por la alta tensión superficial, lo que permite que se ‘lamine’ sobre las picaduras. Si la pasivación falla, el alto costo potencial del método alternativo podría ser el costo de la carga !Ay!.
¿Que cantidad de solucion de pasivación se debe usar?
“Passive 8” es aplicado a un tanque recién lavado y enjuagado a la tasa de 1 ½ galones (5.7 l) por 1000 gal (3,785 l) de capacidad del tanque. Luego es dispensado a través del "Simplicity Fogger”, un proceso que toma alrededor de 3 minutos por galón (3,78 l), luego el producto es dejado allí por 45 minutos adicionales, y luego es sacado con agua. Para tanques multi-compartimientos, se aplica la misma fórmula por cada compartimiento.
Este aparato funciona exclusivamente con aire comprimido y puede entregar una niebla uniforme desde dos toberas, capaces de proyectar hasta 25 pies (7.62 m) en cada dirección.
¿Cómo puede verificarse la pasivación?
Una de las pruebas más simples de verificación es la del sulfato de cobre. Vierta una solución de sulfato de cobre en el piso del tanque, y déjelo allí por seis minutos, enjuague y examine visualmente. Cualquier color rosado (cobre) indica la presencia de hierro libre y la prueba es considerada inaceptable.
Si se desea un método más científico (para asegurar la calidad), luego de enjuagar y secar el interior del tanque, las superficies pueden ser verificadas con el Set de Pasivaciøn Koslow 2026.
Si utilizando cualquiera de los métodos mencionados antes, el interior del tanque da resultados positivos para hierro libre, y aún muestra signos de decoloración o manchas, será necesario otro tratamiento de pasivación.
