铝铜合金中铜的测定

王丽君

(杭州杭氧股份有限公司，浙江临安 311305)

铝铜合金中铜的测定

王丽君

(杭州杭氧股份有限公司，浙江临安 311305)

合金中金属元素组成成分的多少影响合金的使用性能。为了分析铝铜合金中铜在不同情况下的测定方法，通过对样品和国家一级标样检测实验，得出在合金含铜率较低时采用碘量法联合原子光度法，在合金含铜率较高时，采用EDTA光度法。

铝铜合金;铜测定;碘量法;原子光度法;EDTA光度法

1 前言

化学分析贯穿于合金加工分析检测全过程。原料检测、熔炼过程炉前分析、铸锭化学成分全分析、加工过程的工艺改进和缺陷分析、用户异议仲裁，都涉及化学分析。研制新产品过程中，从解析用户样品到新产品成分配置、熔铸、加工、成果鉴定，都离不开化学分析。

21世纪金属材料检测面临三大难题:高纯金属和复杂合金的痕量元素分析;金属材料的原位分析;材料加工过程的在线、实时、临界控制分析。

铝铜合金，主要成分是铝和铜，其中含有Fe、Si等杂质，与其它铝合金相比，其特点是机械强度更高，在遇火和新淬火状态下具有良好的塑性，焊接性较好，热处理可以强化。可在热态和冷态下进行压力加工，广泛用于机械制造业特别是航空航天等国防工业。为了研究在高温状态下的相变机理和监控产品质量，需要准确测定铝铜合金中的铜含量。低含量的铜一般采用比色法、原子吸收光谱法，测定高含量的铜通常采用碘量法、碘氟法测定。碘量法测定铜往往要用氨水沉淀分离铁，否则铁的干扰会引起结果偏高，对铝铜合金采用氨水沉淀时，大量的铁铝氢氧化物沉淀中残留有少量铜，会影响铜测定的准确度。因此，在铝铜合金中，当铜的含量较少时，采用碘量法滴定氨水滤液中的铜，用原子吸收光谱法回收沉淀中残留的铜，该碘量法和原子吸收光谱法相结合的方法可以准确测定铝铜合金中的铜，根据两者的合量计算铝铜合金中的铜含量，方法准确。在铝铜合金的测量中，碘量法操作繁琐复杂，且硫酸钠标准溶液不稳定，需常标定，不适合大批量铝铜合金的炉前控制分析，因此需要快速检测。与碘量法比较，EDTA光度法[1]有操作简便、分析速度快、结果稳定可靠等优点。

2 实验

2.1 碘量法原理

碘量法是测定铜的经典方法，在岩石矿物分析中应用比较广泛，基于以碘化钾将铜(Ⅱ)还原到铜(Ⅰ)的反应，还原时析出难溶于稀酸的碘化亚铜和单质碘。

在上述反应中，所析出的碘用硫代硫酸钠溶液滴定。反应为:

碘量法滴定的酸度pH值为3.5～4，酸度过大，碘化物易被空气氧化而析出碘;同时亦会增加碘化亚铜的溶解度。反之，作用进行得很慢，影响滴定。

溶液中存在的三价铁可使碘化钾析出游离碘，因而干扰测定:

因此需要将铁沉淀分离，在氨水介质中，铁、锡、铋和少量的锑生成氢氧化物沉淀，而铜的氢氧化物易溶于氢氧化铵，形成[Cu(NH3)4]2+铜的络氯离子，这个反应可使铜与铁、锡、铋分离。

2.2 碘量法及原子光度法

2.2.1 仪器与试剂

日立220A双光束分光光度计，电子天平，铜空心阴极灯。1g/L金属铜溶液，10g/L淀粉溶液，500 g/L硫氰化钾，20 g/L氨水溶液，400 g/L碘化钾，0.005 mol/L标准硫代硫酸钠溶液等。

2.2.2 药品配制和标定

2.2.2.1 铜标准溶液

称1.000 g 1g/L的金属铜溶液溶解于1∶1硝酸中，稀释至1000 mL。取10mL已经配制的溶液稀释到100 mL，制成0.1g/L的溶液作为标准工作溶液。

2.2.2.2 硫代硫酸钠溶液标定

移取10mL铜标准溶液放入250 mL锥形瓶中，用水稀释至25 mL，用氨水中和至蓝色出现，然后加入4mL(1+1)醋酸溶液，加入400g/L的碘化钾4mL，用硫代硫酸钠溶液滴定至浅黄色，加10g/L淀粉溶液3mL，继续滴定至浅蓝色，加400 g/L硫氰化钾4mL，再继续滴定至蓝色消失，计算滴定度。

2.2.3 实验方法

吸取10mL铜标准溶液于150 mL烧杯中，加入各2mL的10g/L FeCl3和30 g/L AlCl3的混合溶液。低温蒸发至1mL左右，加入3g氯化铵，搅拌均匀，加入15 mL氨水，搅拌后加15 mL水，煮熟，用快速滤纸过滤，用20 g/L氨水溶液洗涤烧杯并沉淀，用碘法滴定铜，沉淀用10mL 1∶1盐酸溶解于原烧杯中，用(2+100)盐酸洗涤滤纸和漏斗，定容到100 mL，用原子吸收法测定铜的含量，将两种铜的含量相加计算铝合金中铜的总量。

2.2.4 样品分析

取0.1000 g铝铜合金于烧杯中，用少量水润湿，加入10mL盐酸，置于电熟板上低温加热3～5min，再加入5mL硝酸，摇匀，盖上表面皿，继续低温加热，待试样分解完全后，取下稍冷，用少量水洗涤表面皿，继续加热蒸至1mL，加3～4g NH4Cl取下冷却，15 mL氨水、15 mL水煮沸，以后步骤同试验方法。

2.3 EDTA 光度法

铝铜合金中40%左右铜的分析，一般采用碘量法。由于碘量法操作步骤繁杂及硫代硫酸钠标准溶液不稳定，需常标定等缺点，不适合大批量铝铜合金的炉前控制分析。因此，对于铝铜合金中高含量铜，采用Cu－EDTA光度法进行测量。

2.3.1 主要仪器和试剂

日立220A双光束分光光度计;pHD－11数字酸度计，柠檬酸钠溶液:500g/L;EDTA溶液:100 g/L;铝基体溶液:5.00 g/L;铜标准溶液(1g/L):称取1.0000 g高纯铜(99.99%)，加入20 mL 硝酸(1+1)，加热溶解完全，蒸发至2mL左右，用水定容于1000 mL容量瓶中。

2.3.2 实验方法

于100 mL容量瓶中，加入铜标准溶液，再加入3.0mL柠蒙酸钠溶液，10.0mLEDTA 溶液，水稀释至刻度后，混匀，放置45min，在分光光度计上，用2cm吸收皿，以试剂空白为参比，在波长730 nm处测量吸光度。

2.3.3 样品分析

称取0.5000 g试样，加入10.0mL盐酸(1+1)和5.0mL硝酸(1+1)，加热溶解完全后蒸发至2mL左右，用水定容于100 mL容量瓶。分取上述溶液10.00 mL于100 mL容量瓶中，加入3.0mL柠檬酸钠溶液，以下按实验方法进行测定。用拟定分析方法对国家一级标样GBW－02103和两个铝铜合金样品进行了测定。

用加铝基体30 mg和不加铝基体样品做比较，其工作曲线一致，故采用不加铝基体作工作曲线。于一系列 100 mL 容量瓶中，加入0、5.00、10.00、15.00、20.00、25.00 mg 铜标准溶液，加入 3.0mL柠檬酸钠溶液，下同实验方法。以铜量对吸光度做工作曲线。铜量在0～0.25 g/L符合比尔定律，表观摩尔吸光系数ε=3.96×103。其中样品5号为国标样品。

3 结果与讨论

3.1 检测结果

通过碘量法、碘量法联合原子光度法，以及EDTA光度法对样品和国标进行检测，结果见表1。

表1 样品中铜的检测结果 %

3.2 氨水小体积分离

氨水小体积分离，铜形成络合物存在于溶液中，铝铜全合金试样经氨水沉淀，产生氢氧化铁和大量氢氧化铝沉淀，夹杂有少量的铜，必须回收，否则造成铜的测定结果偏低。沉淀用HCl溶解，采用原子吸收法测定沉淀中的铜。

3.3 碘量法滴定铜的影响

滴定液的酸度以pH值为3～4为佳，酸度低，碘化亚铜有少量溶解;酸度高，碘化钾与铜反应慢，影响滴定结果。淀粉与硫氰化钾的加入时间要判断准确，淀粉在滴至浅黄色时加入，可以避免游离的碘与淀粉形成化合物，硫氰化钾在终点到达之前加入，否则导致终点不易观察。

3.4 铜的原子吸收法测定

氨水沉淀物中含有大量的铝和少量铁，沉淀用盐酸溶解后，大量的铝、少量的铁与微量的铜共存于溶液中，但并不干扰铜的原子吸收法测定，为了与溶液保持一致，采用在标准溶液中加入相同量的铝。

3.5 EDTA光度法测定

根据铝铜合金中共存元素的种类和含量，进行干扰元素加入实验，结果表明:至少 1mg Si、Fe、Ti、Mn、Zn、Mg、Pb(均非最高限量)不干扰铜的测定。

4 结论

从检测结果可以看出，碘量法联合原子光度法检测结果最为准确，而碘量法分析方法实验过程复杂，其操作条件难以控制，因此在大批量高含量铜样品检测中采用EDTA光度法是切实可行的方法。

分析化学随着现代科学技术，尤其是计算机技术和芯片技术的引入，得到迅速发展。实现了从分析化学向分析科学的历史性转变。环境科学、生命科学和材料科学与分析化学结合，分别产生了新的交叉学科，满足着信息、能源、资源、健康、国民经济、国家安全等方面的需要。分析化学向着更高灵敏度和选择性发展，实现原位、实时、微区、微量检测。

随着科技和社会的发展，合金中元素的检测将会有更加先进的仪器和设备，其精确度也将会大大提高，从而促进分析化学的更快发展。

[1]路培乾.EDTA光度法测定铝铜合金中高含量铜[J].冶金分析，1999，19(3):1－3.

O655，O657.31

B

1003－3467(2010)20－0049－03

2010－09－22

王丽君(1983－)，女，从事化学分析技术工作，电话:13758299824。