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一种新型核燃料——钍

时间:2011-12-29 17:40来源:未知 作者:admin 点击:
钍: 图片1 一种放射性的四价金属元素,以化合物的形式存在于矿物内(例如独居石和钍石),通常与稀土金属连系在一起,主要作为质量数为232的同位素,半衰期为1.3910 10 年,放射出粒子而形成新钍1 [thorium]元素符号Th 元素符号Th,元素中文名称钍,元素英文名称Thorium。原子

钍:


图片1

 

         一种放射性的四价金属元素,以化合物的形式存在于矿物内(例如独居石和钍石),通常与稀土金属连系在一起,主要作为质量数为232的同位素,半衰期为1.39×10 10 年,放射出α粒子而形成新钍1 [thorium]——元素符号Th

         元素符号Th,元素中文名称钍,元素英文名称Thorium。原子序数90,钍原子量232.0381,元素类型为金属,是天然放射性元素。核内质子数90,核外电子数90,核电核数90,质子质量1.5057E-25,质子相对质量90.63,所属周期为7,所属族数为IIIB,摩尔质量180。

主要来源

        以化合物的形式存在于矿物内(例如独居石和钍石),通常与稀土金属连系在一起,主要作为质量数为232的同位素,半衰期为1.39?010年,放射出α粒子而形成新钍1

        元素用途:经过中子轰击,可得铀233,因此它是潜在的核燃料。

        扩展介绍:一种放射性金属元素,灰色,质地柔

        发现人:贝齐利乌斯(J.J.Berzelius)

        发现年代:1828年

        发现过程:1828年由贝齐利乌斯(J.J.Berzelius)发现的。

基本属性

        钍为银白色金属,长期暴露在大气中渐变为灰色。质较软,可锻造。熔点1750°C,沸点4790°C,密度11.72克/厘米³。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。

        钍的化学性质活泼,不溶于稀酸和氢氟酸,但溶于发烟的盐酸、硫酸和王水中。硝酸能使钍纯化。苛性碱对它无作用。高温时可与卤素、硫、氮作用。放射性元素,半衰期约为1.4×1010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,因此它是潜在的核燃料。

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。  1828年,贝齐里乌斯分析了另一种矿石,是由挪威南部勒峰(L?v?n)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。钍在元素周期表中属于锕系,列入稀土元素族中。钍的氧化物和其他稀土元素的氧化物一样,很难还原,虽然贝齐里乌斯曾利用金属钾和氟化钍钾作用,获得不纯的金属钍。K2ThF6 + 4K → 6KF + Th,只要后来用电解的方法才获得较纯的钍。

用途和测定

        钍一般用来制造合金,提高金属强度;和煤气灯的白热纱罩。钍所储藏的能量,比铀、煤、石油和其他燃料总和还要多许多,是一种极有前途的能源。还可用于制造高强度合金与紫外线光电管。钍还是制造高级透镜的常用原料。用中子轰击钍可以得到一种核燃料——铀233。

        天然钍测定方法测定限为1×10**-8g/g 灰。天然铀测定限为乙酸乙酯萃取-荧光计法2×10**-8g/g灰;三烷基氧膦(TRPO)苯取-荧光计法1×10**-7g/g灰;N235萃取-分光光度法1.5×10**-8g/g灰;目视荧光法4×10**-7g/g灰;激光荧光法为2.5×10**-8g/g灰。

新型核燃料

        2007年11月19日,新华社据法国《世界报》报道,印度目前正指望以钍为新型核燃料。报道称,印度不久后将建造一座以钍为燃料的原型重水反应堆,从而为民用核能开辟一条新路。首座负有商业使命的这种反应堆将于2020年投入使用。印度是世界上考虑以钍替代传统核燃料铀和钚的少数几个国家之一。以钍为核燃料有许多好处。钍产生的放射性废料比铀少50%,而可使用的储量则高得多。譬如,印度钍蕴藏量约为29万吨,占全球钍资源蕴藏量的四分之一,而铀蕴藏量仅为7万吨。此外,按目前的消费速度,全球已探明铀资源将在50年至70年内耗尽(除非采用增殖反应堆)。

        报道指出,印度要满足国内不断增长的能源需求,只有转向钍。印度打算在2050年将核能在电力生产中所占比重提高到25%,而目前这一比例仅为3.7%。但印度缺少铀资源。因此,钍将很可能成为印度能源独立的新型燃料。印度导弹之父、前总统阿卜杜勒·卡拉姆上月证实:“印度的想法是要靠钍反应堆走向独立自主。”据报道,印度珀珀尔原子研究中心一位负责人说:“到2020年,印度将是世界上唯一用钍大规模生产核能的国家。”美国熔岩星资源公司也相信钍大有发展前途。该公司最近在美国收购了一家钍矿,希望成为未来钍矿市场的巨头。钍(IV)沉淀,再经提纯、干燥制得。由硝酸钍溶液与草酸反应生成草酸钍沉淀,再与氢氧化钠反应制得。用于制取各种钍盐的原料和试剂,主要是氟化钍(ThF4),用于核燃料工业。

氢氧化钍

        thorium(IV) hydroxide;thorium tetrahydroxide ,分子式:Th(OH)4 ,CAS号:性质:白色固体粉末。不溶于水、碱和氢氟酸。溶于无机酸。溶于稀硫酸。新鲜制得的溶于碳酸钠、碳酸铵、柠檬酸钠及酒石酸钾钠溶液。加热分解,灼烧生成氧化钍。有放射性。钍盐与烧碱或浓氨水作用可得胶体氢氧化钍(IV)沉淀,再经提纯、干燥制得。由硝酸钍溶液与草酸反应生成草酸钍沉淀,再与氢氧化钠反应制得。用于制取各种钍盐的原料和试剂,主要是氟化钍(ThF4),用于核燃料工业。

方钍石

        矿物名称:方钍石 Thorianite

        化学组成:ThO2,含ThO2达70—80,UO2可达12;并常含稀土元素和铅;

        鉴定特征:透射光下为红褐、暗棕或绿色;强放射性;

        成因产状:在自然界少见,仅发现于伟晶岩脉中;偶见于砂矿中;

        著名产地:世界著名产地有马达加斯加的彼特洛卡、斯里兰卡等地。

 



图片1方钍石

 

        名称来源:根据其化学成分命名;

        晶体形态:等轴六八面体组。晶体呈立方体者多,八面体者少。常见单形等。双晶面(111);   晶系和空间群:等轴晶系;对称型3L44L36L29PC;空间群Fm3m;

        晶胞参数:a0=5.57;

        粉晶数据:3.234(1)1.689(0.64)1.98(0.58)物理性质

        硬度:6.5-7

        比重:8.9-9.7g/cm3

        解理:解理平行{100}不完全

        断口:参差状至贝壳状断口

        颜色:深灰至黑色,风化后为褐黑色或棕黄色

        条痕:黑色、灰色至绿灰色

        透明度:半透明至不透明

        光泽:金刚光泽至半金属光泽

        发光性:放射性

        其他:强放射性 均质性。n=2.20±。反射色灰至浅棕。反射率:15±。

硝酸钍

        thorium nitrate: 钍的硝酸盐。化学式Th(NO3)4• 4H2O。无色晶体,工业品为白色;约含二氧化钍48~50%;极易溶于水和乙醇,微溶于丙酮和乙醚,溶液呈酸性反应。相对密度 2.80。有毒,半数致死量(大鼠,静脉)84mg/kg。有强氧化性。与有机物摩擦或撞击能引起燃烧或爆炸。有放射性。

 


图片1钍石


        无水物在500℃分解为二氧化钍。硝酸钍可由硫酸法或烧碱法分解独居石制得。大量用于制作汽灯纱罩、测定氟,也用于制二氧化钍和金属钍,还用于化学合成、电真空、耐火材料等方面。

        危险特性:

        燃烧性: 助燃
     
        建规火险分级: 甲

        自燃温度(℃):

        引燃温度(℃):无意义

        危险特性: 放射性物品。受高热分解,产生有毒的氮氧化物。

        燃烧(分解)产物: 氮氧化物。

        稳定性: 稳定

        聚合危害: 不能出现

        禁忌物: 易燃或可燃物。

        灭火方法: 水、二氧化碳。

        接触限值: 中国MAC:未制订标准前苏联MAC:未制订标准美国TLV—TWA:

        侵入途径: 吸入食入

        健康危害: 钍和钍离子有放射性作用。钍及其化合物职业中毒未见报道。狗短期吸入硝酸钍76mg/m3出现呕吐和咳嗽,未见其他中毒症状。

        急救:

        皮肤接触: 脱去污染的衣着,用肥皂水和大量流动清水彻底冲洗。就医。

        眼睛接触: 立即翻开上下眼睑,用流动清水或生理盐水冲洗。就医。

        吸入: 脱离现场至空气新鲜处。立即送放射病专科医院或门诊就医。

       食入: 用水漱口,立即送放射病专科医院或门诊就医。

防护措施:


图片1硝酸钍

 

        工程控制: 密闭操作,局部排风。

        呼吸系统防护: 空气中浓度较高时,应该佩戴防毒口罩。必要时建议佩戴自给式呼吸器。

        眼睛防护: 戴防辐射面具。

        防护服: 穿抗辐射防护服。

        手防护: 戴抗辐射手套。

        其他: 工作现场禁止吸烟、进食和饮水。工作后,淋浴更衣。

        泄漏处置: 隔离泄漏污染区,周围设警告标志,切断火源。应急处理人员戴好防毒面具,穿厂商特别推荐的化学防护服(完全隔离)。不要直接接触泄漏物,转移未破损的包装,按放射物品作特殊处理。如果大量泄漏,与有关技术部门联系,确定清除方法。

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