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稀土:掌控未来高新技术的钥匙
——访中国科学院院士徐光宪
作者:黄晓艳 单晓钊 摄影/吕学谦 发表时间:2012年11月01日

  

  中国科学院院士徐光宪

  

  面对中国稀土分离技术早已领先世界,使我国优质高纯单一稀土产品却大量廉价出口,使稀土资源大量流失的严峻形势,中国科学院的资深院士徐光宪心急如焚,亲自奔赴内蒙古白云鄂博矿区和四川攀西冕宁矿区考察,并联合师昌绪等14位院士两次向国家总理上书,呼吁对我国白云鄂博的稀土资源进行保护,呼吁国家加大对稀土生产的宏观控制,限制稀土产量。同时,提出了对白云鄂博的稀土矿藏可持续高效洁净利用的建议,为我国稀土资源的优化利用、环境安全和可持续发展提供了宝贵意见。

  为了让中国真正从稀土大国变成稀土强国,为了中国在未来的能源、经济、军事、外交领域占有更多的主动优势,2012年新春佳节之际,92岁的徐光宪院士向前来慰问的党和国家领导人道出了对稀土资源未来的忧心,希望中国能切实保护好稀土这种珍贵的战略资源。同时,他也希望能把国家稀土重点实验室扩大,引进一批经济学家、法律学家和老一代的稀土专家,组织他们去第一线进行考查调研,去倾听稀土企业的心声,把第一手的真情实况向国家报告。

  我担心,我呼吁

  本刊记者:稀土产业虽然顶着高新产业的名头,但开发稀土引发的污染问题一直广为诟病。您曾联合师昌绪等14位院士呼吁,保护我国白云鄂博宝贵的稀土资源特别是钍资源,避免包头市和黄河受到放射性污染,并多次深入白云鄂博矿调查研究。据您了解,目前包头稀土产业相关企业在这方面做得怎样,您最大的担心是什么?

  徐光宪:我国在稀土科研、生产技术、产业发展和应用等方面取得了很大进展,国家也出台了一系列有效措施,但在资源保护和环境污染治理方面尚存在严重问题。

  稀土是不可再生的、非常宝贵的战略资源,是高新技术和军工产业不可或缺的战略元素。中国得天特厚,稀土工业储量占全世界的46%,居第一位。稀土分离理论和技术世界领先,单一高纯稀土产量占世界的98%以上。因此英国《泰晤士报》2009年3月9日曾发表文章,称中国掌控着世界未来新技术的钥匙。

  我国稀土主要集中在内蒙白云鄂博的主东矿,占全国稀土资源的84%。当前最大的问题是上世纪50年代苏联帮助包钢建厂时,错误地决定把宝贵的稀土(钍、铌等)和铁的综合矿(主东矿)当做铁矿来开采。稀土的利用率只有10%,钍的利用率为零。在铁炉碴等处要浪费15%,其余75%进入尾矿坝的已是200目的细粉,由于底层没有防渗透漏的措施,带放射性钍的200目的细粉随湖水流失很严重。又由于湖面不平,在干旱时期,部分尾矿细粉就暴露在空气中,被风吹跑,所以流失和污染环境非常严重。中国地质科学院最新的估计是流失了至少17%。

  当年,毕业于哥伦比亚大学矿冶学院的中科院化工冶金研究所第一任所长——叶渚沛曾建议:用含铁量为33.15%(与主东矿的34%十分接近,但含稀土仅1%,钍仅0.0064%的西矿来代替含稀土5%~6%,含钍0.032%~0.038%的主东矿。西矿的惟一缺点就是矿藏分散在几个平方公里的矿区,要用大卡车把矿石运到选矿厂,主东矿则比较集中,可以把矿石直接传送到选矿厂。当初的短视加上过分重视苏联专家的建议,所以造成现在的稀土资源浪费和环境污染两大问题。

  白云鄂博主东矿原有矿石6亿吨,到2011年底已开采31400万吨,尚余28600万吨,目前仍以每年1200万吨的速度在开采,如不紧急叫停,珍贵的资源将在24年后开采殆尽。加上其他的稀土矿藏也被过分开采,所以中国稀土储量由1959年占世界46%已下降到现在的23%(这是国务院新闻办发表的“中国的稀土状况与政策”,的估计值,见《经济日报》2012-6-21)。如不在2013年停止开采主东矿,中国将在24年后成为稀土小国。美国的MountainPass稀土矿,已封存多年,一直享用中国的廉价稀土。当中国变成稀土小国,中国被迫将掌控未来新技术钥匙交给美国,稀土价格将上升100倍以上。那时即使中国的GDP超过美国,也不能成为世界第一,中华民族复兴的伟大事业将受到严重挫折。这是我最最担心的问题。

  本刊记者:若从2013年起停止主东矿的开采会对包钢有什么影响?国家针对稀土产业所采取的一系列环保措施是否能够奏效?您个人又有哪些建议。

  徐光宪:2008年包钢生产钢铁1000万吨,需要铁精矿1600万吨。开采主东矿1200万吨,提供铁精矿400万吨,只占四分之一。如果从2013年起完全停止主东矿,包钢有400万吨铁精矿的缺口,可用下列办法之一解决:

  1.目前钢铁市场低迷,码头上有大量铁精矿积压。用进口的铁精矿来替代,包钢每年要多花一亿元。国家可以建立战略元素资源的储备基金,每年补助包钢一亿元。

  2.可采用创新技术来解决。目前包钢选矿铁的回收率只有70%。包头稀土研究院的前院长,现已退休的马鹏起教授创建了串级选矿理论,并已用实验证实可以把铁的回收率提高到90%。希望马鹏起教授和包钢选矿厂联合协作共同把这一技术进行工业实验并投入到西矿的选矿生产中去,就可以弥补停止主东矿生产造成的缺口。主东矿的选矿厂停产后,可以把大量人力、物力支援西矿选矿厂,并大幅节约成本。

  3.国家下达的稀土年允许开采量为10万吨,给包钢只有68000吨,包钢现已有60万吨的稀土储备。主东矿停止开采后包钢可以用此储备,逐年供应市场。因包钢稀土资源占全国的84%,给包钢的稀土生产配额增加到84000吨比较合理,这样包钢可以大幅增加收益,弥补少生产400万吨铁精矿的损失而有余。

  稀土开发在造福人类的同时,与之相伴的资源和环境问题也不断凸显。环境方面我担心的最大问题就是主东矿的尾矿坝。它是一个在平地用35米高的围墙围起来的,面积比北大加清华的校园还要大的悬湖,每年还要把围墙升高0.9米以容纳新排放的尾矿。由于底层没有防渗漏的措施,尾矿坝周边环境受到污染,附近的村民有不少癌症患者,包钢答允支付医疗费和迁家费,但未完全落实,当地居民意见很大。另外,多年以来渗漏出来的放射性废水已污染了黄河,如果一旦遇到地震或大暴雨,造成溃堤和泥石流,则后果不堪设想。

  如果主东矿停止开采后,可以把尾矿坝的废水经过去除放射性钍的处理后再排放,那么尾矿坝将是一个固体的堆放场,上面可以填放泥土,恢复植被,使尾矿坝成为一个新的稀土钍矿。主东矿也可填放泥土,恢复植被,不再开采,留给子孙。这样我国稀土的储量占世界的份额还可从23%上升到34%,我们也就能牢牢掌控稀土这把掌控世界未来新技术的钥匙,为中国的和平崛起作出伟大贡献。

  本刊记者:钍资源既可能让中国成为新能源富矿,也可能带来别的后果。如果我们现在不对钍资源进行保护性开发,一旦资源流失殆尽,会是什么后果?

  徐光宪:在稀土开发利用中,资源的合理利用和环境的有效保护是世界面临的共同挑战。资料显示,我国已查明的钍工业储量约为28万吨左右,钍资源储量仅次于居世界第一位的印度(约34万吨)。内蒙古白云鄂博矿区主东矿中钍资源储量约占全国的77%,但是白云鄂博主东矿一直被当作铁矿来开采,钍资源利用率为零。钍在快中子反应堆中可转变为铀233,是同铀235一样可裂变的元素,是非常宝贵的核能源战略元素。只因快中子反应堆技术尚未成熟,目前还不能代替铀,因而未被核工业公司重视。钍与稀土共存。在稀土生产上把钍用萃取法提取出来的技术已经由中科院长春应化所解决,包钢公司曾用这一技术生产过2吨钍,成本每吨2万元,但核工业公司不愿收购。包钢公司因没有存储钍的特殊设备,不得不停止生产,让它“沦落”成了环境污染物。如果停止主东矿开采和以固体封存尾矿坝的问题得到解决,那么就从根本上保护了钍资源,同时防止了它对环境的污染。

  本刊记者:据报道,美国的LaserPowerSystem公司正在研发利用激光能激发钍的核能发电,做电动车。只要8克钍就能代替6万加仑汽油。该公司的首席执行官查尔斯史蒂文斯说:“仅需使用8克钍,就意味着您的汽车永远不需要再加汽油。”请问,这个提法是不是太邪乎了,算不算耸人听闻?可不可以这样理解:钍资源的开发利用成功在即,一场能源革命正在悄悄发生,后知后觉者必定会因为落后而挨打。我国是否已经制定出了国家层面的钍资源开发战略?您的建议是什么?

  徐光宪:这是一个非常重要的消息,我从网上也已看到,但有待进一步确认。这一信息如果确实,肯定发明了下列三种新技术:1、原来是用快中子使钍232变为铀233,现在是用激光来导致这种转变(这在理论上是可能的)。2、创建出了一种微型的铀233核电站技术,使之能在电动车上使用。3、制造微型电机的技术。如果这三种新技术能成功,那么8克钍相当于6万加仑汽油,可以使汽车走155万公里,都是实在可行的。上述三种新技术中,只要第一种技术研制成功,就能大力发展以钍为核燃料的核电,没有二氧化碳的排放,是安全高效的新能源。

  我国有丰富的钍资源,而缺少铀,后者要用每吨20万美元的高价进口。如果有一种新技术能使钍232变为铀233,那对中国经济发展的意义十分重大。天然铀中只有0.715%的铀235是可裂变的,而天然钍可以全部变为铀233,一吨钍相当于100多吨铀。这也说明了停止主东矿开采,保护稀土和钍资源的是十分重要,非常迫切的。

  我思考,我建议

  本刊记者:未来稀土国际竞争的主战场将是后端应用,中国要想在后端应用上赢得未来,肯定离不开前端的研发。北大拥有丰富的科研优势,在稀土产业研究和应用领域实现了新的突破。您认为,中国如何才能冲破外国企业专利封锁,实现稀土科技的跨越发展,成为稀土科技强国?我们在稀土资源的开发利用上应当如何布局,才有可能拿到开启未来高新技术发展的钥匙?

  徐光宪:中国有着世界上储量最大的稀土资源,稀土在我们的生活中无处不在,但在上世纪70年代,国内开发利用稀土的生产工艺和生产技术都十分落后,欧洲的罗地亚厂长期把稀土生产技术作为高度机密对中国实行封锁。中国只能守着巨大的资源,只能用低廉的价格向外国出口稀土矿,然后再用高价进口稀土制品。这种局面在中国独立自主创建了稀土串级萃取理论及新工艺以后有很大改变。生产高纯单一稀土的理论和工艺已经在世界上大幅领先,目前与国外的差距,集中在稀土功能材料和后端应用。

  科技部已在几个月前拟订稀土科技发展规划,拔款4亿元,目的就是开拓后端应用。限制前端单一高纯稀土的出口很重要,这样外国不得不买中国的后端产品。例如世界著名的飞利浦节能灯,实际上是在中国生产的,只是用了他们的品牌。我们应该停止贴牌出口,应该把中国自己的品牌打出去。

  中国知识产权的保护和专利局的成立还只有二十余年的历史,科学家和企业家对知识产权的重视都还不够。例如上世纪70~80年代,我们创建了稀土串级理论和分离的工艺技术,只向包钢稀土三厂、上海跃龙化工厂和广东珠江冶炼厂三个国营厂推广。由于当时这种技术打破了法国罗地亚厂的垄断,企业生产的利润很高。江苏等地方国营和私营企业就想办法把以上三个厂的总工程师和高级工程师挖去,纷纷建立稀土厂,数量上达到了100多个,产能达15万吨,而全世界的年需求量不过10万吨。这种供大于求的局面,导致稀土价格大幅下降。我们多次呼吁稀土行业像欧佩克那样协议减产,未能生效,造成了我国在1995-2005年的十年间,稀土大量出口达到了100多万吨。日本和韩国储备了可供二三十年使用的中国的廉价优质高纯单一稀土。美国占世界稀土储量的13%却不开采,一直进口廉价的中国稀土。这样的格局,让中国不但没有从稀土贸易中获得应有的利益,反而因过量开采稀土,造成了中国稀土资源的大幅下降和严重的环境污染。

  我和其他院士多次呼吁稀土生产企业像欧佩克那样,自主限制生产量,以提升稀土价格,但均无效,迫不得已的情况下,我和14位院士于2005年上书国务院,呼吁对我国稀土资源进行保护,限制因稀土生产造成环境的严重破坏。2006年又上书温总理,希望国家限制稀土的生产量,得到温总理的迅速批复,指示国土资源部下令,从2007起,限制稀土开采80000吨。这个消息一公布稀土价格就上升几倍。自2006年开始,我国就在逐步减少稀土的出口,稀土出口有了“配额+关税”的双重门槛,稀土价格随之提高。工信部编制的《2009-2015年稀土工业发展规划》将稀土产业提升到了战略高度,并规定未来5年,中国稀土出口配额的总量将控制在3.5万吨/年以内。

  国家实施重拳整治稀土行业非常必要。但走私出口和乱采烂挖的情况还存在,必须严加打击。根据国务院新闻办2012年6月发表的《中国的稀土状况与政策》,从2000-2010的十年间,稀土价格仅上升2.54倍,而同期黄金上升4.39倍,铜上升4.13倍,铁矿石上升4.84倍。稀土是比铜和铁远为重要的战略元素,所以它的价格还有很大上升空间。

  当然一味通过控制出口来提高价格也不是长久之计,更重要的是提高资源利用效率、提高附加值,还应该研究如何更好地运用战略资源、使稀土发挥最大的效用。此外我们还需要从弃用的节能灯、手机、计算机等旧物中回收稀土材料,节约资源。

  作为世界上稀土储量最丰富的国家,中国要想成为稀土强国,就要充分发挥稀土资源和产业的经济效益,控制资源浪费,减少对环境的破坏,加大对稀土科学基础研究的投入,加深对稀土科技和产业发展战略研究。国家应把稀土列为战略元素,建立稀土资源国家储备制度,对稀土实行总量控制、垄断经营、集中管理。特别是要严格限制出口,加大稀土资源的战略储备;优化产业组织结构,深入推进稀土资源开发整合,提高稀土产业集中度,不断推动企业技术改造;加速科技进步,依靠科技创新,研发拥有自主知识产权的专利产品,打破发达国家的技术壁垒,实现稀土产业可持续发展,使稀土真正成为中国掌握世界未来高技术发展的钥匙。

  本刊记者:从稀土协会的建立,到稀土专用发票的使用,国家对于稀土行业的规范和整合力度在不断加强。我国稀土科技发展现状如何?稀土产业应该遵循怎样的发展思路?中国和发达国家在稀土产业政策的侧重点上有哪些区别。

  徐光宪:作为在冶金、机械、化工、航天等领域应用广泛的原料,稀土被称为“工业黄金”,是不可再生的珍贵资源。过去几十年间,几乎每隔5至10年,稀土科技都有重大的发现和技术突破,这些发现和突破不仅促进了科学和技术本身的发展,也深深影响了人类的生活质量。稀土不仅广泛应用于手机、电脑、家电,在军工、高科技领域也有重要用途,比如为导弹提供更为精准的制导系统。可以说稀土与国防安全和国家的未来紧紧联系在一起。

  物以稀为贵,既然是稀缺资源,稀土的开采和供应就应该遵循合理有序并且符合价值规律的原则。《国务院关于促进稀土行业持续健康发展的若干意见》明确了稀土发展的时间表:用1~2年时间,建立起规范有序的稀土资源开发、冶炼分离和市场流通秩序,再用3年左右时间,进一步完善体制机制,形成合理开发、有序生产、高效利用、技术先进、集约发展的稀土行业持续健康发展格局。

  过去30年,因中国稀土分离技术和产业的快速发展,使发达国家依赖中国价廉物美的稀土产品。目前中国在稀土采、选、冶和萃取分离技术上具有绝对优势,支撑了全球98%以上的需求量,但是在稀土的高、精、尖和特殊用途的材料方面,中国依然与发达国家存在差距,这就要求我们要保持既有优势,高效利用资源,提高生态环境保护水平,加快稀土关键技术研发和产业化。我个人建议成立“国家稀土科技和战略研究中心”,搭建国家稀土科技、人才、产业发展和战略研究的平台,为国家提供正确的信息,供国家决策的参考,引领稀土科技和产业发展。

  从加快转变经济发展方式的角度出发,更加科学合理地开发利用稀土资源,提升产业附加值,这是我国稀土行业实现持续健康发展的重要课题。我国稀土产业将依靠世界高科技产业需求而发展,通过政策调整和产业整合,我国稀土产业将实现资源与环境的和谐发展。

  我自豪,我幸福

  本刊记者:您曾多次改变研究方向,研究横跨物理化学、配位化学、核燃料化学、萃取化学、稀土化学等领域,并在这些领域取得了骄人的成就。您也曾带领课题组,多次到矿藏地、到工厂,经过反复试验,创立了串级萃取理论,运用于实际生产,并在国际上首次实现了用推拉体系高效率萃取分离稀土的工业生产。这些科研经历给您带来的最大收获和体会有哪些?

  徐光宪:首先我想强调说明,科研工作要坚持的两个原则是:立足基础研究,面向国家需求。无论是当初毅然选择回国,还是后来多次改变科研方向,对我来说理由很简单:根据国家的需要,服从组织的分配。

  在长达几十年的科研和教学过程中,虽然也取得了一些成绩,但这是我们团队大家共同努力和付出的结果。

  我人生中最大的收获就是我拥有一支很好的团队,带出了一批好学生。大家在共同目标的指引下,在相互信任的合作中,取长补短,不断探索新的研究方法,攻克新的难题。例如,严纯华院士,现为北京大学稀土材料化学及应用国家重点实验室主任,他和他的团队对串级萃取理论进行了不断改进,提出了联动萃取新技术,大幅度节省了稀土分离工业中酸、碱的用量,不但节约成本,大幅减少排放量,并进行排放废水的处理,使之成为绿色工艺。此外还在稀土功能材料方面取得很多创新性成就;在稀土化学和光电功能材料方面,黄春辉院士取得了具有深远国际影响的卓越成就,并获得“何梁何利”化学奖;在量子化学理论方面,黎乐民院士早已超过了我;在分子磁体的研究方面,高松这位年轻的院士,在国际著名期刊上发表了多篇高水平的论文,并带领北京大学化学学院,正在走上一条创新跨越之路……我认为最值得我高兴的是,我培育了超过我的好学生,这些学生们让我很高兴、很自豪。

  要说人生的体会,我觉得人生最重要的是幸福。现在我还有做不完的工作,这说明社会还需要我,使我能体会到自己存在的价值,这是人生很大的安慰。

  后记

  整个采访过程中,徐光宪院士留给我们大家印象深刻的是他对待荣誉的那份喜悦和淡定,发自内心的谦逊和热忱。在他讲述与思考时上翘的嘴角总是保持着微笑的弧度,纯真而优雅,一派赤子风范。坚信从来不会放缓前行脚步的徐光宪,前方等待他的必将是人生的一个又一个春天。

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