编者按
1980年6月10日，徐光宪率领中国科学院稀土考察团访问法国。他们与当地知名的稀土矿分离工厂开展交流，尽管法国研究人员对考察团的到来表示热烈欢迎，但拒绝了他们参观罗纳·普朗克厂的要求，并将所有萃取剂和工艺参数标记为“绝密”。这一事件虽小，却凸显了中国在稀土分离领域所面临的困境。
经过多年努力，在稀土化学奠基人、中国科学院院士徐光宪等科学家带领下，我国实现了从稀土资源大国向稀土生产大国、稀土出口大国的华丽转身。
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我国拥有丰富的稀土资源，新中国成立伊始，却处于一种资源开发与利用能力不匹配的被动状态。作为隐形战机、超导、核工业等高精尖领域不可或缺的原料，稀土珍贵稀少且提炼和加工难度极大，可以说“谁掌握了稀土，谁就全天候掌握了战场”。
1972年，北京大学化学系接到了一项紧急的军工任务——分离镨钕。当时已过知天命之年的徐光宪，再次因国家需求调整自己的科研方向。徐光宪通过实验室研究和工厂小试等一系列工作，不仅成功实现了稀土元素的分离，获得了高纯稀土元素，还使中国在稀土分离技术领域跃升至世界领先水平。
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徐光宪
来源 | 中国科学家博物馆
开创镨钕萃取分离法
镨和钕都属于稀土元素。稀土元素总共有17种，包括钪（Sc）、钇（Y）和15种镧系元素。它们的化学性质非常相似，要将它们一一分离非常困难。当时，国际上通常采用离子交换法，这种方法成本高，提炼出的稀土元素纯度也较低，无法满足大规模工业生产的需求。这时，徐光宪提出使用萃取分离法来分离镨和钕。
萃取是利用物质在不同溶剂中具有不同溶解度的特性，进行物质分离的一种方法。早在1957年，徐光宪开始参与开创我国原子能事业时，就已涉足萃取领域。当时，核燃料的分离和提纯是原子能工业中与化学相关的核心问题之一。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优点。
那时，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，理论中存在许多与实际试验不相符的假设，甚至对萃取机理的解释也相当混乱。徐光宪从系统整理资料入手，做了上万张文献卡片，经过深入思考、分析和归纳，于1962年提出了恰当而细致的萃取体系分类方法，并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，还参与改进了研究萃取平衡的两相滴定法。
然而，摆在科研人员面前的难题远比预想的更为复杂。在稀土萃取工艺的实验阶段，他们不得不采用繁复且耗时的“摇漏斗”方法，以此模拟串级实验，获取精确的设定参数。整个流程容不得半点差池，任何微小的失误都可能导致结果的不尽如人意，迫使一切推倒重来。
除了实验本身的挑战，徐光宪还需应对“本土化”带来的难题。国外成熟的稀土生产工艺，其“摇漏斗”技术能够尽可能地保持原料的一致性。然而，中国的稀土资源分布广泛，内蒙古、四川、山东等地的原料组成千差万别，对稀土元素分离的要求自然也不能一概而论。
“我们必须根据不同的原料找到与之匹配的工艺，更重要的是，要揭示这种工艺背后的理论依据。”徐光宪始终坚信，理论研究才是通往创新之路的基石。
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20世纪80年代徐光宪与学生们在一起讨论工作（前排右一为徐光宪）
来源 | 中国科学家博物馆
白天，徐光宪带领团队在实验室里辛勤地“摇漏斗”；夜晚，则在灯光下潜心钻研串级理论。有人戏称，他们白天是体力劳动者，晚上则化身为脑力劳动者。一周工作80个小时，高强度的工作节奏下，徐光宪成功地将萃取分离法研发并应用成功。
在当时，一般萃取体系的镨钕分离系数仅能达到1.4至1.5。徐光宪从改进稀土萃取分离工艺入手，通过精心选择萃取剂和络合剂，构建了季铵盐——DTPA“推拉”体系。最终，他不仅出色地完成了这项紧急的军工任务，更将镨钕分离系数提升至惊人的4，打破了当时的世界纪录。他的这些研究成果迅速获得了国际认可，为国家的科技进步作出了巨大贡献。
营造良好的稀土产业生态
1975年8月，第一次全国稀土会议在北京召开。徐光宪在会上提出了他的串级萃取理论，引起轰动。一排排看似普通的萃取箱像流水线一样连接起来，只需在一端放入原料，在“流水线”的另一端的不同出口就会源源不断地输出各种高纯度的稀土元素。
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全国稀土化学与萃取学术讨论会
来源 | 中国科学家博物馆
但徐光宪并不满足于此。萃取液的配置和各种参数的确定对于生产者来说仍然是一件非常繁琐的事情。徐光宪决定将这样一项复杂的生产工艺“傻瓜化”。经过艰苦的探索，他与同事研究成功了“稀土萃取分离工艺的一步放大”技术，不经过小试、中试，直接放大到工业生产规模，传统的串级萃取小型试验被计算机模拟所取代，稀土生产实现自动化。
这种一劳永逸的方法，被徐光宪称为“一步放大”。1978年，他率先办起了“全国串级萃取讲习班”，将他的科研成果在国营工厂里无偿推广。这些原则和方法用于实际生产，大大提高了中国稀土工业的竞争力。
由于在技术和工艺上的重大突破，从20世纪90年代初开始，我国单一高纯稀土大量出口，使国际单一稀土价格大幅下降，原先长期垄断国际稀土市场的一些国外生产商不得不减产、转产甚至停产，被国外称为“CHINA IMPACT”。中国终于实现了从稀土资源大国向稀土生产大国、稀土出口大国的转变。
徐光宪不仅积极推广先进的萃取方法，还致力于“建立稀土研究所”和“稀土专利保护”的事业。1979年，中国科学院酝酿成立一个专门的稀土研究所。1980年5月31日，由徐光宪担任团长，中国科学院组织的稀土考察团踏上了为期20天的美国和法国访问之旅。此行的目的是了解国际稀土研究的最新动态，为即将成立的稀土研究所确定科研方向。
在前往美法的旅途中，考察团与各研究所达成了友好的交流，并与“稀土之父”斯佩丁教授进行了会面。在法国访问罗纳·普朗克厂时，尽管研究人员热情接待了考察团，出于技术保护的考虑，婉拒了参观的请求。这次访问让考察团对国际稀土领域有了更深入的了解。一方面，稀土考察团更加明确了中国在国际稀土领域的发展方向；另一方面，也深刻认识到知识产权保护的重要性。
此后，徐光宪总结出，良好的科研环境离不开专利的保障，只有通过专利保护和盈利，才能形成良性循环，更好地推动科研发展。因此，他积极倡导稀土资源利用的专利化，并为此四处奔走，不懈推动。
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徐光宪重游哥伦比亚大学
来源 | 中国科学家博物馆
徐光宪毕生奉献于稀土事业，他建立并发展了稀土串级萃取理论与工艺优化设计，为中国稀土工业获取高纯度的单一稀土作出贡献，实现了中国稀土产量的飞跃；提出了萃取机理分类法，络合物平衡的吸附理论以及原子价的新定义，探讨了稀土化合物的化学键与电子结构，发展了镧系理论。此外，他一直倡导并推动保护中国的稀土产业，让稀土不要卖出“白菜价格”。
在徐光宪等科学家的努力下，中国的稀土产业摆脱了“守着金饭碗讨饭”的尴尬境地，实现了从稀土资源大国向稀土生产大国、稀土出口大国的华丽转身，也向全世界展示了中国发展稀土产业的坚定决心和雄厚科研实力。
审核专家：华东师范大学哲学系科学传播研究中心主任朱晶
参考文献：
[1]一清如水：徐光宪传[M].北京：中国科学技术出版社,2013.
[2]先生之风 山高水长——记北京大学徐光宪院士[OL].北京大学新闻网,2015-04-30.
中国科学家博物馆出品