“稀土之父”徐光憲
發表時間 :2013-06-14 來源:人民日報
挑戰稀土分離國際難題
普通人眼裏,稀土是神奇的化學物質;對國家而言,稀土是“工業維生素”、重要的戰略資源。盡管中國有著世界上最大的稀土資源儲備量,但直到20世紀70年代,我國還隻能向國外廉價出口稀土原料,然後高價進口高純度稀土產品。稀土分離工藝、生產技術一直被國外少數廠商壟斷,成為高度機密。
1972年,徐光憲所在的北京大學化學係接受了一項特別的緊急軍工任務——分離稀土元素中性質最為相近的鐠和釹,純度要求很高。
52歲的徐光憲“半路出家”,接下了這個任務,踏入稀土研究領域。這已經是他自1951年回國後,第三次因為國家需要改變自己的研究方向。量子化學出身的他,回國後轉向配位化學,再到放射化學,直到最後的稀土化學。
“這兩種元素比孿生兄弟還要像,分離難度極大。但中國作為世界最大的稀土所有國,長期隻能出口稀土精礦和混合稀土等初級產品,我們心裏不舒服。所以,再難也要上。”徐光憲沒有絲毫猶豫。
查閱資料時徐光憲發現,分離鐠和釹的問題,國外學界也尚未很好解決。他回憶,當時最先進的法國羅地亞廠,能夠用萃取法分離其它稀土,可是分離鐠、釹仍要用傳統的離子交換法。長遠來看,離子交換法生產速度慢、成本高,對規模化工業生產不利。
無先例可循,徐光憲作出了一個大膽的決定——挑戰萃取法分離的國際難題。
“我們做科研的有一個信念,就是立足於基礎研究,著眼於國家目標,不跟外國人跑,走自己的創新之路。”這是徐光憲的科研之道。
從理論上講,萃取技術並不複雜。然而要達到極高的純度要求,必須要經過上百次的萃取分離,並且將每次分離的成果串聯起來,最終才能達到99%以上的純度。這個極為煩瑣的工藝過程,叫做串級萃取。
改寫國際稀土產業格局
理論與實踐之間,往往橫亙著一條巨大的鴻溝。徐光憲麵前最大的挑戰,正是如何把串級萃取理論,真正應用於大規模工業生產。
而在稀土萃取工藝的實驗階段,研究人員必須使用繁複而漫長的“搖漏鬥”方法,模擬串級實驗以獲取準確的設定參數。若整套流程中稍有失誤,得不到滿意的結果,一切都要從頭再來。
不僅如此,徐光憲的創新還須麵對“本土化”挑戰。國外生產工藝較成熟的稀土廠,其“搖漏鬥”技術能夠盡量維持原料不變。而中國的稀土分布很廣,內蒙古、四川、山東等各地的原料組成均不相同,稀土元素分離的要求自然也不能“千篇一律”。
“我們要根據原料找到相應合適的工藝,更重要的是發現這種工藝方法背後的理論依據。”理科出身的徐光憲時時不忘,理論研究才是開辟創新之路的基石。
白天“搖漏鬥”,晚上琢磨串級理論。有人開玩笑,說他們白天是體力勞動者,晚上是腦力勞動者。一周工作80個小時,沒有節假日,徐光憲入迷了。
身邊同事回憶當年的科研情景時說:“隻有置身於稀土元素周期表和稀土4F軌道模型之間,徐先生才會怡然而坐。”
功夫不負有心人,串級萃取中的規律在徐光憲麵前清晰呈現。他發現的“恒定混合萃取比規律”,使得串級萃取理論最終得以建立。
在此基礎上,他和團隊提取了包含100多個公式的數學模型,創建“稀土萃取分離工藝一步放大”技術,使原本繁難的稀土生產工藝“傻瓜化”,免除費時費力的“搖漏鬥”步驟,可以直接應用到實際生產中。
徐光憲的萃取“流水線”,仿似魔術師手中的神奇黑箱,隻需在一邊放入稀土原料,各種高純度的稀土元素就能從另一端源源不斷地輸出。同行大為吃驚,不相信徐光憲能用這麽簡單的辦法,完成這項曾被視為世界級難題的工作。
1978年,徐光憲開辦“全國串級萃取講習班”,把他的科研成果在國有工廠裏無償推廣。很快,法國、美國和日本在國際稀土市場的壟斷地位被打破,中國實現了由稀土資源大國向稀土生產大國、出口大國的飛躍。
到上世紀90年代初,由於我國單一高純度稀土大量出口,國際稀土價格降為原來的近1/4。很多外國稀土生產廠家不得不減產甚至停產,成功改寫了國際稀土產業的格局,他們把這稱為“China Impact”(中國衝擊)。
由此,徐光憲被稱為“稀土界的袁隆平”。直到今天,他的研究成果依然是我國稀土工業的基礎,保持著世界領先地位。2008年,徐光憲獲得國家最高科學技術獎。
徐光憲小傳
1920年11月7日生於浙江省紹興市,我國著名化學家和教育家。1944年畢業於上海交通大學化學係。1947年底赴美國留學,於1951年3月在哥倫比亞大學獲物理化學博士學位。1951年回國,任教於北京大學化學係。1980年,當選為中國科學院學部委員(院士)。
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