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徐光宪:提取高纯度稀土达到9999%
时间:2023-09-26 19:22 点击次数:154

  徐光宪(1920.11.7—2015.4.28)出生于浙江绍兴。1944年毕业于上海交通大学化学系。1951年获美国哥伦比亚大学博士学位。历任北京大学原子能系(后改为技术物理系)副主任、稀土化学研究中心主任、国家自然科学基金委员会化学科学部主任、中国化学学会理事长、中国稀土学会副理事长等职。1980年当选为中国科学院学部委员(院士)。徐光宪院士基于对稀土化学键、配位化学和物质结构等基本规律的深刻认识,发现了稀土溶剂萃取体系具有“恒定混合萃取比”基本规律,在20世纪70年代建立了具有普适性的串级萃取理论。该理论已广泛应用于我国稀土分离工业,彻底改变了稀土分离工艺从研制到应用的试验放大模式,实现了设计参数到工业生产的“一步放大”,引导了我国稀土分离科技和产业的全面革新,使我国实现了从稀土资源大国到生产和应用大国的飞跃,为稀土功能材料和器件的发展提供了物质保证,大大地提高了我国稀土产业的国际竞争力。先后获得国家自然科学奖二等奖(1987年)和三等奖 (1987年),国家科技进步二等奖 (1998年)和三等奖 (1991年)、何梁何利基金“科学与技术进步奖”(1994年)、全国高等学校优秀教材特等奖(1988年),何梁何利基金“科学与技术成就奖”(2005年),国家最高科学技术奖(2008年度),以及多项省部级科技奖励。

  “谁掌握了稀土,谁就全天候掌握了战场。”作为工业“维生素”,稀土是隐形战机、超导、核工业等高精尖领域必备的原料,提炼和加工难度极大,珍贵稀少。我国之所以拥有全世界最成熟的稀土工业体系,主要源于徐光宪的贡献。

  1920年,徐光宪出生在绍兴,他的父亲是一名律师,但对数学和围棋却十分感兴趣。父亲从小就喜欢让徐光宪做一些类似“鸡兔同笼”的数学题,训练他的数学思维。父亲还会教徐光宪下棋,锻炼他的逻辑思维。父亲过世后,母亲对徐光宪的影响突显出来,她常教导徐光宪“家有良田千顷,不如一技在身”,要勤奋,要努力。徐光宪成为科学家,离不开父母对他的教导,父亲带领他进入数理化的领域,而母亲则使他懂得勤奋是通往成功的必要条件。

  1940年徐光宪考入上海交通大学化学系,在这里他认识了同班同学高小霞,也就是以后与他同甘共苦共同奋斗的妻子。1949年9月,徐光宪用一年时间获得哥伦比亚大学理学硕士学位后,开始师从贝克曼教授攻读博士学位,研究方向是量子化学。在哥伦比亚大学学习期间,徐光宪接连当选美国Phi Lambda Upsilon荣誉化学会会员和Sigma Xi荣誉科学会会员,拿到被称为“开启科学大门”的金钥匙。

  徐光宪最初出国留学就存了学成报国之心,在美国留学期间徐光宪与妻子高小霞一直心系祖国。新中国成立的消息传到美国,在哥伦比亚大学就读博士的徐光宪带着妻子高小霞和学友一起,召开了庆祝中华人民共和国成立大会。他们背一大袋面包、香肠和饮料,到纽约中央公园举行聚会,没有旗帜的他们立下一块“胜利酒家”的牌子用来庆祝新中国的成立。朝鲜战争爆发后,徐光宪和妻子高小霞放弃了国外的优越条件,同时放弃的还有妻子高小霞马上就要获得的博士学位。

  1951年初,美国提出法案,想要阻止中国留学生回国,但法案生效需要大概半年时间,徐光宪和高小霞决定趁此空当回国。当时回国的签证已经很难办理了,夫妻二人就以家中母亲身体抱恙,需回国探亲,一个月后还会返回美国为借口,获得了签证。他们回国所坐的邮轮,正是美国政府“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。

  1951年9月,徐光宪到北京大学后,继续从事量子化学研究,但是当时国内的实验条件与在国外学习期间相比,差别很大,想要在量子化学领域进行前沿研究,非常困难,于是,徐光宪就开始考虑转换到溶液络合物化学方向。这是徐光宪科研方向的第一次转向——从量子化学到络合物化学。1957年8月,北京大学撤销物理研究室,成立放射化学教研室(对外称“物质结构教研室”),钱三强到北大调阅档案,建议任命徐光宪为放射化学教研室主任。徐光宪认为国家需要是第一位的,他服从组织分配,从配位化学转到放射化学专业方向。业界有这样的说法:“谁掌握了稀土,谁就全天候掌握了战场。”我国虽拥有世界上最大的稀土资源储备量,但直到20世纪70年代,还不具备提取高纯度稀土资源的能力,只能通过向国外出口廉价的稀土原料“换取”进口的高纯度稀土产品。为了走自力更生的道路,打破外国人在稀土领域的垄断,1972年,徐光宪所在的北京大学化学系接到了一个军工任务,即高纯度地分离稀土元素中性质最为相近的镨和钕。徐光宪说:“(镨和钕)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。”为了解决科研难题,徐光宪阅读了大量文献,每周工作80个小时,在美国宣告失败的维拉体系中获得启发,创造出一套新的串级萃取理论,并打破世界纪录,将纯度提高到99.99%。他和同事还率先办起“全国串级萃取讲习班”,使新的理论和方法广泛用于实际生产,大大提高了中国稀土工业的竞争力。

  1977年3月,钱三强又来到北京大学,他觉得国际形势发生改变需要徐光宪再次发挥自己的长处,于是徐光宪回到了量子化学专业。重回量子化学专业的徐光宪,利用计算机自行编写程序,开发出了中国第一个量子化学从头计算程序,改进了量子化学计算方法,提出了原子价及其共价的新定义及量子化学定义,以及分子结构的判定规则,改进了休克尔分子轨道理论并提出正弦型同系线性规律,在稀土配合物的电子结构和化学键领域作出独特贡献。此外,他还在量子化学领域培养了研究人才,积极推动中国化学研究的国际交流与合作。

  对于科学研究徐光宪认为:“能够坚持同一个方向,那成就就能够大一点,老是变换方向,学业上的成就还是会受影响。不过那时候国家需要我转变方向,我还是服从国家需要。”

  徐光宪轰动世界的事业巅峰,与“稀土工业”密不可分。为扭转我国稀土工业的落后状况,1972年,徐光宪转向稀土分离方法的理论和实验研究。近40年中,他带领科研团队潜心钻研、不畏挫折,最终创立了具有普适性的“串级萃取理论”,并引导稀土分离技术的全面革新,将我国稀土萃取分离工艺提高至国际先进水平,实现了从稀土“资源大国”到“生产大国”的飞跃。“串级萃取理论”的广泛应用提升了我国在国际稀土分离科技和产业竞争中的地位,从而改变了世界稀土产业和市场格局。这被国际稀土界惊呼为“中国冲击”。徐光宪荣获2008年度国家最高科学技术奖,成为中国化学、化工界首位获此殊荣的科学家。

  徐光宪一生情系稀土研究。除了稀土分离基础研究领域与稀土配位化学,以及稀土生物化学、稀土功能材料外,他对稀土研究的其他领域也相当关注并倾心扶持。他密切关注与稀土资源相关的环境保护与资源可持续利用问题。为此,徐光宪亲赴内蒙古白云鄂博和四川攀枝花冕宁矿区考察,并两次向中央提交有关白云鄂博稀土和钍资源可持续高效清洁利用方面的书面建议。2005年9月29日,徐光宪和师昌绪等15名院士联名发出了“关于保护白云鄂博矿钍和稀土资源,避免黄河和包头受放射性污染的紧急呼吁”,提出白云鄂博主矿和东矿稀土和钍矿资源利用严重不足,并且未被利用的钍对包头地区和黄河造成放射性污染等问题。建议国家应该限制白云鄂博主矿和东矿的开采量,用尾矿坝提供稀土需要,进一步提高选矿收率,收购钍作为战略能源储备等建议。国家对徐光宪等人的建议十分重视,国家发改委、国土资源部、国家环保总局等部门组成调查组,对白云鄂博矿综合利用进行调研,国土资源部还下令限制稀土产量,挽回了一部分廉价出口稀土的损失。

  因祖国需要,他毅然回到祖国;因祖国需要,他四改研究方向;因祖国需要,他两次上书国家。穷其一生,徐光宪从未忘记矢志报国的初心,为国家的稀土事业贡献了毕生的心血。

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