电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)法测定铝合金中高含量硅

韩 超 孙国娟 孙海霞

(1 安徽国家铜铅锌及制品质量监督检验中心, 安徽 铜陵 244000；2 安徽三联学院 计算机工程学院，安徽 合肥 230601)

前言

硅是冶金材料中最常见也是最重要的元素之一。硅系铝合金普遍有良好铸造性能和耐磨性能，热胀系数小，在铸造铝合金中品种最多，用量最大的合金，含硅量在6%～12%。

国家标准方法GB/T20975.5—2008[1]对高硅含量测定(0.3%～25%)采用的是重量法，氢氧化钠溶解，高氯酸酸化脱水，沉淀过滤并烧至恒重，再用氢氟酸挥发硅，烧至恒重，两者称量之差测定硅量。方法耗时长，过程复杂，须使用银器皿、铂坩埚，化验成本高。国家标准方法GB/T20975.25—2008[2]对高硅含量(0.5%～10%)铝合金样品处理步骤是用氢氧化钠溶液-过氧化氢溶解样品，蒸至浆状，再加水溶解，然后加硝酸和盐酸溶液溶解，最后定容。碱溶导致在配制标准溶液时必须考虑氢氧化钠基体匹配的问题，否则测定结果严重偏低。因此，寻找快速高效的测定方法有着一定的实践意义，人们也作出了多种探索[3-7]。本文拟采用混合酸直接溶解样品，简化样品处理步骤，快速高效地测定高含量硅。

1 实验部分

1.1 仪器及工作条件

ICAP6300等离子体发射光谱仪(美国赛默飞世尔科技有限公司)，采用蠕动泵进样，辅助气流量0.5 L/min，雾化气流量0.7 L/min，RF功率1 150 W，泵速50 r/min。

1.2 试剂及标准溶液

硅标准储备溶液(1 000 μg/mL，国家有色金属及电子材料分析测试中心)；

铝基体溶液(20 mg/mL)：称取2 g经酸洗过的高纯铝(ωAl≥99.999%)于烧杯中，加入30 mL HCl(1+1)，盖上表皿，低温加热至完全溶解，冷却，移入100 mL容量瓶中，用水定容至刻度，摇匀。

标准样品：BY2209-1，牌号ZLD109，标示硅含量8.58%，抚顺铝厂；铝合金2#，牌号ZL102，标示硅含量12.88%，山东冶金科学研究院。

盐酸、硝酸、氢氟酸均为优级纯。

实验用水为去离子水。

1.3 样品处理

称取0.10 g(精确至0.000 1 g)样品于聚四氟乙烯烧杯中，加入10 mL HCl(1+1)、1 mL HNO3,盖上聚四氟乙烯表面皿，待反应结束，可观察到液面有大量黑色的硅析出，尽量不要摇动烧杯，轻轻地将烧杯放在冰水浴中充分冷却降温，逐滴加入HF，黑色硅逐渐溶解，溶解过程中可小心摇动烧杯，直至硅完全溶解，溶液变清亮透明。将溶液转移到500 mL塑料容量瓶中，以水定容，摇匀。

1.4 标准曲线的绘制

根据样品中铝的含量，于系列标准溶液中加入适量的铝基体溶液，使标准溶液中铝含量与样品中铝含量基本一致，按表1加入适量的硅标准溶液，用水稀释至刻度，混匀。

表1 标准溶液

Table 1 Standard solution

编号012345标准溶液浓度/(μg·mL-1)0.001020304050

2 结果与讨论

2.1 称样量的选择

因铸造铝合金中硅含量较高，为使测定溶液的浓度落在ICP-AES法最佳的测试范围内，同时考虑到称量误差、稀释误差及测定范围，实验选择称样量0.1 g。

2.2 样品消解及HF的加入量

硅不溶于单一的酸，但能溶于HNO3-HF，生成SiF4并迅速水解为硅酸和氟硅酸。由于HF的使用，实验避免使用玻璃器皿，溶样时，应逐滴加入氢氟酸，边摇边加，使产生的反应热迅速扩散，同时严禁将氢氟酸滴在试样集中的地方，防止局部温度过高，造成SiF4挥发损失。氢氟酸的加入量，根据样品中硅含量的多少，一般不超过5 mL。

2.3 铝的干扰及分析线的选择

铝是样品中的主要成分，它的强发射杂散光使背景增强，需通过基体匹配法消除干扰。选用标准样品BY2209-1按实验方法进行测定，选用硅的各条灵敏线，选择发射强度最大的谱线作为最佳工作谱线，最后实验选择波长251.6 nm为硅的分析线。

2.4 精密度实验

对两个标准样品，按本方法连续测试11次，测试结果和相对标准偏差如表2所示。

表2 精密度实验

两个标准试样硅元素相对标准偏差RSD≤0.3%，方法精密度高。

2.5 加标回收实验

为了验证方法的准确性，进行加标回收试验，结果如表3所示。

两个标准样品中硅元素的加标回收率均在95%～105%，说明方法具有较好的准确度。

表3 回收率实验

3 结论

实验采用混合酸直接消解样品，不分离析出的残渣硅元素，将残渣直接溶解到原液中，运用ICP-AES法测定铝合金中高含量硅，该方法样品用量少，溶样时间短，测定结果令人满意，适用于铝合金中高含量硅的快速测定，同时也可用来测定铝合金中其它元素。