感谢徐光宪院士 这项国家机密级别的技术让稀土生产简单化规模化_风闻

1972年，北京大学化学系接到了一项紧急军工任务——分离镨钕。因为技术物理系被划到北大汉中分校而刚刚被调回化学系的徐光宪接下了这份任务。

镨钕都属于稀土元素。稀土元素一共有17种，包括Sc、Y和15种镧系元素。它们的化学性质极为相似，尤其是15种镧系元素，一个个张得就象是孪生兄弟一样，不仔细瞧，根本就无法区别，因此要将它们一一分离十分困难。而镨钕的分离又是难中之难，所以选择一种合适的分离方法是问题的关键。

在当时，国际上稀土分离的主流是离子交换法和分级结晶法。两种办法在过程上不连续，成本很高，提炼出的稀土元素纯度也成问题，不太适应大规模的工业生产。徐光宪思索再三，决定还是采用自己已经研究过多年的老法子——萃取法来完成这项艰巨的任务。

说这是他的老法子是因为早在1957年当徐光宪开始参加创办我国原子能事业时，就开始涉足这一领域了。当时核燃料的分离、提纯是原子能工业中与化学有关的核心问题之一。从1946年开始旁听吴先生讲授量子化学算起，已经研究了十年量子化学的徐光宪注意到萃取过程与络合作用的联系以及萃取方法用于分离的可能性及其优点。当初国际上萃取化学仍然是一门新兴学科，关于萃取体系的分类很不统一，在理论中存在着很多与实际和试验不相吻合的假设，甚至在对萃取机理的解释也相当混乱。徐光宪决定首先从系统整理资料入手。他做了上万张文献卡片，经过深入的思考、分析、归纳，于1962年提出了恰当而细致的萃取体系分类方法，随后又在此基础上阐明了若干典型体系的萃取机理，提出了几个关于萃取的一般规律。他还和黎乐民教授联手改进了研究萃取平衡的两相滴定法。他的这些研究成果很快在国际上得到了认同，并迅速运用到我国的原子能工业中去。1963年二机部在青岛燕儿岛举行了一次绝密决策会议。会议决定废除原来的由苏联提供给我国的沉淀法流程，改为采用徐光宪提出的萃取法分离铀钚（采用PUREX流程后处理工艺）。

什么叫做萃取呢？日常生活中我们会有这样的体验：油和水总是互不相溶的。即使将两者搅散在一起，静止一会儿之后油仍然会和水分离开。如果我们将一种混合物放在互不相溶的水和油（水和油叫做溶剂）中，只要其中的某一成分比其它成分更易溶于油，那么我们可想而知，在油中所提炼出的这种成分会比其它成分多，也就是说这种成分的纯度高了。化学学科中的所谓“萃取”，其原理和这个过程是一样的，只是适用范围更广，所使用的溶剂的范围也大大扩展了，不只是水和油了。如果我们能够找到一种“油”，它溶解稀土中某一种元素的能力要比溶解其它元素的能力强，而且能够和“水”不相溶，那么相对于其它元素，“油”中这种元素的浓度就高了。如果我们反复这一过程，那么最后在“油”中可能就只有这一种元素而几乎没有其它元素了。然后我们经过一定的处理，就可以从“油”中提取出几乎是纯的这种元素。如果将这个过程运用于实际生产，那么加什么溶剂，加多少，这个过程究竟要反复多少次，怎样将某种元素的萃取过程和其它元素的萃取过程统一协调起来等等这些问题都需要解决，而且在工业生产中还必须考虑到成本和时间等其它因素。这些就是徐光宪和他的研究集体所研究的主要问题。

但是徐光宪所面临的问题和困难远不是想象的那么简单。在他之前，还没有人将萃取法真正运用到分离稀土元素的实际生产过程去，很多人都不相信萃取法能够适用于实际工业生产。这不仅是因为当时萃取化学这一学科分支尚未成熟，而且也是因为稀土元素本身的特性。17种元素要想提纯任何一种在当时都是极大的挑战。

这种时候往往也是人最容易退缩的时候，但如果走下去却往往是最容易取得成就的。在迈向荒原的征途中，徐光宪没有因为前方的荆棘而畏缩，也没有因为乱草飞花而迷了眼。他以他特有的学术敏感，敏锐地指出萃取法用于稀土分离是大有可为的。他的眼光已经直接投向了茫茫荒原之外那一片青山绿水。而给了他充足信心的则是早年在萃取化学中获得研究经验。

当时一般萃取体系的镨钕分离系数只能达到1.4——1.5。徐光宪从改进稀土萃取分离工艺入手，他通过选择萃取剂和络合剂，配成季铵盐——DTPA“推拉”体系。最终他不仅出色地完成了这一项紧急军工任务，而且使镨钕分离系数打破当时的世界纪录，达到了相当高的4。

但是徐光宪和他的研究群体却没有时间去享受喜悦，因为这种萃取法在直接运用到工业生产中仍然有困难。大家马不停蹄地又开始了另一番征程。

他的下一个目标就是串级萃取。徐光宪希望能够设计一种能够新的高效的稀土生产工艺。中国原本有着世界上最大的稀土资源储备，仅白云鄂博一地的储藏量就占整个世界的50%以上。但是生产技术掌握在国外少数厂商手中，他们将这些技术作为高度机密。中国长期以来只能向外国出口稀土矿然后再进口稀土制品。中国是稀土资源大国，却不是稀土生产大国。如果徐光宪此举能够成功，那么将改变国内稀土行业长期受制于人的落后局面。

那时美国曾有过一个专利报道，提出用推拉体系萃取分离稀土，但从未用到实际生产中去，因为无法实现串级萃取过程。当时国际上流行的串级萃取理论是L.阿尔德斯提出来的，徐光宪仔细分析了在串级萃取过程中络合平衡移动的情况，发现阿尔德斯串级萃取理论的基本假定：“在串级过程中萃取比保持恒定”，在稀土推拉体系串级萃取过程中是不成立的。他重新设计出一套化学操作流程，并导出与此相应的一套串级萃取理论公式，并在此基础上设计出了一种新的回流串级萃取工艺。

1974年9月他亲赴包头稀土三厂参加这一新工艺流程用于分离包头轻稀土的工业规模试验。这种试验短则一两个月，长则半年一年，需要极大的耐心。而且任何一个环节出了问题，都会影响到最后的结果。一次失败就意味着不得不再等上几个月才能检验结果，那将是极大的损失。但是徐光宪凭靠多年的经验，一次即获得成功，从而在国际上首次实现了用推拉体系高效率萃取分离稀土的工业生产。在这些工作的基础上，他随后陆续提出了可广泛应用于稀土串级萃取分离流程优化工艺设计的设计原则和方法，极值公式，分馏萃取三出口工艺的设计原则和方法，建立了串级萃取动态过程的数学模型与计算程序，回流启动模式等。

1975年8月 第一次全国稀土会议在京召开。徐光宪在会上提出了自己的串级萃取理论引起轰动。有色研究总院总工程师萧祖炽对他说：“你就给大家办个串级萃取理论讨论班吧。”曾在与徐光宪的合作中尝到甜头的上海跃龙化工厂主动要求把这个活儿给揽下来。1978年，“全国串级萃取讲习班”顺利举办。徐光宪和他的课题组的科研成果迅速在全国推广开来。这些原则和方法用于实际生产，大大提高了中国稀土工业的竞争力。当时世界上最先进的稀土分离工艺集中在西方少数国家中，他们垄断了国际稀土市场。但是徐光宪的串级萃取工艺让世界突然发现：现在在这个领域的领头羊已经不再是昔日的美国、法国和日本了，而是中国。一排排看似貌不惊人的萃取箱像流水线一样连接起来。你只需要在这边放入原料，在“流水线”的另一端的不同出口就会源源不断地输出各种高纯度的稀土元素。原来那种耗时长、产量低、分离系数低、无法连续生产的生产工艺被彻底抛弃了。

但是徐光宪还没有满足。萃取液的配置和各种参数的确定对于生产者仍然是一件极为头痛的事。他决定把这样一项复杂的生产工艺“傻瓜化”。​不久，他又和李标国、严纯华等又共同研究成功了“稀土萃取分离工艺的一步放大”技术，不经过小试、扩试，一步放大到工业生产规模，传统的串级萃取小型试验被计算机模拟代替。现在的稀土生产已经人性化地变味了几个简单数据的输入。这项技术让国外同行惊讶不已。至今这项关键的技术仍然属于国家机密。正因为这样，徐光宪和他的课题组在许多方面虽有成果却不能写成论文发表。对这个，他们淡然处之，所给的答复只是微微一笑。

从上个世纪90年代初起,由于我国单一高纯稀土大量出口,使国际单一稀土价格下降落3~4倍, 原来曾经长期垄断稀土国际市场一些国外稀土生产商不得不减产、转产甚至停产，被国外称为CHINA IMPACT，影响十分深远。中国终于实现了有稀土资源大国向稀土生产大国、稀土出口大国的转变。有人说，徐光宪和他的同事们共同创造了一个“中国传奇”。1992年，邓小平同志在视察南方时，在听了有关同志对国内稀土产业的发展情况的介绍之后十分高兴地说：“中东有石油，中国有稀土，中国的稀土资源占世界已知储量的80％，其地位可与中东石油相比，具有极其重要的战略意义。”他只是说：“一定要把稀土的事做好。”1999年1月，江泽民同志在视察包头时又专门题词：“搞好稀土开发利用，把资源优势转化为经济优势。”

徐光宪和他的课题组获得了大量的荣誉。1978年，他们的研究成果获全国科学大会奖，1985年又获国家经委颁发的奖励和荣誉证书；“串级萃取理论及其在稀土和金川钴镍分离中的应用”获得1985年国家教委科技进步一等奖，“串级萃取理论及其应用”获得1987年国家自然科学三等奖，“轻稀土三出口萃取分离工艺理论设计及其工业实践”获得1988年国家教委科技进步二等奖；1989年获冶金部和全国稀土推广应用领导小组颁发的科技进步二等奖；1990年获得广东省科技进步一等奖；“稀土萃取分离工艺的一步放大”获1991年国家科技进步三等奖，等等。（来源：北京大学新闻网）

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