铝及铝合金分析

铝及铝合金分析铝在元素周期表中属IIIA族，其相对原子质量为26.98154，密度2.6989g/cm3（20°C）。纯铝呈银白色，具有良好的导电性、导热性、延展性及抗腐蚀性。铝是典型的两性元素易，溶于盐酸和其他氢卤酸，也溶于强碱溶液不溶于冷的浓硫酸和硝酸。铝易与氟化物、柠檬酸盐、酒石酸盐、乙二胺四乙酸二钠盐（EDTA）以及许多含氧、含氮有机试剂等生成稳定的结合物。铝及铝合金的用途很广泛。高纯铝抗腐蚀性强，可用来制造保存和运输硝酸、过氧化氢、甲醛、有机酸的器具，并在食品工业上用作包装材料。纯铝可用于制造电缆、电线、电容器、整流器、汇流板等。铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。变形铝合金根据其成分不同有防锈铝、硬铝、锻铝、超硬铝、特殊铝等；铸造铝合金根据成分不同有铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金、铝锌合金等。铝合金广泛用于航空工业、汽车工业、化工、机械制造工业以及民用建筑等。在铝及铝合金中需要对Fe、Si、Cu、Ti、Ca、Mg、Mn、Zn、Pb、Ni、Cr、V、Sn、Zr、Ga、RE、Be、Sb、Li、B、Cd等元素进行测定。根据上述元素含量的多少，选用不同的分析方法。铝及铝合金中铁的测定一般采用邻菲罗啉分光光度法或原子吸收光谱法。邻菲罗啉分光光度法是在pH2-9范围内，Fe2+与邻菲罗啉形成橙红色络合物，该方法有较高的灵敏度和良好的稳定性。原子吸收光谱法选用较窄的通带，一般采用波长248.3nm处，在空气-乙炔氧化性火焰中进行测定。对硅、镍、钒较高的试样，在测定时要加入一定量的锶盐消除其干扰。铝合金中硅的含量大于1%时，一般采用重量法，近年来也采用改进的硅钼蓝分光光度法。铝及铝合金中硅的含量小于1%的试样可采用硅钼蓝分光光度法。溶液中，硅酸与钼酸盐形成黄色的硅钼杂多酸，它有两种形态，a-硅钼酸；6-硅钼酸。通常分析中多采用6-硅钼酸形态，这是由于形成6-硅钼酸的酸度较高，避免某些较易水解元素的干扰，加入适当的还原剂，如抗坏血酸1-氨基-2-萘酚-4-磺酸等，由硅钼黄变成硅钼蓝。铝合金中磷、砷干扰测定，加入草酸、柠檬酸、酒石酸或提高溶液的酸度，以破坏磷钼杂多酸和砷钼杂多酸。铝及铝合金中铜测定，根据铜的含量高低选择合适的分析方法。对高含量的铜的测定一般采用恒电流电解重量法。用恒电流电解时，能和铜一起析出的金属有As、Sb、Sn、Bi、Ag、Hg、Au等，在铝合金中除锡以外的金属含量极微，可以不考虑。对锡的干扰，可在试样处理时，加入氢漠酸和漠水使其成漠化物从高氯酸溶液中挥发出去。在电解将近终了时，由于溶液中Cu2+浓度较低，电解速度较慢，要使这一部分铜沉积完全需要1~2h，在这段时间内，其他的杂质元素也容易析出，因此电解到一定程度后，用分光光度法测定残留液中铜。铝及铝合金中铜的测定常用的分光光度法有双环己酮草酰二腙分光光度法、新亚铜试剂(2,9-二甲基-1.10-菲罗啉)分光光度法。在pH8~9溶液中，Cu2+与双环己酮草酰二腙形成蓝色水溶性络合物，当pHV6.5时络合物不形成，pH>10时络合物的颜色迅速褪色，而显色最佳的pH8~9,铝合金中共存元素不干扰测定。在pH3~7溶液中，Cu+与新亚铜试剂形成黄色络合物，可被三氯甲烷萃取，铝及铝合金中一般共存元素均不干扰测定。铝及铝合金中Ti的测定，除了过氧化氢分光光度法，目前多采用二安替比林甲烷分光光度法。铝及铝合金中钙和镁测定通常都采用原子吸收光谱法，也可采用EDTA、CDTA(1，2-环己二胺四乙酸)滴定法测定镁的含量。铝合金中Cu、Fe、Mn、Ni、Cr、Ti、Zn、Ca、Sn等元素干扰镁的测定，必须进行分离或加入适当掩蔽剂。试样如果用氢氧化钠溶解，镁可与基体铝分离，然后加入铜试剂分离Cu、Fe、Mn、Ni等。试样如果用盐酸溶解，过滤并回收残渣中镁，在过氧化氢氤化钾和少量铁的存在下，以氢氧化钠沉淀镁与大量Al、Cu、Zn、Ni、Cr等元素分离。用盐酸溶解沉淀，在高锰酸钾存在下，以氧化锌沉淀分离少量Fe、Mn、Al、Ti，滤液调整酸度后，以甲基百里酚蓝作指示剂用CDTA标准溶液滴定。铝及铝合金中锰的测定，通常都采用高碘酸钾分光光度法和原子吸收光谱法。铝及铝合金中高含量锌的测定用EDTA滴定法，在测定之前必须分离，常用的分离方法有沉淀法、萃取法、离子交换法。离子交换法是目前常用的分离方法，它是在c(HCl)=2mol/L溶液中，加被测试液通过强碱性阴离子交换树脂后，再用c(HCl)=0.005mol/L溶液洗脱吸附在树脂上的锌，以双硫腙为指示剂，用EDTA标准溶液滴定。原子吸收光谱法是测定铝及铝合金中锌的最好方法，优点是简单快速。于波长213.9nm，用空气-乙炔氧化性火焰测定，含有1mg/mL的Mg、Mn、Cu、Co、Pb、Sr、Ca、Cd、Fe、Al、Ni、Ti等对1pg/mL锌的测定均不干扰。铝合金中铅的测定，采用原子吸收光谱法为好。吸收线283.3nm，虽然灵敏度较低，但不受背景的干扰，故常被采用。铝合金中微量镍的测定，通常采用丁二肟分光光度法和原子吸收光谱法。用原子吸收光谱法测定镍时，在空气-乙炔火焰中，与镍共存的杂质元素几乎没有干扰。铝合金中铭的测定，通常采用二苯基羰酰二肼分光光度法和原子吸收光谱法。铝及铝合金中钒的测定，一般采用N-苯甲酰苯羟胺分光光度法。铝合金中微量锡的测定，通常采用苯基荧光酮分光光度法。在酸性溶液中Sn（IV）与苯基荧光酮形成红色络合物，加入动物胶或聚乙烯醇作分散剂，可以使体系稳定。铝合金中锆的含量一般在0.4%以下，通常采用二甲酚橙分光光度法测定。铝及铝合金中微量钙的测定，通常采用丁基罗丹明B分光光度法。铝合金中稀土（铈族）的测定，通常采用分光光度法一二漠-氯偶氮氯膦分光光度法、三漠偶氮胛分光光度法。在有草酸存在下，铝的允许量可达100mg，Fe3+、Ti（IV）在试液中超过允许量时，可加入过氧化氢和乙醇消除其干扰，Zr（IV）的干扰用酒石酸掩蔽。铝合金中锑的测定，可采用碘化钾分光光度法。在酸性溶液中，Sb（III）与碘形成黄色SbI4络合物，Cu2+、Fe3+干扰测定，可加入硫脲可掩蔽Cu2+和抗坏血酸掩蔽Fe3+。铝合金中铍的测定，通常采用分光光度法。多元络合物显色体系铍-铭天青S-聚氧乙烯烷基酚体系、铍-漠邻苯三酚红-混合表面活剂体系、铍-依莱铭氤R-CTMAB体系等的应用，提高了测定方法的灵敏度和选择性。pH7.0~9.5Be与依莱铭氤R和CTMAB形成稳定的络合物。铍0.1~2.0ig/50mL符合比尔定律，当采用EDTA酒石酸钠为掩蔽剂时，共存元素的允许量（mg）如下：Mg（11）、Zn(1.6)、Cu(1.5)、Mn(1.2)、Fe(0.6)、Ti(0.3)、Ni(0.1)、Sb(0.02)、Sn(0.01)。铝合金中镉、锂、锶都可采用火焰原子吸收光谱法。但都必须在制备工作曲线溶液时加入铝基底溶液。对于锶还需在氯化镧存在下进行。铝合金中硼的测定，采用氟硼酸根离子选择电极法。大量铜、铁干扰测定，用EDTA掩蔽消除。铝合金中稀土总量的测定是在pH2时用草酸丙酮沉淀稀土，将草酸稀土灼烧成氧化物并换算成稀土总量。铝及铝合金中杂质元素通常采用原子发射光谱法测定。用摄谱法测定时，需要选择合适的光源和标准样品，以及考虑第三元素和组织结构影响的消除。由于铝及铝合金的光谱比较简单，除稀土以外，对一般分析元素来说，用中等色散率的石英棱镜摄谱仪或光栅摄谱仪就能满足要求。高压火花电源是分析铝及铝合金的主要光源之一，已用于铝及铝合金中高含量合金元素和低含量杂质元素的同时测定。高压整流火花光源的分析的再现性和稳定性比简单火花光源好。低压整流火花光源放电精度高，激发能力强，可以有效地消除或减少铝合金组织结构影响和第三元素影响，是分析复杂的铝合金较适合的光源。直流电弧适用于痕量元素分析。如纯铝中痕量元素的测定，可把金属铝经化学处理转变成Al2O3，以粉末法直流电弧为光源进行分析，其检出限为1X10-4%10-3%。交流电弧的燃弧稳定性优于直流电弧，但分析灵敏度比直流电弧差，已用于工业高纯铝中Si、Fe、Cu和纯铝中微量Zn、Ga、V、Ni、Cr、B以及铝合金中Pb、Zn、Sn、Ni等元素的分析，其检出限为1X10-3%左右。原子发射光谱分析要求标准样品的化学成分、冶金过程以及形状大小应与分析试样基本一致。铝及铝合金中杂质元素也可用原子发射光电光谱法测定，一般使用非真空型光电光谱仪测定。光电光谱仪配备了性能优良的光源，并具有仪器结构小型化、光学系统性能好、自动化程度高的特点，因而提高了分析灵敏度和精密度。可控波形高压火花电源，在整个放电过程中，电流单向流动，不出现'零值〃，因而放电电流密度大，激发能力强。由于放电波形、放电电压、放电时间可精确控制，因而提高了分析精密度。此种光源可用于组成较复杂的铝合金的分析。还有一种高能预火花电源，大能量预燃可使试