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(huì)堂燈光璀璨，鮮花競(jìng)艷，國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)在這里隆重召開(kāi)。這是科技界每年一次的美麗約會(huì)，也是我國(guó)自主創(chuàng)新成就的最高檢閱臺(tái)。

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

1972年，北大化學(xué)系接受了一項(xiàng)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(jiǎn)稱(chēng)稀土，又稱(chēng)稀土金屬，在通訊信息、石油催化、彩色顯示、儲(chǔ)氫材料，以及超導(dǎo)材料等方面扮演著無(wú)可替代的角色，有工業(yè)“維生素”之稱(chēng)，并被美、日等國(guó)列為21世紀(jì)的“戰(zhàn)略元素”。對(duì)徐光憲來(lái)說(shuō)，“國(guó)家需要”始終是第一位的理由，他轉(zhuǎn)換研究方向無(wú)怨無(wú)悔。

為什么愛(ài)國(guó)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(gè)“為什么”勾勒出當(dāng)今軍事科技的巨大進(jìn)步，并針對(duì)每一個(gè)“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(shuō)過(guò)：“中東有石油，中國(guó)有稀土，中國(guó)的稀土資源占世界已知儲(chǔ)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(guó)的稀土優(yōu)勢(shì)發(fā)揮出來(lái)。”中國(guó)原本有著世界上最大的稀土資源儲(chǔ)備，但是生產(chǎn)技術(shù)掌握在國(guó)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(guó)長(zhǎng)期以來(lái)只能依賴于低價(jià)出口稀土礦物和混合物來(lái)獲取蠅頭小利。同時(shí)，中國(guó)還高價(jià)進(jìn)口深加工產(chǎn)品，使我國(guó)長(zhǎng)期處于有資源無(wú)利益的窘境。

這是一項(xiàng)“前無(wú)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(gè)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(gè)又一個(gè)“漂亮仗”——他建立自主創(chuàng)新的串級(jí)萃取理論，推導(dǎo)出100多個(gè)公式，并成功設(shè)計(jì)出了整套工藝流程，實(shí)現(xiàn)了稀土的回流串級(jí)萃取。

什么是“萃取”?這好比有100個(gè)運(yùn)動(dòng)員，身高、體重、相貌都差不多，穿著相同的運(yùn)動(dòng)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(chǎng)地邊，一塊是籃球場(chǎng)、一塊是排球場(chǎng)，結(jié)果籃球運(yùn)動(dòng)員和排球運(yùn)動(dòng)員都跑到了各自的場(chǎng)地上，就把他們分開(kāi)了。如果把稀土元素比做運(yùn)動(dòng)員，那在現(xiàn)實(shí)中，“籃球場(chǎng)”和“排球場(chǎng)”變成了油和水，假如把兩個(gè)AB共生的元素放到油和水的混臺(tái)物中，A愛(ài)往油里跑，B則愛(ài)在水里呆著。經(jīng)過(guò)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(jí)”。目前稀土的分離過(guò)程，大概需要400到500級(jí)。通過(guò)不斷分離，并將每次的成果串聯(lián)起來(lái)，最后元素純度達(dá)到99％以上，就是串級(jí)萃取。

但是，串級(jí)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(gè)元素分離的次數(shù)應(yīng)當(dāng)是多少……

阿基米德說(shuō)，給他一個(gè)支點(diǎn)，他能撬動(dòng)地球。雖然他最后也沒(méi)能撬動(dòng)地球，但徐光憲卻找到了他的“支點(diǎn)”。他發(fā)現(xiàn)，無(wú)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(gè)常數(shù)。換句話說(shuō)，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(gè)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(jí)萃取理論最終建立。徐光憲和他的團(tuán)隊(duì)在此基礎(chǔ)上提取了包含100多個(gè)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(fèi)時(shí)費(fèi)力的“搖漏斗”小試、中試等步驟，直接放大到實(shí)際生產(chǎn)……

在當(dāng)時(shí)，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(shí)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(lái)，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(huì)源源不斷地輸出各種高純度的稀土元素。原來(lái)那種耗時(shí)長(zhǎng)、產(chǎn)量低、分離系數(shù)低、無(wú)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(guó)外稀土行業(yè)的跨國(guó)企業(yè)，也曾經(jīng)歷過(guò)一次類(lèi)似的巨變，但不是金融風(fēng)暴，他們稱(chēng)作“中國(guó)沖擊”(China Impact)。正因?yàn)椴捎眯旃鈶椀目蒲谐晒a(chǎn)的單一高純稀土大量出口，讓那些曾經(jīng)無(wú)視中國(guó)“稀土大國(guó)”地位的國(guó)家不得不面對(duì)這樣一個(gè)尷尬的現(xiàn)實(shí)：中國(guó)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(guó)的高純度稀土大量出口，使國(guó)際單一稀土價(jià)格下降30％--40％，包括美國(guó)鉬公司、日本的稀土分離企業(yè)、祛國(guó)的羅地亞公司等一些長(zhǎng)期霸占世界市場(chǎng)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?guó)人進(jìn)行分離技術(shù)方面的合作。中國(guó)終于實(shí)現(xiàn)了稀土資源大國(guó)向稀土生產(chǎn)大國(guó)、稀土出口大國(guó)的轉(zhuǎn)變。為此，徐光憲被稱(chēng)作“稀土界的袁隆平”。

我們很難想像，如果沒(méi)有稀土，世界將會(huì)怎樣。我們每天看的電視，其鮮艷的紅色就來(lái)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(jì)算機(jī)中也有稀土元素。有資料顯示，當(dāng)今世界每5項(xiàng)發(fā)明專(zhuān)利中便有1項(xiàng)和稀土有關(guān)。別看稀土在我們的生活中無(wú)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(guó)雖然已實(shí)現(xiàn)從稀土資源大國(guó)到生產(chǎn)和應(yīng)用大國(guó)的飛躍，但我們還要確保科技隊(duì)伍后繼有人，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。”徐光憲南方口音濃重，語(yǔ)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(duì)于新知識(shí)的汲取是一般年輕人難以望其項(xiàng)背的，他是那一代老教授里第一批學(xué)會(huì)使用電腦的。也許正因?yàn)闀r(shí)時(shí)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(shí)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(shū)信、論文和ppt都是他自己一個(gè)字一個(gè)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(shí)敲擊鍵盤(pán)的情形，更加深信他對(duì)自己的評(píng)價(jià)：“如果把科學(xué)家分為幾類(lèi)，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(lèi)人。”

在他看來(lái)，自己摯愛(ài)一生的教書(shū)和科研，是一切的“重中之重”。“著名愛(ài)國(guó)藝術(shù)家常香玉說(shuō)過(guò)一句話，‘戲比天大，說(shuō)得非常好。對(duì)我們教師來(lái)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(chēng)是個(gè)不折不扣的“金庸迷”，并說(shuō)自己還愛(ài)看《三國(guó)演義》與《紅樓夢(mèng)》。工作之余，徐光憲練練八段錦、太極拳。