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鋁及鋁合金分析

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鋁及鋁合金分析

發布日期:2012-03-31 作者: 點擊:

鋁在元素周期表中屬ⅢA族,其相對原子質量爲26.98154,密度2.6989g/cm3(20℃)。純鋁呈銀白色,具有良好的導電性、導熱性、延展性及抗腐蝕性。鋁是典型的兩性元素易,溶于鹽酸和其他氫鹵酸,也溶于強堿溶液不溶于冷的濃硫酸和硝酸。鋁易與氟化物、檸檬酸鹽、酒石酸鹽、乙二胺四乙酸二鈉鹽(EDTA)以及許多含氧、含氮有機試劑等生成穩定的結合物。

  鋁及鋁合金的用途很廣泛。高純鋁抗腐蝕性強,可用來制造保存和運輸硝酸、過氧化氫、甲醛、有機酸的器具,並在食品工業上用作包裝材料。純鋁可用于制造電纜、電線、電容器、整流器、彙流板等。鋁合金分爲變形鋁合金和鑄造鋁合金兩大類。變形鋁合金根據其成分不同有防鏽鋁、硬鋁、鍛鋁、超硬鋁、特殊鋁等;鑄造鋁合金根據成分不同有鋁矽合金、鋁銅合金、鋁鎂合金、鋁鋅合金等。鋁合金廣泛用于航空工業、汽車工業、化工、機械制造工業以及民用建築等。

  在鋁及鋁合金中需要對Fe、Si、Cu、Ti、Ca、Mg、Mn、Zn、Pb、Ni、Cr、V、Sn、Zr、Ga、RE、Be、Sb、Li、B、Cd等元素進行測定。根據上述元素含量的多少,選用不同的分析方法。

  鋁及鋁合金中鐵的測定一般采用鄰菲羅啉分光光度法或原子吸收光譜法。鄰菲羅啉分光光度法是在pH2-9範圍內,Fe2+與鄰菲羅啉形成橙紅色絡合物,該方法有較高的靈敏度和良好的穩定性。原子吸收光譜法選用較窄的通帶,一般采用波長248.3nm處,在空氣-乙炔氧化性火焰中進行測定。對矽、鎳、釩較高的試樣,在測定時要加入锶鹽消除其幹擾。

  鋁合金中矽的含量大于1%時,一般采用重量法,近年來也采用改進的矽钼藍分光光度法。鋁及鋁合金中矽的含量小于1%的試樣可采用矽钼藍分光光度法。溶液中,矽酸與钼酸鹽形成黃色的矽钼雜多酸,它有兩種形態,α-矽钼酸;β-矽钼酸。通常分析中多采用β-矽钼酸形態,這是由于形成β-矽钼酸的酸度較高,避免某些較易水解元素的幹擾,加入適當的還原劑,如抗壞血酸1-氨基-2-萘酚-4-磺酸等,由矽钼黃變成矽钼藍。鋁合金中磷、砷幹擾測定,加入草酸、檸檬酸、酒石酸或提高溶液的酸度,以破壞磷钼雜多酸和砷钼雜多酸。

  鋁及鋁合金中銅測定,根據銅的含量高低選擇合適的分析方法。對高含量的銅的測定一般采用恒電流電解重量法。用恒電流電解時,能和銅一起析出的金屬有As、Sb、Sn、Bi、Ag、Hg、Au等,在鋁合金中除錫以外的金屬含量極微,可以不考慮。對錫的幹擾,可在試樣處理時,加入氫溴酸和溴水使其成溴化物從高氯酸溶液中揮發出去。在電解將近終了時,由于溶液中Cu2+濃度較低,電解速度較慢,要使這一部分銅沈積完全需要1~2h,在這段時間內,其他的雜質元素也容易析出,因此電解到程度後,用分光光度法測定殘留液中銅。鋁及鋁合金中銅的測定常用的分光光度法有雙環己酮草酰二腙分光光度法、新亞銅試劑(2,9-二甲基-1.10-菲羅啉)分光光度法。在pH8~9溶液中,Cu2+與雙環己酮草酰二腙形成藍色水溶性絡合物,當pH<6.5時絡合物不形成,pH>10時絡合物的顔色迅速褪色,而顯色佳的pH8~9,鋁合金中共存元素不幹擾測定。在pH3~7溶液中,Cu+與新亞銅試劑形成黃色絡合物,可被三氯甲烷萃取,鋁及鋁合金中一般共存元素均不幹擾測定。

  鋁及鋁合金中Ti的測定,除了過氧化氫分光光度法,目前多采用二安替比林甲烷分光光度法。

  鋁及鋁合金中鈣和鎂測定通常都采用原子吸收光譜法,也可采用EDTA、CDTA(1,2-環己二胺四乙酸)滴定法測定鎂的含量。鋁合金中Cu、Fe、Mn、Ni、Cr、Ti、Zn、Ca、Sn等元素幹擾鎂的測定,必須進行分離或加入適當掩蔽劑。試樣如果用氫氧化鈉溶解,鎂可與基體鋁分離,然後加入銅試劑分離Cu、Fe、Mn、Ni等。試樣如果用鹽酸溶解,過濾並回收殘渣中鎂,在過氧化氫氰化鉀和少量鐵的存在下,以氫氧化鈉沈澱鎂與大量Al、Cu、Zn、Ni、Cr等元素分離。用鹽酸溶解沈澱,在高錳酸鉀存在下,以氧化鋅沈澱分離少量Fe、Mn、Al、Ti,濾液調整酸度後,以甲基百裏酚藍作指示劑用CDTA標准溶液滴定。

  鋁及鋁合金中錳的測定,通常都采用高碘酸鉀分光光度法和原子吸收光譜法。

  鋁及鋁合金中高含量鋅的測定用EDTA滴定法,在測定之前必須分離,常用的分離方法有沈澱法、萃取法、離子交換法。離子交換法是目前常用的分離方法,它是在c(HCl)=2mol/L溶液中,加被測試液通過強堿性陰離子交換樹脂後,再用c(HCl)=0.005mol/L溶液洗脫吸附在樹脂上的鋅,以雙硫腙爲指示劑,用EDTA標准溶液滴定。原子吸收光譜法是測定鋁及鋁合金中鋅的好方法,優點是簡單快速。于波長213.9nm,用空氣-乙炔氧化性火焰測定,含有1mg/mL的Mg、Mn、Cu、Co、Pb、Sr、Ca、Cd、Fe、Al、Ni、Ti等對1μg/mL鋅的測定均不幹擾。

  鋁合金中鉛的測定,采用原子吸收光譜法爲好。吸收線283.3nm,雖然靈敏度較低,但不受背景的幹擾,故常被采用。

  鋁合金中微量鎳的測定,通常采用丁二肟分光光度法和原子吸收光譜法。用原子吸收光譜法測定鎳時,在空氣-乙炔火焰中,與鎳共存的雜質元素幾乎沒有幹擾。

  鋁合金中鉻的測定,通常采用二苯基羰酰二肼分光光度法和原子吸收光譜法。

  鋁及鋁合金中釩的測定,一般采用N-苯甲酰苯羟胺分光光度法。

  鋁合金中微量錫的測定,通常采用苯基熒光酮分光光度法。在酸性溶液中Sn(IV)與苯基熒光酮形成紅色絡合物,加入動物膠或聚乙烯醇作分散劑,可以使體系穩定。

  鋁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測定。

  鋁及鋁合金中微量鈣的測定,通常采用丁基羅丹明B分光光度法。

  鋁合金中稀土(铈族)的測定,通常采用分光光度法—二溴-氯偶氮氯膦分光光度法、三溴偶氮胂分光光度法。在有草酸存在下,鋁的允許量可達100mg,Fe3+、Ti(IV)在試液中超過允許量時,可加入過氧化氫和乙醇消除其幹擾,Zr(IV)的幹擾用酒石酸掩蔽。

  鋁合金中銻的測定,可采用碘化鉀分光光度法。在酸性溶液中,Sb(III)與碘形成黃色SbI4絡合物,Cu2+、Fe3+幹擾測定,可加入硫脲可掩蔽Cu2+和抗壞血酸掩蔽Fe3+。

  鋁合金中铍的測定,通常采用分光光度法。多元絡合物顯色體系铍-鉻天青S-聚氧乙烯烷基酚體系、铍-溴鄰苯三酚紅-混合表面活劑體系、铍-依萊鉻氰R-CTMAB體系等的應用,提高了測定方法的靈敏度和選擇性。pH7.0~9.5Be與依萊鉻氰R和CTMAB形成穩定的絡合物。铍0.1~2.0ìg/50mL符合比爾定律,當采用EDTA酒石酸鈉爲掩蔽劑時,共存元素的允許量(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)。

  鋁合金中镉、锂、锶都可采用火焰原子吸收光譜法。但都必須在制備工作曲線溶液時加入鋁基底溶液。對于锶還需在氯化镧存在下進行。

  鋁合金中硼的測定,采用氟硼酸根離子選擇電極法。大量銅、鐵幹擾測定,用EDTA掩蔽消除。

  鋁合金中稀土總量的測定是在pH2時用草酸丙酮沈澱稀土,將草酸稀土灼燒成氧化物並換算成稀土總量。

  鋁及鋁合金中雜質元素通常采用原子發射光譜法測定。用攝譜法測定時,需要選擇合適的光源和標准樣品,以及考慮第三元素和組織結構影響的消除。由于鋁及鋁合金的光譜比較簡單,除稀土以外,對一般分析元素來說,用中等色散率的石英棱鏡攝譜儀或光柵攝譜儀就能滿足要求。高壓火花電源是分析鋁及鋁合金的主要光源之一,已用于鋁及鋁合金中高含量合金元素和低含量雜質元素的同時測定。高壓整流火花光源的分析的再現性和穩定性比簡單火花光源好。低壓整流火花光源放電精度高,激發能力強,可以有效地消除或減少鋁合金組織結構影響和第三元素影響,是分析複雜的鋁合金較適合的光源。直流電弧適用于痕量元素分析。如純鋁中痕量元素的測定,可把金屬鋁經化學處理轉變成Al2O3,以粉末法直流電弧爲光源進行分析,其檢出限爲1×10-4%10-3%。交流電弧的燃弧穩定性優于直流電弧,但分析靈敏度比直流電弧差,已用于工業高純鋁中Si、Fe、Cu和純鋁中微量Zn、Ga、V、Ni、Cr、B以及鋁合金中Pb、Zn、Sn、Ni等元素的分析,其檢出限爲1×10-3%左右。

  原子發射光譜分析要求標准樣品的化學成分、冶金過程以及形狀大小應與分析試樣基本一致。

  鋁及鋁合金中雜質元素也可用原子發射光電光譜法測定,一般使用非真空型光電光譜儀測定。光電光譜儀配備了性能優良的光源,並具有儀器結構小型化、光學系統性能好、自動化程度高的特點,因而提高了分析靈敏度和精密度。可控波形高壓火花電源,在整個放電過程中,電流單向流動,不出現“零值”,因而放電電流密度大,激發能力強。由于放電波形、放電電壓、放電時間可精確控制,因而提高了分析精密度。此種光源可用于組成較複雜的鋁合金的分析。還有一種高能預火花電源,大能量預燃可使試樣表面的金相組織更加均勻化,有利于消除組織影響和第三元素影響,曝光時采用小電容,産生小電流脈沖能形成精密的放電,使分析具有良好的再現性,這種光源可高精度控制脈沖放電的波形,因而分析精密度高。

  電感耦合等離子體原子發射光譜法(ICP-AES)擺脫了原子發射光譜法對固體標准樣品的依賴,又不存在試樣組織結構影響的問題,基體效應小,分析精密度高,適用性強,可進行鋁及鋁合金中雜質元素的同時測定。



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