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“稀土之父”许改变了世界稀土的格局
时间:2023-06-19 09:21 点击次数:158

  中国的“稀土之父”徐光先曾急于看到,中国出口的大量稀土只能以“白菜价”出售,无序过度开采造成了严重的资源损失和环境破坏。在他90多岁的时候,他再也不能坐着不动,亲自出发调查研究矿区了。

  在普通人眼中,稀土是一种神奇的化学物质;对中国来说,稀土是一种“工业维生素”和重要的战略资源。然而,在许的世界里,稀土是一个“难解难分的复合体”,书写着来世的变体。

  稀土被人类发现、理解和利用已有200多年的历史。虽然中国拥有世界上最大的稀土资源储备,但直到20世纪70年代,中国只能以低价向国外出口稀土原料,然后以高价进口高纯度稀土产品。

  这种尴尬局面的背后是科学研究和工业的落后现实。稀土分离工艺和生产技术已被少数外国制造商垄断,并成为高度机密。

  1972年,北京大学化学系徐光贤接到了一项特别紧急的军事任务——分离镨和钕,这是最相似的稀土元素,纯度要求很高。

  52岁时,许“半途而废”,承担起进入稀土研究领域的任务。这是他自1951年回国以来第三次因国家需要改变研究方向。研究了量子化学后,他转向配位化学,然后转向放射化学,最后转向稀土化学。

  “这两种元素比孪生兄弟更相似,很难把它们分开。然而,作为世界上最大的稀土拥有国,中国长期只能出口稀土精矿和混合稀土等初级产品,这让我们感到不舒服。因此,无论多么困难,我们都必须去。”徐毫不犹豫。

  徐在查阅资料时发现,国外学术界对镨钕的分离问题一直没有很好的解决。他回忆说,当时最先进的法国罗地亚工厂可以通过萃取分离其他稀土,但仍使用传统的离子交换法分离镨和钕。从长远来看,离子交换法生产速度慢,成本高,不利于大规模工业化生产。

  “我们相信科学研究,即以基础研究为基础,着眼于国家目标,不与外国人合作,走自己的创新之路。”这就是徐的科学研究方法。

  理论上,提取技术并不复杂。然而,为了满足极高的纯度要求,必须进行数百次萃取和分离,并且每次分离的结果必须串联,以便最终达到99%以上的纯度。这个极其繁琐的过程称为级联提取。

  理论和实践之间往往存在巨大差距。徐面临的最大挑战是如何将级联萃取理论应用于大规模工业生产。

  在稀土萃取过程的实验阶段,研究人员必须使用复杂而长的“摇动漏斗”方法模拟级联实验,以获得准确的设定参数。如果在整个过程中有一个小错误,你不能得到一个令人满意的结果,一切都必须从头开始。

  不仅如此,徐的创新还必须面对“本土化”的挑战。国外生产技术成熟的稀土厂的“摇漏斗”技术可以尽量保持原材料不变。然而,稀土元素在我国分布广泛,内蒙古、四川、山东等地的原材料组成也不同。当然,稀土元素分离的要求不能“统一”。

  “我们应该根据原材料找到合适的工艺。更重要的是,我们应该找到这一工艺背后的理论基础。”出生于科学界的徐始终牢记,理论研究是开辟创新之路的基石。

  白天“摇漏斗”,晚上思考级联理论。有些人开玩笑说,他们白天是体力劳动者,晚上是脑力劳动者。一个星期工作80个小时,没有假期,许很着迷。

  当回忆起当年的科研场景时,身边的同事们说:“只有当徐先生被放在稀土元素周期表和稀土4f轨道模型之间时,他才会高兴地坐着。”

  努力是有回报的,级联提取的规则清晰地呈现在徐面前。他发现的“恒定混合萃取比定律”最终建立了级联萃取理论。

  在此基础上,他和他的团队提取了一个包含100多个公式的数学模型,创造了“一步放大稀土提取和分离过程”技术,使原本困难的稀土生产过程“愚蠢”,省去了耗时费力的“漏斗抖动”步骤,可以直接应用于实际生产。

  徐的提取“流水线”就像魔术师手中的一个魔术黑匣子。只要把稀土原料放在一边,各种高纯度稀土元素就可以从另一端连续输出。

  同事们大为惊讶,不相信许能如此简单地完成这项曾经被视为世界级难题的工作。

  1978年,许在国有工厂举办了“全国梯级萃取车间”,免费推广他的科研成果。稀土分离技术几年前仍被国外企业视为绝密技术,如今已成为中国乡镇企业都能掌握的工艺。

  不久,法国、美国和日本在国际稀土市场上的垄断地位被打破,中国实现了从稀土资源大国向稀土生产和出口大国的跨越。

  到20世纪90年代初,由于中国单一高纯度稀土的大量出口,国际稀土价格已下降到原始价格的近四分之一。许多外国稀土制造商不得不减少甚至停止生产,成功地改写了国际稀土行业的格局,他们称之为“中国影响”。

  2008年,许获得国家最高科学技术奖。他的心仍然在稀土上:“获奖是集体的工作,我只是集体的代表。我已经告诉过你,包括个人50万元的收入在内,全部都会发放出来。资金应该主要用于稀土研究……”

  级联萃取的理论和技术为许赢得了许多赞誉和荣誉。直到今天,他的研究成果仍然是中国稀土工业的基础,并保持着世界领先地位。在他的实验室里,一个又一个研究成果诞生了。

  许没有想到,创造“中国奇迹”的稀土级联萃取技术,在推动中国稀土产业大规模应用发展的同时,间接引发了巨大的危机和风险。

  “中国一次建造了数十座稀土工厂。”作为我国稀土化学研究领域的领军人物,“稀土之父”徐光先没有想到自己发明的过程会产生这样的“弊病”。

  稀土产量正在上升,远远超过世界需求。因此,为了能够出口,所有制造商都主动降低纯度要求,同时大幅降低价格。媒体甚至评论说,我们“把稀土当猪肉卖”。

  “从1995年到2005年的10年间,我们以极低的价格出口了高纯度和高质量的稀土,损失了至少55亿美元,使日本和韩国等国能够以较低的价格储备可以使用20年的稀土。”许曾经这样估计过。

  徐对这一严峻形势深感悲痛。2005年至2006年,他与石等14位院士致函时任国务院总理,呼吁保护内蒙古白云鄂博的珍贵稀土钍资源,避免包头市和黄河的放射性污染。

  2009年,许在象山科学大会上再次提出,要用10亿美元外汇储备建立稀土钍战略储备,控制生产和冶炼总量,并提出重点支持几家企业主导产业发展。

  许对此高呼,但他知道这不仅仅是一个科学家可以解决的技术问题。最好的对策是从行业甚至国家战略的角度控制稀土价格。

  不难看出,这背后是许为国服务的深厚情怀。以基础研究为国家目标服务是他终身职业的原则和动力。

  时间在流逝。早在20世纪50年代,新建立的新中国就充满了浪费。大洋彼岸,在年轻才子徐光先的面前,有一条通往科学巅峰的坦途。

  “当时我在量子化学方面有一些想法,我的导师说这些想法很好。当我毕业时,他推荐我成为米利根教授的博士后研究员,米利根教授是芝加哥大学著名的理论化学硕士。”徐回忆说,这是千载难逢的机会。

  这时,抗美援朝战争爆发了。美国即将通过一项法案,禁止所有在美留学的中国学生回国。

  “学习归来,贡献力量。”许想起了自己许下的伟大愿望。他隐约觉得,如果他不回去,他可能不得不一直住在别人的国家。然而,她的妻子高晓霞只花了一年就拿到了博士学位。在这个时候放弃不是很遗憾吗?

  “科学没有国界,但科学家有自己的祖国。”妻子的线日,许和夫人以华侨探亲的名义办理签证,登上“戈登将军”号游轮,多年不在,返回祖国。这是“禁止中国留学生回国”法案生效前开往中国的倒数第二艘游轮。

  回国后,许夫妇来到北京大学化学系任教,培养了新中国第一批化学人才。这对“化学夫妇”携手合作了半个多世纪,在祖国书写了一个传奇:同学们一起读书,同时回国,当选为中国科学院院士,并获得国家自然科学奖

  “我这辈子最满意的是跟高小霞在一起52年,最遗憾的是没有好好照顾她,让她先走了。”1998年,他的妻子因病去世。在追悼会上,许忍不住最后一次拥抱了妻子。在场的每个人都被它感动了。

  在巨大的悲痛中,许将学会放弃过去的一切。这就像是和他自己的战争。他想和将近80岁的心理医生单独生活。

  徐是最后的获胜者。在美国女儿家住了三个月后,他回到了熟悉的未明湖,人们再次看到了精力充沛的徐。他说:“我有一个稀土复合体,我永远也解决不了……”

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