金屬釷

金屬釷

釷為銀白色金屬,熔點高,可與鋁、鈹、鉍等製成合金,合金可用於核反應堆。金屬釷或與其他金屬組成的合金可用於核反應堆

基本介紹

  • 中文名:金屬釷
  • 外文名:thorium metal Th
  • 熔點:約1800℃
  • 物性:銀白色金屬
性質,粗金屬釷製取,

性質

銀白色金屬,熔點很高,約1800℃。
金屬釷能與多種金屬如等形成合金
金屬釷或與其他金屬組成的合金可用於核反應堆
金屬釷在接近500℃的溫度下也不與金屬鈉反應,可將它用作鈉冷堆的燃料
金屬釷(232Th)金屬釷(232Th)
金屬釷通常由其鹵化物(如ThF4)經金屬熱還原法或熔鹽電解法來製備。從釷化合物製取純金屬釷的過程。主要包括粗釷金屬製取和精煉兩大步驟。
金屬釷的化學性質極活潑,其生產方法經歷了較長的發展過程。1828年貝采利烏斯(J.J.Berzelius)用鉀還原釷鹽製得不純的金屬釷。40年代初,由於發現釷在核能中的用途,美國、英國、前蘇聯都曾研究過金屬釷的生產方法,並進行工業生產。中國於1957年制出金屬釷,1973年生產出核純金屬釷。

粗金屬釷製取

工業製取方法有金屬熱還原法和熔鹽電解法兩種。還原所得粗釷純度一般為99.5%,可用於製取合金等。
金屬熱還原法
主要有二氧化釷鈣熱還原法和四氟化釷鈣熱還原法,後者套用較廣。表1列出了ThO2和ThF4鈣熱還原反應的吉布斯自由能變化數據。由表看出,金屬鈣在一定溫度下都可把ThO2和ThF4還原為金屬。

表1 釷化合物還原反應的吉布斯自由能變化

(1)二氧化釷鈣熱還原。化學純的無水氧化鈣助熔劑、經二次蒸餾的鈣和純二氧化釷按質量比1.00:0.40:0.45混合,裝入內襯鉬的因康鎳合金反應彈中,在氬氣氣氛中於1223~1273K溫度下還原1~3h。反應產物冷卻分離後即得釷粉。釷的直接回收率為85%,產品純度為99.2%~99.8%。英國原子能局(UKAEA) 曾用此法進行百公斤級生產。
(2)四氟化釷鈣熱還原。過程分兩步進行。第一步為還原熔煉製取釷鋅合金。爐料由四氟化釷、無水氯化鋅及二次蒸餾鈣屑組成。金屬鈣用量為化學計量的125%,氯化鋅用量為四氟化釷量的16%。爐料混合均勻後,裝入充氬的鋼製反應彈內密封,抽真空至66.661Pa,再充氬至98066Pa,放入還原爐中加熱。反應開始溫度為923~973K,在1473K溫度下還原15min。還原反應按下式進行:
xThF4+yZnCl2+(2x+y)Ca→ThxZny+2xCaF2+yCaCl2
反應完成後,可獲得Th-Zn合金。第二步為真空蒸餾脫鋅。即將Th-Zn合金裝入石墨坩堝爐內加熱,在0.98Pa的真空度中、於1543K溫度下蒸餾脫鋅4h,得到的海綿釷純度達99.7%,其典型雜質含量如下:
釷回收率為94%~96%。前蘇聯和美國用此法進行小規模生產。
熔鹽電解法
工業生產採用ThF4-NaCl-KCl體系電解質,以裝載電解質的石墨槽體作陽極,以鉬或鋼棒作為陰極。電解槽充氬氣後進行電解。當電解溫度為1023~1073K、陰極電流密度為20A/dm2時,電流效率為70%~80%。陰極產物經破碎、水洗、磁選除鐵,再經酸洗、清洗、乾燥得金屬釷粉。釷粉的堆密度為4500kg/m3,純度為99.5%,其典型雜質含量如表2。金屬釷精煉

常採用碘化物熱離解法精煉。這種方法是使粗釷與碘蒸氣在密封容器中於728~753K溫度下起作用,生成易揮發的ThI4,然後ThI4蒸氣在1173~1973K的熾熱釷絲上離解成釷和碘,釷沉積在熾熱釷絲上。

實踐證明,四碘化釷熱離解法除能有效地淨化除去鋁、鈹、鈷、鐵和鋰等金屬雜質外,還能大大降低金屬釷中碳、氧、氮等非金屬雜質的含量,產品純度高達99.96%,硬度低,具可鍛性。

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