“中东有石油,中国有稀土”,一句话道出了稀土的战略价值。

稀土,广泛应用于电子、石油化工、冶金、机械、能源、轻工、环境保护、农业等领域,被称为“工业维生素”。但稀土不好开采。过去的方法是用氨盐开采,易造成污染等问题。

2023年,我国科学家成功研发出风化壳型稀土矿电驱开采技术,稀土回收率提高约30%,开采时间缩短约70%。这背后得益于中国科学院广州地球化学研究所(以下简称“广州地化所”)广东省矿物物理与材料研究开发重点实验室主任、中国科学院矿物学与成矿学重点实验室副主任朱建喜及其团队逾十年的不懈研发。

致力于解决国家迫切需求的科研任务——这是他始终遵循的研究方向。谈到未来计划,朱建喜表示除了继续致力于使矿物学更好地服务于国家建设和发展,随着人类视野扩展至广袤的宇宙,他更决心为人类在宇宙探索的征途上提供可靠的科学基础。

“最重要的成果之一”

1973年出生的朱建喜,本科毕业于长春地质学院,硕士、博士先后求学于吉林大学和中国科学院大学。2005年10月,朱建喜从浙江大学环境科学与工程博士后流动站出站后,进入中国科学院广州地球化学研究所(以下简称“广州地化所”)工作至今。

朱建喜在实验室工作。

八年前,在何宏平院士的领导下,朱建喜作为核心成员,带领团队将研究焦点转向了关键的战略金属——稀土。据研究调查,中国的稀土产量占全球70%以上,是极为重要的战略资源,因其独特的物理和化学性质,被称为“工业维生素”,在许多高技术和军事应用中扮演着关键角色。

“目前,开采稀土存在氨氮污染等环保问题,又面临浸润周期长、稀土采收率低和山体滑坡等危害。”朱建喜一聊起矿物学就神采飞扬。他介绍,自20世纪70年代,中国开采风化壳型稀土矿起,开采技术主要经历了三代,目前主要使用第三代硫酸铵原地浸出工艺,即采用硫酸铵从风化壳黏土层中交换出稀土矿。

随着时代的发展,大量使用硫酸铵所造成的环境污染问题愈发严重。2018年,相关环保法律法规的出台,规定已批准的矿权将禁止采用铵盐开采,这意味着新批准的矿山面临无开采技术可用的困境,研发新的技术迫在眉睫。

自去年开始,朱建喜带领团队六次深入梅州市平远县,实地应用了团队研发的离子吸附型稀土矿电驱开采技术。经过努力,他们在仅三分之一的实验矿区面积内就成功试采出近两吨稀土矿石。这是世界上首次利用电驱技术进行风化壳型稀土的原地开采,新技术不仅让稀土提取率提高30%,开采时间缩短70%,还大大减少了环境污染。

“这算得上是我学术生涯中最重要的成果之一了。”朱建喜颇有成就地叙述道。

“去做一些国家着急的事情”

“科研分轻重缓急,现在能力强一点的团队也有了,那就去做一些国家着急的事情。”朱建喜如此诠释他的科研理念。

刚走上科研这条路时,他称自己“基本逮着啥做啥”——习惯走那些常规大路,做的人很多,没有原创性。朱建喜笑言,人过了四十不惑后,随着知识储备和人生阅历的增长,心胸宽阔了,眼界也开阔了,自然而然想做一些“大事儿”。

朱建喜讲述离子吸附型稀土矿电驱开采技术原理。

王高锋2019年来到广州地化所跟随朱建喜从事博士后研究工作,2022年从博士后流动站出站后,便入职广州地化所,成为朱建喜团队的核心成员。他在博士阶段的研究方向是非金属矿物材料的加工和应用,一开始还有点担心,因为细分领域下研究稀土矿电驱开采技术,他还从未接触过。

但朱建喜很快打消了他的顾虑。作为老师,朱建喜循循善诱,向他谈起在国外接触的电渗排水技术,采用了对含水土壤通电的方法,能够大大提高排水的效率,而这种思路同样可以用在稀土开采技术上。“一听我就来了兴趣,做起来应该很有意思。”王高锋回忆道。

他还清晰记得第一次跟朱建喜见面时,是来广州地化所报到那天。彼时广州正值盛夏,自己下飞机后直奔实验室,已是大汗淋漓。来到实验室,见到朱建喜。初来乍到,就被这位老师拉着,讲了整整一上午的离子吸附型稀土矿电驱开采技术。

“他当时留给我很深的印象—严谨,又刻苦。”王高锋谈起,自己没来广州前,两人打电话谈起这个技术,朱建喜经常一讲就一两个小时。

以至于一年后,这项技术的研究进展遭遇了难关,王高峰承受着巨大的压力。“第一年什么也没做出来,因为是没人经历过的无人区,找不到相关文件参考,一切都是未知的,我们就只能摸索着做”。就在这时,朱建喜找到了他,逐一剖析了这项技术若成功应用后的广阔前景——不仅能在稀土采矿中发挥作用,还能在土壤污染治理等多个领域大显身手。

“课题项目只要看到好的苗头,对国家好、对社会好、个人做起来也有成就感,那就攻坚克难,剩下慢慢熬时间。”朱建喜始终这样认为。

“科研就像跑步一样”

做一些国家着急的事情——这样的科研理念也熏陶着团队中的每一位成员。无论是师生关系还是同事间的合作,实验室成员陈情泽与朱建喜共度了十余载春秋,其影响之深远不言而喻。陈情泽在2012年完成中国地质大学本科学业后,便来到了广州地化所,并在朱建喜的指导下继续深造。到了2018年,他博士毕业并正式加入了朱建喜领导的团队,成为其中一员。

近年来,锂作为新能源电池的必备原料,被誉为“下一代石油”。由于锂资源的提取成本相对较高,中国很大程度上依赖国外的锂精矿进口。在朱建喜的带领下,他致力于如何绿色、高效且低成本地矿里面提取出锂元素。

“我们研究主要分两块,一是偏基础类,另一块偏应用领域,后者能有效为国家对外依存度高的金属元素提供资源。”陈情泽说。

谈起朱建喜的刻苦,陈情泽举了个例子。从住所到实验室,只需步行两分多钟,朱建喜一般在每天早上8点半,便开启“两点一线”的科研生活,工作到凌晨一两点是常态。“我们的办公室紧挨着,有时候想早点回去都不好意思,路过他的办公室门,就想赶紧‘唰’一下跑过去”。

朱建喜在户外工作图。(受访者供图)

朱建喜有一项身边人都知道的爱好——跑步。前些年,朱建喜意识到长时间工作后容易疲惫,甚至有时会头晕目眩,于是他决定寻找一种锻炼身体的方法。在对居住小区进行了一番考察后,制定了一个跑步计划,并开始带动周围的邻居同事一起参与。“没几天就掉了几个人,后面跑的人越来越少,但我自己坚持了下来”。不管严寒酷暑,朱建喜坚持每周跑个两三次。

“朱老师还有一点我很佩服,做什么事很坚持。”王高锋印象中,朱建喜看起来永远都精力旺盛的样子,甚至于经常晚上10点后还去跑步。“起码跑了五年以上,软件记录的公里数已经两三千公里了。”

这一点似乎始终贯穿在他的科研旅程中——“(科研)就像跑步一样,人要有点毅力和信念,才能让你更好地坚持下去。”朱建喜如此向记者表达。

“一直干下去”

记者注意到,朱建喜的办公室内除了摆满各种矿物和岩石标本,还放着一个月球仪。今年,朱建喜和团队还对“嫦娥五号”带回地球的月壤进行分析并取得了重大发现。

朱建喜的办公室内摆满各种矿物和岩石标本。

他告诉记者,科研除了服务于国家需要,还着重于探索科学前沿,做一些现在看似“无用”的东西。比如,原始地球如何产生氧气?何宏平院士与朱建喜团队深入剖析了矿物-水界面反应产生活性氧的物理化学机制,破解了生命起源与地球宜居性演变的关键难题。

随着人类将目光望向了浩瀚星辰,矿物学的新高峰依然在等待着他不断去攀登。“知识永远没有边界,现在没用,不代表以后没有,而人类永远都在探索的路上”。

“到退休前有什么目标吗?”对这个问题,朱建喜想了想:“反正就一直干下去呗!”

奋斗者说

南都:我观察到您的办公空间摆放了许多矿物和岩石样本,能否举例说明一下,咱们研究领域的成果在日常生活中有哪些具体的应用?再者,能否解释一下研究这些领域的重要性?

朱建喜:你看到这些主要是一些矿物和矿石,有些不是很起眼。但它对我国的工农业生产和人类赖以生存的条件方面有着非常重要的物质基础,几乎涉及了我们衣食住行等生活各方面,比如矿产资源、生活所用到的器具和工业生产材料等,矿物对人类生活可以说是一个必需品。

我们研究矿物最终还是为了人类。一方面,它能满足我们直接的物质生活需要,提供各种各样的物质基础。另一方面,矿物也是组成整个宇宙,包括太阳系、各种行星、月球的重要物质,研究它可以满足人类的好奇心,也了解咱们这个地球是怎么样形成、怎么演化的,以及将来咱们地球的演化和发展。

南都:您一般是如何选定科研课题的?在选择研究项目时,主要考虑哪些因素?

朱建喜:以前没想那么多,基本上逮着啥就做啥。我们以前有些惯性,去做化妆品、做稀土材料等方面,这都是常规的大路,做的人很多,也没有原创性。这个东西你可以研究,也可以不研究,自然有人做这个行业。但有些就比较着急实现的,一两年之内必须做完,事情要分轻重缓急,我现在能力稍微强一点的团队也有了,那就做一些着急的事情,科学是平等的,但它在国家急需方面的重要性还是不一样。

南都:那么,在咱们研究的领域内,接下来会有哪些具体的规划或安排?

朱建喜:在偏基础研究方面,我们还有一个研究重心是行星科学,服务于国家前沿的战略需求——矿物学在里面起什么样的作用。因为我们实验室团队在国内矿物学研究领域可以说是第一梯队,因此期望能够为国家在这方面作出贡献。

第二块就是电驱开矿技术,接下来如何把它推向矿山、推向市场。另外,电驱开矿技术除了开稀土,还能开别的什么东西吗?比如我们的矿有很多的种类,接下来是否能开采出其他东西,这个可以继续研究下去。

采写:南都记者 张思琦

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