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新型核燃料:釷

來源: 中國網能源頻道綜合 發布日期:2011-06-22

釷:

      一種放射性的四價金屬元素,以化合物的形式存在于礦物內(例如獨居石和釷石),通常與稀土金屬連系在一起,主要作為質量數為232的同位素,半衰期為1.39×10 10 年,放射出α粒子而形成新釷1 [thorium]——元素符號Th

      元素符號Th,元素中文名稱釷,元素英文名稱Thorium。原子序數90,釷原子量232.0381,元素類型為金屬,是天然放射性元素。核內質子數90,核外電子數90,核電核數90,質子質量1.5057E-25,質子相對質量90.63,所屬周期為7,所屬族數為IIIB,摩爾質量180。

主要來源

      以化合物的形式存在于礦物內(例如獨居石和釷石),通常與稀土金屬連系在一起,主要作為質量數為232的同位素,半衰期為1.39?010年,放射出α粒子而形成新釷1

      元素用途:經過中子轟擊,可得鈾233,因此它是潛在的核燃料。

      擴展介紹:一種放射性金屬元素,灰色,質地柔

      發現人:貝齊利烏斯(J.J.Berzelius)

      發現年代:1828年

      發現過程:1828年由貝齊利烏斯(J.J.Berzelius)發現的。

基本屬性

      釷為銀白色金屬,長期暴露在大氣中漸變為灰色。質較軟,可鍛造。熔點1750°C,沸點4790°C,密度11.72克/厘米³。在1400℃以下原子排列成面心立方晶體;當加熱達到此溫度時,便改為體心立方晶體。

      釷的化學性質活潑,不溶于稀酸和氫氟酸,但溶于發煙的鹽酸、硫酸和王水中。硝酸能使釷純化。苛性堿對它無作用。高溫時可與鹵素、硫、氮作用。放射性元素,半衰期約為1.4×1010年。所有釷鹽都顯示出+4價。在化學性質上與鋯、鉿相似。除惰性氣體外,釷能與所有非金屬元素作用,生成二元化合物;室溫下與空氣和水的反應緩慢,加熱后反應迅速。釷是高毒性元素,經過中子轟擊,可得鈾233,因此它是潛在的核燃料。

發現過程

      1815年,貝齊里烏斯從事分析瑞典法龍(Fahlum)地方出產的一種礦石,發現一種新金屬氧化物和鋯的氧化物很相似。他用古代北歐雷神Thor命名這一新金屬為throine(釷),給出它的拉丁名稱 thorium和元素符號Th。由于貝齊里烏斯是當時化學界的權威,所以化學家們都承認了它。可是,貝齊里烏斯在10年后發表文章說,那個稱為thorine的新金屬不是新的,含它的礦石只是釔的磷酸鹽。他自己撤銷了對釷的發現。  1828年,貝齊里烏斯分析了另一種礦石,是由挪威南部勒峰(L?v?n)島上所產的黑色花崗石中找到的,發現其中有一種當時未知的元素,仍用thorine命名它。現在明確,這種礦石的主要成分是硅酸釷ThSiO4。因此釷是先被命名后被發現的。釷在元素周期表中屬于錒系,列入稀土元素族中。釷的氧化物和其他稀土元素的氧化物一樣,很難還原,雖然貝齊里烏斯曾利用金屬鉀和氟化釷鉀作用,獲得不純的金屬釷。K2ThF6 + 4K → 6KF + Th,只要后來用電解的方法才獲得較純的釷。

用途和測定

      釷一般用來制造合金,提高金屬強度;和煤氣燈的白熱紗罩。釷所儲藏的能量,比鈾、煤、石油和其他燃料總和還要多許多,是一種極有前途的能源。還可用于制造高強度合金與紫外線光電管。釷還是制造高級透鏡的常用原料。用中子轟擊釷可以得到一種核燃料——鈾233。

      天然釷測定方法測定限為1×10**-8g/g 灰。天然鈾測定限為乙酸乙酯萃取-熒光計法2×10**-8g/g灰;三烷基氧膦(TRPO)苯取-熒光計法1×10**-7g/g灰;N235萃取-分光光度法1.5×10**-8g/g灰;目視熒光法4×10**-7g/g灰;激光熒光法為2.5×10**-8g/g灰。

新型核燃料

      2007年11月19日,新華社據法國《世界報》報道,印度目前正指望以釷為新型核燃料。報道稱,印度不久后將建造一座以釷為燃料的原型重水反應堆,從而為民用核能開辟一條新路。首座負有商業使命的這種反應堆將于2020年投入使用。印度是世界上考慮以釷替代傳統核燃料鈾和钚的少數幾個國家之一。以釷為核燃料有許多好處。釷產生的放射性廢料比鈾少50%,而可使用的儲量則高得多。譬如,印度釷蘊藏量約為29萬噸,占全球釷資源蘊藏量的四分之一,而鈾蘊藏量僅為7萬噸。此外,按目前的消費速度,全球已探明鈾資源將在50年至70年內耗盡(除非采用增殖反應堆)。

      報道指出,印度要滿足國內不斷增長的能源需求,只有轉向釷。印度打算在2050年將核能在電力生產中所占比重提高到25%,而目前這一比例僅為3.7%。但印度缺少鈾資源。因此,釷將很可能成為印度能源獨立的新型燃料。印度導彈之父、前總統阿卜杜勒·卡拉姆上月證實:“印度的想法是要靠釷反應堆走向獨立自主。”據報道,印度珀珀爾原子研究中心一位負責人說:“到2020年,印度將是世界上唯一用釷大規模生產核能的國家。”美國熔巖星資源公司也相信釷大有發展前途。該公司最近在美國收購了一家釷礦,希望成為未來釷礦市場的巨頭。釷(IV)沉淀,再經提純、干燥制得。由硝酸釷溶液與草酸反應生成草酸釷沉淀,再與氫氧化鈉反應制得。用于制取各種釷鹽的原料和試劑,主要是氟化釷(ThF4),用于核燃料工業。

氫氧化釷

      thorium(IV) hydroxide;thorium tetrahydroxide ,分子式:Th(OH)4 ,CAS號:性質:白色固體粉末。不溶于水、堿和氫氟酸。溶于無機酸。溶于稀硫酸。新鮮制得的溶于碳酸鈉、碳酸銨、檸檬酸鈉及酒石酸鉀鈉溶液。加熱分解,灼燒生成氧化釷。有放射性。釷鹽與燒堿或濃氨水作用可得膠體氫氧化釷(IV)沉淀,再經提純、干燥制得。由硝酸釷溶液與草酸反應生成草酸釷沉淀,再與氫氧化鈉反應制得。用于制取各種釷鹽的原料和試劑,主要是氟化釷(ThF4),用于核燃料工業。

方釷石

      礦物名稱:方釷石 Thorianite

      化學組成:ThO2,含ThO2達70—80,UO2可達12;并常含稀土元素和鉛;

      鑒定特征:透射光下為紅褐、暗棕或綠色;強放射性;

      成因產狀:在自然界少見,僅發現于偉晶巖脈中;偶見于砂礦中;

      著名產地:世界著名產地有馬達加斯加的彼特洛卡、斯里蘭卡等地。

方釷石

      名稱來源:根據其化學成分命名;

      晶體形態:等軸六八面體組。晶體呈立方體者多,八面體者少。常見單形等。雙晶面(111);   晶系和空間群:等軸晶系;對稱型3L44L36L29PC;空間群Fm3m;

      晶胞參數:a0=5.57;

      粉晶數據:3.234(1)1.689(0.64)1.98(0.58)物理性質

      硬度:6.5-7

      比重:8.9-9.7g/cm3

      解理:解理平行{100}不完全

      斷口:參差狀至貝殼狀斷口

      顏色:深灰至黑色,風化后為褐黑色或棕黃色

      條痕:黑色、灰色至綠灰色

      透明度:半透明至不透明

      光澤:金剛光澤至半金屬光澤

      發光性:放射性

      其他:強放射性 均質性。n=2.20±。反射色灰至淺棕。反射率:15±。

硝酸釷

      thorium nitrate: 釷的硝酸鹽。化學式Th(NO3)4• 4H2O。無色晶體,工業品為白色;約含二氧化釷48~50%;極易溶于水和乙醇,微溶于丙酮和乙醚,溶液呈酸性反應。相對密度 2.80。有毒,半數致死量(大鼠,靜脈)84mg/kg。有強氧化性。與有機物摩擦或撞擊能引起燃燒或爆炸。有放射性。

釷石

      無水物在500℃分解為二氧化釷。硝酸釷可由硫酸法或燒堿法分解獨居石制得。大量用于制作汽燈紗罩、測定氟,也用于制二氧化釷和金屬釷,還用于化學合成、電真空、耐火材料等方面。

      危險特性:

      燃燒性: 助燃
     
      建規火險分級: 甲

      自燃溫度(℃):

      引燃溫度(℃):無意義

      危險特性: 放射性物品。受高熱分解,產生有毒的氮氧化物。

      燃燒(分解)產物: 氮氧化物。

      穩定性: 穩定

      聚合危害: 不能出現

      禁忌物: 易燃或可燃物。

      滅火方法: 水、二氧化碳。

      接觸限值: 中國MAC:未制訂標準前蘇聯MAC:未制訂標準美國TLV—TWA:

      侵入途徑: 吸入食入

      健康危害: 釷和釷離子有放射性作用。釷及其化合物職業中毒未見報道。狗短期吸入硝酸釷76mg/m3出現嘔吐和咳嗽,未見其他中毒癥狀。

急救:

      皮膚接觸: 脫去污染的衣著,用肥皂水和大量流動清水徹底沖洗。就醫。

      眼睛接觸: 立即翻開上下眼瞼,用流動清水或生理鹽水沖洗。就醫。

      吸入: 脫離現場至空氣新鮮處。立即送放射病專科醫院或門診就醫。

      食入: 用水漱口,立即送放射病專科醫院或門診就醫。

防護措施:

硝酸釷

      工程控制: 密閉操作,局部排風。

      呼吸系統防護: 空氣中濃度較高時,應該佩戴防毒口罩。必要時建議佩戴自給式呼吸器。

      眼睛防護: 戴防輻射面具。

      防護服: 穿抗輻射防護服。

      手防護: 戴抗輻射手套。

      其他: 工作現場禁止吸煙、進食和飲水。工作后,淋浴更衣。

      泄漏處置: 隔離泄漏污染區,周圍設警告標志,切斷火源。應急處理人員戴好防毒面具,穿廠商特別推薦的化學防護服(完全隔離)。不要直接接觸泄漏物,轉移未破損的包裝,按放射物品作特殊處理。如果大量泄漏,與有關技術部門聯系,確定清除方法。

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