本刊记者　汲晓奇

　　
　　
　　“地”者，万物之本源，诸生之根菀；“土”者，地之吐生万物者也。稀土素有“工业维生素”的美称，是世界公认的发展高新技术、国防尖端技术、改造传统产业不可或缺的战略资源，是21世纪新材料的宝库。我国是世界稀土资源大国，工业储藏量居世界首位，对稀土资源的开发和综合利用是我国的一项基本国策。
　　中国科学院福建物质结构研究所研究员孙晓琦从事科学研究10余年来，一直在和稀土清洁生产与高质利用研究打交道。在研究中，他针对现有的稀土生产工艺所存在的资源利用率低、环境污染严重等问题，为满足稀土冶金工艺升级换代的国家战略需求，开展了一系列科研工作，取得了丰硕的成果。浓浓稀土情，在这一领域的研究中，孙晓琦从未停止过探索。
　　
积跬步而至千里
　　
　　1992年，邓小平南巡时说过一句话：“中东有石油，中国有稀土。”中国的稀土就如中东的石油一样存在巨大价值和影响力，中国迫切需要从事这一领域研究的人才，孙晓琦便是时代潮流所孕育的人才之一。
　　2007年，孙晓琦顺利获得了中国科学院研究生院的博士学位，并在多年的学习中积蓄了良好的经验，坚定了自己要在稀土研究领域不断开拓的信念。2007～2014年，孙晓琦在中科院长春应化所稀土资源利用国家重点实验室任助理研究员、副研究员，在这期间为了学习更多先进的科研技术，他还曾前往国际著名研究机构美国橡树岭国家实验室和美国劳伦斯伯克利国家实验室、加拿大麦吉尔大学进行博士后研究工作。福建、江西等南方7省是我国离子型稀土资源的产地，重稀土储量占世界已探明储量的70%以上。2014年，由于其在科学研究中所取得的优秀成果，孙晓琦成功获聘中科院福建物质结构研究所百人计划并入选厦门市双百计划领军型创业人才，来到了正在筹建中的中国科学院海西研究院（福建物质结构研究所）厦门稀土材料研究所担任研究员、博士生导师、课题组长。2015年，孙晓琦获得了中国科学院百人计划“引进国外杰出人才”择优支持。2016年，他又成功入选了福建省引进高层次人才，并受聘担任福建省稀土工程技术研究中心主任。
　　一直以来，孙晓琦对自己的事业由衷的热爱之情无时无刻都溶化在工作中。他决心要让我国储量居世界首位的稀土资源，发挥更大作用，为国家的工业建设作出更大贡献。从事科研工作以来，他先后承担过国家自然科学基金、“863”计划、中科院知识创新工程、美国能源部SISGR、美国能源部核燃料研发、加拿大自然科学与工程研究理事会等项目。已在AIChE Journal等专业领域重要期刊以第一作者和通讯作者发表论文50余篇，申请专利20余项。
　　由于在这一领域产生了重要成果，孙晓琦还受邀以第一作者身份在国际顶级化学化工综述杂志Chemical Reviews撰文系统评述了国际稀土、锕系元素分离领域的研究进展。此外，他还在2013年获得了吉林省自然科学学术成果奖一等奖，入选了2014年英国化学工程师学会全球奖。2015年IChemE会刊以“Rare earths extraction: better by design”为题，给予了孙晓琦1500字新闻人物专访，受到了国际主流化学工程界的认可。由于在稀土科研领域较高的国际知名度，孙晓琦受聘担任了美国杜克大学客座教授。之后，他还相继获得了2015年吉林省自然科学奖二等奖、2016年侯德榜化工科学技术青年奖、2016年中国产学研合作创新奖等。2016年中国科学院科学传播局还以“中科院突破稀土分离关键技术推动我国重稀土战略资源清洁高效利用”为题报道了他的研究工作。这一切都是孙晓琦长久以来在稀土领域的研究中，不断积累、进取所取得的成就。
　　
创新稀土工业生产技术
　　
　　随着时代的发展，我国的传统稀土冶金工业也相应遇到了很大的挑战。稀土元素一共有17种，包括钪、钇和15种镧系元素。它们的化学性质极为相似，对其中重要元素的分离可谓是极其困难。所以，选择一种合适的分离方法是问题的关键。在前辈科学家的指导下，经过多年来不断攻关，孙晓琦团队现已在高纯超细氧化钕粉体、高纯氧化钇的工业制备技术上有了很大的进展。
　　钕被广泛用于制造精密稀土陶瓷、激光晶体、发光材料、磁性材料、超导材料、催化材料等稀土功能材料。随着氧化钕应用领域的不断拓展，钕元素本征性质的充分体现与材料性能指标关联愈加明显，稀土功能材料需要5N以上的高纯氧化钕来保障其高性能，且产品对氧化钕表面积、形貌、粒度、松装比重等物性指标也提出了严格要求。目前国内生产的氧化钕产品纯度主要集中在2N5～3N5之间，且工艺萃取分离速率和效率偏低，酸碱试剂消耗大。为了解决这一问题，孙晓琦课题组与赣州稀土集团合作，通过采用所研发的新型技术，使设备和充槽等固定投资显著降低，酸、碱等原料消耗降低了15%，有力地促进了企业的增效、节能、降耗生产。此外，还可以拓展稀土产品在下游高性能功能材料制造领域的应用范围，提高稀土销售价格近60%，具有显著的经济效益和社会效益。
　　环烷酸工艺被广泛用于我国稀土分离厂生产高纯氧化钇，已工业应用30余年，为我国稀土分离工业做出了重要贡献。但环烷酸工艺仍存在一些缺点需要改进，例如：成份复杂，且随产地不同而有变化；皂化废水污染；长期使用后有机相的组分会发生变化，从而影响工艺的稳定性等。近年来，随着稀土矿开采规模的日渐扩大，开采出的稀土精矿质量有所下降，铁、铝、钍等金属杂质的比例不断增加，导致“环烷酸萃取法”已经不能胜任当前钇的分离。苯氧羧酸及其衍生物是一种重要的精细化工原料和合成产品，含有醚基和羧基两个活性基团。原料易得，合成工艺简单。为了寻找高效、廉价的稀土新型萃取剂，孙晓琦课题组对苯氧羧酸衍生物进行了系统调研，从空间位阻和pKa值两个方面，对苯氧羧酸衍生物进行了筛选，合成了一系列新型苯氧羧酸衍生物，研究萃取剂对钇和镧系元素的分离性能，最后筛选出了优秀的苯氧羧酸衍生物作为萃取剂进行工业实验，形成了一套完整的优于环烷酸的分离钇的新工艺。
　　
根据现状 降低稀土行业污染
　　
　　我国稀土工业存在的问题还有很多，资源过度开发、生态环境破坏严重等都是目前稀土产业所面临的巨大挑战。针对这一现状，孙晓琦团队开展了一系列集成新技术的工业试验及产业化实施，取得了重要进展，对降低稀土行业的污染具有重要的意义。
　　酸性萃取剂在稀土分离过程中的皂化废水污染问题已引起我国政府的高度关注。环保部副部长吴晓青指出：稀土生产过程中的环境污染问题日益突出。以氨氮为例，稀土行业每年产生的废水量达2000多万吨，其中氨氮含量300mg/L到5000mg/L，超出国家排放标准十几倍甚至上百倍。为提高有机膦酸和羧酸萃取稀土能力，铵皂、钙皂、钠皂、镁皂是稀土冶金工业中常用的技术，皂化占稀土生产成本的20%～30%，且产生大量高盐废水。
　　针对这一问题，孙晓琦团队与中科院长春应化所、美国橡树岭国家实验室、加拿大麦吉尔大学合作，经5年研发，成功开发出了新型离子液皂化技术。该方法可从萃取机理避免传统皂化技术在稀土分离过程中所产生的含有高浓度氨氮、钙、镁、钠等离子的废水，克服离子残留造成的稀土产品质量下降问题，又可显著提高工业萃取剂对稀土的萃取能力，增强稀土分离的选择性，并且经离子液皂化的工业萃取剂可以具备良好的反萃性能。在前期工作的基础上，孙晓琦团队以稀土精矿或富集物为原料，采用混合澄清槽开展串级模拟试验，系统评估了离子液皂化在高纯钇、重稀土分离领域应用的可行性，证明了离子液皂化流程可有效用于工业稀土料液的分离。在福建省重大科技专项的支持下，他们还开展了离子液皂化技术的工业试验。研究表明，该技术不需循环皂化、无皂化废水、可显著降低酸碱消耗，具有优异的稀土分离性能。通过工业实验，可有效用于厦门钨业集团工业料液中钇和其它重稀土的分离，工艺水相中氨氮浓度为2.3～2.4ppm，显著低于国家稀土污染物排放标准的相关要求。
　　此外，离子型稀土矿放射性废渣处理技术也是孙晓琦团队的代表创新技术。众所周知，重稀土被称为“超级工业味精”，在激光介质、辐射源、闪烁晶体、磁性材料等高技术和国防领域中显示了不可替代的作用。全球70%以上重稀土分布在我国南方的离子型矿中。但离子型稀土矿冶金污染严重，据国家稀土协会初步测算，仅赣州一地因为稀土环境恢复性治理费用就高达380亿元。而在2011年，江西省稀土企业的利润仅为64亿元。离子型稀土矿冶金中积累的大量酸溶渣和中和渣属放射性酸溶渣，废渣中含有较高比例的铽、镝、镥等高价重稀土，并且稀土伴生的钍、铀是重要的初级核燃料资源，其回收技术的研发对我国核能发展具有重要意义。国家发展和改革委员会、环境保护部、工业和信息化部2015年颁布的《稀土冶炼行业清洁生产评价指标体系》中明确规定了离子型矿“酸溶渣洗涤综合回收稀土”。针对赣州市的大部分企业废渣库均接近饱和状态，且环境隐患较大的现状，孙晓琦团队将其应用于对赣州稀土集团的放射性酸溶渣处理试验，试验结果达到了稀土回收率大于85%，渣量减半的效果。
　　P507体系是我国单一稀土分离的最重要工艺路线，已工业应用30余年。为我国稀土分离工业做出了重要贡献。但随着时代的发展，P507工艺对重稀土反萃困难的缺点渐渐暴露了出来，严重影响整个工艺的生产效率。Cyanex572是Cytec Industries Inc于2013年开发的最新工业萃取剂，专为稀土冶金而设计。目前已引起国际稀土分离学术界和工业界的广泛关注。孙晓琦团队与Cytec Industries Inc合作，在我国首次对Cyanex572分离重稀土开展了研究，发现了Cyanex572稳定性好、具有在高pH值范围萃取稀土、在低酸度下反萃，可提高稀土收率，减小酸根对稀土产品的污染、可降低酸碱消耗，提高经济效益，减小环境污染等优势，为降低稀土分离工业污染奠定了坚实基础。
　　
巩固团队力量 促进团队发展
　　
　　一个好的科研团队是标杆、是力量、是希望。作为科研团队的带头人，孙晓琦深知组建科研团队并不是一件容易的事情。在团队开展工作的起步阶段，团队不仅面临着科研助手的聘用，研究生培养、实验室建设等诸多困难，作为筹建中的厦门稀土材料研究所，其行业内知名度和认可度的缺失也给团队开展的工程技术产业化带来了很大困难。
　　虽然前方的道路并不平坦，但在领导和同事们的支持下，孙晓琦和团队成员共同努力，在福建省科技重大专项、中科院百人计划、国家自然科学基金的支持下，在离子型稀土矿冶金集成工艺研发领域均取得了阶段性重要进展，组建了一支高水平的研发团队。与美国国家实验室等本领域国际顶级研究机构及厦门钨业股份有限公司、赣州稀土集团等工信部备案的六大稀土集团的密切合作中，应用所研发技术建立了稀土分离工业示范线。现如今，课题组还培养着硕士、博士研究生10余名，为清洁高效稀土分离学科的发展打下了坚实基础。
　　凭借在稀土分离化学与工程研究领域的突出成果，孙晓琦还成为了《科学中国人》2015年度人物获奖者，这一切都是对孙晓琦科研付出的重大肯定。
　　既然选择了远方，便只顾风雨兼程。孙晓琦深知这是一条没有终点的研究之路。今后的十年、二十年他还将继续在这条路上坚持下去，为了我国稀土清洁生产与高质利用领域的明天继续贡献自己的力量！