【众享荟】中关村特楼 | 中国盐湖科技事业奠基人——柳大纲

2020-04-12   乐活中关村

位于青藏高原的柴达木盆地,有着总面积达2000多平方千米的大小湖泊90多个,其中许多都是盐湖。

20世纪50年代中期到60年代,经常可以看到一支科考队奔波在这些盐湖之间,他们流连在这里当然不是因为这里有美丽的风景,而是因为盐湖有着丰富的钾、硼、锂、钠、镁等国家急需的资源。

率领这支科考队的就是我国著名的无机化学家和物理化学家,我国盐湖化学的创始人和奠基人柳大纲。他曾任中国科学院化学研究所研究员、所长,中国科学院青海盐湖研究所所长等职,1955年被选聘为中国科学院数理化学部委员(院士)。

20世纪80年代柳大纲在南沙沟家中

1929年,柳大纲从东南大学化学系毕业后,加入中央研究院化学研究所,从此走上了科学研究的道路。

1929年柳大纲在中央研究院化学研究所

20世纪30年代,中国的科学研究还处于人员少、科研单位少,资金短缺、仪器设备落后的状态。就在这样的条件下,柳大纲和著名物理化学家吴学周合作,研究了直线形分子的紫外光谱,标定出相应的键振动频率,推算出键力常数。准确测定有机化合物的分子结构,对从分子水平去认识物质世界,推动近代有机化学的发展是十分重要的。

按照常人的看法,靠当时的设备条件是不可能做这类实验的。但是柳大纲和吴学周等人因陋就简,通过改进实验技术,不仅完成了这些实验,而且取得了许多具有重要意义的成果,柳大纲也因此成为我国分子光谱研究的先驱者之一。

在这一时期,柳大纲还对古代、现代陶瓷以及玻璃原料做过比较系统的研究。中国古代陶瓷精美绝伦享誉世界,有些烧制技术已经失传,甚至今天都无法做到,柳大纲从化学的角度解开了其中的秘密,并对玻璃原料进行了深入研究,为制造优质玻璃提供了科学依据。

为了学习外国先进的科学技术,1946年柳大纲出国深造,并于1948年在美国获罗斯特大学研究院博士学位。1949年,他携带着大批图书资料回到祖国。中华人民共和国成立后,他以满腔热忱投入到新中国的科学事业当中。

中华人民共和国成立之初,在中央研究院、北平研究院等基础上组建成立了中国科学院。1952年,他服从国家的需要,毅然和吴学周所长等很多化学所的同事一起从条件优越的上海搬迁到了到处是战争创伤、气候寒冷的吉林长春,并放下了自己多年的研究方向,着手搞荧光料、土壤加固等国民经济紧迫需要的科研课题。

50年代初期,我国生产日光灯用的荧光粉主要依靠进口,因西方国家的封锁,价格昂贵。当时南京灯泡厂正在试制锌铍硅酸盐荧光粉,但由于成本高、氧化铍毒性大而难以大批量生产。于是柳大纲组织攻关小组,开展了X射线荧光硫化锌系荧光料和日光灯荧光料的研制工作,这也是我国最早进行的新型日光灯荧光材料系统研究。经过刻苦攻关,研制组为南京灯光厂试制出中国第一支使用无毒荧光材料的日光灯,使我国日光灯荧光材料工业达到了当时国际新型荧光材料的水平。这种“无毒卤磷酸钙日光灯荧光料”新工艺立足于国产原料,无毒安全,成本又低,很受欢迎,以后又在全国推广,彻底淘汰了过去价高有毒的硅酸铍系日光灯荧光材料,为我国日光灯工业做出了重要贡献。

柳大纲20世纪50年代初于长春

1958年,苏联突然单方面撕毁核合作协定,撤走了专家,中共中央和毛泽东主席决定,自力更生研制“两弹一星”。柳大纲积极组织、领导中国科学院化学所的力量,承担并圆满完成了大量有关原子能化学的研究任务。

搞原子弹,最重要的问题是浓缩铀的提炼问题,矿石里能提炼出的天然铀同位素235含量只有千分之几,化学方面的科研任务很重。为了研制我们自己的核武器,柳大纲领导中国科学院化学研究所的三个研究室开展了核燃料前处理和后处理工艺中关键问题的研究。

经过两年多的努力,柳大纲为核燃料铀、钚的生产和去污等后处理做出了重要贡献。他们做的铀回收率的试验结果,与当时美国阿拉贡实验室发表的结果相同。柳大纲还和北京大学张青莲教授合作进了高浓度硼同位素的富集研究,得到95%以上的硼同位素,为中国第一次核爆炸试验提供了测定中子流所需要的材料。

1957年,已经年过半百的柳大纲急国家建设所急,毅然放弃卓有成就的研究项目,带领一支科学调查队,来到条件异常艰苦的柴达木盆地,致力于盐湖的开发。他是第一位进入青海进行科学考察的中国化学家。

关于盐湖开发的重要性,柳大纲曾在1959年的一篇报告中指出,柴达木盐湖中蕴藏大量食盐,可供全世界食用1000年,尤其是钾、镁、硼、锂是社会主义工农业发展必需的无机化工矿物原料。但不同于金属矿是死矿,盐湖矿是一种活矿,对气候条件变化很敏感。为科学又经济地开发利用这些宝贵的资源,要求对矿产储量进行地质勘探,对各种矿产的形成条件、过程和机制开展矿物学、地质学、地球化学研究。

1958年12月与苏联全苏盐类科学研究所德鲁斯·利托夫斯基教授(左)在柴达木盐湖

1958年12月与苏联全苏盐类科学研究所德鲁斯·利托夫斯基教授(左二)

从1957年到1963年,柳大纲先后6次深入条件极为艰苦的西北戈壁滩的柴达木等地区。在考察期间,他和其他科研人员一样风餐露宿、踏冰卧雪,经历了不知多少艰辛。尤其是在大柴旦和察尔汗盐湖地区,有令常人想象不到的困难和危险。那里降雨量极少,炎夏像蒸笼,隆冬似冰窖,大风一年四季不断。人们说察尔汗湖“天上无飞鸟,地上不长草”,此话绝非夸张。察尔汗盐湖说是湖,其实那湖面完全是数十厘米厚的盐和沙尘结成的硬硬的盐壳。盐壳下面是黄色的、比海水还浓十几倍的盐卤。过去,公路就从湖上的盐壳经过,人们称为“万丈盐桥”,因为那盐壳硬得不仅可以走汽车,就是通火车,落飞机也没有问题。不过,察尔汗盐湖的地表结构很复杂,它还有不易被发现的沼泽,一旦有人陷下去不仅不能自拔,而且会被腌制成木乃依一般的干尸,因为这沼泽中不是水而是浓浓的盐卤。

盐湖所科考队在察尔汗达布逊湖

三年困难时期,因为条件太艰苦,许多科考队都从野外撤离了,可是柳大纲领导的盐湖组不仅仍然奋斗在柴达木盆地,还建立了野外工作站和实验室。当时粮食紧张,每人月定量22斤,吃不饱,蔬菜副食也基本没有。汽车缺油,有时停车待油,只好步行工作。生活用水要从100千米以外拉运,生活用煤有时甚至要步行20千米用肩膀扛回来。由于劳累过度,又缺少供给,几乎每个人都有浮肿病,体重明显下降。就是在这种艰难困苦的环境中,不论是科考人员、司机、炊事员、行政后勤人员都不愿意离开这个团结战斗、分工协作的集体。更感动人的是有身孕数月的女同志也一直坚持在现场工作,直到临产前一个月才不得不离队。柳大纲虽年近六旬,年年亲临柴达木盐湖,与其他同志们一起,同甘苦,共患难,一样啃干馍,喝凉水,进行调查研究,指导工作。因有高原反应,他经常睡不着觉,不能平躺着就斜靠在床上休息几个小时,从不要特殊照顾,继续坚持野外工作。这个时候,柳大纲已经住进了中关村特楼15号楼,如果他这时回到中关村,生活要好得多。因为国家为照顾他这样的高级专家,帮助他们渡过困难时期,给他们发了特供卡,凭着一张小小的蓝色纸片,可以买到一定数量的肉、蛋、黄豆和点心等。在那个时候,这些东西是非常难得的。然而,直到1966年,已经是62岁的柳大纲先生虽然身体不好,仍不顾同事的劝阻,坚持到野外指导工作。

柳大纲的心血和汗水没有白流,他带领的考察队在这被盐腌透了的荒凉之地,发现了一个又一个钠、钾、硼、锂大型矿床,其中最大的察尔汗湖群蕴藏着上亿吨氯化钾,是迄今已发现的我国最大的可溶性钾盐矿床。

在大柴旦湖,柳大纲根据地球化学和物理化学原理在湖中最低洼地区布置钻探,在经过详细分析研究后,终于确定大柴旦湖是我国大型硼矿矿床之一。这一发现和硼酸盐的综合利用研究于1989年获中国科学院自然科学奖一等奖和1995年国家自然科学二等奖。

这些盐类在国民经济、国防及人民生活中具有重大的意义。氯化钠除食用外,是制取金属钠、烧碱、纯碱、氯气、漂白粉等重化工产品的原料;钾盐如光卤石氯化钾是农业肥料与制取其他钾的盐类的原料。硼是许多工业及新技术材料所必需的,锂是原子能工业所必需的,镁是轻金属及其合金的重要组成等。此外,盆地还有丰富的多金属矿和石油、天然气的蕴藏。有了石油和天然气,再加以从食盐而来的氯气,人们可以制造出多品种的人造材料,如塑料、合成纤维和合成橡胶,等等。

柳大纲是1956年我国十二年科学技术发展远景规划中有关盐湖科学部分的主要起草人之一。1963年,国家科委成立盐湖专业组,制订了盐湖科学十年规划。柳大纲提出分别在三个盐湖建立三个工厂的构想:在察尔汗建一个年产10万吨钾肥的工厂;在柯柯湖建立年产250万吨食盐的工厂;在大柴旦湖建立生产硼盐、锂盐的示范车间,并提出了一整套方案,为国家组织各方科研力量,开展对盐湖的研究和开发,提供了可靠的依据。

20世纪70年代后期邓小平接见中外科学家(前排右一为柳大纲)

柳大纲是开发大西北、开发青藏高原的先驱,是我国盐湖化学的奠基人,现在盐湖化学已经成了无机化学研究的一个分支。在他的倡议下,中国科学院成立了盐湖研究所,他长期担任所长和名誉所长。

柳大纲为我国钾肥工业的起步和盐湖开发立下了汗马功劳。1958年,中国科学院与苏联科学院进行“柴达木盐湖勘探与利用”国际合作,在开展科学研究的同时,柳大纲先生安排调查队员在察尔汗开始进行沟槽晒卤结晶光卤石、加水分解生产钾肥的工作,同时帮助地方建成盐湖上的第一家钾肥厂,当年生产近百吨钾肥。现在年产20万吨的察尔汗钾肥厂正是在此基础上发展壮大起来的。

1991年9月14日,柳大纲因病与世长辞,享年87岁。作为我国盐湖化学的奠基人、青海盐湖所的创始人,柳大纲先生的名字将被世人所牢记,柳大纲先生的伟业将被历史铭记……