钍在自然界主要存在于独居石中。从独居石提取希土元素时,可分离出Th(OH)4,这是钍的重要来源之一。经分离提纯后,还可用TBP(磷酸三丁酯)萃取进行进一步提纯。
金属钍的制备,可将ThO2用Ca在1200K时于氩气氛中还原:
ThO2+2Ca=Th+2CaO
金属钍在新切开或磨亮时显银白色,但在大气中逐渐变暗,它像镧系金属一样,是活泼金属,粉末状钍在空气中能着火。钍能与沸水反应:500K与氧反应;1050K时与氮反应。稀HF,稀HNO3、稀H2SO4和浓HCl或浓H3PO4与钍反应缓慢,浓硝酸能使钍钝化。
钍主要用于原子能工业,因为钍-232中子照射后可蜕变为裂变原料铀-233。此外,金属钍可用于制造合金。由于钍有良好的发射性能,故用于放电管和光电管中。
(1)氧化钍
使粉末状钍在氧中加热燃烧,或将氢氧化钍、硝酸钍、草酸钍灼烧,都生成二氧化钍(ThO2)。二氧化钍为白色粉末,和硼砂共熔,可得晶体状态的二氧化钍。强灼热过的或晶形的二氧化钍几乎不溶于酸,但在800K灼热草酸钍所得二氧化钍,很松,在稀盐酸中似能溶解,实际上是形成溶胶。
二氧化钍有广泛的应用。在人造石油工业中,即由水煤气合成汽油时,通常使用含8%ThO2的氧化钴作催化剂。它又是制造钨丝时的添加剂,约1%ThO2就能使钨成为稳定的小晶粒,并增加抗震强度。媒气灯的纱罩,灼烧后含99%ThO2,尚有1%CeO2为添加剂。
(2)氢氧化钍
在钍盐溶液中加碱或氨,生成二氧化钍水合物,为白色凝胶状沉淀,它由空气中强烈吸收二氧化碳。它易溶于酸中,不溶于碱中,但溶于碱金属的碳酸盐中而生成配合物。加热脱水时,在530~620K温度范围内,有氢氧化钍Th(OH)4稳定存在,在743K转化为二氧化钍。
(3)硝酸钍
硝酸钍是最普通的钍盐,也是制备其它钍盐的原料,将二氧化钍的水合物溶于硝酸,得硝酸钍晶体。由于条件不同,所含的结晶水也不同。重要的硝酸盐为Th(NO3)2·5H2O,它易溶于水、醇、酮和酯中。在钍盐溶液中,加入不同试剂,可析出不同沉淀,最重要的沉淀有氢氧化物、过氧化物、氟化物、硝酸盐、草酸盐和磷酸盐;后四种盐,即使在6mol·L-1强酸性溶液中也不溶解,因此可以用于分离钍和其他有相同性质的3+和4+阳离子。
Th4+在pH大于3时发生剧烈水解,形成的产物是配离子,而且决定于pH值、浓度和阴离子的性质。在高氯酸溶液中,主要离子为[Th(OH)]3+、[Th(OH)2]2+、[Th2(OH)2]6+、[Th4(OH)8]8+,最后产物为六聚物[Th6(OH)15]9+。