钍

四氟化钍钙热还原。过程分两步进行。第一步为 还原熔炼制取钍锌合金。炉料由四氟化钍、无水 氯化锌及二次蒸馏钙屑组成。金属钙用量为化学 计量的125％，氯化锌用量为四氟化钍量的16％。 炉料混合均匀后，装入充氩的钢制反应弹内密封， 抽真空至66.661Pa，再充氩至98066Pa，放入还 原炉中加热。反应开始温度为923～973K，在 1473K温度下还原15min。
缺点


最主要的不利在于由232Th转化成233U的过程中，产生了 232U。因为由232U再衰变成稳定同位素208Pb的过程中， 会产生放射高强度γ-射线的212Bi及208Tl 处理钍燃料时，需更多的强力熔剂，即更浓的硝酸，且以 氟化物当触媒，而使用这些熔剂后，将使萃取、废料处理、 酸碱调整更复杂 钍燃料溶液须另加一些溶液，来去除过量的酸 在萃取时，会形成第三相的相平衡，使得其在相同的设备 下，其萃取速率较铀燃料溶液（仅有机相与无机相两相） 为慢
背景

在三种易裂燃料233U、235U、239Pu中，只 有235U是天然存在，且在一般的轻水式反应 炉（light water reactor，LWR）须使用低浓缩 铀（2～5%），而233U、239Pu则分别由 232Th、238U吸收一中子后转化而来。

比起铀235U和钚239Pu，钍有一个重要的优 点：它每吸收一个中子的产量高。它的生产 效率比目前使用的238U和239Pu还要高。
糊状反应产物用约10倍的水稀释后，大部分钍和 稀土的硫酸盐一起溶于水溶液中。经过滤或倾析 所得的溶液用氨水调至pH1.0，钍便沉淀为磷酸 钍，而与留在溶液中的稀土分离。所得钍浓缩物 纯度一般为90％，钍的总回收率达98.5％。

氢氧化钠法分解。往粉碎至粒级在0.075mm的独居石 中，加入化学计量2.5～3倍含NaOH50％的溶液，在 为413K温度下进行分解，钍和稀土与NaOH反应生成 氢氧化物沉淀： (RE)PO4+3NaOH→RE(OH)3↓+Na3PO4 Th3(PO4)4+12NaOH→3Th(OH)4↓++4Na3PO4 分解产物经水稀释后，过滤所得的氢氧化物滤饼在 350K温度下用浓盐酸浸出，稀土和钍等生成氯化物 进入浸出液。用NaOH调节浸出液至pH4.5～5.0时， 钍和铀便全部沉淀，而与留在浸出液中的稀土分离， 钍的回收率为98％～99％。分解产物亦可用稀盐酸选 择性溶解钍。所得钍浓缩物的纯度高于硫酸法分解所 得的钍浓缩物，同时得到副产品Na3PO4。
xThF4+yZnCl2+(2z+y)Ca—→ThxZny+2xCaF2+yCaCl2

反应完成后，可获得Th—Zn合金。第二步为 真空蒸馏脱锌。即将Th—Zn合金装入石墨坩 埚炉内加热，在0.98Pa的真空度中、于1543K 温度下蒸馏脱锌4h，业生产采用ThF4一NaCl—KCl体系电解质， 以装载电解质的石墨槽体作阳极，以钼或钢棒 作为阴极。电解槽充氩气后进行电解。当电解 温度为1023～1073K、阴极电流密度为20A／ dm2时，电流效率为70％～80％。阴极产物经 破碎、水洗、磁选除铁，再经酸洗、清洗、干 燥得金属钍粉。钍粉的堆密度为4500kg／m3， 纯度为99.5％ 。
核动力汽车

钍也可以作为汽车的替代能源使用。美国的Laser Power Systems公司发明了利用激光加热钍使其释放能量用以加 热微型涡轮机中的水，从而产生蒸汽发电驱动汽车的驱动 系统。1克钍释放出的能量相当于7500加仑汽油，而八克 钍足以保证汽车永远不用加燃料。
钍循环较铀、钸循环有如下优点
新型核能

在球床反应堆中钍可以用来制作铀同位素 233U：通过中子射击钍232Th可以变成233Th， 后者通过镤233Pa衰变为铀233U。铀的这个 同位素可以裂变，当作核电站的燃料使用。
该过程中一克钍-233衰变到镤-233释放1.2104×109 J的 能量，镤-233到铀-233衰变释放5.5517×109 J的能量。

粗金属钍精炼 常采用碘化物热离解法精 炼。这种方法是使粗钍与碘蒸气在密封容器中 于728～753K温度下起作用，生成易挥发的 ThI4，然后ThI4蒸气在1173～1973K的炽热钍 丝上离解成钍和碘，钍沉积在炽热钍丝上。
独居石提取钍

硫酸法分解。粉碎到粒级在0.15mm以下的独居石精矿用 约两倍量的浓硫酸，在473～488K温度下加热得到糊状物。 独居石精矿中的稀土和钍与硫酸作用生成可溶性的 硫酸 盐，反应为： 2(RE)PO4+3H2SO4→(RE)2(SO4)3+2H3PO4 Th3(PO4)4+6H2SO4→3Th(SO4)2+4H3PO4

1828年，贝齐里乌斯分析了另一种矿石，是由 挪威南部勒峰岛上所产的黑色花岗石中找到的， 发现其中有一种当时未知的元素，仍用thorine 命名它。现在明确，这种矿石的主要成分是硅 酸钍ThSiO4。因此钍是先被命名后被发现的。 1898年，玛丽亚· 居里（Marie Curie）和格哈 特· 施密特（Gerhard Schmidt）分别并同时发 现了钍的放射性。发现90年后，化学家才首次 得以分离纯的钍。
国家
钍储藏（吨）
钍储藏基础（吨）
由于目前对于 钍的需求不是很大，印度 因此对于其矿藏分 挪威 布的勘探也很少， 美国 加拿大 因此钍资源的分布 南非 不是很清楚。一般 巴西 认为澳大利亚和印 马来西 度有尤其多的钍矿。亚
其它国 家 全世界 总和
澳大利 亚
300,000 290,000
340,000 300,000

钍的提炼


从钍化合物制取纯金属钍的过程主要包括粗钍 金属制取和精炼两大步骤。 粗金属钍制取工业制取方法有金属热还原法和 熔盐电解法两种
金属热还原法

二氧化钍钙热还原。化学纯的无水氧化钙助熔 剂、经二次蒸馏的钙和纯二氧化钍按质量比 1.00：0.40：0.45混合，装入内衬钼的因康镍 合金反应弹中，在氩气气氛中于1223～1273K 温度下还原1～3h。反应产物冷却分离后即得 钍粉，产品纯度为99.2％～99.8％。
钍
李能强 20091842
内容提要



百科一瞥 发现过程 资源分布 应用情况 钍的提炼
百科一瞥


钍（Thorium）是原子序数为90的元素，其元 素符号为Th，属锕系元素，具有放射性。其 拉丁文名称来自北欧神话的战神索尔（Thor）。 钍-232会通过吸收慢中子而变成可作核燃料之 用的铀-233。钍、铀两种元素是核能发电厂最 重要的燃料。
密度11.72克/厘米3。熔点约1750℃，沸点 约4790℃。在1400℃以下原子排列成面心 立方晶体；当加热达到此温度时，便改为 体心立方晶体。银白色金属，长期暴露在 大气中渐变为灰色。质较软，可锻造。不 溶于稀酸和氢氟酸，但溶于发烟的盐酸、 硫酸和王水中。
钍的化学性质活泼，高温时可与卤素、 硫、氮作用。放射性元素，半衰期约 为1.41x1010年。所有钍盐都显示出+4 价。在化学性质上与锆、铪相似。除 惰性气体外，钍能与所有非金属元素 作用，生成二元化合物；室温下与空 气和水的反应缓慢，加热后反应迅速。 钍是高毒性元素，经过中子轰击，可 得铀233。






在热中子反应器中有较大的η值（η= 2.287），使 滋生可能。 有较高的转化比（conversion ratio）及较长的燃 料寿命 燃料价格较低，比浓缩铀或循环回收钚的便宜 有足够的滋生燃料来维持反应炉中燃料的链反应， 而不需另添加可裂燃料 除可降低燃料循环的价格外，另可更有效的利用 低价位的铀燃料 可耐较高的辐射剂量，且易于加工
发现过程

1815年，贝齐里乌斯从事分析瑞典法龙 （Fahlum）地方出产的一种矿石，发现一种 新金属氧化物和锆的氧化物很相似。他用古代 北欧雷神Thor命名这一新金属为throine（钍）， 给出它的拉丁名称 thorium和元素符号Th。由 于贝齐里乌斯是当时化学界的权威，所以化学 家们都承认了它。可是，贝齐里乌斯在10年后 发表文章说，那个称为thorine的新金属不是新 的，含它的矿石只是钇的磷酸盐。他自己撤销 了对钍的发现。


钍造影剂 从1931年至1940年代末一种稳定的、胶质的 二氧化钍混悬剂在血管摄影被作为放射性对比 剂使用。但是这个用剂会聚集在微血管中，导 致局部放射性过高和癌症。胆癌明显与钍造影 剂有关，钍造影剂还能引发一般非常少见的恶 性肝脏癌症肝血管肉瘤。此外还有钍造影剂导 致鼻腔癌的纪录。一般病发发生在使用30至35 年后。今天人们使用硫酸钡和改善的、有香味 的碘化合物取代钍造影剂。
170,000
160,000 100,000 35,000 16,000 4,500 95,000 1,200,000
180,000
300,000 100,000 39,000 18,000 4,500 100,000 1,400,000
应用情况

钍的氧化物被用来制作白炽罩。由于钍的放射 性现在已经不再使用钍来做白炽罩了 由于二氧化钍的折射率比较高，因此在高质量 的光学透镜中也掺有钍。
资源分布


钍化物往往可以在独居石的沙里找到 （(Ce,La,Nd,Th)[PO4]，包含4-12%的二氧化 钍，ThO2），其它矿物包括与锆石同晶型的 方钍石（(Th,U)O2）和钍石（ThSiO4）。榍石 （CaTiSiO5 ）和锆石也含少量钍。 在地壳里平均每千克物质含7至13毫克钍，也 就是说钍是铀的含量的两至三倍。由于钍亲土， 因此在所有硅酸盐中均含少量钍。
化合物




二氧化钍（ThO2）是所有金属氧化物中熔点最高的，达 3300摄氏度。只有少数金属如钨和少数化合物如碳化钽的 熔点比它高。 硝酸钍（Th(NO3)4）是一种无色的、容易在水和酒精中溶 解的化合物。硝酸钍是制造二氧化钍和金属钍过程中的一 个重要环节，在制造白炽罩的过程中也有应用。 氮化钍（Th3N4）由炽热的钍与空气中的氮反应而成，有 青铜光泽。在空气中它与水汽反应在数小时内分解。 碳化钍（ThC2）是黄色的晶体，其熔点为2655摄氏度。 碳化钍在约9凯尔温时超导。碳化铀和碳化钍的混合物在 高温反应堆中作为燃料。这种燃料是将钍和铀的氧化物与 碳混合加热到1600至2000摄氏度制成的。