【科学故事会】徐光宪：一生情系稀土研究

接到稀土分离的任务

稀土作为“万能之土”，在很多地方都有应用。小到手机、便携式电脑、照相机、电动汽车等的电池，大到军用夜视仪、精确制导武器、通讯设备、激光测距机等，都有稀土的身影。

稀土如此重要，可是从粗铄的稀土矿石变成可用的稀土，必须要掌握一项叫作“稀土分离”的技术。在20世纪70年代，这项技术还掌握在国外少数国家手中。中国稀土储量虽然丰富，却只能出口稀土精矿等初级产品，再花十几倍的高价进口深加工的稀土产品。

为了改变这一状况，我们必须要掌握“稀土分离”技术。1972年，徐光宪等人接到了分离镨、钕的任务。镨、钕元素是稀土17种元素中的两种，这两种元素就像孪生兄弟一样，电子结构相似，化学性质相近，是所有稀土元素中最难分彼此的一对。

国际上对于这两种元素的分离也是束手无策。当时，比较流行的稀土分离方法有两种，一种是离子交换法，一种是溶液萃取法。但是离子交换法速度慢、成本高，没办法大规模生产。溶液萃取法虽然流程短，处理量大，成本低，但是这种方法分离出来的并不是符合纯度要求的单一稀土，而是含有多种稀土元素的多组分稀土。

向推拉体系“取经”

徐光宪认真地学习了已有的方法和理论，将目光瞄准了“推拉体系”。

什么是“推拉体系”？

生活中我们会有这样的体验，在煮排骨汤时，油花会漂在水上。即使将这锅汤烧开、搅拌，在稍微冷却之后，油和水仍然会分开。这是因为油和水互不相溶。

有的物质在水中溶解更快，有的物质在油中溶解更快，利用油水互不相溶的特性，就能很好地把不同物质提取出来。这种方法就叫“推拉体系”。

但是，在稀土分离的实际操作中，情形要复杂得多。徐光宪需要考虑很多问题，比如选取什么样的“水”和“油”，稀土原材料损耗怎么算，等等。但总算找到了行进的方向，徐光宪还是很高兴。

串级萃取理论的诞生

徐光宪运用“推拉体系”兴冲冲地开始做实验，但是很快他就发现了新的问题——单次萃取并不能直接得到符合纯度要求的镨和钕。

国外有一种方法，是将每一个萃取罐像糖葫芦一样串在一起，以此提高萃取的效率。但是徐光宪在做串级萃取模拟实验时，却遇到了一个棘手的难题——10次萃取之后，钕的纯度只能达到90%左右。而按照理论计算，纯度应该达到99%。徐光宪在实验室中唉声叹气，绕着萃取罐反复观察、思索，终于被他找出了问题所在。

原来在两三次萃取之后，一种叫作DTPA的物质太过“强势”，所有的稀土全部和它“缠”在一起了。在下一次萃取流程中没有任何稀土，自然也就无法萃取特定元素。徐光宪将之前“缠”在一起的稀土经过特殊处理后，再次投入了萃取罐中，完美地解决了这个问题。

面对困难，徐光宪总是能够攻坚克难。他说：“路总是会打开的，往往闯过了‘关’，就可以大步迈进。”

将“摇漏斗”过程搬进计算机

在串级萃取模拟实验获得成功之后，徐光宪开始思索如何将理论推向大规模的生产实践。为此，徐光宪开始在包钢有色金属三厂车间艰苦地“摇漏斗”。

整个“摇漏斗”的流程，少则几个月，多则一年，整个操作既繁琐又费时。更别提一旦失败，整个流程就得从头再来。徐光宪顶着巨大的压力，一周工作80个小时，白天参与生产操作，晚上记录、分析数据。在包钢有色金属三厂，徐老师亲切地回应着周围工人的提问：

“徐老师，您看萃取箱放这里行不行？”

“徐老师，您看药剂混合后出现这种颜色是否合格？”

“徐老师，这是刚才测得的数据，您看看。”

在包钢有色金属三厂的经验最后凝结成了厚厚4大本萃取笔记。在这4本笔记的基础上，徐光宪团队创建了一个数学模型。将这套模型搬到电脑上就可以实现“傻瓜式”模拟稀土生产流程。以前起码要100多天的“摇漏斗”模拟实验，现在只需要不超过7天。自此，我国稀土分离技术开始走在世界前列，从根本上改变了受制于人的局面。

既是大师，也是老师

生活中的徐光宪是一个很随和的人。三十多年前，学生们热衷于到徐老师家中讨论，盼着蹭老师一顿丰盛晚餐。当年徐光宪为了照顾学生们，经常请学生们到家里吃饭。

“什么酱牛肉啊、香肠啊……烤鸭那可是每顿的‘标配’！”多年之后，徐光宪的学生严纯华再提起这件事，仍然口齿生津，仿佛多年前的美食香味还在鼻尖萦绕。

徐光宪虽然看着随和，但在学术上却一点也不马虎。有一次，徐光宪发现班上有一个学生叫做欧阳辉，经常仗着自己聪明，上课不做笔记。徐光宪请欧阳辉和几个同学到自己家里去，同学们都以为欧阳辉会面临“雷霆暴雨”。

等同学们到了徐光宪家，徐光宪却只是和他们聊一些生活琐事。临走时，徐光宪拿出一个硬皮封面的本子，翻开是做得整整齐齐的英文笔记。欧阳辉羞愧不已，之后每次上课都认认真真地做笔记。

桃李不言，下自成蹊。即使在年近九旬时，徐光宪的工作也从不假手于人。他发表的每一篇文章、演示的每一张幻灯片，都是他用枯瘦的手指一字一句打出来的。徐光宪严谨的治学态度就像太阳光辉，映照着一代又一代燕园学子……

小知识

萃取：其原理是利用组分在不相容溶剂中溶解度不同或在吸附剂上的吸附性不同来分离混合物。就像泡茶一样，溶剂（比如水、酒精、油等）会溶解物质，然后将需要的成分带出来。

DTPA ：喷替酸，是一种白色的水溶性固体。因为与金属离子的结合性好，临床可用于治疗铅、铁、锌、钴、铬中毒。

来源：《科学故事会》2024年7-8月刊

排版：沈　丹

编辑：闫进芳

审定：李红林