作者:郝俊 来源:中国科学报 发布时间:2013-5-17 9:05:37
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徐光宪:解不开的稀土情结

 
徐光宪 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)。主要从事量子化学、配位化学、稀土化学及萃取化学等方面的科研和教学工作,并注重自然辩证法和科学方法论的研究。
 
令徐光宪始料未及,创造“中国奇迹”的稀土串级萃取技术,在大规模应用推动中国稀土产业发展的同时,间接引发了巨大的危机和风险。
 
■本报记者 郝俊
 
“我怕二三十年后用光了,中国要变成稀土小国!”
 
看到从我国大量出口的稀土只能卖个“白菜价”,无序过度开采造成严重的资源流失、环境破坏,中国“稀土之父”徐光宪一度心急如焚。年逾九旬的他再也坐不住了,起程亲赴矿区调查研究。
 
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。然而在徐光宪的世界里,稀土是“永远解不开的情结”,书写下一段生命的变奏曲。
 
“半路出家”谋创新
 
稀土被人类发现、了解和利用,已有200余年历史。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。
 
这种尴尬局面的背后,是落后的科研和工业现实。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钕,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矿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,分离镨和钕的问题,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他稀土,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。
 
“中国冲击”
 
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。而中国的稀土分布很广,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营工厂里无偿推广。几年前仍被国外企业当做最高机密的稀土分离技术,成了一项就连中国的乡镇企业都能掌握的工艺。
 
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,国际稀土价格降为原来近四分之一。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”。
 
“稀土之父”的忧思
 
2008年,徐光宪获得国家最高科学技术奖。他心之所系仍是稀土:“得奖是集体的工作成果,我只是这个集体的代表。我已经跟大家说好了,包括那50万元个人所得在内,全部都拿出来。经费要以稀土研究为主……”
 
串级萃取理论和工艺技术为徐光宪赢得了很多的赞誉和荣耀,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。在他的实验室里,一项又一项研究成果相继诞生。
 
只是,徐光宪在科学研究之外,对稀土的未来有了更多的担忧。
 
令徐光宪始料未及,创造“中国奇迹”的稀土串级萃取技术,在大规模应用推动中国稀土产业发展的同时,间接引发了巨大的危机和风险。
 
“中国一下子搞了几十个稀土厂。”作为中国稀土化学研究领域的领军人物,“稀土之父”徐光宪没有想到,自己发明的工艺会导致这样的“弊病”。
 
稀土产量节节攀升,远远超过全世界的需求量。结果就是,各个厂家为了能够出口,主动降低纯度要求,同时狠狠下压自己的价格。媒体甚至评论说,我们是“把稀土当猪肉卖”。
 
“1995年至2005年的10年间,我们以很低的价格出口高纯度优质稀土,损失至少55亿美元,使日本和韩国等国在低价的时候储备了够使用20年的稀土。”徐光宪曾作出这样的估算。
 
面对严峻的形势,徐光宪深感痛心。2005年至2006年,他联合师昌绪等14位院士两次上书时任国务院总理温家宝,呼吁保护我国内蒙古白云鄂博地区宝贵的稀土和钍资源,避免包头市和黄河受放射性污染。
 
很快,温家宝作出批复,提出要从2007年开始限制稀土产量。
 
2009年,徐光宪又在香山科学会议上再次提出,要用10亿美元外汇储备,建立稀土和钍的战略储备,控制生产和冶炼总量,并建议重点支持几家企业主导产业发展。
 
徐光宪为此大声疾呼,但他深知,这已经不仅仅是科学家能够解决的技术层面的问题了,最好的对策是从行业乃至国家战略的角度对稀土价格加以控制。
 
不难体会到,这背后是徐光宪深深的报国情怀。用基础研究服务国家目标,这是他毕生事业的原则和动力。
 
“科学没有国界,但科学家有祖国”
 
时光穿梭,回到上世纪50年代,刚刚建立的新中国百废待兴。大洋彼岸的美国,青年才俊徐光宪面前,曾有一条通往科学高峰的坦途。
 
“我那时在量子化学方面有些想法,导师说这些想法很好。毕业时,他推荐我到芝加哥大学著名的理论化学大师密立根教授那里做博士后。”徐光宪回忆,那是千载难逢的机遇。
 
就在此时,抗美援朝战争爆发。美国即将通过法案,禁止全体留美中国学生回国。
 
“学成归国,有所奉献。”徐光宪想起自己曾立下的宏愿。他隐约感到,再不回去,也许就要一直住在别人的国家里了。可是,妻子高小霞的博士学位只需一年就能拿到,此时放弃,不会太可惜了吗?
 
“科学没有国界,但科学家有祖国。”妻子的这句话,坚定了徐光宪的决心。
 
1951年4月15日,徐光宪夫妇以华侨探亲的名义获得签证,登上“戈登将军号”邮轮返回阔别多年的祖国。这是后来“禁止中国留美学生归国”法案正式生效前,驶往中国的倒数第三艘邮轮。
 
回国后,徐光宪夫妇一同进入北大化学系执教,培养出新中国第一批化学人才。这对“化学伉俪”携手共同走过半个多世纪,在祖国大地书写下一段传奇佳话:同窗共读,同时回国,同时当选中科院学部委员(院士),同时获得国家自然科学奖……
 
“我一生中,最满意的,是和高小霞相濡以沫度过的52年;我最遗憾的,是没有照顾好她,使她先我而去。”1998年,妻子因病离世,徐光宪在追悼会上忍不住最后一次抱住老伴,泣不成声,在场的每一个人无不为之感动。
 
巨大的悲痛中,徐光宪要学会割舍过去的一切。这像是与自己的一场战争,他要用年近80岁的心力学会一个人生活。
 
徐光宪是最后的胜利者。在美国的女儿家中度过三个月,他又回到了熟悉的未名湖畔,人们又看到了那个精神焕发的老徐。他说:“我有稀土情结,永远解不开……”
 
《中国科学报》 (2013-05-17 第6版 印刻)
 
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