鋁銅合金中銅的測定

王麗君

(杭州杭氧股份有限公司，浙江臨安 311305)

鋁銅合金中銅的測定

王麗君

(杭州杭氧股份有限公司，浙江臨安 311305)

合金中金屬元素組成成分的多少影響合金的使用性能。為了分析鋁銅合金中銅在不同情況下的測定方法，通過對樣品和國家一級標樣檢測實驗，得出在合金含銅率較低時采用碘量法聯(lián)合原子光度法，在合金含銅率較高時，采用EDTA光度法。

鋁銅合金;銅測定;碘量法;原子光度法;EDTA光度法

1 前言

化學分析貫穿于合金加工分析檢測全過程。原料檢測、熔煉過程爐前分析、鑄錠化學成分全分析、加工過程的工藝改進和缺陷分析、用戶異議仲裁，都涉及化學分析。研制新產(chǎn)品過程中，從解析用戶樣品到新產(chǎn)品成分配置、熔鑄、加工、成果鑒定，都離不開化學分析。

21世紀金屬材料檢測面臨三大難題:高純金屬和復雜合金的痕量元素分析;金屬材料的原位分析;材料加工過程的在線、實時、臨界控制分析。

鋁銅合金，主要成分是鋁和銅，其中含有Fe、Si等雜質(zhì)，與其它鋁合金相比，其特點是機械強度更高，在遇火和新淬火狀態(tài)下具有良好的塑性，焊接性較好，熱處理可以強化?？稍跓釕B(tài)和冷態(tài)下進行壓力加工，廣泛用于機械制造業(yè)特別是航空航天等國防工業(yè)。為了研究在高溫狀態(tài)下的相變機理和監(jiān)控產(chǎn)品質(zhì)量，需要準確測定鋁銅合金中的銅含量。低含量的銅一般采用比色法、原子吸收光譜法，測定高含量的銅通常采用碘量法、碘氟法測定。碘量法測定銅往往要用氨水沉淀分離鐵，否則鐵的干擾會引起結(jié)果偏高，對鋁銅合金采用氨水沉淀時，大量的鐵鋁氫氧化物沉淀中殘留有少量銅，會影響銅測定的準確度。因此，在鋁銅合金中，當銅的含量較少時，采用碘量法滴定氨水濾液中的銅，用原子吸收光譜法回收沉淀中殘留的銅，該碘量法和原子吸收光譜法相結(jié)合的方法可以準確測定鋁銅合金中的銅，根據(jù)兩者的合量計算鋁銅合金中的銅含量，方法準確。在鋁銅合金的測量中，碘量法操作繁瑣復雜，且硫酸鈉標準溶液不穩(wěn)定，需常標定，不適合大批量鋁銅合金的爐前控制分析，因此需要快速檢測。與碘量法比較，EDTA光度法[1]有操作簡便、分析速度快、結(jié)果穩(wěn)定可靠等優(yōu)點。

2 實驗

2.1 碘量法原理

碘量法是測定銅的經(jīng)典方法，在巖石礦物分析中應用比較廣泛，基于以碘化鉀將銅(Ⅱ)還原到銅(Ⅰ)的反應，還原時析出難溶于稀酸的碘化亞銅和單質(zhì)碘。

在上述反應中，所析出的碘用硫代硫酸鈉溶液滴定。反應為:

碘量法滴定的酸度pH值為3.5～4，酸度過大，碘化物易被空氣氧化而析出碘;同時亦會增加碘化亞銅的溶解度。反之，作用進行得很慢，影響滴定。

溶液中存在的三價鐵可使碘化鉀析出游離碘，因而干擾測定:

因此需要將鐵沉淀分離，在氨水介質(zhì)中，鐵、錫、鉍和少量的銻生成氫氧化物沉淀，而銅的氫氧化物易溶于氫氧化銨，形成[Cu(NH3)4]2+銅的絡氯離子，這個反應可使銅與鐵、錫、鉍分離。

2.2 碘量法及原子光度法

2.2.1 儀器與試劑

日立220A雙光束分光光度計，電子天平，銅空心陰極燈。1g/L金屬銅溶液，10g/L淀粉溶液，500 g/L硫氰化鉀，20 g/L氨水溶液，400 g/L碘化鉀，0.005 mol/L標準硫代硫酸鈉溶液等。

2.2.2 藥品配制和標定

2.2.2.1 銅標準溶液

稱1.000 g 1g/L的金屬銅溶液溶解于1∶1硝酸中，稀釋至1000 mL。取10mL已經(jīng)配制的溶液稀釋到100 mL，制成0.1g/L的溶液作為標準工作溶液。

2.2.2.2 硫代硫酸鈉溶液標定

移取10mL銅標準溶液放入250 mL錐形瓶中，用水稀釋至25 mL，用氨水中和至藍色出現(xiàn)，然后加入4mL(1+1)醋酸溶液，加入400g/L的碘化鉀4mL，用硫代硫酸鈉溶液滴定至淺黃色，加10g/L淀粉溶液3mL，繼續(xù)滴定至淺藍色，加400 g/L硫氰化鉀4mL，再繼續(xù)滴定至藍色消失，計算滴定度。

2.2.3 實驗方法

吸取10mL銅標準溶液于150 mL燒杯中，加入各2mL的10g/L FeCl3和30 g/L AlCl3的混合溶液。低溫蒸發(fā)至1mL左右，加入3g氯化銨，攪拌均勻，加入15 mL氨水，攪拌后加15 mL水，煮熟，用快速濾紙過濾，用20 g/L氨水溶液洗滌燒杯并沉淀，用碘法滴定銅，沉淀用10mL 1∶1鹽酸溶解于原燒杯中，用(2+100)鹽酸洗滌濾紙和漏斗，定容到100 mL，用原子吸收法測定銅的含量，將兩種銅的含量相加計算鋁合金中銅的總量。

2.2.4 樣品分析

取0.1000 g鋁銅合金于燒杯中，用少量水潤濕，加入10mL鹽酸，置于電熟板上低溫加熱3～5min，再加入5mL硝酸，搖勻，蓋上表面皿，繼續(xù)低溫加熱，待試樣分解完全后，取下稍冷，用少量水洗滌表面皿，繼續(xù)加熱蒸至1mL，加3～4g NH4Cl取下冷卻，15 mL氨水、15 mL水煮沸，以后步驟同試驗方法。

2.3 EDTA 光度法

鋁銅合金中40%左右銅的分析，一般采用碘量法。由于碘量法操作步驟繁雜及硫代硫酸鈉標準溶液不穩(wěn)定，需常標定等缺點，不適合大批量鋁銅合金的爐前控制分析。因此，對于鋁銅合金中高含量銅，采用Cu－EDTA光度法進行測量。

2.3.1 主要儀器和試劑

日立220A雙光束分光光度計;pHD－11數(shù)字酸度計，檸檬酸鈉溶液:500g/L;EDTA溶液:100 g/L;鋁基體溶液:5.00 g/L;銅標準溶液(1g/L):稱取1.0000 g高純銅(99.99%)，加入20 mL 硝酸(1+1)，加熱溶解完全，蒸發(fā)至2mL左右，用水定容于1000 mL容量瓶中。

2.3.2 實驗方法

于100 mL容量瓶中，加入銅標準溶液，再加入3.0mL檸蒙酸鈉溶液，10.0mLEDTA 溶液，水稀釋至刻度后，混勻，放置45min，在分光光度計上，用2cm吸收皿，以試劑空白為參比，在波長730 nm處測量吸光度。

2.3.3 樣品分析

稱取0.5000 g試樣，加入10.0mL鹽酸(1+1)和5.0mL硝酸(1+1)，加熱溶解完全后蒸發(fā)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檸檬酸鈉溶液，以下按實驗方法進行測定。用擬定分析方法對國家一級標樣GBW－02103和兩個鋁銅合金樣品進行了測定。

用加鋁基體30 mg和不加鋁基體樣品做比較，其工作曲線一致，故采用不加鋁基體作工作曲線。于一系列 100 mL 容量瓶中，加入0、5.00、10.00、15.00、20.00、25.00 mg 銅標準溶液，加入 3.0mL檸檬酸鈉溶液，下同實驗方法。以銅量對吸光度做工作曲線。銅量在0～0.25 g/L符合比爾定律，表觀摩爾吸光系數(shù)ε=3.96×103。其中樣品5號為國標樣品。

3 結(jié)果與討論

3.1 檢測結(jié)果

通過碘量法、碘量法聯(lián)合原子光度法，以及EDTA光度法對樣品和國標進行檢測，結(jié)果見表1。

表1 樣品中銅的檢測結(jié)果 %

3.2 氨水小體積分離

氨水小體積分離，銅形成絡合物存在于溶液中，鋁銅全合金試樣經(jīng)氨水沉淀，產(chǎn)生氫氧化鐵和大量氫氧化鋁沉淀，夾雜有少量的銅，必須回收，否則造成銅的測定結(jié)果偏低。沉淀用HCl溶解，采用原子吸收法測定沉淀中的銅。

3.3 碘量法滴定銅的影響

滴定液的酸度以pH值為3～4為佳，酸度低，碘化亞銅有少量溶解;酸度高，碘化鉀與銅反應慢，影響滴定結(jié)果。淀粉與硫氰化鉀的加入時間要判斷準確，淀粉在滴至淺黃色時加入，可以避免游離的碘與淀粉形成化合物，硫氰化鉀在終點到達之前加入，否則導致終點不易觀察。

3.4 銅的原子吸收法測定

氨水沉淀物中含有大量的鋁和少量鐵，沉淀用鹽酸溶解后，大量的鋁、少量的鐵與微量的銅共存于溶液中，但并不干擾銅的原子吸收法測定，為了與溶液保持一致，采用在標準溶液中加入相同量的鋁。

3.5 EDTA光度法測定

根據(jù)鋁銅合金中共存元素的種類和含量，進行干擾元素加入實驗，結(jié)果表明:至少 1mg Si、Fe、Ti、Mn、Zn、Mg、Pb(均非最高限量)不干擾銅的測定。

4 結(jié)論

從檢測結(jié)果可以看出，碘量法聯(lián)合原子光度法檢測結(jié)果最為準確，而碘量法分析方法實驗過程復雜，其操作條件難以控制，因此在大批量高含量銅樣品檢測中采用EDTA光度法是切實可行的方法。

分析化學隨著現(xiàn)代科學技術(shù)，尤其是計算機技術(shù)和芯片技術(shù)的引入，得到迅速發(fā)展。實現(xiàn)了從分析化學向分析科學的歷史性轉(zhuǎn)變。環(huán)境科學、生命科學和材料科學與分析化學結(jié)合，分別產(chǎn)生了新的交叉學科，滿足著信息、能源、資源、健康、國民經(jīng)濟、國家安全等方面的需要。分析化學向著更高靈敏度和選擇性發(fā)展，實現(xiàn)原位、實時、微區(qū)、微量檢測。

隨著科技和社會的發(fā)展，合金中元素的檢測將會有更加先進的儀器和設(shè)備，其精確度也將會大大提高，從而促進分析化學的更快發(fā)展。

[1]路培乾.EDTA光度法測定鋁銅合金中高含量銅[J].冶金分析，1999，19(3):1－3.

O655，O657.31

B

1003－3467(2010)20－0049－03

2010－09－22

王麗君(1983－)，女，從事化學分析技術(shù)工作，電話:13758299824。