收藏词条 编辑词条 金属钍生产
金属钍生产(production of thorium metal)
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．Bet．zelius)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。
(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+(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，得到的海绵钍纯度达99．7％，其典型杂质含量如下：
杂质元素 Ca Cd Ba Zn Ni Fe
含量(质量分数w)／％ >1×10-1 <6× 10-6 5×10-4 9×10-3 5×10-4 1．05×10-2
杂质元素 Mn Al Mg Nb Ti
含量(质量分数m)／％ 1×10-3 >1×10-2 <6×10-4 <5×10-4 <5×10-4
钍回收率为94％～96％。前苏联和美国用此法进行小规模生产。
熔盐电解法 工业生产采用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％，其典型杂质含量如表2。
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。实践证明，四碘化钍热离解法除能有效地净化除去铝、铍、钴、铁和锂等金属杂质外，还能大大降低金属钍中碳、氧、氮等非金属杂质的含量，产品纯度高达99.96％，硬度低，具可锻性。