性质

  银白色金属，熔点很高，约1800℃。

  金属钍能与多种金属如铝、铍、铋、锆等形成合金。

  金属钍或与其他金属组成的合金可用于核反应堆。

  金属钍在接近500℃的温度下也不与金属钠反应，可将它用作钠冷堆的燃料。

  金属钍通常由其卤化物(如ThF4)经金属热还原法或熔盐电解法来制备。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。

  金属钍的化学性质极活泼，其生产方法经历了较长的发展过程。1828年贝采利乌斯(J.J.Berzelius)用钾还原钍盐制得不纯的金属钍。40年代初，由于发现钍在核能中的用途，美国、英国、前苏联都曾研究过金属钍的生产方法，并进行工业生产。中国于1957年制出金属钍，1973年生产出核纯金属钍。

  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。还原所得粗钍纯度一般为99.5%，可用于制取合金等。

  金属热还原法

  主要有二氧化钍钙热还原法和四氟化钍钙热还原法，后者应用较广。表1列出了ThO2和ThF4钙热还原反应的吉布斯自由能变化数据。由表看出，金属钙在一定温度下都可把ThO2和ThF4还原为金属。

  表1 钍化合物还原反应的吉布斯自由能变化

  反 应△GT/kJ·mol-1298K1000K2500KThO2+2Ca=Th+2CaO
  ThF4+2Ca=Th+2CaF2-33.47
  -426.8-46.02
  -405.8+117.2
  -171.5

  (1)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。钍的直接回收率为85%，产品纯度为99.2%～99.8%。英国原子能局(UKAEA) 曾用此法进行百公斤级生产。

  (2)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。还原反应按下式进行：

  xThF4+yZnCl2+(2x+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，得到的海绵钍纯度达99.7%，其典型杂质含量如下：

  杂质元素CaCdBaZnNiFe含量(质量分数ω)/%>1×
  10-1
  10-2杂质元素MnAlMgNbTi 含量(质量分数ω)/%1×
  10-3>1×
  10-2

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