徐光憲：用創新改變了世界稀土格局
上世紀90年代初，由於我國單一高純稀土大量出口，使國際單一稀土價格大幅下降，原來曾經長期壟斷稀土國際市場的一些國外稀土生產廠商不得不減產、轉產甚至停產。中國終於實現了稀土資源大國向稀土生產大國、稀土出口大國的轉變。創造這個“中國傳奇”的是北京大學化學學院教授、中國科學院資深院士徐光憲和他的同事們。
徐光憲提出的稀土串級萃取理論，使我國稀土分離技術和產業化水平躍居世界首位。鑑於其在稀土化學研究方面取得的突出成就，2005年10月，“何樑何利科學技術成就獎”作為一種終身成就獎頒發給了徐光憲院士。他是國內第四個獲得該獎項的化學家，目前全國僅23人獲此殊榮，其中高校僅有4人。
臨危授命 接手稀土分離新難題
徐光憲生於1920年，浙江紹興人。1944年畢業於上海交通大學化學系，1951年獲美國哥倫比亞大學博士學位，回國後在北大任教，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。徐光憲接下了這份任務。
鐠釹都屬於稀土元素。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。
在當時，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，決定還是採用自己曾經研究過多年的萃取法來完成這項艱鉅的任務。
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，當徐光憲開始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繫，以及萃取方法用於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，關於萃取體系的分類很不統一，在理論中存在着很多與實際和試驗不相吻合的假設，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，於1962年提出了恰當而細緻的萃取體系分類方法，隨後又在此基礎上闡明瞭若干典型體系的萃取機理，提出了幾個關於萃取的一般規律。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，並迅速運用到我國的原子能工業中去。
艱苦攻關 串級萃取終實現
但徐光憲所面臨的分離鐠釹的問題和困難遠不是想象的那麼簡單。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於實際工業生產。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。他憑藉多年的經驗積累及特有的學術敏感，敏鋭地看到萃取法用於稀土分離是大有可為的。他信心十足地重複着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係數只能達到1.4～1.5。徐光憲從改進稀土萃取分離工藝入手，他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一項緊急軍工任務，而且使鐠釹分離係數打破了當時的世界紀錄，達到了相當高的4。
徐光憲並沒有滿足於已經取得的成果而停留在原地，他希望能夠設計一種新的高效的稀土生產工藝。因為中國有着世界上儲量最大的稀土資源，僅白雲鄂博一地的儲藏量就佔整個世界的50%以上。而國內的稀土生產工藝和技術都十分落後，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。中國長期以來只能守着巨大的資源無所適從，只能向外國出口稀土礦然後再進口稀土製品。
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去，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。徐光憲於是重新設計了一套化學操作流程，導出與此相應的一套串級萃取理論公式，並在此基礎上設計出了一種新的迴流串級萃取工藝。
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於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後的結果。一次失敗就意味着不得不再等上幾個月才能檢驗結果，那將是極大的損失。
徐光憲憑藉多年的經驗和踏實細緻的工作作風，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，他隨後陸續提出了可廣泛應用於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、迴流啟動模式等，並在上海躍龍化工廠實際生產中獲得了成功。
理論到實踐 中國稀土打破國際壟斷
1975年8月，第一次全國稀土會議在京召開。徐光憲在會上提出了自己的串級萃取理論，引起轟動。有色金屬研究總院總工程師蕭祖熾建議徐光憲給科研人員辦個串級萃取理論討論班。曾在與徐光憲的合作中嚐到甜頭的上海躍龍化工廠主動要求把這個活兒給攬下來。1978年，“全國串級萃取講習班”順利舉辦。徐光憲和他的課題組的科研成果迅速在全國推廣開來。這些原則和方法用於實際生產，大大提高了中國稀土工業的競爭力。
當時，世界上最先進的稀土分離工藝集中在西方少數國家手中，他們壟斷了國際稀土市場。而徐光憲的串級萃取工藝讓世界突然發現：現在在這個領域的領頭羊已經不再是昔日的美國、法國和日本了，而是中國。一排排看似貌不驚人的萃取箱像流水線一樣連接起來。你只需要在這邊放入原料，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、產量低、分離係數低、無法連續生產的生產工藝被徹底拋棄了。
但徐光憲還沒有滿足。萃取液的配置和各種參數的確定對於生產者仍然是一件極為繁瑣的事情。徐光憲決定把這樣一項複雜的生產工藝“傻瓜化”。經過艱苦探索，不久，他便和李標國、嚴純華等人又共同研究成功了“稀土萃取分離工藝的一步放大”技術，不經過小試、中試，一步放大到工業生產規模，傳統的串級萃取小型試驗被計算機模擬代替。現在的稀土生產已經實現自動化，只需輸入幾個簡單的數據就行了。
由於在技術和工藝上的重大突破，從上世紀90年代初起，我國單一高純稀土大量出口，使國際單一稀土價格大幅下降，原先長期壟斷國際稀土市場的一些國外生產商不得不減產、轉產甚至停產，被國外稱為china impact。中國終於實現了稀土資源大國向稀土生產大國、稀土出口大國的轉變。
笑看人生 功名於我如浮雲
徐光憲和他的課題組因為在稀土化學方面的成就而獲得了大量的榮譽。1978年，他們的研究成果獲全國科學大會獎，1985年又獲國家經委頒發的獎勵和榮譽證書；“串級萃取理論及其在稀土和金川鈷鎳分離中的應用”獲得1985年國家教委科技進步一等獎，“串級萃取理論及其應用”獲得1987年國家自然科學三等獎，“輕稀土三出口萃取分離工藝理論設計及其工業實踐”獲得1988年國家教委科技進步二等獎；1989年獲冶金部和全國稀土推廣應用領導小組頒發的科技進步二等獎；1990年獲得廣東省科技進步一等獎；“稀土萃取分離工藝的一步放大”獲1991年國家科技進步三等獎，等等。對於取得的成就，徐光憲沒有絲毫的誇耀之辭。
2005年10月19日，慶祝徐光憲院士獲“何樑何利基金科學與技術成就獎”的慶典在北大辦公樓召開。徐光憲説：“我的工作都是團隊集體的工作，我只是其中的一名代表而已。他們早已青出於藍而勝於藍，工作能力和成就大大超過我了。這是我最大的安慰和自豪。”
桃李不言，下自成蹊。而今，徐光憲的許多學生都已成長為我國化學領域的專家。他的得意門生嚴純華教授，現為北京大學稀土材料化學及應用國家重點實驗室主任，對串級萃取理論進行了不斷改進，提出了聯動萃取技術，大幅度節省了稀土分離工業中酸鹼的用量。
55年來，徐光憲根據國家的需要，服從組織分配，幾次變更科研方向，在物質結構、量子化學、配位化學、核燃料萃取化學和創建稀土分離的串級萃取理論等方面，開展了廣泛的研究和教學工作。由於稀土串級萃取技術仍然屬於國家機密，徐光憲和他的課題組在許多方面雖有成果卻不能寫成論文發表。對於這些，徐光憲淡然處之，有人提起時，只是微微一笑。
徐光憲對周圍的人説，作為一名教師，尤其是黨員教師，一定要堅持勤奮學習《保持共產黨員先進性教育讀本》，提高實踐“三個代表”重要思想的本領，努力在教學中提高學生的全面素質，培養學生的時代幸福感、社會責任感、歷史使命感。
而今已是85歲高齡的徐光憲仍是身骨健朗、處世達觀，為我國的稀土事業四處奔波。看到我國在稀土資源方面存在嚴重的浪費現象，徐光憲多次和包頭稀土研究院領導討論研究，希望把稀土串級萃取理論推廣到選礦過程中，大幅度提高選礦品位和回收率。不久前，徐光憲又聯合師昌緒等14位院士呼籲，保護我國白雲鄂博寶貴的稀土和釷資源，避免包頭市和黃河受放射性污染，並多次親自到包頭，深入白雲鄂博礦調查研究。徐光憲説，我承諾將一如既往地認真做這些工作，不辜負黨多年來對我的培養、教育、鼓勵和期望。
學問齋