舉重若重的“稀土之父”徐光憲

余　瑋

2009年1月9日上午，人民大會堂燈光璀璨，鮮花競艷，國家科學(xué)技術(shù)獎勵大會在這里隆重召開。這是科技界每年一次的美麗約會，也是我國自主創(chuàng)新成就的最高檢閱臺。

當(dāng)國家主席胡錦濤親手將被稱為中國“諾貝爾獎”的國家最高科學(xué)技術(shù)獎證書頒給銀發(fā)滿頭的“中國稀土之父”、著名物理化學(xué)家、化學(xué)教育家徐光憲院士時，全場響起經(jīng)久不息的掌聲。被點將領(lǐng)銜分離“孿生兄弟”

1972年，北大化學(xué)系接受了一項緊急的軍工任務(wù)——分離鐠釹，純度要求很高。徐光憲成了這一研究的領(lǐng)軍人物。從量子化學(xué)到配位化學(xué)，再到核燃料化學(xué)，直到最后的稀土化學(xué)，這已是徐光憲第三次改變研究方向了。

稀土元素，簡稱稀土，又稱稀土金屬，在通訊信息、石油催化、彩色顯示、儲氫材料，以及超導(dǎo)材料等方面扮演著無可替代的角色，有工業(yè)“維生素”之稱，并被美、日等國列為21世紀(jì)的“戰(zhàn)略元素”。對徐光憲來說，“國家需要”始終是第一位的理由，他轉(zhuǎn)換研究方向無怨無悔。

為什么愛國者導(dǎo)彈能比較輕易地?fù)袈滹w毛腿導(dǎo)彈?為什么F-22戰(zhàn)斗機(jī)可以超音速巡航?為什么美制坦克與蘇制坦克的主炮直射距離差距不大，但前者總是能打得更準(zhǔn)?……徐光憲用幾個“為什么”勾勒出當(dāng)今軍事科技的巨大進(jìn)步，并針對每一個“為什么”，從材料科學(xué)的角度，指出“稀土”能夠解釋上述的所有“為什么”。

鄧小平曾說過：“中東有石油，中國有稀土，中國的稀土資源占世界已知儲量的80％，其地位可與中東的石油相比，具有極其重要的戰(zhàn)略意義，一定要把稀土的事情辦好，把我國的稀土優(yōu)勢發(fā)揮出來?！敝袊居兄澜缟献畲蟮南⊥临Y源儲備，但是生產(chǎn)技術(shù)掌握在國外少數(shù)廠商手中，他們將這些技術(shù)作為高度機(jī)密。中國長期以來只能依賴于低價出口稀土礦物和混合物來獲取蠅頭小利。同時，中國還高價進(jìn)口深加工產(chǎn)品，使我國長期處于有資源無利益的窘境。

這是一項“前無古人”的嘗試。鐠、釹都屬于稀土元素，它們的化學(xué)性質(zhì)極為相似，尤其是15種鑭系元素，猶如15個孿生兄弟一樣，化學(xué)性質(zhì)幾乎一致，要將它們一一分離十分困難，而鐠釹的分離又是難中之難。

徐光憲打了一個又一個“漂亮仗”——他建立自主創(chuàng)新的串級萃取理論，推導(dǎo)出100多個公式，并成功設(shè)計出了整套工藝流程，實現(xiàn)了稀土的回流串級萃取。

什么是“萃取”?這好比有100個運動員，身高、體重、相貌都差不多，穿著相同的運動服，怎么能分辨出哪些是打排球的、哪些是打籃球的呢?于是把他們帶到兩塊場地邊，一塊是籃球場、一塊是排球場，結(jié)果籃球運動員和排球運動員都跑到了各自的場地上，就把他們分開了。如果把稀土元素比做運動員，那在現(xiàn)實中，“籃球場”和“排球場”變成了油和水，假如把兩個AB共生的元素放到油和水的混臺物中，A愛往油里跑，B則愛在水里呆著。經(jīng)過一次分離后，油里有55％的A，而水里有45％的B。一次分離，就算“一級”。目前稀土的分離過程，大概需要400到500級。通過不斷分離，并將每次的成果串聯(lián)起來，最后元素純度達(dá)到99％以上，就是串級萃取。

但是，串級萃取中有著太多的變量：油和水要放多少?油是花生油還是豆油?水是糖水還是鹽水?每個元素分離的次數(shù)應(yīng)當(dāng)是多少……

阿基米德說，給他一個支點，他能撬動地球。雖然他最后也沒能撬動地球，但徐光憲卻找到了他的“支點”。他發(fā)現(xiàn)，無論油和水的條件怎樣變化，但在大多數(shù)的條件下，油和水中金屬離子各自的總濃度比是一個常數(shù)。換句話說，就是A B兩種元素放入油和水中，油中A+B離子數(shù)和水中A+B的離子數(shù)相比，得到的始終是一個常數(shù)。這就是“恒定混合萃取比規(guī)律”。

“恒定混合萃取比規(guī)律”的發(fā)現(xiàn)，使串級萃取理論最終建立。徐光憲和他的團(tuán)隊在此基礎(chǔ)上提取了包含100多個公式的數(shù)學(xué)模型，并創(chuàng)建了“稀土萃取分離工藝一步放大”技術(shù)，使原本繁難的稀土生產(chǎn)工藝“傻瓜化”，可以免除費時費力的“搖漏斗”小試、中試等步驟，直接放大到實際生產(chǎn)……

在當(dāng)時，一般萃取體系的鐠釹分離系數(shù)只能達(dá)到1.4-1.5。徐光憲從改進(jìn)稀土萃取分離工藝人手，使鐠釹分離系數(shù)打破了當(dāng)時的世界紀(jì)錄，達(dá)到了相當(dāng)高的4。一排排看似貌不驚人的萃取箱像流水線一樣連接起來，你只需要在這邊放人原料，在“流水線”的另一端的不同出口，就會源源不斷地輸出各種高純度的稀土元素。原來那種耗時長、產(chǎn)量低、分離系數(shù)低、無法連續(xù)生產(chǎn)的生產(chǎn)工藝被徹底拋棄了。

2009年，猛烈的金融風(fēng)暴使全球許多企業(yè)步履維艱甚至轟然倒下。20多年前，國外稀土行業(yè)的跨國企業(yè)，也曾經(jīng)歷過一次類似的巨變，但不是金融風(fēng)暴，他們稱作“中國沖擊”(China Impact)。正因為采用徐光憲的科研成果生產(chǎn)的單一高純稀土大量出口，讓那些曾經(jīng)無視中國“稀土大國”地位的國家不得不面對這樣一個尷尬的現(xiàn)實：中國生產(chǎn)的單一高純度稀土占世界產(chǎn)量的80％以上，隨著中國的高純度稀土大量出口，使國際單一稀土價格下降30％--40％，包括美國鉬公司、日本的稀土分離企業(yè)、祛國的羅地亞公司等一些長期霸占世界市場的稀土壟斷企業(yè)，分別不得不減產(chǎn)、停產(chǎn)、破產(chǎn)，或?qū)で笸袊诉M(jìn)行分離技術(shù)方面的合作。中國終于實現(xiàn)了稀土資源大國向稀土生產(chǎn)大國、稀土出口大國的轉(zhuǎn)變。為此，徐光憲被稱作“稀土界的袁隆平”。

我們很難想像，如果沒有稀土，世界將會怎樣。我們每天看的電視，其鮮艷的紅色就來自于稀土元素銪和釔-外出攜帶的照相機(jī)，鏡頭里就有稀土鑭；我們天天使用的手機(jī)、計算機(jī)中也有稀土元素。有資料顯示，當(dāng)今世界每5項發(fā)明專利中便有1項和稀土有關(guān)。別看稀土在我們的生活中無處不在，可它的分離利用卻并不那么輕松，徐光憲為此奉獻(xiàn)了整整一輩子的光陰。

“我國雖然已實現(xiàn)從稀土資源大國到生產(chǎn)和應(yīng)用大國的飛躍，但我們還要確?？萍缄犖楹罄^有人，在其他科學(xué)領(lǐng)域還有許多課題要探索，我們要多學(xué)習(xí)、多研究?！毙旃鈶椖戏娇谝魸庵兀Z氣鄭重，似乎鞭策著自己，也希冀著后人。

徐光憲盡管已是高齡，但是對于新知識的汲取是一般年輕人難以望其項背的，他是那一代老教授里第一批學(xué)會使用電腦的。也許正因為時時愿意和年輕人在一起，徐光憲一直有著一顆童心，他給自已在學(xué)校BBS上的ID取名為“老頑童”。他每天要花大量時間上網(wǎng)，了解各種信息，并經(jīng)常把有用的東西“打包”轉(zhuǎn)發(fā)給大家，連書信、論文和ppt都是他自己一個字一個字敲進(jìn)電腦的。

老人打字并不快。想像著他端坐電腦前，一連幾小時敲擊鍵盤的情形，更加深信他對自己的評價：“如果把科學(xué)家分為幾類，有舉重若輕的，有舉輕若重的，那么我都不是，我屬于‘舉重若重的一類人?！?/p>

在他看來，自己摯愛一生的教書和科研，是一切的“重中之重”?！爸麗蹏囆g(shù)家常香玉說過一句話，‘戲比天大，說得非常好。對我們教師來講，就是‘上課比天大，科研比天大。這是一種基本的敬業(yè)精神。”他自稱是個不折不扣的“金庸迷”，并說自己還愛看《三國演義》與《紅樓夢》。工作之余，徐光憲練練八段錦、太極拳。