GB/T 20975.5-2020 铝及铝合金化学分析方法 第5部分：硅含量的测定

　　ICS 77 . 120 . 10 H 12

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 20975. 5—2020代替 GB/T 20975 . 5—2008

　　铝及铝合金化学分析方法第 5 部分：硅含量的测定

　　Methodsforchemicalanalysisofaluminium andaluminium alloys—

　　part5：Determinationofsiliconcontent

　　2020-06-02 发布 2021-04-01 实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　发

　　布

　　GB/T 20975 . 5—2020

　　前 言

　　GB/T 20975《铝及铝合金化学分析方法》分为 37 个部分：

　　— 第 1 部分：汞含量的测定;

　　— 第 2 部分：砷含量的测定;

　　— 第 3 部分：铜含量的测定;

　　— 第 4 部分：铁含量的测定;

　　— 第 5 部分：硅含量的测定;

　　— 第 6 部分：镉含量的测定;

　　— 第 7 部分：锰含量的测定;

　　— 第 8 部分：锌含量的测定;

　　— 第 9 部分：锂含量的测定 火焰原子吸收光谱法;

　　— 第 10 部分：锡含量的测定;

　　— 第 11 部分：铅含量的测定;

　　— 第 12 部分：钛含量的测定;

　　— 第 13 部分：钒含量的测定;

　　— 第 14 部分：镍含量的测定;

　　— 第 15 部分：硼含量的测定;

　　— 第 16 部分：镁含量的测定;

　　— 第 17 部分：锶含量的测定;

　　— 第 18 部分：铬含量的测定;

　　— 第 19 部分：锆含量的测定;

　　— 第 20 部分：镓含量的测定 丁基罗丹明 B分光光度法;

　　— 第 21 部分：钙含量的测定;

　　— 第 22 部分：铍含量的测定;

　　— 第 23 部分：锑含量的测定;

　　— 第 24 部分：稀土总含量的测定;

　　— 第 25 部分：元素含量的测定 电感耦合等离子体原子发射光谱法;

　　— 第 26 部分：碳含量的测定 红外吸收法;

　　— 第 27 部分：铈、镧、航含量的测定 电感耦合等离子体原子发射光谱法;

　　— 第 28 部分：钴含量的测定 火焰原子吸收光谱法;

　　— 第 29 部分：钼含量的测定 硫氰酸盐分光光度法;

　　— 第 30 部分：氢含量的测定 加热提取热导法;

　　— 第 31 部分：磷含量的测定 钼蓝分光光度法;

　　— 第 32 部分：铋含量的测定;

　　— 第 33 部分：钾含量的测定 火焰原子吸收光谱法;

　　— 第 34 部分：钠含量的测定 火焰原子吸收光谱法;

　　— 第 35 部分：钨含量的测定 硫氰酸盐分光光度法;

　　— 第 36 部分：银含量的测定 火焰原子吸收光谱法;

　　— 第 37 部分：铌含量的测定。

　　GB/T 20975 . 5—2020

　　本部分为 GB/T 20975 的第 5 部分。

　　本部分按照 GB/T 1 . 1—2009 给出的规则起草。

　　本部分代替 GB/T 20975 . 5—2008《铝及铝合金化学分析方法 第 5 部分：硅含量的测定》。 与GB/T 20975 . 5—2008 相比，除编辑性修改外主要技术变化如下：

　　— 增加了标准使用安全警示;

　　— 修改了测定范围，由 0. 001 0% ~0. 40%修改为 0. 001 0% ~ 15% , 由 0. 30% ~25%修改为

　　15.00%~25.00%及 10.00%~50.00%(见第 1 章，2008 年版的第 1 章);

　　— 增加了“规范性引用文件”(见第 2 章);

　　— 增加了“术语和定义”(见第 3 章);

　　— 修改了称样量表(见 4 . 5 . 1 、5 . 5 . 1 , 2008 年版的 6 . 1、15 . 1 . 1、15 . 1 . 3) ;

　　— 修改了精密度(见 4 . 7 和 5 . 7,见 2008 年版的第 8 章和第 17 章);

　　— 修改了方法二的溶样方法(见 5 . 5 . 4 . 1 、5 . 5 . 4 . 2 , 2008 年版的 15 . 4 . 1、15 . 4 . 3) ;

　　— 删除了“质量控制与保证”(见 2008 年版的第 9 章和第 18 章);

　　— 增加了“试验报告”(见第 6 章)。

　　本部分由中国有色金属工业协会提出。

　　本部分由全国有色金属标准化技术委员会(SAC/TC 243)归口 。

　　本部分起草单位：昆明冶金研究院、有色金属技术经济研究院、东北轻合金有限责任公司、长沙矿冶研究院有限责任公司、贵州省分析测试研究院、内蒙古锦联铝材有限公司、西安汉唐分析检测有限公司、山东南山铝业股份有限公司、江苏豪然喷射成形合金有限公司。

　　本部分主要起草人：刘英波、杨赞金、刘维理、席欢、周兵、王悦、袁波、原建昌、王歆凯、张宁、张豪、杨毅、赵德平、王劲榕、李文志、周婷、朱绍严、吴庆春。

　　本部分所代替标准的历次版本发布情况为：

　　—GB/T 6987 . 5—1986、GB/T 6987 . 5—2001 ;

　　—GB/T 6987 . 6—1986、GB/T 6987 . 6—2001 ;

　　—GB/T 20975 . 5—2008 。

　　GB/T 20975 . 5—2020

　　铝及铝合金化学分析方法

　　第 5 部分：硅含量的测定

　　警示 — 使用本部分的人员应有正规实验室工作的实践经验。 本部分并未指出所有可能的安全问题 。使用者有责任采取适当的安全和健康措施，并保证符合国家有关法规规定的条件。

　　1 范围

　　GB/T 20975 的本部分规定了钼蓝分光光度法和重量法测定铝及铝合金中硅含量。

　　本部分适用于铝及铝合金中硅含量的仲裁测定。 钼蓝分光光度法测定范围：0 . 001 0%~15 . 00% ;重量法测定范围：10.00%~63.00%。

　　注：硅质量分数为 >10 . 00%~15 . 00%时，采用重量法为仲裁方法。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的。 凡是注 日期的引用文件，仅注 日期的版本适用于本文件 。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

　　GB/T 8005 . 2 铝及铝合金术语 第 2 部分：化学分析

　　GB/T 8170—2008 数值修约规则与极限数值的表示和判定

　　3 术语和定义

　　GB/T 8005 . 2 界定的术语和定义适用于本文件。

　　4 钼蓝分光光度法

　　4 . 1 方法提要

　　试料以氢氧化钠和过氧化氢溶解，用硝酸和盐酸酸化，用钼酸盐与硅形成硅钼杂多酸(pH 值约为0 . 9),用硫酸提高酸度，用 1-氨基-2-奈酚-4-磺酸或抗坏血酸还原，将硅钼杂多酸还原为硅钼蓝，于分光光度计波长 650 . 0 nm~810 . 0 nm处测量吸光度，以此测定硅含量。

　　4 . 2 试剂

　　除非另有说明，在分析中仅使用确认为分析纯的试剂和实验室二级水。

　　4.2. 1 过氧化氢(ρ= 1.10 g/mL)。

　　4.2.2 硝酸(约 8 mol/L)：移取 540 mL硝酸(ρ= 1.42 g/mL) 于盛有约 200 mL 水的烧杯中，摇匀，冷却，移入 1 000 mL容量瓶中， 以水稀释至刻度，混匀。

　　4 . 2 . 3 氢氧化钠(约 8 mol/ L ) ：称取 320 g 氢氧化钠于烧杯中，加入约 400 mL 水，摇匀，冷却，移入1 000 mL聚乙烯容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀。

　　4.2.4 盐酸(约 4.4 mol/L)：移取 352 mL盐酸(ρ= 1.19 g/mL) 于盛有约 200 mL水的烧杯中，摇匀，冷却，移入 1 000 mL容量瓶中， 以水稀释至刻度，混匀。

　　GB/T 20975 . 5—2020

　　4.2.5 硝酸 (1+1)。

　　4.2.6 氨水 (1+1)。

　　4.2.7 硫酸 (1+2)。

　　4.2.8 酒石酸溶液(200 g/L)。

　　4 . 2 . 9 还原溶液：

　　— 1-氨基-2-奈酚-4-磺酸溶液(1.5 g/L)：称取 7 g 无水亚硫酸钠、1. 5 g 1-氨基-2-奈酚-4-磺酸于250 mL烧杯中，加入 100 mL水搅拌至完全溶解;另外称取 90 g偏二亚硫酸钠于 1 000 mL 烧杯中，加入 600 mL水微热溶解。 将此两种溶液混合，用中速定量滤纸滤于 1 000 mL 容量瓶中，以水稀释至刻度，混匀。 移入棕色瓶中。 有效期 1 个月。

　　— 抗坏血酸溶液(20 g/L) ,用时现配。

　　4.2. 10 钼酸铵溶液(100 g/L)：将 50 g 钼酸铵 [(NH4)6 Mo7 O24 ·4H2 O] 溶解于 250 mL 水中，加入30 mL氢氧化钠(4 . 2 . 3)混匀，冷却。 以水稀释至 350 mL,在不断搅拌下滴加氢氧化钠(4 . 2 . 3)调节溶液至约 pH 7 . 2(用酸度计检查);过滤于 500 mL容量瓶中，以水洗涤并稀释至刻度，混匀。 贮存于聚乙烯瓶中。

　　4.2. 1 1 亚硫酸钠溶液(100 g/L)。

　　4.2. 12 硅标准贮存溶液：优先使用有证标准溶液配制。 或称取 0 . 214 0 g 二氧化硅(WSiO2 ≥99 . 99%) ,置于铂坩埚中，加 1 g无水碳酸钠，混匀。 于 1 000 ℃加热至完全熔融，冷却，溶于水，移入 1 000 mL容量瓶中，以水稀释至刻度，贮存于聚乙烯瓶中。 此溶液 1 mL含 0 . 1 mg 硅 。

　　4 . 2 . 13 硅标准溶液 A：移取 50 . 00 mL硅标准贮存溶液(4 . 2 . 12)于 250 mL容量瓶中，以水稀释至刻度，混匀。 贮存于聚乙烯瓶中。 此溶液 1 mL含 0 . 02 mg 硅 。

　　4 . 2 . 14 硅标准溶液 B：移取 20 . 00 mL硅标准贮存溶液(4 . 2 . 12)于 500 mL容量瓶中，以水稀释至刻度，混匀。 贮存于聚乙烯瓶中。 此溶液 1 mL含 0 . 004 mg 硅 。

　　4 . 2 . 15 对硝基苯酚溶液(5 g/L) 。

　　4 . 3 仪器

　　4 . 3 . 1 分光光度计。

　　4 . 3 . 2 酸度计 。

　　4 . 4 试样

　　将样品加工成厚度不大于 1 mm 的碎屑。

　　4 . 5 分析步骤

　　4 . 5 . 1 试料

　　按表 1 称取相应质量 m0 的试样(4 . 4),精确至 0 . 000 1 g。

　　表 1

　　GB/T 20975 . 5—2020

　　表 1(续)

　　4 . 5 . 2 平行试验

　　平行做两份试验，取其平均值。

　　4 . 5 . 3 空白试验

　　随同试料(4 . 5 . 1)做空白试验。

　　4 . 5 . 4 测定

　　4 . 5 . 4 . 1 将称取的试料(4 . 5 . 1)置于 250 mL 聚四氟乙烯(或银)烧杯中，加 10 mL 氢氧化钠(4 . 2 . 3) ,盖上表皿，缓慢加热(不要煮沸)至试料完全溶解。 加入 2 mL 过氧化氢(4 . 2 . 1),加热蒸发至糊状，冷却。用约 30 mL温水冲洗表皿和烧杯壁。 缓慢加热(不要煮沸)至盐类溶解。 用温水稀释至 70 mL~ 80 mL,低温加热 15 min~20 min(不要煮沸)，冷却。

　　4 . 5 . 4 . 2 用聚乙烯棒边搅拌边将样品溶液(4 . 5 . 4 . 1)移入预先按表 1 盛有混酸和 50 mL 温水的 400 mL聚四氟乙烯烧杯中，用温水洗涤表皿和烧杯壁[若有氢氧化锰析出黏附在杯壁(或表皿)上，可加入少量盐酸(4 . 2 . 4) 和数滴亚硫酸钠溶液(4 . 2 . 11) 使其溶解，用 温 水 洗 入 烧 杯 中]。 将 样 品 溶 液 稀 释 至 约180 mL,加热至近沸，继续加数滴亚硫酸钠溶液(4 . 2 . 11)使氢氧化锰完全溶解。 缓慢煮沸 10 s~ 15 s,冷却。 移入 250 mL容量瓶犞0 中，以水稀释至刻度，混匀。

　　注：钛或银含量高时，样品溶液浑浊，用慢速定量滤纸过滤于 250 mL容量瓶中，用热水洗涤滤纸。

　　4.5.4.3 当硅质量分数为 0. 001 0%~0. 020%时，移取体积(犞1) 为 50. 00 mL 样品溶液(4. 5. 4. 2) 于100 mL容量瓶中;当硅质量分数为 >0 . 020% ~15 . 00%时，按表 1 移取相应体积(犞1 ) 的样品溶液(4.5.4.2)于 100 mL容量瓶中，用水稀释至约 50 mL,加 1 滴对硝基苯酚溶液(4.2.15),用氨水(4.2.6)将溶液调至亮黄色，再用硝酸(4 . 2 . 5)调至无色，并过量 2 mL。

　　4.5.4.4 于 100 mL容量瓶中，加入 5 mL钼酸铵溶液(4.2.10),摇匀，于 20 ℃ ~30 ℃放置 15 min。加入 5 mL酒石酸溶液(4.2.8) , 10 mL 硫酸(4.2.7) , 5 mL 还原溶液(4.2.9),摇匀。以水稀释至刻度，混匀 。放置 10 min。

　　4 . 5 . 4 . 5 分别将样品溶液(4 . 5 . 4 . 4)和空白试验溶液(4 . 5 . 3)移入吸收池中，以水为参比，于分光光度计波长 650 . 0 nm~810 . 0 nm 处测量其吸光度(在 30 min 内测定完毕)，以样品溶液(4 . 5 . 4 . 4) 的吸光度减去空白试验溶液(4 . 5 . 3)的吸光度，从工作曲线上查出相应的硅质量m1 。

　　4 . 5 . 5 工作曲线的绘制

　　4 . 5 . 5 . 1 基底溶液的制备

　　于 400 mL塑料烧杯中，加入 40 mL氢氧化钠(4.2.3), 加入 200 mL 水，用 110 mL 硝酸(4.2.2) 和40 mL盐酸(4 . 2 . 4)酸化，冷却。 移入 500 mL 聚乙烯容量瓶中，以水稀释至刻度，混匀。

　　GB/T 20975 . 5—2020

　　4 . 5 . 5 . 2 标准溶液的制备

　　根据硅质量分数，工作曲线系列标准溶液的制备分为 2 种：

　　a) 硅质量分数为 0. 001 0% ~0. 020%时：移取 0 mL、0. 50 mL、2. 50 mL、5. 00 mL、7. 50 mL、 10.00 mL硅标准 溶 液 B ( 4. 2. 14) 于 一 组 100 mL 容 量 瓶 中，分 别 加 入 25 mL 基 底 溶 液 (4.5.5.1),以水稀释至约 50 mL, 以下按 4.5.4.4 进行;

　　b) 硅质量分数为>0. 020% ~ 15. 00%时：移取 0 mL、0. 50 mL、2. 50 mL、5. 00 mL、7. 50 mL、 10 . 00 mL硅标准溶液 A (4 . 2 . 13)于一组 100 mL容量瓶中，用水稀释至约 50 mL,加一滴对硝基苯酚溶液(4 . 2 . 15),用氨水(4 . 2 . 6) 将溶液调至亮黄色，再用硝酸(4 . 2 . 5) 调至无色并过量 2 mL。接下来按 4.5.4.4 进行。

　　4 . 5 . 5 . 3 测量

　　将部分系列标准溶液(4 . 5 . 5 . 2)移入吸收池中，以试剂空白溶液(不加硅标准溶液者)为参比，于分光光度计波长 650 . 0 nm~810 . 0 nm 处，测量其吸光度(在 30 min 内测定完毕)，以硅质量为横坐标，以吸光度为纵坐标，绘制工作曲线。

　　4 . 6 试验数据处理

　　硅含量以硅质量分数 ∞Si计，按式(1)计算：

　　…………………………( 1 )

　　式中：

　　m1 — 自工作曲线上查得的硅质量，单位为毫克(mg) ;

　　V0 —样品溶液总体积，单位为毫升(mL) ;

　　m0 —试料的质量，单位为克(g) ;

　　V1 —移取样品溶液的体积，单位为毫升(mL) 。

　　硅质量分数<1 . 00%时，计算结果保留两位有效数字;硅质量分数 ≥1 . 00%时，计算结果表示至小数点后两位。 数值修约执行 GB/T 8170—2008 中 3 . 2、3 . 3 。

　　4 . 7 精密度

　　4 . 7 . 1 重复性

　　在重复性条件下获得的两个独立测试结果的测定值，在以下给出的平均值范围内，这两个测试结果的绝对差值不超过重复性限r，超过重复性限 r 的情况不超过 5%。 重复性限r 按表 2 数据采用线性内插法或外延法求得。

　　表 2

　　4 . 7 . 2 再现性

　　在再现性条件下获得的两个独立测试结果的测定值，在以下给出的平均值范围内，两个测试结果的绝对差值不大于再现性限 R，超过再现性限 R 的情况不超过 5%。 再现性限 R 按表 3 数据采用线性内插法或外延法求得。

　　GB/T 20975 . 5—2020

　　表 3

　　5 重量法

　　5 . 1 方法提要

　　试料以氢氧化钠溶解，用高氯酸酸化并脱水。 过滤、烘干、灼烧并称量二氧化硅。 再用氢氟酸挥发硅，烘干、灼烧，称量残渣。 根据两者之差测定硅含量。

　　5 . 2 试剂

　　除非另有说明，在分析中仅使用确认为分析纯及以上的试剂和实验室三级水。

　　5.2. 1 高氯酸(ρ= 1.67 g/mL)。

　　5.2.2 硝酸(ρ= 1.42 g/mL)。

　　5.2.3 氢氟酸(ρ= 1.19 g/mL)。

　　5.2.4 盐酸 (5+95)。

　　5.2.5 硫酸 (1+1)。

　　5.2.6 过氧化氢(1+1)。

　　5.2.7 高氯酸(1+2)。

　　5 . 2 . 8 氢氧化钠溶液(320 g/L)：称取 320 g 氢氧化钠溶解于水中，冷却后，移入 1 000 mL 聚乙烯容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。

　　5 . 3 仪器

　　高温炉。

　　5 . 4 试样

　　将样品加工成厚度不大于 1 mm 的碎屑。

　　5 . 5 分析步骤

　　5 . 5 . 1 试料

　　按表 4 称取试样(5 . 4),精确至 0 . 000 1 g, 为试料的质量(m2) 。

　　表 4

　　GB/T 20975 . 5—2020

　　5 . 5 . 2 平行试验

　　平行做两份试验，取其平均值。

　　5 . 5 . 3 空白试验

　　随同试料做空白试验。

　　5 . 5 . 4 测定

　　5 . 5 . 4 . 1 将试料(5 . 5 . 1)置于 250 mL 聚四氟乙烯(或银)烧杯中，加入 30 mL氢氧化钠溶液(5 . 2 . 8) 盖上表皿，缓慢加热，待试料完全溶解，滴加 2 mL~4 mL过氧化氢(5 . 2 . 6),用尽量少的水洗涤表皿和杯壁，蒸发至糊状(防止溅出)，冷却。

　　5 . 5 . 4 . 2 加入 100 mL热水并冲洗杯壁，煮沸至盐类溶解，冷却。 将样品溶液移入盛有 5 mL 硝酸(5 . 2 .

　　2) 、60 mL高氯酸 (5 . 2 . 1)和 30 mL水的 500 mL烧杯中，用热水洗涤烧杯和表皿，用总量约 10 mL 高氯酸(5 . 2 . 7)分次淋洗黏附于杯壁和表皿上的微粒，再用热水洗涤合并于主液中。 将烧杯置于电热板上加热蒸发至有大量高氯酸烟冒出，溶液开始有盐类析出时(约当高氯酸冒烟 15 min~20 min),取下冷却 。往烧杯中加水至约 200 mL,继续加热使盐类完全溶解，用玻璃棒仔细搅拌，若有二氧化锰析出，可加数滴过氧化氢(5 . 2 . 6)溶解。

　　5 . 5 . 4 . 3 将样品溶液(5 . 5 . 4 . 2)边搅拌边用中速定量滤纸过滤于 400 mL 烧杯中，用热盐酸(5 . 2 . 4) 洗涤烧杯及滤纸 5 次 ~6 次，再以沸水充分洗涤至滤液呈中性(pH≈7),取下滤纸备用。 将收集的滤液和洗涤液加热蒸发至有大量高氯酸烟冒出，继续冒烟 15 min~ 20 min, 冷却。 将样品溶液体积稀释至约200 mL,加热溶解，用另一张中速定量滤纸过滤，用热盐酸(5 . 2 . 4)洗涤烧杯及滤纸 5 次 ~ 6 次，再以沸水洗涤至滤液呈中性(pH≈7) 。

　　5 . 5 . 4 . 4 将两张滤纸连同沉淀置于已恒重的铂坩埚中，于 500 ℃ ~ 600 ℃灰化完全(勿使滤纸燃着)。在高温炉中于 1 000 ℃灼烧 1 h,取出置于干燥器中，冷却至室温，称重犿3 ,空白试验质量犿5 。

　　5.5.4.5 于已干燥的沉淀中，加入 1 mL~2 mL硫酸(5.2.5)、3 mL~5 mL氢氟酸(5.2.3), 置于电热板上蒸发至干，在高温炉中于 1 000 ℃灼烧至恒重，冷却至室温，称重犿4 ,空白试验质量犿6 。

　　5 . 6 试验数据处理

　　硅含量以硅的质量分数 狑Si计，按式(2)计算：

　　狑S

　　…………………………( 2 )

　　式中：

　　犿3 —蒸干前铂坩埚和试样中二氧化硅的质量，单位为克(g) ;

　　犿4 —蒸干后铂坩埚和试样中残渣的质量，单位为克(g) ;

　　犿5 —蒸干前铂坩埚和空白试验中二氧化硅的质量，单位为克(g) ;

　　犿6 —蒸干后铂坩埚和空白试验中残渣的质量，单位为克(g) ;

　　0 . 467 5 — 二氧化硅换算为硅的系数;

　　犿2 —试料的质量，单位为克(g) 。

　　计算结果表示到小数点后两位。 数值修约执行 GB/T 8170—2008 中 3 . 2、3 . 3 。

　　GB/T 20975 . 5—2020

　　5 . 7 精密度

　　5 . 7 . 1 重复性

　　在重复性条件下获得的两个独立测试结果的测定值，在表 4 给出的平均值范围内，这两个测试结果的绝对差值不超过重复性限r，超过重复性限 r 的情况不超过 5%,重复性限 r 按表 5 数据采用线性内插法或外延法求得。

　　表 5

　　5 . 7 . 2 再现性

　　在再现性条件下获得的两次独立测试结果的测定值，在表 5 给出的平均值范围内，这两个测试结果的绝对差值不超过再现性限 R，超过再现性限 R 的情况不超过 5%,再现性限 R 按表 6 数据采用线性内插法或者外延法求得。

　　表 6

　　6 试验报告

　　试验报告应包括下列内容：

　　a) 本部分编号、名称及所用的方法;

　　b) 关于识别样品、实验室、分析日期、报告日期等所有的必要的信息;

　　c) 以适当的形式表达试验结果;

　　d) 试验过程中出现的异常现象;

　　e) 审核、批准等人员的签名。