“稀土之父”徐光宪 如果没有稀土,世界将会怎样?我们每天看的电视,其鲜艳的红色就来自于稀土元素铕和钇;外出携带的照相机,镜头里就有稀土镧;天天使用的手机、计算机中也有稀土元素……有资料显示,当今世界每5项发明专利中便有1项和稀土有关。稀土在我们的生活中无处不在,可它的元素分离利用并不轻松,徐光宪为此奉献了整整一辈子的光阴。
名家故事 1955年1月,中央决定要研制原子弹,提出“全民办原子能”的号召,要求北大、清华等许多高校建立原子能系,动员邻近领域的学者转行搞原子能。时任核工业部副部长的钱三强调徐光宪担任北大原子能系副主任,徐光宪开始从事原子核物理的教学和核燃料萃取化学的研究,并成立了核燃料化学教研室。老人今天坦陈:“我当时不太想去,因为我原来没有学过放射化学,但那时候,20世纪50年代啊,大家都是服从分配的。” 1964年,徐光宪参加了二机部绝密会议。在会上,徐光宪等提出,摒弃由苏联专家提供的沉淀法,以我国自行研究的、先进的萃取法筹建核燃料后处理厂,制造原子弹原料——钚。徐光宪等人的这一提议,使我国在苏联专家撤走后,在没有图纸的情况下,用较低的成本快速改建了还没有完成的厂房,使核工业在国家最困难的时候走上了快速发展的轨道。 1972年,北大化学系接受了一项紧急的军工任务——分离镨钕,纯度要求很高。徐光宪成了这一研究的领军人物。从量子化学到配位化学,再到核燃料化学,直到最后的稀土化学,这已是徐光宪第3次改变研究方向了。 稀土元素,简称稀土,又称稀土金属,有工业“维生素”之称,并被美、日等国列为21世纪的“战略元素”。中国原本有着世界上最大的稀土资源储备,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,使我国长期处于有资源无利益的窘境。 为什么爱国者导弹能比较轻易地击落飞毛腿导弹?为什么F-22战斗机可以超音速巡航?为什么美制坦克与苏制坦克的主炮直射距离差距不大,但前者总是能打得更准……徐光宪用几个“为什么”,勾勒出当今军事科技的巨大进步,并针对每一个“为什么”,从材料科学的角度指出,“稀土”能够解释上述的所有“为什么”。
图为2000年前,各国稀土产量占全球比例的变化趋势。1980年代中期以后,中国稀土产量所占比例急剧上升。 这是一项“前无古人”的尝试。镨、钕都属于稀土元素,它们的化学性质极为相似,尤其是15种镧系元素,犹如15个孪生兄弟一样,化学性质几乎一致,要将它们一一分离十分困难,而镨、钕的分离更是难中之难。 但徐光宪打了一个又一个“漂亮仗”。他建立自主创新的理论,推导出100多个公式,实现了稀土的回流串级萃取。在当时,一般萃取体系的镨钕分离系数只能达到1.4-1.5,而徐光宪从改进稀土萃取分离工艺入手,使镨钕分离系数打破了当时的世界纪录,达到了4。而且,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。 眼下,猛烈的金融风暴使全球许多企业步履维艰甚至轰然倒下,20多年前,国外稀土行业的跨国企业,也曾经历过一次类似的巨变,但不是金融风暴,他们称做“中国冲击”(China Impact)。正因为采用徐光宪的科研成果生产的单一高纯稀土大量出口,让那些曾经无视中国“稀土大国”地位的国家,不得不面对这样一个尴尬的现实:中国生产的单一高纯度稀土占世界产量的80%以上,随着中国的高纯度稀土大量出口,国际单一稀土价格下降30%至40%,包括美国钼公司、日本的稀土分离企业、法国的罗地亚公司等长期霸占世界市场的稀土垄断企业,分别不得不减产、停产、破产或寻求同中国人进行技术合作。中国终于实现了稀土资源大国向稀土生产大国、稀土出口大国的转变。为此,徐光宪被称做“稀土界的袁隆平”。
名家现在时 如今,已是耄耋之年的徐光宪依然活跃在科研前沿,而最近,他除了正在修订再版的《量子化学》,还在编写一本《知识的系统自然分类和新编码法》。徐光宪认为,现在通用的几种图书分类法,都有不足之处,而他“把知识体系分为三类,一类是科学技术,包括社会科学、自然科学、生命科学、信息科学、工程和技术科学、医学、农学等;第二类是文学、语言、音乐、艺术等;第三类是哲学、宗教学。它们分别探索3个不同的世界——科学技术探索、研究、认识、改造和保护物质世界,文学艺术表达情感世界,哲学从整体上研究精神和物质世界,宗教是一部分人的信仰世界。” 受中药铺抽屉的启发,徐光宪有一种“抽屉情结”,这让他养成了收集资料并分类做卡片的习惯。他家那些整齐排列的铁柜子上面都贴着标签,打开一看,里面从内到外整整齐齐地排放着资料,学科、标题一目了然。“5000年前,世界上只有三门学科:语言、图腾、技艺;2000年,已经增加到5000门;预计到本世纪中叶,应该有20000门学科,其中15000门是等待新创的。中国人至少要创造1/5。”(吴志菲)
名家小传 徐光宪 著名物理化学家、化学教育家,中国稀土化学的开创者、串级萃取理论的建立者。中国科学院院士。 1920年11月出生于浙江绍兴。1944年7月毕业于交通大学化学系,1951年3月获美国哥伦比亚大学博士学位。现为北京大学化学与分子工程学院教授、博士生导师、稀土化学研究中心名誉主任。
由于稀土在高科技武器的关键材料中具有极为重要的地位,发达国家一直很重视稀土产业,但自1980年代以后各国稀土垄断巨头纷纷被低价的中国稀土挤垮。 美国过去也曾是稀土生产大国,但因为提取过程成本太高,而且会对环境造成破坏,后来逐渐缩减生产,转而大量采用较低价的中国原料。 镨、钕都属于稀土元素,它们的化学性质极为相似,尤其是15种镧系元素,犹如15个孪生兄弟一样,化学性质几乎一致,要将它们一一分离十分困难,而镨、钕的分离更是难中之难。上图为镨钕合金,下图为氧化镨钕粉末。
当今世界,每6项新技术的发明,就有一项离不开稀土。稀土是21世纪重要的战略资源,是现代工业的“味精”。F-22超音速巡航的功能,则靠其强大的发动机以及轻而坚固的机身所赐,它们都大量使用稀土科技造就的特种材料。 稀土金属钇的用途很广,钇铝石榴石可用作激光材料,钇铁石榴石用于微波技术及声能换送,掺铕的钒酸钇及掺铕的氧化钇用作彩色电视机的荧光粉。氧化钇可制特种玻璃及陶瓷,并用作催化剂。金属钇在合金方面也有广泛用途。 在海湾战争中,加入稀土元素镧的夜视仪成为美军坦克压倒性优势的来源。上图为氯化镧粉末。 稀土是制造精密商业和军事电子装置、激光装置、光学器件、监视通信装置、磁体和电池的重要原材料。其中钆及其同位素都是最有效的中子吸收剂,虽然因稀少而限制了其应用,但它们常用于制造核反应堆中的控制棒,起作用在于吸收中子从而有效的终止核反应堆中的链式反应的进行。钆的化合物还常用于制备彩电显像管和计算机显示器中的磷光体。
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