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美国企业能找到破解稀土的难题吗?

赫尔辛根默斯肯
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不能,因为美帝搞不定高效稀土分离技术

而东大,在20世纪80年代,就搞定了一种萃取剂分离15种稀土元素的技术,

这种技术,就是传说中的基于串级萃取理论发展的全萃取分离技术

稀土元素有17种,但是东大的全萃取分离技术,只能分离15种,是因为技术不够吗?

不是的,因为稀土元素虽然有17种,但是钷、钪两种元素,是非常特殊的。

钷在几十年以前,还被认为是自然界不存在的元素。

那个时候,自然界的各种矿物中,根本找不到钷。

想要生产钷,只能去核反应堆,从铀裂变的产物中分离提取,

或者用足够强度的中子源照射钕,通过核反应生成钷。

直到后来,人们在铀矿中发现了极其微量的钷,数量级在负15次方,

这才明白,原来铀天然衰变的过程中,也会有一些钷出现,也就是说,自然界也是有钷存在的。

不过这一点自然界中的钷,完全无法工业生产,稀土矿中也就不存在钷,分离过程就没有它。

再来说钪,钪的性质,和镧、铈、镨、钕等稀土元素差别极大,

钪的矿产来源,也和其他稀土元素差别很大,

其他稀土元素,有单独的足够工业生产的矿石,比如氟碳铈、独居石、磷钇石等等,

而钪,没有足够工业生产的矿石,一般都是和铝土矿、钍铀矿、钛铁矿共生,

所以对钪的冶炼,也和其他稀土元素完全不同,分离过程也不涉及它。

也就是说,我国分离15种稀土元素,已经相当于将所有稀土元素一网打尽了。

这15种元素,物理和化学性质极其相似,想要把它们每一种分离出来,自然难度就非常大。

在20世纪初期及更早,分离稀土元素用的是分布沉淀法或分布结晶法,

就是利用不同稀土元素在盐溶液中的溶解度不同,一步一步进行沉淀,最终得到高纯度稀土元素。

但这样做的代价就是成本极高,稀土真的可以卖到黄金价,

所以二战之前基本上看不到稀土元素的大规律工业化使用。

现在分布沉淀法和分布结晶法已经被完全淘汰。

在二战之后,离子交换法出现,利用不同稀土元素离子被树脂吸附能力的不同,分离稀土元素。

这种方法成本相比于分布沉淀法降低了很多,但还是很高,于是溶剂萃取法出现了。

诶,不对,说“出现”不合适,应该说是“成熟”了。

因为溶剂萃取法很早就有,但是无法用于大规模工业生产,

因为萃取剂的化工合成不成熟,其他萃取条件也都不具备,

当萃取剂合成工艺成熟,其他条件也都合适,大规模溶剂萃取法也就成熟了。

所谓溶剂萃取法,就是我们先把多种稀土元素制成混合溶液,然后把这个溶液和萃取剂接触,

稀土元素就会在萃取作用下,从溶液里跑到萃取剂里。

不同的稀土元素,被萃取的程度是不同的,

假设有A和B两种稀土元素,A更容易被萃取,

那么A和B的溶液在接触萃取剂之后,溶液里的A更容易跑到萃取剂里,

那萃取剂里的A就更多了,溶液里的B就更多了。

然后我们再把含有更多A的萃取剂和新的萃取剂接触,这样新的萃取剂里的A就更多了,

就这样一次次接触,我们就能得到绝大多数都是A的萃取液,A和B两种稀土元素就分离开了。

现在溶剂萃取法,是大规模工业化稀土分离的主要方法,

离子交换法,则主要用来生产纯度极高的稀土元素,还小规模存在。

溶剂萃取法成熟之后,美帝、法国、日本都开始大规模使用,稀土制备成本大幅度降低。

人类历史上,稀土元素第一次走上大规模工业生产的舞台,也彻底改变了人类的历史。

电视里的显像管,电动机里的永磁体,计算机里的存储器,都含有稀土元素,

可以这么说,稀土元素让人类走进了信息时代。

在20世纪70年代和80年代,美国、法国和日本,是世界稀土生产的执牛耳者,

然后就如同大多数工业领域一样,背景音乐响起,

东大——这只工业饕餮傲然登场,以摧枯拉朽之势横扫一切。

20世纪80年代初,东大科学家徐光宪,发表稀土串级萃取理论,

以大宗师之势,一剑破天门,自此之后,美国、法国和日本神格陨落,唯有东大神格长存。

而大宗师徐光宪,后来获得了2008年度国家最高科学技术奖。

稀土串级萃取理论,简单来说,就是把稀土萃取过程,像人体蜈蚣一样,一级一级地串联起来,

我们在萃取产线的开头,把含有多种稀土元素的混合溶液放进去,

之后在各个级加入萃取剂,就能在萃取产线的末尾获取足够纯度的稀土元素,

成本相比于之前的溶剂萃取法,又降低了一大块。

在串级萃取理论发表之后,东大立刻开始以此理论为指导,进行大规模工业化应用,

此时东大生产出来的稀土元素,成本上具有碾压之势,

于是在10年之后,东大稀土元素产量相继干掉日本、法国,

在20年之后,东大又干掉美国,独占世界第一,

在30年之后,美国国内的稀土元素生产黯然落幕,各个工厂在东大的竞争下破产,

在此之后,美国虽然采矿、选矿的能力还在,但是开采出来的矿石,已经无法生产稀土元素了,

只能把矿石千里迢迢运到东大,让东大冶炼分离得到各种稀土元素,然后再把稀土元素买回去。

每一颗稀土原子,都要在踏上美利坚土地的时刻,

向着雄伟的洛基山,壮阔的密西西比河,红着脸,含着泪,说上一句:“已经是东大的形状了。”

看到这里你可能要问了,既然稀土串级萃取理论是公开发表的,为啥各国不学呢?

因为这个理论,它虽然能指导工业生产,但是工业生产中的具体参数,仍然要靠试验摸索出来,

相当于寻找地下埋藏的宝物,串级萃取理论帮你缩小了范围,

但是最后挖出宝物的那一铲子,仍然要由你亲自动手。

而这个具体参数,就是低成本制取稀土元素的关键中的关键,

比如说,对于某个浓度的稀土元素混合液,要用多少级萃取生产线?

用的级数少了,萃取不够充分,

用的级数多了,萃取成本就高。

必须要精准确定级数,才能达到最优。

像前面说的一次性全分离萃取15种稀土元素,实际上生产中未必会这样做,

因为有些混合液之中,某些稀土元素的占比可能只有万分之一,

为了萃取这一种稀土元素而花费大成本,显然是不划算的。

除了这个分离萃取级数,还有溶液流速、温度、萃取剂状态等等非常多的关键参数,

在东大科学家和工程师的不懈努力下,东大搞定了稀土萃取分离的关键参数,

而美帝、日本和法国,完全搞不定,自然就被东大打崩了。

上个世纪巅峰美帝都搞不定这些关键技术,

现在人才凋敝,全民飞叶子,专员横行的美帝,就更不可能搞定了。

而东大更厉害的杀招是:欢迎外资来东大生产。

这样一来,美帝的资本家,稍微一算账,发现把工厂搬去东大,直接用东大的稀土,

成本远远低于建设美国自己的稀土分离工厂,谁还会真金白银地支持?

不得不讲,美帝人民里面有坏人啊,

或者说,美帝是人种不行啊。

且听沧海
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