在中国科技发展史上,有这样一位科学家,他让中国从守着稀土金矿却只能廉价出口原料的尴尬境地,一跃成为全球稀土产业的绝对主导者,他发明的串级萃取理论不仅打破了西方国家的技术垄断,更彻底改写了国际稀土市场格局。
他被誉为稀土界的袁隆平,却始终谦称自己只是团队的代表,他就是中国稀土之父、2008年度国家最高科学技术奖获得者徐光宪院士。
这位科学巨匠仅凭借一项理论创新,就让中国稀土实现了从“按吨贱卖”到“按克计价”的历史性跨越。
稀土这个被称为工业维生素的战略资源,是现代高科技产业不可或缺的核心材料,从隐形战机到超导技术,从智能手机到新能源汽车,稀土元素几乎渗透到国防军工和日常生活的每个角落。
“谁掌握了稀土,谁就全天候掌握了战场。”
中国拥有全球最丰富的稀土资源储备,仅内蒙古白云鄂博一地的储藏量就占世界50%以上,然而在20世纪70年代以前,中国却陷入守着金饭碗讨饭吃的尴尬局面。
当时的情况令人痛心,中国只能以极其低廉的价格出口稀土精矿和混合稀土等初级产品,然后花费几十倍甚至几百倍的高价从美、法、日等国进口经过提纯的单一高纯度稀土成品。
更令人愤慨的是,这些国家将稀土分离技术视为绝密,对中国实施严格封锁,1972年,52岁的徐光宪在北大化学系接到一项紧急军工任务,分离稀土元素中性质最为相近的镨和钕,纯度要求极高。
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,长期只能出口初级产品,我们心里不舒服,所以再难也要上。正是这种不服输的科研精神和对国家资源被贱卖的心痛,推动他踏上了改变中国稀土命运的征程。
接手任务后,徐光宪面临的是一个国际公认的难题,当时全球主流的稀土分离方法是离子交换法和分级结晶法,但这些方法成本高、效率低,无法满足大规模工业生产需求。经过深入研究,徐光宪做出了一个大胆决定,放弃国际流行方法,采用萃取法来完成这项不可能的任务。
萃取法虽然理论上可行,但实际操作中困难重重,在实验阶段,科研人员必须采用繁复的摇漏斗方法模拟串级实验,整个过程耗时耗力,稍有失误就要推倒重来。
更复杂的是,中国各地的稀土原料组成差异很大,内蒙古、四川、山东等地的稀土成分各不相同,这就要求分离工艺必须因地制宜,不能简单套用。
面对这些挑战,徐光宪带领团队开启了疯狂科研模式:白天做摇漏斗实验,晚上研究串级理论,每周工作80小时以上,没有节假日。功夫不负有心人,他们最终发现了稀土溶剂萃取体系的恒定混合萃取比基本规律,建立了具有普适性的串级萃取理论。
徐光宪团队将镨钕分离系数从国际水平的1.4—1.5大幅提升至4,创造了新的世界纪录。
但徐光宪并未止步于此,为了让理论更好地服务工业生产,他又带领团队实现了从实验室到工厂的一步放大技术革命,通过计算机模拟取代传统的小试、中试等中间环节,直接将设计参数放大到工业生产规模。
这一创新不仅大大缩短了研发周期,还将原本需要100多天的模拟实验流程压缩到不到一周。
1975年8月,在全国稀土会议上,徐光宪首次公开展示了他的串级萃取技术:一排排看似普通的萃取箱像流水线一样连接,只需在一端投入原料,另一端就会源源不断输出各种高纯度稀土元素,这一场景让与会专家惊叹不已,标志着中国稀土分离技术已实现质的飞跃。
理论突破只是开始,产业应用才是关键,1978年徐光宪做出一项令人敬佩的决定,他开办全国串级萃取讲习班,将自己的科研成果无偿推广到全国稀土工厂,这种无私奉献的精神,与当时西方国家将技术视为绝密的做法形成鲜明对比。
新技术很快在上海跃龙化工厂得到应用,当一排排萃取箱开始运转,高纯度稀土如流水般产出时,所有质疑都烟消云散,传统那种耗时长、产量低、无法连续生产的落后工艺被彻底淘汰,中国稀土工业迎来全新纪元。
到20世纪90年代初,中国单一高纯度稀土产量已占全球85%以上,随着中国稀土大量出口,国际价格暴跌30%—40%,长期垄断市场的美国钼公司、日本稀土分离企业和法国罗地亚公司等跨国巨头,不得不纷纷减产、停产甚至破产,国际稀土界将这一现象称为中国冲击。
这一冲击彻底改写了全球稀土产业格局,中国实现了从稀土资源大国向生产强国的历史性跨越。
稀土出口也从初级原料变为高附加值产品,价值增长数十倍,真正实现了从“按吨卖”到“按克算”的转变。徐光宪的一个理论,让中国稀土产业增值何止千亿。
徐光宪的科研人生,是一部与国家需要紧密相连的奋斗史,他一生中曾四次因国家需要而改变研究方向,每次转向都意味着从零开始,但他从未犹豫。
1920年生于浙江绍兴的徐光宪,从小在父亲数学思维和母亲的教导下成长,1946年,他从上海交通大学毕业后赴美留学,在哥伦比亚大学获得博士学位并取得突出成就,甚至获得象征开启科学大门的金钥匙。
1951年朝鲜战争爆发后,美国即将通过法案阻止中国留学生回国,当时徐光宪的妻子高小霞只需一年就能拿到博士学位,但她一句科学没有国界,但科学家有祖国坚定了夫妻俩回国的决心。
他们以回国探亲为由获得签证,搭乘美国政府禁令生效前的倒数第三艘邮轮回到祖国。
晚年的徐光宪仍心系稀土产业可持续发展,2005年他与师昌绪等15位院士联名上书,呼吁保护白云鄂博矿稀土和钍资源,避免环境污染。国家高度重视这一建议,采取措施限制稀土产量,扭转了廉价出口的局面。
在科研之外,徐光宪还是一位杰出的教育家,他常说:“假如学生不能超过先生,国家就不能进步。”这种甘为人梯的精神,培养了大批优秀人才。
在学生眼中,徐光宪既是严师也是慈父,得知学生黎健的孩子患脑瘫,他长期用稿费接济,1989年春节,他摸黑为不能回家的黎健一家送去亲手烹制的烧鸡和八宝饭。非典期间,他两次致信北大学生,鼓励他们在困难中坚持学习。
2008年,88岁的徐光宪荣获国家最高科学技术奖,成为中国化学界首位获此殊荣的科学家。面对荣誉,他谦逊地说:“这是诸多我曾经的学生和团队集体做出的成绩,我只是这个集体的代表。”
2015年4月28日,徐光宪院士与世长辞,但他开创的稀土传奇仍在继续,今天中国稀土产业已形成从开采、分离到应用的完整产业链,在全球占据绝对主导地位,这一切都源于半个世纪前那位“半路出家”的科学家的大胆创新与无私奉献。
徐光宪用一生诠释了什么是真正的科学家精神:既有“敢为天下先”的创新勇气,又有“十年磨一剑”的坚守毅力。
既有“国家需要就是我的专业”的担当,又有“甘为人梯”的胸襟,他让中国稀土实现了从贱卖资源到掌控定价权的华丽转身,更为中国科技自主创新树立了典范。
正如徐光宪自己所说:“一辈子搞稀土,我喜欢,把咱们宝贵的资源利用得更好,这是一种乐趣,它紧紧连着我和我的祖国。”这种将个人理想与国家需要紧密结合的精神,正是当今中国科技工作者最需要传承的宝贵财富。
参考资料
学习时报 - 2023-08-30:徐光宪:提取高纯度稀土达到99.99%
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