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国际稀土界的“中国冲击”
2018-12-10 中国教育和科研计算机网 袁玉凝

——北京大学稀土高能效分离科技创新成果纪实

  背景介绍:北京大学徐光宪课题组提出的串级萃取理论及其工业实践引导了我国稀土分离科技和产业的全面革新,被国际稀土界称为“中国冲击”。1978年稀土萃取研究获得全国科学大会奖,1985年串级萃取理论及其在稀土和金川钴镍分离中的应用获得国家教委科技进步一等奖,1987年串级萃取理论及其应用获得国家自然科学三等奖,2009年徐光宪院士获得2008年度国家最高科学技术奖。

  改革开放大潮涌起之前,被誉为“工业黄金”“新材料之母”的稀土只能作为原材料低价出口,我国作为稀土大国,技术革命和产业结构转型升级迫在眉睫。1992年,邓小平同志在南巡时说:“中东有石油,中国有稀土,一定要把稀土的事情办好。”

  改革开放四十年来,高校和科技工作者锐意求新,紧盯技术革新与应用市场,中国从稀土资源大国变为稀土强国,进入从“挖土卖土”到“点土成金”的新时代。

  串级萃取理论的诞生

  新中国成立之初一直面临着内忧外患的严峻形势,国防建设成为重中之重;改革开放后,国防现代化建设不断推进,高科技武器装备成为主导战争的重要力量。稀土素有“工业维生素”的美称,现代战争中的高技术兵器几乎都需要稀土材料,而且还往往集中在武器的最关键部位。稀土技术优势代表着军事技术优势,稀土成为世界各国争夺的战略资源。

  20世纪70年代之前,中国的稀土资源储量居于世界第一,但由于稀土生产技术落后,全球的稀土、能源供给被美国垄断,中国只能贱卖稀土矿,高价进口稀土成品。

  为了解决稀土萃取的难题,北京大学化学系开始攻坚稀土元素的分离提纯难题,北京大学徐光宪课题组基于对稀土化学键、配位化学和物质结构等基本规律的深刻认识,发现了稀土溶剂萃取体系具有“恒定混合萃取比”基本规律,建立了具有普适性的串级萃取理论。

  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;此外,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,从稀土矿中分离镨钕的困难远超出想象。

  徐光宪课题组并没有因为困难而退缩,反复做实验用萃取法来分离稀土矿中的镨钕元素,最终成功得将稀土元素分离出来。

  1975年8月,徐光宪课题组在第一次全国稀土会议上提出串级萃取理论,引起轰动。1978年,全国串级萃取讲习班顺利举办,徐光宪课题组的科研成果迅速在全国推广开来。

  中国稀土产业的崛起

  随着稀土串级萃取理论的突破,稀土分离的新流程工艺也被北京大学徐光宪课题组突破,稀土分离技术在全国应用于大规模生产。1978年中共中央政治局委员、国务院副总理、国家科学技术委员会主任方毅受党中央、国务院和邓小平的委托,主抓稀土资源的利用,他提出:各行各业都要抓稀土的推广应用,努力打开国内稀土市场。

  同一年,北京大学把科研成果在国有工厂里无偿推广,讲习班迅速培训了一批专业人才,研究成果在国内稀土分离厂如上海跃龙化工厂,甘肃903 厂,广州珠江冶炼厂,包钢稀土三厂和广东阳江稀土厂等十多个工厂得到应用,稀土串级萃取科技成果顺利实现了产业化。

  1978年我国稀土出口数量不足100吨,到了1986年高纯单一稀土产品产出达到460吨,开始成规模地进入外销市场;两年后,产品产量达到1160吨球领先水平,80年代末中国成为世界稀土产品最大出口国。

  在我国稀土产业强大的压力下,先是美国、澳大利亚的稀土采矿业,后是美国、日本、法国的稀土分离提取产业纷纷关张歇业,不得不退出稀土卖方市场,世界稀土产业格局自此改变。

  中国稀土产业从此进入了快速道,在不足20年时间里,中国就成为世界最大稀土生产国、应用国和出口国,成为全球唯一能够大量供应几乎所有品种、品级和规格稀土产品的国家。日本几乎100%的稀土进口都来自中国。

  英国《泰晤士报》2009年3月9日报道说,全球95%以上的稀土金属都将由中国生产供应;它们广泛应用于手机、激光器和航空业等方面;随着世界各国在能源利用率方面加大努力,中国的主导地位将变得更加具有战略决定性,因为很多重要的环保技术,如风力涡轮机、低能耗灯泡和混合动力车等都非用稀土不可。

  改革开放四十年来,稀土元素分离及稀土材料应用都得到了极大地发展。稀土材料被广泛应用于国防军工领域,长征2号运载火箭、神舟系列飞船、嫦娥探月卫星、驱逐舰等等一系列武器装备都采用了稀土材料。

  20世纪二十年代,以信息产业为代表的知识经济蓬勃发展,稀土永磁材料在实现元器件的小型化、轻量化、高性能、高可靠性方面显现出优异的特性,稀土也在计算机、打印机、移动电话、家用电器、医疗设备、汽车中的发电机、电动机和音响系统的应用等得到了更广泛的应用。

  随着改革开放的深入发展,“一带一路”和“海上丝绸之路”等国家战略的深入实施,以及新能源和智能制造的快速崛起,稀土的开发利用技术也将迎来新的挑战。

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