「俯首甘為稀土牛」——張國成院士

2019-05-20     礦冶園

「魯迅的一生是『俯首甘為孺子牛』,我願自己的一生是『俯首甘為稀土牛』,促使中國的稀土工業登上世界重要地位!」這位願做「稀土牛」的人,就是我國著名稀土冶金專家,中國稀土冶煉分離研究的學科帶頭人之一,中國工程院院士——張國成。

結緣稀土,初出茅廬獲成功

1931年,張國成院士出生在雲南省昆明市一個城市貧民家庭。成年後的他報名參軍,成為了中國人民解放軍第二野戰軍第四兵團後勤政治部文工團的一名戰士。當時,新中國剛成立不久,國家建設急需人才,組織上便保送張國成院士到雲南大學工學院冶金專業學習,他與稀土的緣分也由此結下。

1956年大學畢業後,張國成院士被分配到北京有色金屬研究總院工作,開始從事稀土精礦冶金和單一稀土元素分離技術的研究,成為中國稀土冶金開發研究的早期成員之一。眾所周知,中國是世界上第一稀土資源大國,已探明的稀土儲量在世界排名中位居前列。那麼,要如何發揮好中國稀土資源世界之最的優勢,抓住發展中國稀土工業的機遇,而使中國真正成為稀土資源從開發到生產、應用再到出口的大國,雄居於世界的東方呢?

面對這個問題,「初出茅廬」的張國成院士陷入了沉思。當時,他才剛走出校門不久,從課堂到實際生產讓他深刻體會到:大學的課程只是把自己帶進了科技的大門,裡面的內容博大精深,要想成功,一切還得從頭學,還得靠個人去拼搏。於是,在這條註定不平坦的道路上,張國成院士以其「勇於打前站」的精神,開始了在這片領域中的探索。

在那個年代,人們對彩色電視已經不陌生了,但說起氧化銪,不少人還真不知道。其實,在構成電視彩色畫面艷麗色彩中,不可缺少的就是顯現紅色的氧化銪。要如何把隱藏在稀土金屬礦中十萬分之幾的氧化銪提煉出來,就是張國成院士要解決的問題。為此,他曾和同事們進行了無數次的試驗與計算,歷經三年,終於根據銪在鹼液中的穩定性和溶解度規律,使鋅粉還原—鹼度法製取高純氧化銪這一方法獲得成功,並使氧化銪的純度從20%提高到99.99%以上。這時的張國成院士也才是而立之年。

後來,這一成果1978年獲全國科學大會獎。直至如今,這種工藝仍是國內生產高純氧化銪的先進方法,在全國十多個稀土廠推廣和應用。

信心倍增,發明冶煉新工藝

高純氧化銪的研製成功,為張國成院士在稀土領域中的探索開了個好頭,也為中國稀土工業的發展扎紮實實地鋪了一塊奠基石。帶著成功的喜悅,信心倍增的張國成院士立志向稀土領域更深層次探索。

科研從來就不是什麼輕鬆的事,每一個成果背後都是數不盡的艱辛與努力。張國成院士多次表示:「搞科研要想出點成績是很辛苦的事,每天只靠8小時工作是很難成為科學家的,必須把自己融在工作中,善於構思,大膽實踐,力求創新。成果里要有自己的東西,要擺脫別人的束縛,并力爭超過他人」。多年以來,本著「有所發明,有所創新」的原則,張國成院士獲得了多項創新研究成果,三代酸法冶煉新工藝的發明就是其中之一

業界都知道,我國包頭的混合型稀土礦儲量排世界第一位,但由於礦石成分複雜,其冶煉的難度也堪稱世界之最。遇到問題就要解決問題,面對這個難題,張國成院士和同事們經過一起反覆琢磨,反覆嘗試,終於發明出了第一代酸法工藝:將該礦經過硫酸焙燒—復鹽沉澱—鹼轉化生產混合氯化稀土。

這項工藝雖然比較複雜,但畢竟找到了合適的冶煉方法,使當時世界上絕無僅有的包頭礦有了用武之地。不久後,精益求精的張國成院士與同事們又發明了第二代酸法新工藝:硫酸強化焙燒萃取法,這項工藝採用萃取法代替化學法,不僅簡化了工藝流程,還提高了稀土回收率,降低了生產成本,並成為中國處理包頭礦生產氯化稀土的主要工藝流程。與此同時,這項工藝技術也獲得了國家發明三等獎。

20世紀80年代,稀土高技術市場發展較快,國內外市場對釤、銪、 鈰和氧化釹等需求量大幅度增加。為了適應市場需求,張國成院士和同事們又開始了第三代酸法冶煉新工藝的試驗,即從硫酸溶液中萃取分離稀土新技術的攻關。經過鍥而不捨的努力,終於又獲得可喜的成功,誕生了第三代酸法冶煉新工藝,即將包頭礦進行硫酸強化焙燒、水浸除雜,得到純凈的硫酸稀土溶液,直接用P-204 萃取分離,生產釤、銪、釓富集物以及純氧化釹和氯化稀土等產品。

這項技術的先進性在於:工藝簡單,適應性強,成本比第二代降低約10%,稀土萃取回收率高達85%,實現了連續化工業生產。該項目1986年完成工業試驗後,便開始在生產上得到很快的推廣,取得了良好的經濟效益。

不斷奉獻,稀土強國是目標

近年來,各國高新技術迅猛發展,稀土產品越來越被世人所矚目。在此大環境下,各國也愈加重視稀土工業的發展。在這場無形的「競爭」中,我國雖然是稀土大國,但要使本國產品更多地打入國際市場,又談何容易。

從實驗室到生產線,這個過程沒有捷徑,用張國成院士的話來說就是:「推不出去的就不是成果」。因此,他將課題重點放在發展稀土工業的主戰場中,根據稀土資源狀況有針對性地挑選課題,按照市場需求和發展變化來確定研究項目。項目價值越高,其責任也就越大,研究過程中的苦和累,只有張國成院士和同事們知道。

20世紀80年代初,甘肅的一家公司花30萬元買下了張國成院士負責研究成功的第二代酸法冶煉工藝技術,並投資400萬元新建年產6000噸的氯化稀土生產線,這條生產線的工藝設計和試車投產均由張國成院士具體負責。當時,如此大規模的稀土項目在國內外還是首個,價值與責任之重大可想而知。對於張國成院士來說,這是一個只許成功、不准失敗的項目。

然而,由於在工業試驗中對原料的成分變化考慮不周,生產線建成投產後受原料成分波動大的影響,回收率由設計指標85%降到40%。這無疑意味著項目失敗了。當時,張國成院士內心十分自責,甚至自己跑到荒山野嶺中發泄情緒。但之後,他便重新回到實驗室,用3個月去尋求解決問題的答案。

不知又經歷了多少次的實驗失敗,終於,一個新的方案形成了,並在再次試車中獲得圓滿成功。這一方案不僅擴大了對精礦組成的適應性,還彌補了原設計的不足,使生產正常運轉。這一經歷使張國成院士深深體會到,成功是從失敗中爬出來的,未經歷過失敗,何談真正的成功。

如今,張國成院士已年過七旬,但他探索稀土領域奧秘的勁頭卻仍然不減當年。自與稀土結緣以來,已經為中國的稀土工業發展做出重大貢獻的他,如今還在立新功。他把自己的智慧和能量全部奉獻給這片沃土,並始終在為實現「使中國真正成為屹立於世界東方稀土強國」的目標而奮鬥。

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