中国稀土之父徐(稀土专家徐光宪)

在徐光宪的世界里,稀土是一个“永远解不开的情结”,书写下一个生命变异。

“恐怕二三十年就用完了,中国就成稀土小国了!”

中国“稀土之父”徐光宪看到中国大量出口的稀土只能以“白菜价”出售,无序过度开采造成严重的资源流失和环境破坏,忧心忡忡。90多岁的他再也坐不住了,就出发去矿区调查研究。

在普通人眼里,稀土是神奇的化学物质;对于国家来说,稀土是“工业维生素”,是重要的战略资源。但在徐光宪的世界里,稀土是一个“永远解不开的情结”,书写着下一个生命变异。

为创新“半路出家”

稀土被人类发现、了解和利用已经有200多年了。虽然中国拥有世界上最大的稀土资源储量,但直到上世纪70年代,中国还只能向国外廉价出口稀土原料,然后高价进口高纯度的稀土产品。

这种尴尬局面的背后,是落后的科研和产业现实。稀土分离工艺和生产技术已被少数外国制造商垄断,成为高度机密。

1972年,徐光宪在北京大学化学系接受了一项特别紧急的军事任务——分离镨和钕这两种最相似的稀土元素,纯度要求很高。

52岁的徐光宪“半路出家”,接下这个任务,踏入稀土研究领域。这是他1951年回国以来,国家第三次需要改变他的研究方向。学完量子化学后,他转到配位化学,然后到放射化学,最后到稀土化学。

“这两种元素更像是孪生兄弟,极难分离。但中国作为世界上最大的稀土国家,长期以来只能出口稀土精矿、混合稀土等初级产品,这让我们感到很不适应。所以,再难也要去。”徐光宪没有犹豫。

徐光宪查阅资料时发现,国外学术界一直没有很好地解决分离镨钕的问题。他回忆说,当时最先进的法国罗地亚工厂,已经可以用萃取的方法分离其他稀土,但仍然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。

在没有先例可循的情况下,徐光宪做出了一个大胆的决定,挑战萃取分离这一国际难题。

“我们在科研上有一个信念,就是立足基础研究,着眼国家目标,不跟外国人跑,走自己的创新之路。”这就是徐光宪的科研之道。

从理论上讲,提取技术并不复杂。但要达到极高的纯度要求,需要经过上百次的提取分离,每次分离的结果串联起来,才能最终达到99%以上的纯度。这个极其繁琐的过程被称为级联提取。

“中国冲击”

理论和实践之间往往有巨大的差距。徐光宪最大的挑战是如何将串级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漫长的“摇动漏斗”方法来模拟级联实验,以获得精确的设定参数。如果整个过程稍有差错,得不到满意的结果,一切都得从头再来。

而且,徐光宪的创新还得面对“本土化”的挑战。在国外生产技术成熟的稀土厂中,“摇动漏斗”技术可以尽可能保持原料不变。而稀土在国内分布广泛,内蒙、四川、山东等地的原料成分不同,对稀土的分离要求自然也不统一。

“我们要根据原料找到合适的工艺,更重要的是找到这个工艺背后的理论依据。”理科出身的徐光宪始终不忘理论研究是创新的基石。

白天“摇漏斗”,晚上琢磨级联理论。有人开玩笑说,白天是体力劳动者,晚上是脑力劳动者。一周工作80个小时,没有假期,徐光宪被迷住了。

身边的同事回忆起当年的科研场景说:“只有在稀土元素周期表和稀土元素4f轨道模型之间,徐老师才会坐得舒服。”

好事多磨和梯级提取的规则清晰地呈现在徐光宪面前。他的“恒混合萃取比定律”的发现,最终确立了串级萃取理论。

在此基础上,他和他的团队提取了包含100多个公式的数学模型,创造了“稀土萃取分离过程一步放大”技术,使原本困难的稀土生产过程“变笨”,省去了费时费力的“摇动漏斗”步骤,可直接应用于实际生产。

徐光宪的提取“流水线”就像魔术师手中的魔法黑盒子。只要把稀土原料投入一侧,就能从另一侧源源不断地输出各种高纯度的稀土元素。

同事们大为惊讶,不相信徐光宪能用这么简单的方式完成这个曾经被视为世界级难题的任务。

1978年,徐光宪成立了“国家级梯级提取车间”,将自己的科研成果在国营工厂免费推广。几年前还被外企视为绝密的稀土分离技术,变成了连中国乡镇企业都能掌握的技术。

很快,法国、美国、日本在国际稀土市场的垄断地位被打破,中国实现了从稀土资源大国到稀土生产和出口大国的跨越。

到上世纪90年代初,由于中国单一高纯稀土的大量出口,稀土的国际价格已经下降了近四分之一。许多外国稀土制造商不得不减产甚至停产,成功改写了国际稀土行业的格局,他们称之为“中国影响”。

因此,徐光宪被称为“稀土袁隆平”。

担心“稀土之父”

2008年,徐光宪获得国家最高科学技术奖。他心里还是稀土:“获奖是集体努力的结果,我只是这个集体的代表。我已经跟你说好了,包括个人收入50万,全部拿出来。资金应该以稀土研究为主……”

梯级提取理论和技术为徐光宪赢得了许多赞誉和荣耀。直到今天,他的研究成果仍然是中国稀土工业的基础,保持着世界领先地位。在他的实验室里,一项又一项的研究成果相继诞生。

然而,除了科研,徐光宪对稀土的未来有更多的担忧。

令徐光宪惊讶的是,创造了“中国奇迹”的稀土梯级提取技术,在大规模推动中国稀土产业发展的同时,也间接引发了巨大的危机和风险。

“中国一下子建立了几十家稀土工厂.”作为我国稀土化学研究领域的领军人物,“稀土之父”徐光宪没有想到自己发明的工艺会导致这样的“弊病”。

稀土产量与日俱增,远远超过世界需求。于是乎,为了能够出口,各厂家都主动降低纯度要求,同时大幅降低自己的价格。媒体甚至评论我们是在“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、高质量的稀土,损失至少55亿美元,使日本、韩国等国得以低价储备可维持20年的稀土。”徐光宪曾做过这样的估计。

面对严峻的形势,徐光宪深感痛心。2005年至2006年,他与石昌旭等14位院士一起,两次致信国务院总理温家宝,呼吁保护中国内蒙古白云鄂博珍贵的稀土和钍资源,避免包头市和黄河受到放射性污染。

很快,温家宝给出了答复,建议从2007年开始限制稀土产量。

2009年,徐光宪在香山科学大会上再次提出,要以10亿美元的外汇储备设立稀土、钍战略储备,控制生产和冶炼总量,并建议优先扶持几家企业发展主导产业。

徐光宪对此直言不讳,但他知道这不仅仅是科学家能解决的技术问题。最佳对策是从行业乃至国家战略的角度控制稀土价格。

不难体会到,这背后是徐光宪报国的深情。以基础研究为国家目标服务,是他一生事业的原则和动力。

时光倒流到上世纪50年代,刚刚成立的新中国一片废墟。在大洋彼岸的美国,在青年才俊徐光宪面前,是一条通往科学巅峰的坦途。

“我当时对量子化学有一些想法,导师说这些想法很好。我毕业的时候,他推荐我跟芝加哥大学著名的理论化学大师密立根教授做博士后。”徐光宪回忆说,那是一个千载难逢的机会。

就在这时,抗美援朝战争爆发了。美国即将通过一项法案,禁止所有在美中国留学生回国。

“学成回国,建功立业。”徐光宪想起了自己的远大志向。他隐约觉得,如果不回去,可能会一直生活在另一个国家。然而,我的妻子高只花了一年时间就获得了博士学位。这时候放弃岂不是很可惜?

“科学没有国界,但科学家有祖国。”妻子的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拿到签证,登上“戈登将军”号游轮,回到阔别多年的祖国。这是“禁止在美中国留学生回国”法案生效前最后一艘前往中国的邮轮。

回国后,徐光宪夫妇加入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”携手走过了半个多世纪,书写了祖国接下来的传奇故事:和同学一起学习,同时回国,当选中国科学院院士(院士),获得国家自然科学奖…

“在我的一生中,最满意的事是和高一起度过的五十二年;我最后悔的是没有好好照顾她,让她比我先离开。”1998年,妻子病逝,徐光宪在追悼会上忍不住最后一次拥抱妻子,痛哭流涕,在场的人都为之感动。

在巨大的悲痛中,徐光宪要学会放弃过去的一切。这就像是一场与自己的战争。他要学会带着自己将近80岁的心独自生活。

徐光宪是最后的赢家。在美国女儿家待了三个月后,他回到了熟悉的未名湖,人们又看到了焕然一新的老徐。他说:“我有稀土情结,永远解不开……”

◎作者|郝军

◎来源|中国科学报

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