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“稀土之父”徐光宪 挑战稀土分离国际难题

发布时间:2017/05/16 资讯 标签:上海中国外国人技术教育日本科学稀土浏览次数:442

   
         [提要] 普通人眼里,是神奇的化学物质;对国家而言,稀土是“工业维生素”、重要的战略资源。1972年,徐光宪所在的北京大学化学系接受了一项特别的紧急军工任务——分离稀土元素中性质最为相近的和,纯度要求很高。

“稀土之父”徐光宪   挑战稀土分离国际难题

 

挑战稀土分离国际难题

 

  普通人眼里,稀土是神奇的化学物质;对国家而言,稀土是“工业维生素”、重要的战略资源。尽管中国有着世界上最大的稀土资源储备量,但直到20世纪70年代,我国还只能向国外廉价出口稀土原料,然后高价进口高纯度稀土产品。稀土分离工艺、生产技术一直被国外少数厂商垄断,成为高度机密。

  1972年,徐光宪所在的北京大学化学系接受了一项特别的紧急军工任务——分离稀土元素中性质最为相近的镨和,纯度要求很高。

  52岁的徐光宪“半路出家”,接下了这个任务,踏入稀土研究领域。这已经是他自1951年回国后,第三次因为国家需要改变自己的研究方向。量子化学出身的他,回国后转向配位化学,再到放射化学,直到最后的稀土化学。

  “这两种元素比孪生兄弟还要像,分离难度极大。但中国作为世界最大的稀土所有国,长期只能出口稀土精和混合稀土等初级产品,我们心里不舒服。所以,再难也要上。”徐光宪没有丝毫犹豫。

  查阅资料时徐光宪发现,分离镨和的问题,国外学界也尚未很好解决。他回忆,当时最先进的法国罗地亚厂,能够用萃取法分离其它稀土,可是分离镨、钕仍要用传统的离子交换法。长远来看,离子交换法生产速度慢、成本高,对规模化工业生产不利。

  无先例可循,徐光宪作出了一个大胆的决定——挑战萃取法分离的国际难题。

  “我们做科研的有一个信念,就是立足于基础研究,着眼于国家目标,不跟外国人跑,走自己的创新之路。”这是徐光宪的科研之道。

  从理论上讲,萃取技术并不复杂。然而要达到极高的纯度要求,必须要经过上百次的萃取分离,并且将每次分离的成果串联起来,最终才能达到99%以上的纯度。这个极为烦琐的工艺过程,叫做串级萃取。

  改写国际稀土产业格局

  理论与实践之间,往往横亘着一条巨大的鸿沟。徐光宪面前最大的挑战,正是如何把串级萃取理论,真正应用于大规模工业生产。

  而在稀土萃取工艺的实验阶段,研究人员必须使用繁复而漫长的“摇漏斗”方法,模拟串级实验以获取准确的设定参数。若整套流程中稍有失误,得不到满意的结果,一切都要从头再来。

  不仅如此,徐光宪的创新还须面对“本土化”挑战。国外生产工艺较成熟的稀土厂,其“摇漏斗”技术能够尽量维持原料不变。而中国稀土分布很广,内蒙古、四川、山东等各地的原料组成均不相同,稀土元素分离的要求自然也不能“千篇一律”。

  “我们要根据原料找到相应合适的工艺,更重要的是发现这种工艺方法背后的理论依据。”理科出身的徐光宪时时不忘,理论研究才是开辟创新之路的基石。

  白天“摇漏斗”,晚上琢磨串级理论。有人开玩笑,说他们白天是体力劳动者,晚上是脑力劳动者。一周工作80个小时,没有节假日,徐光宪入迷了。

  身边同事回忆当年的科研情景时说:“只有置身于稀土元素周期表和稀土4F轨道模型之间,徐先生才会怡然而坐。”

  功夫不负有心人,串级萃取中的规律在徐光宪面前清晰呈现。他发现的“恒定混合萃取比规律”,使得串级萃取理论最终得以建立。

  在此基础上,他和团队提取了包含100多个公式的数学模型,创建“稀土萃取分离工艺一步放大”技术,使原本繁难的稀土生产工艺“傻瓜化”,免除费时费力的“摇漏斗”步骤,可以直接应用到实际生产中。

  徐光宪的萃取“流水线”,仿似魔术师手中的神奇黑箱,只需在一边放入稀土原料,各种高纯度的稀土元素就能从另一端源源不断地输出。同行大为吃惊,不相信徐光宪能用这么简单的办法,完成这项曾被视为世界级难题的工作。

  1978年,徐光宪开办“全国串级萃取讲习班”,把他的科研成果在国有工厂里无偿推广。很快,法国、美国和日本在国际稀土市场的垄断地位被打破,中国实现了由稀土资源大国向稀土生产大国、出口大国的飞跃。

  到上世纪90年代初,由于我国单一高纯度稀土大量出口,国际降为原来的近1/4。很多外国稀土生产厂家不得不减产甚至停产,成功改写了国际稀土产业的格局,他们把这称为“China Impact”(中国冲击)。

  由此,徐光宪被称为“稀土界的袁隆平”。直到今天,他的研究成果依然是我国稀土工业的基础,保持着世界领先地位。2008年,徐光宪获得国家最高科学技术奖。

  (据《中国科学报》报道)

  徐光宪小传

  1920年11月7日生于浙江省绍兴市,我国著名化学家和教育家。1944年毕业于上海交通大学化学系。1947年底赴美国留学,于1951年3月在哥伦比亚大学获物理化学博士学位。1951年回国,任教于北京大学化学系。1980年,当选为中国科学院学部委员(院士)。

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