接手稀土分离重任

 

    徐光宪，1920年生，浙江绍兴人。1944年毕业于上海交通大学化学系，1951年获美国哥伦比亚大学博士学位，回国后在北大任教，长期从事稀土化学研究。

 

    1972年，北京大学化学系接到了一项紧急军工任务——分离镨钕。徐光宪接下了这个任务。

 

    镨钕都属于稀土元素。稀土元素一共有17种，包括Sc（钪）、Y（钇）和15种镧系元素。它们的化学性质极为相似，尤其是15种镧系元素，犹如15个孪生兄弟一样，化学性质几乎一致，要将它们一 一分离十分困难，而镨钕的分离又是难中之难。所以，选择一种合适的分离方法是问题的关键。

 

    当时，国际上稀土分离的主流是离子交换法和分级结晶法。两种方法在过程上不连续，成本很高，提炼出的稀土元素纯度也较低，不能适应大规模的工业生产。徐光宪思索再三，决定还是采用自己曾经研究过多年的萃取法来完成这项艰巨的任务。

 

    所谓萃取，是利用物质在不同溶剂中具有不同溶解度的特点，进行物质分离的一种方法。早在1957年，当徐光宪参加开创我国原子能事业时，就已开始涉足萃取这一领域了。当初核燃料的分离、提纯是原子能工业中与化学有关的核心问题之一。从1946年开始学习量子化学算起，已经研究了10年量子化学的徐光宪注意到萃取过程与络合作用的联系，以及萃取方法用于稀土分离的可能性及其优点。

 

    当时，国际上萃取化学仍然是一门新兴学科，关于萃取体系的分类很不统一，在理论中存在很多与实际和实验不相吻合的假设，甚至对萃取机理的解释也相当混乱。徐光宪决定首先从系统整理资料入手。他做了上万张文献卡片，经过深入的思考、分析、归纳，于1962年提出了恰当而细致的萃取体系分类方法，随后又在此基础上阐明了若干典型体系的萃取机理，提出了几个关于萃取的一般规律。他还和黎乐民教授联手改进了研究萃取平衡的两相滴定法。他的这些研究成果很快在国际上得到了认同，并迅速运用到我国的原子能工业中去。

 

    成功实现串级萃取

 

    但徐光宪面临的分离镨钕的问题和困难远不是想象的那么简单。在他之前，还没有人将萃取法真正运用到分离稀土元素的实际生产过程中去，很多人都不相信萃取法能够适用于实际工业生产。这不仅是因为当时萃取化学这一学科分支尚未成熟，而且也因稀土元素本身的特性，17种元素要想提纯任何一种，在当时都是极大的挑战。

 

    徐光宪没有因为前方的困难而畏缩。他凭借多年的经验积累及特有的学术敏感，敏锐地看到萃取法用于稀土分离是大有可为的。他信心十足地重复着用萃取法来分离镨钕元素的实验。

 

    在当时，一般萃取体系的镨钕分离系数只能达到1.4～1.5。徐光宪从改进稀土萃取分离工艺入手，通过选择萃取剂和络合剂，配成季铵盐——DTPA推拉体系。最终，他不仅出色地完成了这项紧急军工任务，而且使镨钕分离系数打破当时的世界纪录，达到了相当高的4。

 

    但是徐光宪并没有满足于已经取得的成果停留在原地，而是希望能够设计一种新的、高效的稀土生产工艺。因为中国有着世界上储量最大的稀土资源，仅白云鄂博一地的储藏量就占整个世界的50%以上。而国内的稀土生产工艺和技术都十分落后，世界上一些国家却把稀土生产技术作为高度机密对中国实行封锁。长期以来，中国只能守着巨大的资源，只能向外国出口稀土矿然后再进口稀土制品。

 

    当时美国曾有过一个专利报道，提出用推拉体系萃取分离稀土，但从未用到实际生产中，因为无法实现串级萃取过程。国际上流行的串级萃取理论是L.阿尔德斯提出来的，徐光宪仔细分析了在串级萃取过程中络合平衡移动的情况，发现阿尔德斯串级萃取理论在稀土推拉体系串级萃取过程中是不成立的。于是，徐光宪重新设计了一套化学操作流程，并导出与此相应的一套串级萃取理论公式，并在此基础上设计出了一种新的回流串级萃取工艺。

 

    1974年9月，徐光宪亲赴包头稀土三厂参加这一新工艺流程用于分离包头轻稀土的工业规模试验。这种试验短则一两个月，长则半年一年，需要极大的耐心，而且任何一个环节出了问题都会影响到最后的结果。一次失败就意味着不得不再等上几个月才能检验结果，那将是极大的损失。但徐光宪凭借多年的经验和踏实细致的工作作风，一次即获得成功，从而在国际上首次实现了用推拉体系高效率萃取分离稀土的工业生产。在这些工作的基础上，他随后陆续提出了可广泛应用于稀土串级萃取分离流程优化工艺的设计原则和方法、极值公式、分馏萃取三出口工艺的设计原则和方法，建立了串级萃取动态过程的数学模型与计算程序、回流启动模式等，并在上海跃龙化工厂实际生长中获得成功。