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    接手稀土分離重任

 

    徐光憲，1920年生，浙江紹興人。1944年畢業于上海交通大學化學系，1951年獲美國哥倫比亞大學博士學位，回國后在北大任教，長期從事稀土化學研究。

 

    1972年，北京大學化學系接到了一項緊急軍工任務——分離鐠釹。徐光憲接下了這個任務。

 

    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。它們的化學性質極為相似，尤其是15種鑭系元素，猶如15個孿生兄弟一樣，化學性質幾乎一致，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鍵。

 

    當時，國際上稀土分離的主流是離子交換法和分級結晶法。兩種方法在過程上不連續，成本很高，提煉出的稀土元素純度也較低，不能適應大規模的工業生產。徐光憲思索再三，決定還是采用自己曾經研究過多年的萃取法來完成這項艱巨的任務。

 

    所謂萃取，是利用物質在不同溶劑中具有不同溶解度的特點，進行物質分離的一種方法。早在1957年，當徐光憲參加開創我國原子能事業時，就已開始涉足萃取這一領域了。當初核燃料的分離、提純是原子能工業中與化學有關的核心問題之一。從1946年開始學習量子化學算起，已經研究了10年量子化學的徐光憲注意到萃取過程與絡合作用的聯系，以及萃取方法用于稀土分離的可能性及其優點。

 

    當時，國際上萃取化學仍然是一門新興學科，關于萃取體系的分類很不統一，在理論中存在很多與實際和實驗不相吻合的假設，甚至對萃取機理的解釋也相當混亂。徐光憲決定首先從系統整理資料入手。他做了上萬張文獻卡片，經過深入的思考、分析、歸納，于1962年提出了恰當而細致的萃取體系分類方法，隨后又在此基礎上闡明了若干典型體系的萃取機理，提出了幾個關于萃取的一般規律。他還和黎樂民教授聯手改進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同，并迅速運用到我國的原子能工業中去。

 

    成功實現串級萃取

 

    但徐光憲面臨的分離鐠釹的問題和困難遠不是想象的那么簡單。在他之前，還沒有人將萃取法真正運用到分離稀土元素的實際生產過程中去，很多人都不相信萃取法能夠適用于實際工業生產。這不僅是因為當時萃取化學這一學科分支尚未成熟，而且也因稀土元素本身的特性，17種元素要想提純任何一種，在當時都是極大的挑戰。

 

    徐光憲沒有因為前方的困難而畏縮。他憑借多年的經驗積累及特有的學術敏感，敏銳地看到萃取法用于稀土分離是大有可為的。他信心十足地重復著用萃取法來分離鐠釹元素的實驗。

 

    在當時，一般萃取體系的鐠釹分離系數只能達到1.4～1.5。徐光憲從改進稀土萃取分離工藝入手，通過選擇萃取劑和絡合劑，配成季銨鹽——DTPA推拉體系。最終，他不僅出色地完成了這項緊急軍工任務，而且使鐠釹分離系數打破當時的世界紀錄，達到了相當高的4。

 

    但是徐光憲并沒有滿足于已經取得的成果停留在原地，而是希望能夠設計一種新的、高效的稀土生產工藝。因為中國有著世界上儲量最大的稀土資源，僅白云鄂博一地的儲藏量就占整個世界的50%以上。而國內的稀土生產工藝和技術都十分落后，世界上一些國家卻把稀土生產技術作為高度機密對中國實行封鎖。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口稀土制品。

 

    當時美國曾有過一個專利報道，提出用推拉體系萃取分離稀土，但從未用到實際生產中，因為無法實現串級萃取過程。國際上流行的串級萃取理論是L.阿爾德斯提出來的，徐光憲仔細分析了在串級萃取過程中絡合平衡移動的情況，發現阿爾德斯串級萃取理論在稀土推拉體系串級萃取過程中是不成立的。于是，徐光憲重新設計了一套化學操作流程，并導出與此相應的一套串級萃取理論公式，并在此基礎上設計出了一種新的回流串級萃取工藝。

 

    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規模試驗。這種試驗短則一兩個月，長則半年一年，需要極大的耐心，而且任何一個環節出了問題都會影響到最后的結果。一次失敗就意味著不得不再等上幾個月才能檢驗結果，那將是極大的損失。但徐光憲憑借多年的經驗和踏實細致的工作作風，一次即獲得成功，從而在國際上首次實現了用推拉體系高效率萃取分離稀土的工業生產。在這些工作的基礎上，他隨后陸續提出了可廣泛應用于稀土串級萃取分離流程優化工藝的設計原則和方法、極值公式、分餾萃取三出口工藝的設計原則和方法，建立了串級萃取動態過程的數學模型與計算程序、回流啟動模式等，并在上海躍龍化工廠實際生長中獲得成功。