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视稀土为黄金——记稀土资源利用国家重点实验室

发布时间:2016-01-14

在工业界有这样一个比喻,如果说石油是工业的血液,那么稀土就是工业的维生素。稀土元素是我国的宝贵资源,工业储藏量居世界首位。稀土资源的开发和综合利用是我国的一项基本国策。

  在中国科学院长春应用化学研究所(以下简称长春应化所)有这样一支科研力量,他们一辈子与稀土打交道,视稀土为黄金。

  “所里老一辈科学家从1950年开始从事稀土研究,在该研究领域创造了20余项国内首创,培养了三位院士。”日前,稀土资源利用国家重点实验室主任薛冬峰在接受《中国科学报》记者采访时表示,实验室致力于解决稀土应用研究领域的重大技术问题。

  多项首创

  据薛冬峰介绍,20世纪50年代,长春应化所在国内率先分离出全部单一稀土,建立了第一家稀土分离中间工厂,提出处理包头稀土矿的工艺流程。

  随后,长春应化所的科研人员首创了用醋酸铵离子交换法分离出高纯钇、用熔盐电解法制备出稀土金属,在国内首次制成稀土无机液体激光工作物质、生长出掺钕铝酸钇激光晶体等。

  20世纪80年代,随着材料科学的发展与国民经济建设的需要,长春应化所建立了我国第一家稀土固体化学实验室,全面开展稀土光、电、磁性质及镧系理论研究。

  薛冬峰说:“当年,我们几乎与国外同步,在国内开辟了一个新的学科分支领域——稀土生物无机化学,从分子与细胞水平深入开展了稀土生物无机化学研究。”

  20世纪90年代,长春应化所制备出高效率的稀土激光倍频晶体,成为国内第一家国防用稀土激光晶体生产高纯稀土氧化物(99.9999%)供应基地,在全国实现16种稀土氧化物的高纯化。

  长春应化所将首创的高效、绿色分离高纯稀土氧化物流程应用到四川攀西氟碳铈矿,使我国成为世界上能够分离高纯稀土氧化物的少数几个国家之一。

  进入21世纪以来,长春应化所与四川新力光源合作,研制出稀土交流LED荧光粉和发光器件,在国际上首创新一代交流LED白光照明光源技术,解决了交流LED发光频闪的世界性难题,如今交流LED灯用产品已经销往国内外。

  人才济济

  60多年来,在倪嘉缵、苏锵、张洪杰三位院士的带领下,长春应化所在稀土化学与物理领域逐步奠定了学术底蕴,为我国稀土资源的利用和稀土高新技术产业的可持续发展提供科学与技术支撑和人才储备。

  1987年,经科技部批准长春应化所成立了稀土化学与物理开放实验室,稀土资源利用国家重点实验室也是在此基础上,整合相关研究力量和资源组建的。薛冬峰介绍,实验室是科技部于2007年批准筹建的27个国家重点实验室之一,并于2010年初通过验收,正式步入国家重点实验室的行列。

  发展至今,稀土资源利用国家重点实验室有固定人员50余人,中青年占80%以上。其中,中科院院士3人,国家杰出青年基金获得者6人,中科院“百人计划”获得者10人,国家优秀青年科学基金获得者3人,国家“创新人才推进计划”中青年科技创新领军人才2人。

  同时,实验室为国家培养了一大批稀土专业人才,为稀土资源的高值化利用与发展作出了重要贡献。

  比如,张洪杰院士带领的研究团队长期从事稀土功能材料的研究,以材料的结构与功能关系为研究重点,发展了系列材料制备的新方法和技术,合成若干种稀土固体及杂化复合材料。

  硕果累累

  实验室以稀土与相关元素相互作用为基础,研究并解决稀土信息、能源与结构材料及化学生物学等领域的一些关键性前沿问题。

  薛冬峰指出,稀土元素活泼的化学性质,且具有独特的4f电子结构、大的电子磁矩以及强的旋轨耦合特性,可形成配位数在3~12之间变化的、晶体结构多样化的功能材料。

  稀土是提升镁合金综合性能的合金元素,具有良好的变质和精炼净化作用,稀土镁中间合金是稀土加入镁合金中的好形式。

  实验室研制了17种镁—稀土中间合金系列,建立了全国第一家稀土镁中间合金产业化示范基地,形成100吨/年稀土镁中间合金和1000吨/年稀土镁合金的生产线。

  张洪杰和他的同事孟健带领团队解决了稀土镁合金用于汽车零部件生产的关键工艺和技术,并首次应用到国产汽车零部件和国防军工上。

  据薛冬峰介绍,稀土元素的长期使用、慢性累积,使其已经进入生物链,稀土与生物大分子之间的相互作用亟待深入研究。在稀土纳米材料的代谢毒性、多模式成像及治疗方面发现CeO2具有酶催化功能,实验室构建了颜色变化的逻辑门及用于阿尔茨海默氏症(老年痴呆症)药物治疗释放的调控试剂。

  在工业领域,稀土绿色分离化学与清洁过程处于稀土元素供应链的核心位置,决定了矿物的利用率和高端产品的质量,也是企业实现环保达标的关键。

  近年来,实验室承担了重大科学问题导向“稀土资源高效利用和绿色分离的科学基础”(“973”项目课题),科研团队提出了基于自主研发的新型中性磷萃取剂Cextrant230的氟碳铈矿铈(IV)、氟、钍、稀土(III)萃取分离流程,构建了工信部专项“清洁冶金高效分离新技术产业平台”,已提供给钍基核能先导专项组纯度大于99.99%的高纯钍样品。

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