Содержание тория в природе



№90 Торий

Торий был открыт Й. Берцелиусом в 1828 году, который выделил оксид неизвестного ранее элемента из минерала, позже получившего название торит (содержит силикат тория, ThSiO4). Элемент получил название по имени бога грома Тора в скандинавской мифологии. Чистый препарат тория был получен лишь в 1882 г. шведским химиком -Ларсом Фредериком Нильсоном.

Нахождение в природе и получение:

Торий почти всегда содержится в минералах редкоземельных элементов. Монацит, (Ce, Th)PO4, — важнейший источник и редкоземельных элементов, и тория. Он содержит, кроме церия другие редкоземельные элементы, а также уран. Содержание тория в земной коре — 8 -13 г/т, в морской воде — 0,05 мкг/л. Входит в виде примесей, наряду с ураном, в состав породообразующих минералов гранита.
Соединения металлов, входящих в состав монацита, переводят в растворимое состояние. Далее, используя методы экстракции и ионного обмена торий выделяют из смеси соединений металлов в виде диоксида, тетрахлорида или тетрафторида. Металлический торий получают из галогенидов или оксида методом металлотермии (кальций-, магний- или натрийтермии) при 900-1000°С, а также электролизом ThF4 или KThF5 в расплаве KF при 800°С на графитовом катоде. Полученный ториевый порошок спекают в вакууме при 1100-1350°C.

Физические свойства:

Торий — серебристо-белый блестящий, мягкий, ковкий металл. Температура плавления 1750°С; температура кипения 4788°С, плотность 11,8 г/см 3 .
Известны 30 изотопов тория но только один из них (торий-232) обладает достаточно большим периодом полураспада (14,05 миллиардов лет) по отношению к возрасту Земли, поэтому практически весь природный торий состоит только из этого нуклида. Некоторые из его изотопов могут определяться в природных образцах в следовых количествах, так как входят в радиоактивные ряды радия, актиния и тория.
Th-232 родоначальник большого ряда радиоактивных элементов, приводящего к устойчивому изотопу 208 Pb.

Химические свойства:

На воздухе чистый металл медленно тускнеет и темнеет, при нагревании воспламеняется и горит ярко белым пламенем с образованием диоксида. Порошок тория пирофорен и его рекомендуют хранить в керосине.
При нагреве взаимодействует с водородом, галогенами, серой, азотом, кремнием, алюминием и рядом других элементов. Например, в атмосфере водорода при 400-600°С образует гидрид ThH2. Относительно медленно корродирует в холодной воде, в горячей воде скорость коррозии тория и сплавов на его основе очень высока.
Торий растворим в концентрированных растворах НСl (6-12 моль/л) и HNO3 (8-16 моль/л) в присутствии иона фтора. Легко растворим в царской водке. Не реагирует с едкими щелочами. Торий способен проявлять степени окисления +4 (наиболее устойчива), +3 и +2.

Важнейшие соединения:

Оксид тория, ThO2 — белое крист. вещество, тугоплавкое, не растворимое в воде, может быть получен прокаливанием нитрата, карбоната или оксалата тория. Реагирует с концентрированными серной и азотной кислотами, образуя соответствующие соли, с газообразным фтороводородом при высокой температуре, с оксидом кремния при сплавлении.
Гидроксид тория, Th(OH)4 — белое аморфное вещество, нерастворимо в воде, растворяется, образуя соли в соляной, серной и азотной кислотах. Реагирует с углекислым газом Th(OH)4+CO2 = Th(CO3)O +2H2O
Нитрат тория, Th(NO3)4 бесцветные кристаллы, растворимые в холодной воде, образует кристаллогидрат Th(NO3)4*5H2O. Горячей водой гидролизуется: Th(NO3)4 + 2H2O = Th(NO3)2(OH)2 + 2HNO3
Хлорид тория, ThCl4 бесцветные кристаллы, растворимые в холодной воде, образует кристаллогидраты, например ThCl4*8H2O. Сильный гидролиз по катиону.

Применение:

Торий имеет перспективы для развития атомной энергетики (уран-ториевый топливный цикл, реакторы на быстрых нейтронах, LFTR). В атомной энергетике применяются карбид, оксид и фторид тория (в высокотемпературных жидкосолевых реакторах) совместно с соединениями урана и плутония и вспомогательными добавками.
Торий в виде металла с успехом применяется в металлургии (легирование магния и др.), придавая сплаву повышенные эксплуатационные характеристики (сопротивление разрыву, жаропрочность).
Оксид тория из-за его наивысшей температуры плавления из всех оксидов (3350 K) идёт на производство наиболее ответственных конструкций и изделий, работающих в сверхмощных тепловых потоках, (облицовка камер сгорания и т.п.). Тигли, изготовленные из оксида тория, применяются при работах в области температур около 2500-3100 °C. Ранее оксид тория применялся для изготовления калильных сеток в газовых светильниках.
Добавка 0,8-1 % ThO2 к вольфраму стабилизирует структуру нитей ламп накаливания. Ксеноновые дуговые лампы почти всегда имеют торированные катод и анод, поэтому незначительно радиоактивны.
Торий и его соединения широко применяют в составе катализаторов в процессах органического синтеза и крекинга нефти, а также при получении жидкого топлива из угля.
Торий малотоксичен, постоянно присутствует в тканях растений и животных и человека (10 -5 — 10 -7 %), и как природный радиоактивный элемент вносит свой вклад в естественный фон облучения организмов. При постоянном избыточном поступлении тория в организм способен накапливаться и вызывать онкологические заболевания. Граниты некоторых месторождений (ввиду слабой, но при длительном воздействии на человека опасной радиации) запрещено использовать в качестве наполнителя для бетона при строительстве.

Источник

Что такое торий? Свойства, добыча, применение и цена тория

1 грамм на 28 000 литров бензина. Таково соотношения расхода топлива в автомобильных двигателях, если заменить привычное горючее торием.

Речь о 232-ом изотопе металла. У него самый длинный период полураспада. 8 граммов тория хватит, чтобы двигатель беспрерывно работал в течение 100 лет.

Запасов нового топлива в 3 раза больше, чем урана в земной коре. Специалисты Laser Power Systems уже приступили к разработке нового двигателя.

Компания американская. Работа двигателя будет напоминать цикл стандартной электростанции. Загвоздкой стала разработка подходящего лазера.

Его задача – нагревать воду, пар которой запускает мини-турбины. Пока ученые отрабатывают процесс, узнаем побольше о топливе 21-го века, а в перспективе и всего тысячелетия.

Что такое торий?

Металл торий относится к актиноидам. В это семейство входят радиоактивные элементы. Все они располагаются в 3-ей группе 7-го периода таблицы Менделеева.

Номера актиноидов – от 90-го до 103-го. Торий стоит первым. Его и открыли первым, одновременно с ураном.

В чистом виде героя статьи выделил в 1882-ом году Ларс Нильсон. Радиоактивность элемента обнаружили не сразу.

Поэтому, торий долго не вызывал интереса общественности. Распад тория доказан лишь в 1907-ом году.

С 1907-го года изотопы тория открывались один за другим. К 2017-му насчитывается 30 модификаций металла. 9 из них получены искусственно.

Наиболее устойчива 232-я. Полураспад тория в таком виде длится 1,4*10 10 лет. Именно поэтому 232-ой изотоп повсеместно распространен, в земной коре занимает долю 8*10 -4 %.

Остальные изотопы хранятся несколько лет, а посему не представляют практического интереса и редко встречаются в природе. Правда 229-ый торий распадается за 7 340 лет. Но, этот изотоп «выведен» искусственно.

Полностью устойчивых изотопов у тория нет. В чистом виде элемент выглядит как серебристо—белый, пластичный металл.

Именно он делает столь мягким минерал торит. Камень легко режется ножом. Минерал изучал Йенс Берценлиус.

Шведский химик смог вычислить в составе камня неизвестный металл, но не смог выделить его, отдав лавры Нильсону.

Свойства тория

Торий – элемент, удельная радиоактивность которого равна 0,109 микрокюри на грамм. У 238-го урана, к примеру, показатель почти в 3 раза больше.

Соответственно, торий слаборадиоактивен. Несколько изотопов тория, кстати, являются следствием распада урана. Речь о 230-ом, 231-ом, 234-ом и 235-ом модификациях 90-го элемента.

Распад героя статьи сопровождается выделением радона. Этот газ, так же, именуют тороном. Однако, второе название не общеупотребительное.

Радон опасен при вдыхании. Однако, микродозы газа содержатся в минеральных водах и влияют на организм благостно.

Принципиален именно путь попадания торона в организм. Выпить можно, впитать кожей – да, но не вдыхать.

В плане кристаллической решетки радиоактивный торий предстает всего в двух ипостасях. До 1 400-от градусов строение металла гранецентрическое.

Оно основано на объемных кубах, состоящих из 14-ти атомов. Часть из них стоят в углах фигуры. Остальные атомы располагаются посередине каждого ребра.

При нагреве свыше 1 400-от градусов Цельсия кристаллическая решетка тория становится объемноцентрированной.

Читайте также:  Природа зависимости от курения

«Упаковка» таких кубов менее плотная. И без того мягковатый торий становится еще более рыхлым.

Торий – химический элемент, отнесенный к парамагнетикам. Соответственно, магнитная проницаемость металла минимальна, близка к единице.

Отличают вещества группы, так же, способность намагничиваться в направлении внешнего поля.

Мольная теплоемкость тория составляет 27,3 килоджоулей. Показатель указывает на тепловую вместимость одного моля вещества, отсюда и название.

Продолжать список сложно, поскольку основная масса свойств 90-го металла зависит от степени его загрязнения.

Так, предел прочности элемента варьируется от 150-ти до 290-та меганьютонов на квадратный метр.

Нестабильна и твердость тория. По Бринеллю металлу дают от 450-ти до 700-от килограмм-силы.

Стоя в начале своей группы, торий перенял часть свойств от предшествующих ей элементов. Так, для героя статьи характерна 4-я степень окисления.

Чтобы торий быстро окислился на воздухе, нужно довести температуру до 400-от градусов. Металл моментально покроется пленкой оксида.

Дуэт тория с кислородом, кстати, самый тугоплавкий из земных оксидов, размягчается лишь при 3 200-от градуса Цельсия.

При этом, соединение еще и химически устойчиво. Чистый же металл вступает в реакцию с фтором.

Любой радиоактивный изотоп тория взаимодействует с ним даже при комнатной температуре.

Остальные реакции с героем статьи проходят при повышенных температурах. При 200-от градусах идет реакция с водородом.

Образуются гидриды порошкообразной формы. Нитриды получаются, если торий нагреть в атмосфере азота.

Потребуется температура в 800-от градусов Цельсия. Но, для начала нужно добыть реактив. Узнаем, как это делают.

Добыча и месторождения тория

350 000 000 долларов. Примерно такую сумму ежегодно выделяют в Китае на развитие ториевой энергетики. В стране масса месторождений 232-го изотопа.

Это настораживает Россию, которая рискует потерять лидерство на топливном рынке, если основным энергоресурсом в мире станет 90-ый элемент.

Запасы в отечестве есть. Миллионы тонн металла, к примеру, расположились под Новокузнецком.

Однако, нужно отстоять приоритетное право на применение ториевых технологий, а за них в мире ведется борьба. Все понимают, за чем будущее.

Обычно, торий находят в виде черного, блестящего песка. Это минерал монацит. Пляжи из него часто входят в курортные зоны.

На побережье Азовского моря, к примеру, стоит задуматься не только о солнечной радиации, но и той, что исходит от земли. Жильный торий встречается только в ЮАР. Рудные залежи там зовутся Стинкасмкрааль.

Если добывать торий из руд, то проще получать элемент попутно с ураном. Осталось выяснить, где торий может пригодиться, не считая автомобильных двигателей будущего.

Применение тория

Поскольку ядро тория неустойчиво, естественно применение элемента в атомной энергетике. Для ее нужд закупают карбид, фторид и оксид тория.

Помните температуру, которую выдерживает окись 90-го металла? Только такое соединение и сдюжит в жидкосолевых реакторах.

Окись тория пригождается и в авиационной промышленности. Там 90-ый металл служит упрочнителем. Служба торию находится и в организме человека.

Ежедневно с пищей поступает около 3 миллиграммов радиоактивного элемента. Он участвует в регулировке процессов нервной системы, усваивается, в основном, печенью.

Закупают торий, так же, металлурги, но не для еды. Чистый металл используют в качестве лигатуры, то есть добавки, улучшающей качество сплавов, в частности, магниевых. С лигатурой они становятся жаропрочными и лучше сопротивляются разрыву.

Напоследок дополним информацию о новом автомобильном двигателе. Торий в нем – не ядерное топливо, а лишь сырье для него.

Источник

Торий

Торий

Торий — химический элемент, принадлежащий к актиноидам; тяжёлый слаборадиоактивный металл.

Содержание

  • 1 История
  • 2 Нахождение в природе
    • 2.1 Месторождения
    • 2.2 Добыча
    • 4.1 Изотопы

    История

    Впервые торий выделен Йёнсом Берцелиусом в 1828 году из минерала, позже получившего название торит (содержит силикат тория). Первооткрыватель назвал элемент по имени бога грома из скандинавской мифологии — Тора.

    Нахождение в природе

    Торий почти всегда содержится в минералах редкоземельных элементов, которые служат одним из источников его получения. Содержание тория в земной коре — 8—13 г/т, в морской воде — 0,05 мкг/л. В магматических породах содержание тория уменьшается от кислых (18 г/т) к основным (3 г/т). Значительное количество тория накапливается в связи с пегматитовыми и постмагматическими процессами, при этом его содержание увеличивается с повышением количества калия в породах. Основная форма нахождения тория в породах в виде основной составной части уран-ториевых, либо изоморфной примеси в акцессорных минералах. В постмагматических процессах в определённых благоприятных условиях (обогащённость растворов галогенами, щелочами и углекислотой) торий способен мигрировать в гидротермальных растворах и фиксироваться в скарновых уран-ториевых и гранат-диопсидовых ортитсодержащих месторождениях. Здесь главными минералами тория являются монацитовый песок и ферриторит. Накапливается торий также в некоторых грейзеновых месторождениях, где он концентрируется в ферриторите либо образует минералы, содержащие титан, уран и др. Входит в состав, в виде примесей, наряду с ураном, в почти любые слюды, (флогопит, мусковит и др.) — породообразующих минералов гранита. Поэтому граниты некоторых месторождений (ввиду слабой, но при длительном воздействии на человека опасной радиации) запрещено использовать в качестве наполнителя для бетона при строительстве.

    Месторождения

    Торий содержится в основном в 12 минералах.

    Месторождения этих минералов известны в Австралии, Индии, Норвегии, США, Канаде, ЮАР, Бразилии, Пакистане, Малайзии, Шри-Ланке, Киргизии и других странах.

    Торий

    Торий

    Торий

    Торий

    Торий

    Торий

    Добыча

    При получении тория торийсодержащие монацитовые концентраты подвергают вскрытию при помощи кислот или щелочей. Редкоземельные элементы извлекают экстракцией с трибутилфосфатом и сорбцией. Далее торий из смеси соединений металлов выделяют в виде диоксида, тетрахлорида или тетрафторида.

    Металлический торий затем выделяют из галогенидов или оксида методом металлотермии (кальций-, магний- или натрийтермии) при 900—1000 °С:

    электролизом ThF4 или KThF5 в расплаве KF при 800 °С на графитовом аноде.

    Цена тория уменьшилась до 73,37 $/кг (2009), по сравнению с 96,55 $/кг (2008).

    Химические свойства

    Торий относится к семейству актинидов. Тем не менее специфическая конфигурация электронных оболочек делает его близким Ti, Zr, Hf по некоторым свойствам.

    Торий способен проявлять степени окисления +4, +3 и +2. Наиболее устойчива +4. Степени окисления +3 и +2 торий проявляет в галогенидах с Вr и I, полученных действием сильных восстановителей в твердой фазе. Ион Th 4+ отличается сильной склонностью к гидролизу и образованию комплексных соединений.

    Торий плохо растворяется в основны́х кислотах. Он растворим в концентрированных растворах НСl (6-12 моль/л) и HNO3 (8-16 моль/л) в присутствии иона фтора. Легко растворим в царской водке. Не реагирует с едкими щелочами.

    При нагреве взаимодействует с водородом, галогенами, серой, азотом, кремнием, алюминием и рядом других элементов. Например, в атмосфере водорода при 400—600°С образует гидрид ThH2.

    Физические свойства

    Торий — серебристо-белый блестящий, мягкий, ковкий металл. Металл пирофорен, потому порошок тория рекомендуют хранить в керосине. На воздухе чистый металл медленно тускнеет и темнеет, при нагревании воспламеняется и горит ярко белым пламенем с образованием диоксида. Относительно медленно корродирует в холодной воде, в горячей воде скорость коррозии тория и сплавов на его основе очень высока.

    До 1400°С торий имеет кубическую гранецентрированную решетку, выше этой температуры устойчива кубическая объемно-центрированная. При температуре 1,4°К торий проявляет сверхпроводящие свойства.

    Температура плавления 1750°С; температура кипения 4788°С. Энтальпия плавления 19,2, испарения 513,7 кДж/моль. Работа выхода электронов 3,51 эВ. Энергии ионизации M → M+ , M+ → M2+, M2+ → M3+, M3+ → M4+ составляют 587, 1110, 1978 и 2780 кДж/моль соответственно.

    Изотопы

    На 2012 г. известны 30 изотопов тория и ещё 3 возбуждённых метастабильных состояния некоторых его нуклидов.

    Только один из нуклидов тория (торий-232) обладает достаточно большим периодом полураспада по отношению к возрасту Земли, поэтому практически весь природный торий состоит только из этого нуклида. Некоторые из его изотопов могут определяться в природных образцах в следовых количествах, так как входят в радиоактивные ряды радия, актиния и тория и имеют исторические, ныне устаревшие названия:

    • радиоактиний 227 Th
    • радиоторий 228 Th
    • ионий 230 Th
    • уран Y 231 Th
    • уран X1 234 Th

    Наиболее стабильными изотопами являются 232 Th (период полураспада составляет 14,05 миллиардов лет), 230 Th (75 380 лет), 229 Th (7340 лет), 228 Th (1,9116 года). Остальные изотопы имеют периоды полураспада менее 30 дней (большинство из них имеют периоды полураспада менее 10 минут).

    Применение

    Торий имеет ряд областей применения, в которых подчас играет незаменимую роль. Положение этого металла в Периодической системе элементов и структура ядра предопределили его применение в области мирного использования атомной энергии.

    Торий

    Торий-232 — чётно-чётный изотоп (чётное число протонов и нейтронов), поэтому не способен делиться тепловыми нейтронами и быть ядерным горючим. Но при захвате теплового нейтрона 232 Th превращается в 233 U по схеме:

    232 Th → 1n 233 Th → β− 233 Pa → β− 233 U

    Уран-233 способен к делению подобно урану-235 и плутонию-239, что открывает более чем серьёзные перспективы для развития атомной энергетики (уран-ториевый топливный цикл, реакторы на быстрых нейтронах, LFTR). В атомной энергетике применяются карбид, оксид и фторид тория (в высокотемпературных жидкосолевых реакторах) совместно с соединениями урана и плутония и вспомогательными добавками.

    Так как общие запасы тория в 3—4 раза превышают запасы урана в земной коре, то атомная энергетика при использовании тория позволит на сотни лет полностью обеспечить энергопотребление человечества.

    Кроме атомной энергетики, торий в виде металла с успехом применяется в металлургии (легирование магния и др.), придавая сплаву повышенные эксплуатационные характеристики (сопротивление разрыву, жаропрочность). Отчасти торий в виде окиси применяется в производстве высокопрочных композиций как упрочнитель (для авиапромышленности). Оксид тория из-за его наивысшей температуры плавления из всех оксидов (3350 K) и неокисляемости идёт на производство наиболее ответственных конструкций и изделий, работающих в сверхмощных тепловых потоках, и может быть идеальным материалом для облицовки камер сгорания и газодинамических каналов для МГД-электростанций. Тигли, изготовленные из оксида тория, применяются при работах в области температур около 2500—3100 °C. Ранее оксид тория применялся для изготовления калильных сеток в газовых светильниках.

    Торированные катоды прямого накала применяются в электронных лампах, а оксидно-ториевые — в магнетронах и мощных генераторных лампах. Добавка 0,8—1 % ThO2 к вольфраму стабилизирует структуру нитей ламп накаливания. Ксеноновые дуговые лампы почти всегда имеют торированные катод и анод, поэтому незначительно радиоактивны. Оксид тория применяется как элемент сопротивления в высокотемпературных печах. Торий и его соединения широко применяют в составе катализаторов в органическом синтезе.

    Оксид тория(IV) в 30-40-е годы XX века использовался в медицине в составе рентгеноконтрастного препарата «Торотраст», затем его использование было прекращено из-за значительной канцерогенности. Также, оксид тория в середине XX века применялся для изготовления ториевого стекла для линз некоторых оптических приборов и объективов фотоаппаратов (Canon Lens, Asahi Opt. Co. Japan, Yashica, Ernst Leitz, Olympus, Fuiji Photo Film Co., Tokyo Kogaku).

    Биологическая роль

    Торий постоянно присутствует в тканях растений и животных. Коэффициент накопления тория (то есть отношение его концентрации в организме к концентрации в окружающей среде) в морском планктоне — 1250, в донных водорослях — 10, в мягких тканях беспозвоночных — 50—300, рыб — 100. В пресноводных моллюсках его концентрация колеблется от 3⋅10 −7 до 1⋅10 −5 %, в морских животных от 3⋅10 −7 до 3⋅10 −6 %. Торий поглощается главным образом печенью и селезёнкой, а также костным мозгом, лимфатическими узлами и надпочечниками; плохо всасывается из желудочно-кишечного тракта. У человека среднесуточное поступление тория с продуктами питания и водой составляет 3 мкг; выводится из организма с мочой и калом (0,1 и 2,9 мкг соответственно). Торий малотоксичен, однако как природный радиоактивный элемент вносит свой вклад в естественный фон облучения организмов.

    Источник

    Минералы тория

    По распространенности торий занимает 35-е место. Его содержание в земной коре в 3 -5 раз больше, чем Sb, Bi, Hg, Mo, Ag, в 3 – 5 раз больше урана. Кларк тория – 0,8 ¸ 1,5 × 10 -3 %. Подобно урану торий концентрируется преимущественно в верхних гранитных частях литосферы. Содержание тория в кислых изверженных породах в среднем составляет 1,8×10 -3 % (хотя в некоторых из них оно может достигать 0,02 – 0,03 %). Содержание тория в основных породах оценивается только в 0,3×10 -3 %.

    Мировые запасы тория составляют более 2 млн.т. (по ThO2). Подтвержденные запасы тория равны 1.2 млн.т. (по ThO2). Наибольшими запасами ториевого сырья обладают Австралия и Индия (по 300 тыс.т). Запасы тория в России оценивают в более, чем 90 тыс.т.

    В природе найдено 160 торийсодержащих минералов (включая разновидности), из них около 120 относятся исключительно к кислородным соединениям, г.о. к силикатам, простым и сложным оксидам, фосфатам и карбонатам. Более 40 минеральных видов являются соединениями тория и содержание оксида тория в них превышает 7 %. Еще в 25 минералах содержится от 2 до 7 % ThO2. Около 100 ториевых минералов содержат уран.

    Характерная особенность ториевых минералов – постоянная связь тория с РЗЭ и U 4+ .Эта связь обусловлена изоморфизмом тория с лантаноидами и четырехвалентным ураном. (ионные радиусы Th 4+ ; РЗЭ 3+ ; U 4+ соответственно равны : 1,10; 1,22 – 0,99 и 1,05 ангстрем). Минералы тория ассоциируются с минералами редких земель, урана, циркония и гафния, титана, ниобия, тантала, железа, кальция, олова и некоторых других элементов.

    Промышленное значение в производстве тория имеют очень немногие минералы. Это монацит, торит и торианит, а также найденный в Индии минерал чералит (шералит), который многие ( в том числе индийские) геологи считают богатой торием разновидностью монацита.

    Монацит является основным промышленным источником тория. Открыт был в 1826 г. на Урале минерологом Мече. Это фосфат редкоземельных элементов (легких), часть из которых замещена торием: (Ce, La, Nd, Th) PO4. Содержит чаще всего от 2,5 до 12 % ТhО2 и 0,1 – 0,4 (до 1) % UО2. (В Боливии встречаются безториевые монациты). Содержание РЗЭ2О3 в среднем составляет 55 – 68 % и редко достигает 74 %, а Р2О5 – до 18¸31,5 %, U и его подгруппы — 3¸5 (иногда до 8) %. В монаците в незначительных количествах присутствуют SiO2, CaO, SO4 2- , Fe, Zr, Al, Mg, Mn, Be, Sn и другие элементы, в т.ч. радиогенный свинец.

    Относится к моноклинной сингонии. Твердость в пределах 5 – 5,5. Плотность – 4,9 – 5,5 г/см 3 . Цвет от светло – желтого до красно-бурого. Блеск монацита жирный (смолистый).

    Минерал умеренно парамагнитен. Это его свойство используется при обогащении монацитовых руд.

    Монацит часто является акцессорной составной частью многих горных пород: гранитовых сеенитов, нефелиновых сеенетов, диоритов, присутствует в пегматитовых жилах, в метаморфических породах, например в гнейсах, скопляется в небольших количествах в россыпях, районы которых иногда им очень богаты.

    Монацит наиболее распространенный минерал тория. Основные залежи монацита в Бразилии и Индии (150000 и 5000000 т соответственно). Другие – на Цейлоне, в Индонезии, Ю. Африке, Австралии, Канаде, США, России. Встречается во Франции, Швейцарии, Норвегии, Индии, Бразилии, на Урале, Алтае, Восточной Сибири. Россыпи, обогащенные монацитом, названнфе монацитовым песком, имеют промышленное значение. Широко распространены в США, Индии, Восточной Сибири, Канаде, Конго, Мадагаскаре, о.Цейлон, Уругвае.

    Чералит (шералит) открыт в Индии. Одни считают его самостоятельным минералом и дают формулу (Th,Ca,Ce)(PO4,SiO4) другие рассматривают его как разновидность монацита богатую торием и ураном. Минерал содержит 19 – 33 % ТhО2 и 4 – 6 % UО2. Плотность – 5,3 – 5,4. Твердость –5.

    Торит –ThSiO4. Содержит до 77 % ТhО2 (обычно меньше), U, Fe, R3 < Ca, Mg, Pb, H, Ta, Ti, Zr, Al, Sn. Разновидности торита — ураноторит содержит от 5 до 20 % U; ферроторит – до 14 % Fе, гидроторит – до 4 H2O. Торит минерал тетрагональной сингонии. Его твердость 4,5 –5,5; плотность от 4,0 до 6,7 г/см 3 .Цвет от оранжево-желтого до черного.

    Встречается г.о. в жильных месторождениях, а также как попутный компонент в россыпях, например оловянных.

    Торианит – (Тh,U)О2. Содержит от 45 до 93 % ТhО2 и до 50 % UО2. Изоморфен с уранинитом. Характеризуется отношением = 5 ¸ 20. К разновидностям торианита относятся ураноторианит, содержащий до 50 % УО2, и алдавит, в составе которого 15 – 20 % UО2. Клевеит (нивенит) и брёггрит, являющиеся разновидностями уранинита, содержат от 3 до 14 % ТhО2. В составе торианита могут присутствовать железо, цирконий, в небольших количествах кальций, магний и марганец, до 8 – 13 % РЗЭ.

    Торианит относится к кубической сингонии. Твердость 6 – 7,5. Плотность 8,8 – 9,9. Хрупкий. Цвет от темно-серого до темно-коричневого и черного. Блеск полуметаллический смолистый.

    Представляют интерес и другие торийсодержащие минералы, из которых он может извлекаться как побочный продукт. К ним относятся: браннерит (U,Ca,Fe, Y,Th)3Ti5O16, уранинит (U,Th)O2хUO2mPbO и его разновидности; пирохлор (Ca,Na,Ce,Th)(Nb,Ti,Ta)2O6×(F,OH) и его разновидности; циртолит, ZrSiO4×nH2O, содержащий торий и уран, лопарит (Ce,Na,Ca)2(Ti,Nb)O3; иттриалит (Y,Th,U,Fe)[Si2O7]; ксенотим YPO4; фергюсонит (Y,Er,Ce,U,Th,Fe)(Nb, Ta, Ti)×O4 и другие, всего более 20 минералов.

    Источник

    ТОРИЙ

    ТОРИЙ – Th (Thorium), химический элемент III группы периодической системы элементов, металл, относится к актиноидам, атомный номер 90, атомная масса 232,0381. Торий радиоактивен, стабильных изотопов не имеет, наиболее долгоживущие изотопы 230 Th (период полураспада 7,5·10 4 лет) и 232 Th (период полураспада 1,4·10 10 лет). В природе наиболее распространен изотоп 232 Th, его содержание в земной коре 8·10 -4 %.

    Впервые торий выделен И.Берцелиусом в 1828 из минерала, позже получившим название торит (содержит сульфат тория), торий был назван его первооткрывателем по имени бога грома Тора в скандинавской мифологии. См. также СКАНДИНАВСКАЯ МИФОЛОГИЯ.

    Интерес к соединениям тория возник после того, как в 1885 венский химик Ауэр фон Вельсбах (первооткрыватель химического элемента неодима) обнаружил, что если ввести в пламя газовой горелки оксид тория, то он очень быстро нагревается до состояния белого каления и испускает яркий белый свет. Обнаруженное явление позволяло простым способом превращать часть тепловой энергии газовой горелки в световую. В результате поиска минералов, содержащих торий в заметном количестве, на берегу Атлантического океана в Бразилии был обнаружен минерал монацит, представлявший собой смесь фосфатов церия, лантана и тория, содержание тория в нем достигало 10%. Добыча не составляла труда, монацитовый песок лежал прямо на берегу. Тысячи тонн этого минерала стали отправлять на океанских кораблях из Бразилии в Европу на переработку. Позже залежи моноцита были найдены США, Индии и на островах Цейлон и Мадагаскар.

    Одновременно с этим была разработана своеобразная технология, позволяющая помещать соединения тория в горелку: из легкой ткани изготавливали тонкие колпачки, которые пропитывали солями тория, затем волокна ткани осторожно выжигали и получали легкую скорлупку, которую помещали в пламя газовой горелки. Такие колпачки по имени их создателя стали называть ауэровскими. Тусклое газовое освещение городов Европы изменилось коренным образом, вместо желтоватого неровного пламени газового рожка появился источник яркого белого света. Ауэровские колпачки почти в 20 раз увеличили яркость газового освещения и втрое снизили его стоимость. Производство таких колпачков в отдельные годы достигало 300 миллионов штук (в 1910-ые газовое освещение стало вытесняться электрическим). Фактически торий был первым радиоактивным элементом, появившимся почти в каждом доме, но из-за слабой радиоактивности угрозы для здоровья он не представлял.

    СВЕТИЛЬНИК с ауэровским колпачком

    Физические свойства.

    Серебристо-белый пластичный металл, образует сплавы со многими металлами. Температура плавления – 1750° С, температура кипения – 4200° С, плотность – 7,24 г/см 3 , при температуре ниже 1,4 К становится сверхпроводником.

    Химические свойства.

    Торий весьма реакционноспособен – быстро тускнеет на воздухе, в кипящей воде покрывается пленкой ThO2. Мелкодисперсный металлический торий вспыхивает на воздухе из-за энергичного окисления. Торий растворим в разбавленных минеральных кислотах: соляной, азотной, серной; концентрированной азотной кислотой он пассивируется, не реагирует со щелочами. Наиболее устойчивая степень окисления у Th(IV), есть и соединения с более низкой степенью окисления: Th (II) I2 и Th (III) I3. При участии ионов щелочных металлов соединения тория легко образуют двойные соли K2[Th(NO3)6], Na2[Th(SO4)3], а также смешанные оксиды К2ТhO3. В водных растворах ионы тория образуют гидроксо-ионы [Th(OH)3] + , [Th2(OH)2] 6+ , [Th4(OH)12] 4+

    Получение.

    Содержащие торий минералы, например, монацитовый песок, подвергают сернокислотному расщеплению, полученную пасту нейтрализуют и затем обрабатывают соляной кислотой. Отделение сопутствующих элементов основано на различной растворимости полученных хлоридов. Иногда используют экстракцию трибутилфосфатом, позволяющую более тонко отделить примеси. Металлический торий получают из ThCl4 восстановлением с помощью Na, Са или Mg при 900–1000° С.

    Соединения тория.

    При нагревании тория в атмосфере водорода при 400–600 °С образуется гидрид ThH2 Темно-серые кристаллы, быстро разлагающиеся при действии влаги воздуха с образованием диоксида.

    Диоксид ТhO2 образуется при сгорании металла на воздухе, при прокаливании гидроксида, а также некоторых солей – нитрата, карбоната. Это исключительно высокоплавкое соединение – т. пл. 3350° С, т. кип. 4400° С; реагирует с оксидами металлов при 600–800° С, образуя двойные оксиды (тораты), например, К2ТhO3, BaThO3, ThTi2O6. ТhO2устойчив к действию кислот и восстановителей;

    Гидроксид Th(ОН)4 получают взаимодействием солей тория с растворами щелочей. Аморфное вещество; устойчиво при 260–450° С, выше 470° С превращается в ThO2.

    Монокарбид ThC получают взаимодействием металлического тория со стехиометрическим количеством углерода, его т. пл. 2625° С. Дикарбид ThC2 получают взаимодействием металлического тория с избытком углерода или восстановлением ТhО2 углеродом при 1500° С. Его т. пл. 2655° С, т. кип. 5000° С, разлагается водой и разбавленными кислотами с образованием углеводородов, на воздухе окисляется при 600–700° С до ThO2.

    Тетрагалогениды ТhНа14 (Hal = F, Cl, Br, I) получают при нагревании металлического тория или ThO2 при 300–400° С с соответствующим галогенидами или галогенводородами. Тетрафторид ThF4 имеет т. пл. 1100° С, т. кип. 1650° С, растворим в воде, образует кристаллогидраты. Тетрахлорид ThCl4 имеет т. пл. 770° С, т. кип. 921° С, растворим в воде, низших спиртах, эфирах, ацетоне, бензоле. Образует гидраты с 2, 4, 7 и 12 молекулами воды.

    Тетрабромид ThBr4 имеет т. пл. 679° С, т. кип. 857° С, образует гидраты с 7, 8, 10 и 12 молекулами воды, а также сольваты с аммиаком и аминами. Тетраиодид ThI4 имеет т. пл. 566° С, т. кип. 837° С, хорошо растворим в воде с образованием гидратов, при нагревании и действии света разлагается с выделением I2.

    Применение.

    Торий используется в качестве легирующей добавки, упрочняющей магниевые сплавы, введение тория в состав вольфрамовых нитей для электроламп накаливания увеличивает срок их службы.

    Оксид тория применяется как огнеупорный материал, в качестве компонента катализаторов, его также добавляют в состав дуговых углей для увеличения яркости электрической дуги, используемой в прожекторах. Фактически, это продолжение идеи «ауэровских колпачков».

    В последние годы Ауэровские колпачки вновь «вернулись к жизни». Для тех, кто длительно работает в полевых условиях, в экспедициях, а также для туристов выпускают газовые баллончики с прикрепленной горелкой, поверх которой располагают Ауэровский колпачок, прикрытый стеклянным плафоном.

    Подобные источники света намного экономичнее электрических светильников такой же яркости, использующих батареи или аккумуляторы. В настоящее время торий рассматривают как перспективное ядерное топливо. При облучении нейтронами в уран-ториевых реакторах изотоп 232Тh превращается в делящийся изотоп урана 233U, пригодный для использования в ядерных реакторах. Запасы тория в земной коре (3,3 × 106 т) соизмеримы с запасами урана (3,5 × 106 т).

    Источник