電感耦合等離子體原子發射光譜(ICP-AES)法測定鋁合金中高含量硅

韓 超 孫國娟 孫海霞

(1 安徽國家銅鉛鋅及制品質量監督檢驗中心, 安徽 銅陵 244000；2 安徽三聯學院 計算機工程學院，安徽 合肥 230601)

前言

硅是冶金材料中最常見也是最重要的元素之一。硅系鋁合金普遍有良好鑄造性能和耐磨性能，熱脹系數小，在鑄造鋁合金中品種最多，用量最大的合金，含硅量在6%～12%。

國家標準方法GB/T20975.5—2008[1]對高硅含量測定(0.3%～25%)采用的是重量法，氫氧化鈉溶解，高氯酸酸化脫水，沉淀過濾并燒至恒重，再用氫氟酸揮發硅，燒至恒重，兩者稱量之差測定硅量。方法耗時長，過程復雜，須使用銀器皿、鉑坩堝，化驗成本高。國家標準方法GB/T20975.25—2008[2]對高硅含量(0.5%～10%)鋁合金樣品處理步驟是用氫氧化鈉溶液-過氧化氫溶解樣品，蒸至漿狀，再加水溶解，然后加硝酸和鹽酸溶液溶解，最后定容。堿溶導致在配制標準溶液時必須考慮氫氧化鈉基體匹配的問題，否則測定結果嚴重偏低。因此，尋找快速高效的測定方法有著一定的實踐意義，人們也作出了多種探索[3-7]。本文擬采用混合酸直接溶解樣品，簡化樣品處理步驟，快速高效地測定高含量硅。

1 實驗部分

1.1 儀器及工作條件

ICAP6300等離子體發射光譜儀(美國賽默飛世爾科技有限公司)，采用蠕動泵進樣，輔助氣流量0.5 L/min，霧化氣流量0.7 L/min，RF功率1 150 W，泵速50 r/min。

1.2 試劑及標準溶液

硅標準儲備溶液(1 000 μg/mL，國家有色金屬及電子材料分析測試中心)；

鋁基體溶液(20 mg/mL)：稱取2 g經酸洗過的高純鋁(ωAl≥99.999%)于燒杯中，加入30 mL HCl(1+1)，蓋上表皿，低溫加熱至完全溶解，冷卻，移入100 mL容量瓶中，用水定容至刻度，搖勻。

標準樣品：BY2209-1，牌號ZLD109，標示硅含量8.58%，撫順鋁廠；鋁合金2#，牌號ZL102，標示硅含量12.88%，山東冶金科學研究院。

鹽酸、硝酸、氫氟酸均為優級純。

實驗用水為去離子水。

1.3 樣品處理

稱取0.10 g(精確至0.000 1 g)樣品于聚四氟乙烯燒杯中，加入10 mL HCl(1+1)、1 mL HNO3,蓋上聚四氟乙烯表面皿，待反應結束，可觀察到液面有大量黑色的硅析出，盡量不要搖動燒杯，輕輕地將燒杯放在冰水浴中充分冷卻降溫，逐滴加入HF，黑色硅逐漸溶解，溶解過程中可小心搖動燒杯，直至硅完全溶解，溶液變清亮透明。將溶液轉移到500 mL塑料容量瓶中，以水定容，搖勻。

1.4 標準曲線的繪制

根據樣品中鋁的含量，于系列標準溶液中加入適量的鋁基體溶液，使標準溶液中鋁含量與樣品中鋁含量基本一致，按表1加入適量的硅標準溶液，用水稀釋至刻度，混勻。

表1 標準溶液

Table 1 Standard solution

編號012345標準溶液濃度/(μg·mL-1)0.001020304050

2 結果與討論

2.1 稱樣量的選擇

因鑄造鋁合金中硅含量較高，為使測定溶液的濃度落在ICP-AES法最佳的測試范圍內，同時考慮到稱量誤差、稀釋誤差及測定范圍，實驗選擇稱樣量0.1 g。

2.2 樣品消解及HF的加入量

硅不溶于單一的酸，但能溶于HNO3-HF，生成SiF4并迅速水解為硅酸和氟硅酸。由于HF的使用，實驗避免使用玻璃器皿，溶樣時，應逐滴加入氫氟酸，邊搖邊加，使產生的反應熱迅速擴散，同時嚴禁將氫氟酸滴在試樣集中的地方，防止局部溫度過高，造成SiF4揮發損失。氫氟酸的加入量，根據樣品中硅含量的多少，一般不超過5 mL。

2.3 鋁的干擾及分析線的選擇

鋁是樣品中的主要成分，它的強發射雜散光使背景增強，需通過基體匹配法消除干擾。選用標準樣品BY2209-1按實驗方法進行測定，選用硅的各條靈敏線，選擇發射強度最大的譜線作為最佳工作譜線，最后實驗選擇波長251.6 nm為硅的分析線。

2.4 精密度實驗

對兩個標準樣品，按本方法連續測試11次，測試結果和相對標準偏差如表2所示。

表2 精密度實驗

兩個標準試樣硅元素相對標準偏差RSD≤0.3%，方法精密度高。

2.5 加標回收實驗

為了驗證方法的準確性，進行加標回收試驗，結果如表3所示。

兩個標準樣品中硅元素的加標回收率均在95%～105%，說明方法具有較好的準確度。

表3 回收率實驗

3 結論

實驗采用混合酸直接消解樣品，不分離析出的殘渣硅元素，將殘渣直接溶解到原液中，運用ICP-AES法測定鋁合金中高含量硅，該方法樣品用量少，溶樣時間短，測定結果令人滿意，適用于鋁合金中高含量硅的快速測定，同時也可用來測定鋁合金中其它元素。