Коррозионные свойства тория

В сухой и даже влажной атмосфере воздуха при комнатной температуре торий ведет себя как устойчивый к коррозии металл. Коррозия металла становится заметной с повышением температуры (табл. 3).

Окисление кислородом до 350⁰С идет медленно. По–видимому на поверхности образуется плотная пленка оксида. При повышении температуры наблюдается растрескивание пленки, а выше 450⁰С происходит саморазогрев металла. При 1100⁰С скорость окисления вновь падает – повидимому из - за спекания оксида на поверхности металла. До 1400⁰С не наблюдается растворимости кислорода в тории.

Таблица 3. Скорость коррозии холоднокатанного тория на воздухе

Температура, ^0С
Привес, мг/ см^2ч	0,0026	0,016	0,10	0,17	0,36	4,0	15,1	33,1

При взаимодействии с азотом (табл. 5)в интервале 670 – 1490⁰С образуются нитриды: ThN, Th₂N₃, (Th₃N₄). Не исключается образование и при более низкой температуре (450 – 500⁰С).

Таблица 4. Коррозия тория в газах при 800 ⁰С в течение 0.5 часа

Газ	Привес, мг/см^2
Воздух Технический азот Очищенный азот Технический аргон Очищенный аргон	6,0 4,4 2,0 1,0 0,75

Сильную коррозию вызывает водород. При 400⁰С убыль веса образца составляла 80 мг/см²·ч, а при 500⁰С – 129 мг/см²·ч. При длительной выдержке металл рассыпается в порошок.

Считают, что в различных интервалах температур образуется и разлагается различные гидриды и твердые растворы тория и водорода. Так в интервале 170 – 360⁰С образуется и разлагается ТhН₃. При 350 – 360⁰С образуются ТhН_1,9Н₂, при 400⁰ идет медленное разложение дигидрида, в интервале 400 – 800⁰ образуются твердые растворы состава aТh – ТhН₂. Температуре 600⁰С соответствует фаза ТhН_1,5. Максимальная скорость разложения ТhН_1,5 до свободного aТh – около 800⁰С, а полностью процесс заканчивается при 900⁰С. При 1200⁰С газовыделения нет.

Коррозия тория в воде зависит от чистоты последней и температуры. В очищенной воде при повышенных температурах – до 350⁰С идет взаимодействие по реакции Тh + 2Н₂О = ТhО₂ + 2Н₂.. При 24-х часовой выдержке при 178⁰С на поверхности металла образуется темный порошок – смесь оксида и металла. При 48 часовой выдержке цвет порошка серый – в нем больше оксида. При пониженных температурах - до 100⁰С на поверхности тория образуется пленка, а коррозия составляет около 10 мг/см²·ч, повышение температуры до 260⁰С ведет к незначительному увеличению коррозии – до 11 мг/см²·ч, а при 315⁰C коррозия возрастает до 55 мг/см²·ч. Значительно ниже коррозия в дистиллированной воде: при 100⁰С привес образца металла составлял 0,1 мг/см²·мес.

Коррозионную стойкость тория повышает легирование цирконием и титаном, а добавки кремния, алюминия, железа, ванадия, хрома, ниобия, молибдена, марганца, бериллия – понижают.

Взаимодействие с кислотами. Плавиковая кислота не действует – образуется пленка фторида. Крепкие соляная и серная кислоты действуют медленно. Пи нагревании металл быстро растворяется в соляной и разбавленной серной кислотах. Только при нагревании и незначительно реагирует азотная кислота. Царская водка реагирует бурно.

Щелочи с торием не взаимодействуют.

Взаимодействие с металлами. Правильный выбор и обоснование любой пирометаллургической технологии получения, рафинирования и разделения металлов и сплавов возможен лишь на основании особенностей взаимодействия металлов.

Металлы могут образовывать простые эвтектики, твердые растворы замещения, твердые растворы внедрения, ограниченные твердые растворы, интерметаллические соединения (табл. 5).

В соответствие с эмпирическим правилом Юм Розери образование твердых растворов внедрения возможно, если разница радиусов металлов не более 59 %. А для твердых растворов замещения она не должна превышать 15 %.

Интерметаллические соединения образуются г.о. при взаимодействии элементов заметно отличающихся как по их химической природе, так и по активности. Металлы значительно различаются по электроотрицательности. (в металлохимии электроотрицательность определяется энергией отрыва электрона от одного атома и присоединения его к другому и имеет размерность ).

По металлохимическим свойствам торий относится к числу электроположительных металлов. Его элетроотрицательность составляет 1,3. Он имеет сравнительно большой атомный радиус. Торий практически не взаимодействует с щелочными металлами. Потери в весе тория в эвтектическом сплаве K – Na при 600⁰С составляют всего 0,006 мг/см²·год. Он также стоек в жидких натрии (500⁰С) и литии (600⁰С). Можно предполагать на отсутствие взаимодействия тория с щелочноземельными металлами. С углеродом при высоких температурах образует карбиды ТhС и ТhС₂. Тh и ТhС взаиморастворимы в твердом и жидком состояниях. При низких температурах происходит распад твердых растворов. Карбиды тория разлагаются водой с образованием углеводородов.

Представляет интерес взаимодействие тория с конструкционными материалами. В таблице 6 приведены данные о взаимодействии тория с некоторыми металлами.

Таблица 5. Свойства некоторых металлов и характер их взаимодействия с торием

Металл	Температура плавления, ^0С	Атомный радиус	Электро-отрица-тельность	Характер взаимодействия
K Na Li Mg Sr Cu Al Ni Rh La Pu Si Ce U Zr Y Th Cr Nb Ru Fe Be	63,5 97,9 1695 (1750)	1,35 1,90 1,55 1,60 1,15 1,28 1,43 1,24 1,34 1,87   1,34 1,82 1,52 1,60 1,8 1,8 1,26 1,46 1,34 1,26 1,12	0,80 0,90 0,95 1,20 1,0 1,9 1,5 1,8 2,2 1,17 1,3 1,82 1,2 1,7 1,48 1,21 1,3 2,20 1,76 2,2 1,8 1,5	Не взаимодействуют Не взаимодействуют Не взаимодействуют Соединения, огр. тв. р. ? соединения, огр. Т. р. соединения соединения соединенияя, огр. т. р. непрер. ряд тв. р. соедин., эвт., тв. р. соединения полная растворимость огр. тв. р.,эвт. Огр. т. р., непр.ряд (b) Непер. ряд тв. р. - эвтектика эвтект., огр. т. р. соед. огр. т. р. соединения, эвтект. соединения

Таблица 6. Взаимодействие тория с конструкционными материалами

Металл	Температура начала взаимодействия
Al Mg Zr Ta W Nb V Mo Ni Нилюк 90 Нержав. Сталь	500 (месяца) 600 (2 месяца) 900 (3 месяца) 900(3 месяца 900 (3мес),!300 (1 час) 800 (2мес), 900 (1 неделя) 900(1 неделя) 900 (3 месяца) 1350 (1 час) 800(24 часа) 700(1 неделя) 600 (2 месяца)

Дата добавления: 2014-01-07