“稀土之父”徐光憲 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;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)。稀土在我們的生活中無處不在,可它的元素分離利用并不輕松,徐光憲為此奉獻(xiàn)了整整一輩子的光陰?!?b>名家故事 1955年1月,中央決定要研制原子彈,提出“全民辦原子能”的號召,要求北大、清華等許多高校建立原子能系,動員鄰近領(lǐng)域的學(xué)者轉(zhuǎn)行搞原子能。時任核工業(yè)部副部長的錢三強(qiáng)調(diào)徐光憲擔(dān)任北大原子能系副主任,徐光憲開始從事原子核物理的教學(xué)和核燃料萃取化學(xué)的研究,并成立了核燃料化學(xué)教研室。老人今天坦陳:“我當(dāng)時不太想去,因為我原來沒有學(xué)過放射化學(xué),但那時候,20世紀(jì)50年代啊,大家都是服從分配的?!薄 ?964年,徐光憲參加了二機(jī)部絕密會議。在會上,徐光憲等提出,摒棄由蘇聯(lián)專家提供的沉淀法,以我國自行研究的、先進(jìn)的萃取法籌建核燃料后處理廠,制造原子彈原料——钚。徐光憲等人的這一提議,使我國在蘇聯(lián)專家撤走后,在沒有圖紙的情況下,用較低的成本快速改建了還沒有完成的廠房,使核工業(yè)在國家最困難的時候走上了快速發(fā)展的軌道?! ?972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3次改變研究方向了。 稀土元素,簡稱稀土,又稱稀土金屬,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”。中國原本有著世界上最大的稀土資源儲備,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,使我國長期處于有資源無利益的窘境?! 槭裁磹蹏邔?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”。
圖為2000年前,各國稀土產(chǎn)量占全球比例的變化趨勢。1980年代中期以后,中國稀土產(chǎn)量所占比例急劇上升。 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、釹的分離更是難中之難?! 〉旃鈶棿蛄艘粋€又一個“漂亮仗”。他建立自主創(chuàng)新的理論,推導(dǎo)出100多個公式,實現(xiàn)了稀土的回流串級萃取。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,而徐光憲從改進(jìn)稀土萃取分離工藝入手,使鐠釹分離系數(shù)打破了當(dāng)時的世界紀(jì)錄,達(dá)到了4。而且,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。 眼下,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,他們稱做“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,國際單一稀土價格下降30%至40%,包括美國鉬公司、日本的稀土分離企業(yè)、法國的羅地亞公司等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)行技術(shù)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,徐光憲被稱做“稀土界的袁隆平”。
名家現(xiàn)在時 如今,已是耄耋之年的徐光憲依然活躍在科研前沿,而最近,他除了正在修訂再版的《量子化學(xué)》,還在編寫一本《知識的系統(tǒng)自然分類和新編碼法》。徐光憲認(rèn)為,現(xiàn)在通用的幾種圖書分類法,都有不足之處,而他“把知識體系分為三類,一類是科學(xué)技術(shù),包括社會科學(xué)、自然科學(xué)、生命科學(xué)、信息科學(xué)、工程和技術(shù)科學(xué)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)學(xué)等;第二類是文學(xué)、語言、音樂、藝術(shù)等;第三類是哲學(xué)、宗教學(xué)。它們分別探索3個不同的世界——科學(xué)技術(shù)探索、研究、認(rèn)識、改造和保護(hù)物質(zhì)世界,文學(xué)藝術(shù)表達(dá)情感世界,哲學(xué)從整體上研究精神和物質(zhì)世界,宗教是一部分人的信仰世界。” 受中藥鋪抽屜的啟發(fā),徐光憲有一種“抽屜情結(jié)”,這讓他養(yǎng)成了收集資料并分類做卡片的習(xí)慣。他家那些整齊排列的鐵柜子上面都貼著標(biāo)簽,打開一看,里面從內(nèi)到外整整齊齊地排放著資料,學(xué)科、標(biāo)題一目了然?!?000年前,世界上只有三門學(xué)科:語言、圖騰、技藝;2000年,已經(jīng)增加到5000門;預(yù)計到本世紀(jì)中葉,應(yīng)該有20000門學(xué)科,其中15000門是等待新創(chuàng)的。中國人至少要創(chuàng)造1/5?!?吳志菲)
名家小傳 徐光憲 著名物理化學(xué)家、化學(xué)教育家,中國稀土化學(xué)的開創(chuàng)者、串級萃取理論的建立者。中國科學(xué)院院士?! ?920年11月出生于浙江紹興。1944年7月畢業(yè)于交通大學(xué)化學(xué)系,1951年3月獲美國哥倫比亞大學(xué)博士學(xué)位?,F(xiàn)為北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師、稀土化學(xué)研究中心名譽主任。
由于稀土在高科技武器的關(guān)鍵材料中具有極為重要的地位,發(fā)達(dá)國家一直很重視稀土產(chǎn)業(yè),但自1980年代以后各國稀土壟斷巨頭紛紛被低價的中國稀土擠垮?! ∶绹^去也曾是稀土生產(chǎn)大國,但因為提取過程成本太高,而且會對環(huán)境造成破壞,后來逐漸縮減生產(chǎn),轉(zhuǎn)而大量采用較低價的中國原料?! $挕⑩S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、釹的分離更是難中之難。上圖為鐠釹合金,下圖為氧化鐠釹粉末。
當(dāng)今世界,每6項新技術(shù)的發(fā)明,就有一項離不開稀土。稀土是21世紀(jì)重要的戰(zhàn)略資源,是現(xiàn)代工業(yè)的“味精”。F-22超音速巡航的功能,則靠其強(qiáng)大的發(fā)動機(jī)以及輕而堅固的機(jī)身所賜,它們都大量使用稀土科技造就的特種材料。 稀土金屬釔的用途很廣,釔鋁石榴石可用作激光材料,釔鐵石榴石用于微波技術(shù)及聲能換送,摻銪的釩酸釔及摻銪的氧化釔用作彩色電視機(jī)的熒光粉。氧化釔可制特種玻璃及陶瓷,并用作催化劑。金屬釔在合金方面也有廣泛用途。 在海灣戰(zhàn)爭中,加入稀土元素鑭的夜視儀成為美軍坦克壓倒性優(yōu)勢的來源。上圖為氯化鑭粉末。 稀土是制造精密商業(yè)和軍事電子裝置、激光裝置、光學(xué)器件、監(jiān)視通信裝置、磁體和電池的重要原材料。其中釓及其同位素都是最有效的中子吸收劑,雖然因稀少而限制了其應(yīng)用,但它們常用于制造核反應(yīng)堆中的控制棒,起作用在于吸收中子從而有效的終止核反應(yīng)堆中的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的進(jìn)行。釓的化合物還常用于制備彩電顯像管和計算機(jī)顯示器中的磷光體。
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