Обогащение руд и россыпей редких и благородных металлов - Полькин С.И.
Скачать (прямая ссылка):
Торий открыт в 1828 г. И. Я. Берцелиусом в минерале, найденном в Норвегии и называемом в настоящее время торитом.
В связи с интересом к торию как к источнику получения вторичного ядерного горючего — изотопа 233U, проводят обширные исследования свойств этого металла, которые в настоящее время хорошо изучены.
Торий мягкий, серебристо-белый металл. Известны две кристаллические модификации тория. До 14000C устойчива а-фор-ма с гранецентрированной кубической решеткой (а=5-Ю-10 м). Выше 14000C устойчива ?-форма, которая имеет пространственно центрированную решетку (а=4,1Ы0-10). На механические свойства тория сильное влияние оказывают различные примеси. Природный торий содержит практически один изотоп 9q2Th. Он является родоначальником радиоактивного семейства, заканчивающегося изотопом свинца (82Q98 Pb).
Наиболее устойчив и хорошо изучен оксид тория ThO2.
314
Диоксид тория плавится при температуре 3500C и обладает высокой химической прочностью.
В большинстве соединений торий выступает как четырехвалентный элемент. По химическим свойствам торий сходен с цирконием и особенно с четырехвалентным церием.
Для ионов Th4+ в водных растворах характерна ярко выраженная способность к образованию комплексных соединений и двойных солей. Это согласуется с электронной структурой валентных оболочек тория. Известны комплексные соединения тория с анионами фтористоводородной, азотной, хлористоводородной, серной, сернистой, угольной, щавелевой, лимонной и других кислот, а также с рядом органических соединений.
Способность к комплексообразованию и образованию двойных солей у тория сильнее выражена, чем у редкоземельных элементов; растворимость комплексных соединений тория обычно значительно выше, чем соединений редкоземельных элементов, что используется для отделения тория от лантаноидов.
Основными областями применения тория являются атомная, электровакуумная и электроосветительная техника, производство огнеупоров, химическая промышленность. В последнее время нашли применение некоторые сплавы тория.
Торий является источником вторичного ядерного горючего. При облучении тория тепловыми нейтронами протекает ряд ядерных превращений с образованием изотопа урана 233U с периодом полураспада 1,62•1O5 лет, способного к делению с выделением энергии, подобно плутонию и 235U. После отделения 233U и других продуктов реакции регенерированный торий может быть вновь возвращен в ядерный реактор на облучение нейтронами. В связи с отсутствием в природном тории делящегося изотопа, служащего источником нейтронов (в природном уране таким изотопом является 235U), работа ториевого ядерного реактора возможна лишь при специальном введении некоторой дозы ядерного горючего, например 235U.
Применение тория в реакторах на тепловых нейтронах с расширенным воспроизводством ядерного топлива более выгодно, чем применение урана, так как коэффициент воспроизводства выше. Запасы тория в земной коре (8-10-4%) значительно превосходят запасы урана (2,6-10-4%), что делает весьма перспективным его использование в атомной технике.
В виде металла торий применяется в газоразрядных лампах и некоторых других типах ламп в качестве электродного материала, так как он обладает высокими эмиссионными свойствами и малой работой выхода электронов. Это обеспечивает низкий начальный потенциал газоразрядной лампы. Кроме того, лампы с ториевыми электродами имеют однородную рабочую характеристику и большой срок службы.
В электровакуумной технике торий используется в качестве активного газопоглотителя (геттера). Торий также применяется в фотоэлектронных
315
лампах, которые используют для измерений в ультрафиолетовой части спектра, и в некоторых других типах ламп.
Из всех огнеупорных оксидов диоксид тория имеет самую высокую температуру плавления (3050 0C) и отличается химической инертностью. Дополнительным ее преимуществом является отсутствие модификационных превращений, а также низкое давление паров при температурах выше 2000 °С.
Перечисленные свойства обусловили применение диоксида тория для изготовления высокоогнеупорных тиглей для плавки тугоплавких металлов (осмия, родия, платины и некоторых других) и для других целей, когда требуется огнеупор, позволяющий работать при температуре 2700 °С. Наиболее перспективно применение изделий из диоксида тория в окислительной атмосфере и в вакууме.
Диоксид тория применяется в качестве нагревательного элемента для электропечей, что обусловлено его высокой электропроводностью при температурах выше 1000 °С. Нагревательные стержни состоят либо из чистого диоксида тория, либо из смеси с 5—20 % оксидов церия, лантана или иттрия. Печи с нагревателями из диоксида тория имеют рабочую температуру до 2000 0C
Теплостойкие сплавы магния с добавками тория нашли применение в реактивной авиации и ракетной технике. Сплав магния, содержащий 1,5—2,5 % Th и 0,35—0,8 % Mn, сохраняет высокие механические свойства в области температур до 370 °С и более коррозионно-устойчив.
Металлический торий, диоксид, а также нитрат, хлорид и другие соединения тория широко используются в химической промышленности как активные катализаторы. Металлический торий обычно используют в соединении, например с кобальтом, никелем, платиной.
