5.2.3 Торій

                Торій (лат. Тhоrium), Тh – радіоактивний хімічний елемент, перший член сімейства актиноїдів, що входять до III групи періодичної системи Менделєєва; атомний номер 90, атомна маса 232,038; сріблясто-білий пластичний метал.

                Торій відкритий у 1828 р. І.Я.Берцеліусом в одному з сиєнітів у Норвегії. Елемент названий на ім'я бога грому в скандинавській міфології - Тора, а мінерал - силікат торію – торитом.

                Торій - характерний елемент верхньої частини земної кори гранітного шару і осадочної оболонки, де його в середньому міститься відповідно 1,8-10-3% і 1,3-10-3% за масою. Торій порівняно слабомігріруючий елемент; в основному він бере участь у магматичних процесах, накопичуючись у гранітах, лужних породах і пегматитах. Здатність до концентрації слабка. Відомо 12 власних мінералів торію. Торій міститься в монациті, уранініті, цирконі, апатиті, ортиті та ін. Основне промислове джерело торій – монацитові розсипи (морські і континентальні). У природних водах міститься особливо мало торію: у прісній воді 2·10-9%, у морській воді 1·10-9%. Він дуже слабо мігрує в біосфері і гідротермальних розчинах.

                Торій  легко  деформується  на  холоді;  механічні   властивості  торію  сильно залежать від його чистоти, тому межа  міцності  при розтягуванні торію варіює від 150 до 290 Мн/м2 (15-29 кгс/мм2), твердість за Бринелем від 450 до 700 Мн/м2 (45-70 кгс/мм2). Конфігурація зовнішніх електронів атома Тh 6d 27s2.

                На повітрі при кімнатній температурі торій окиснюється трохи, покриваючись захисною плівкою чорного кольору; вище 400°С швидко окиснюється ТhО2 - єдиний оксид, який плавиться при 3200°С і має високу хімічну стійкість. Одержують ТhО2 термічним розкладанням нітрату, оксалату або гідроокису торію з воднем, при температурах вище 200°С торій реагує з утворенням порошкоподібних гідридів ТhН2, ТhН3 та ін. складу. У вакуумі при температурі 700-800°С з торію можна видалити весь водень. При нагріванні в азоті вище 800°С утворюються нітриди ТhN і Тh2NЗ, які розкладаються водою з виділенням аміаку. З вуглецем утворює два карбіди - ТhС і ТhС2; вони розкладаються водою з виділенням метану і ацетилену. Сульфіди ТhS, Тh2S3, Тh7S12, ТhS2 можуть бути одержані при нагріванні металу з парами сірки (600-800°С). Торій реагує з фтором при кімнатній температурі, з рештою галогенів при нагріванні з утворенням галогенідів типу ТhХ4 (де X – галоген). Найважливіше промислове значення з галогенідів мають фторид ТhF4 і хлорид ТhС14. Фторид одержують дією НF на ТhO2 при підвищених температурах; хлорид – хлоруванням суміші ТhO2 з вугіллям при підвищених температурах.

                Торій добувається головним чином з монацитових концентратів, в яких він міститься у вигляді фосфату. Промислове значення мають два способи розкриття (розкладання) таких концентратів:

                1)            обробка концентрованою сірчаною  кислотою при 200°С (сульфатизація);

                2)            обробка розчинами лугу при 140°С.

                У сірчанокислі розчини продуктів сульфатизації переходять всі рідкоземельні елементи, торій і фосфорна кислота. При доведенні рН такого розчину до 1 осаджується фосфат торію; осад відділяють і розчиняють в азотній кислоті, а потім нітрат торію екстрагують органічним розчинником, з якого торій легко вимивається у вигляді комплексних сполук. При лужному розкритті концентратів в осаді залишаються гідроокиси всіх металів, а в розчин переходить тринатрій фосфат. Осад відділяють і розчиняють в соляній кислоті; знижуючи рН цього розчину до 3,6-5, оточують торій у вигляді гідроокису. З виділених і очищених сполук торію одержують ТhO2, ТhС14 і ТhF4, основні початкові речовини для виробництва металевого торію метало-термічними методами або електролізом розплавлених солей. До метало-термічних методів належать: відновлення ТhО2 кальцієм за наявності СаС12 в атмосфері аргону при 1100-1200°С,  відновлення  ТhС14  магнієм  при  825-925°С  і відновлення ТhF4 кальцієм за наявності 2nС12 з отриманням сплаву торію і подальшим відділенням цинку нагріванням сплаву у вакуумній печі при 1100°С. У всіх випадках одержують торій у формі порошку або губки. Електроліз розплавлених солей ведеться з електролітів, що містять ТhС14 і МаС1, або ванн, що складаються з суміші ТhF4, КаС1, КС1. Торій виділяється на катоді у вигляді порошку, відокремлюваного потім від електроліту обробкою водою або розбавленими лугами. Для отримання компактного торію застосовують метод порошкової металургії (спікання заготовок проводять у вакуумі при 1100-1350°С) або плавку в індукційних вакуумних печах у тиглях з ZrO2 або ВеО. Для отримання торію особливо високої чистоти використовують метод термічної дисоціації лодиду торію.

                Торійовані катоди застосовуються в електронних лампах, а оксидно-торієві – в магнетронах і потужних генераторних лампах. Добавка 0,8-1% ТhO2 до вольфраму стабілізує структуру ниток ламп розжарювання. ТhO2 використовують як вогнетривкий матеріал, а також як елемент опору у високотемпературних печах. Торій і його сполуки широко застосовують у складі каталізаторів в органічному синтезі, для легування магнієвих і ін. сплавів, які набули великого значення в реактивній авіації і ракетній техніці. Металевий торій використовується в торієвих реакторах.

                При роботі з торієм необхідно дотримуватись правил радіаційної безпеки.