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    接手稀土分離重任

 

    徐光憲，1920年生，浙江紹興人。1944年畢業(yè)于上海交通大學(xué)化學(xué)系，1951年獲美國哥倫比亞大學(xué)博士學(xué)位，回國后在北大任教，長期從事稀土化學(xué)研究。

 

    1972年，北京大學(xué)化學(xué)系接到了一項(xiàng)緊急軍工任務(wù)——分離鐠釹。徐光憲接下了這個(gè)任務(wù)。

 

    鐠釹都屬于稀土元素。稀土元素一共有17種，包括Sc（鈧）、Y（釔）和15種鑭系元素。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。所以，選擇一種合適的分離方法是問題的關(guān)鍵。

 

    當(dāng)時(shí)，國際上稀土分離的主流是離子交換法和分級(jí)結(jié)晶法。兩種方法在過程上不連續(xù)，成本很高，提煉出的稀土元素純度也較低，不能適應(yīng)大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。徐光憲思索再三，決定還是采用自己曾經(jīng)研究過多年的萃取法來完成這項(xiàng)艱巨的任務(wù)。

 

    所謂萃取，是利用物質(zhì)在不同溶劑中具有不同溶解度的特點(diǎn)，進(jìn)行物質(zhì)分離的一種方法。早在1957年，當(dāng)徐光憲參加開創(chuàng)我國原子能事業(yè)時(shí)，就已開始涉足萃取這一領(lǐng)域了。當(dāng)初核燃料的分離、提純是原子能工業(yè)中與化學(xué)有關(guān)的核心問題之一。從1946年開始學(xué)習(xí)量子化學(xué)算起，已經(jīng)研究了10年量子化學(xué)的徐光憲注意到萃取過程與絡(luò)合作用的聯(lián)系，以及萃取方法用于稀土分離的可能性及其優(yōu)點(diǎn)。

 

    當(dāng)時(shí)，國際上萃取化學(xué)仍然是一門新興學(xué)科，關(guān)于萃取體系的分類很不統(tǒng)一，在理論中存在很多與實(shí)際和實(shí)驗(yàn)不相吻合的假設(shè)，甚至對(duì)萃取機(jī)理的解釋也相當(dāng)混亂。徐光憲決定首先從系統(tǒng)整理資料入手。他做了上萬張文獻(xiàn)卡片，經(jīng)過深入的思考、分析、歸納，于1962年提出了恰當(dāng)而細(xì)致的萃取體系分類方法，隨后又在此基礎(chǔ)上闡明了若干典型體系的萃取機(jī)理，提出了幾個(gè)關(guān)于萃取的一般規(guī)律。他還和黎樂民教授聯(lián)手改進(jìn)了研究萃取平衡的兩相滴定法。他的這些研究成果很快在國際上得到了認(rèn)同，并迅速運(yùn)用到我國的原子能工業(yè)中去。

 

    成功實(shí)現(xiàn)串級(jí)萃取

 

    但徐光憲面臨的分離鐠釹的問題和困難遠(yuǎn)不是想象的那么簡單。在他之前，還沒有人將萃取法真正運(yùn)用到分離稀土元素的實(shí)際生產(chǎn)過程中去，很多人都不相信萃取法能夠適用于實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)。這不僅是因?yàn)楫?dāng)時(shí)萃取化學(xué)這一學(xué)科分支尚未成熟，而且也因稀土元素本身的特性，17種元素要想提純?nèi)魏我环N，在當(dāng)時(shí)都是極大的挑戰(zhàn)。

 

    徐光憲沒有因?yàn)榍胺降睦щy而畏縮。他憑借多年的經(jīng)驗(yàn)積累及特有的學(xué)術(shù)敏感，敏銳地看到萃取法用于稀土分離是大有可為的。他信心十足地重復(fù)著用萃取法來分離鐠釹元素的實(shí)驗(yàn)。

 

    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)稀土萃取分離工藝入手，通過選擇萃取劑和絡(luò)合劑，配成季銨鹽——DTPA推拉體系。最終，他不僅出色地完成了這項(xiàng)緊急軍工任務(wù)，而且使鐠釹分離系數(shù)打破當(dāng)時(shí)的世界紀(jì)錄，達(dá)到了相當(dāng)高的4。

 

    但是徐光憲并沒有滿足于已經(jīng)取得的成果停留在原地，而是希望能夠設(shè)計(jì)一種新的、高效的稀土生產(chǎn)工藝。因?yàn)橹袊兄澜缟蟽?chǔ)量最大的稀土資源，僅白云鄂博一地的儲(chǔ)藏量就占整個(gè)世界的50%以上。而國內(nèi)的稀土生產(chǎn)工藝和技術(shù)都十分落后，世界上一些國家卻把稀土生產(chǎn)技術(shù)作為高度機(jī)密對(duì)中國實(shí)行封鎖。長期以來，中國只能守著巨大的資源，只能向外國出口稀土礦然后再進(jìn)口稀土制品。

 

    當(dāng)時(shí)美國曾有過一個(gè)專利報(bào)道，提出用推拉體系萃取分離稀土，但從未用到實(shí)際生產(chǎn)中，因?yàn)闊o法實(shí)現(xiàn)串級(jí)萃取過程。國際上流行的串級(jí)萃取理論是L.阿爾德斯提出來的，徐光憲仔細(xì)分析了在串級(jí)萃取過程中絡(luò)合平衡移動(dòng)的情況，發(fā)現(xiàn)阿爾德斯串級(jí)萃取理論在稀土推拉體系串級(jí)萃取過程中是不成立的。于是，徐光憲重新設(shè)計(jì)了一套化學(xué)操作流程，并導(dǎo)出與此相應(yīng)的一套串級(jí)萃取理論公式，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出了一種新的回流串級(jí)萃取工藝。

 

    1974年9月，徐光憲親赴包頭稀土三廠參加這一新工藝流程用于分離包頭輕稀土的工業(yè)規(guī)模試驗(yàn)。這種試驗(yàn)短則一兩個(gè)月，長則半年一年，需要極大的耐心，而且任何一個(gè)環(huán)節(jié)出了問題都會(huì)影響到最后的結(jié)果。一次失敗就意味著不得不再等上幾個(gè)月才能檢驗(yàn)結(jié)果，那將是極大的損失。但徐光憲憑借多年的經(jīng)驗(yàn)和踏實(shí)細(xì)致的工作作風(fēng)，一次即獲得成功，從而在國際上首次實(shí)現(xiàn)了用推拉體系高效率萃取分離稀土的工業(yè)生產(chǎn)。在這些工作的基礎(chǔ)上，他隨后陸續(xù)提出了可廣泛應(yīng)用于稀土串級(jí)萃取分離流程優(yōu)化工藝的設(shè)計(jì)原則和方法、極值公式、分餾萃取三出口工藝的設(shè)計(jì)原則和方法，建立了串級(jí)萃取動(dòng)態(tài)過程的數(shù)學(xué)模型與計(jì)算程序、回流啟動(dòng)模式等，并在上海躍龍化工廠實(shí)際生長中獲得成功。