陳家鏞院士：化工“牽手”冶金

　　陳家鏞，中國科學院院士，我國著名的化學工程學家和冶金學家。他在大學和研究生期間主修化學工程，1956年回國后加入中國科學院化工冶金研究所，開拓了我國濕法冶金研究的新領域，面向國家重大戰略急需開展了長期艱苦卓絕的工作，取得的大量科研成果服務于國家經濟和國防建設。主編《溶劑萃取手冊》《濕法冶金手冊》等專業工具書，先后獲國家自然科學獎、技術發明獎、科技進步獎5項，1996年獲何梁何利基金科學與技術進步獎。

　　作為著名化工專家，他辛勤耕耘，為推動我國化學工程學科建設和發展作出了積極貢獻；作為我國濕法冶金的開拓者之一，他堅持不懈，使我國的濕法冶金在很多方面已達世界先進水平；作為我國首批博士生導師之一，他循循善誘、誨人不倦；作為連續五屆的全國政協委員，他積極參政議政，為我國的科技發展建言獻策。

　　“我從上小學五年級開始，面對日本的軍事侵略和工業品傾銷就立志要為中華民族的強盛而努力奮斗，人生的每一步都在實踐自己的諾言！”

　　心懷科技報國夢想

　　陳家鏞1922年出生于四川成都金堂的一個知識分子家庭，父親陳松譜早年曾開辦私塾，祖上還留有一些薄田，足夠維持一家人日常生活。陳家鏞排行第四，是家中的長子，父母對他寄予了很高的期望。

　　1925年為了躲避戰亂，陳松譜舉家搬至成都市區青龍街的祖屋居住，陳家鏞在離家不遠的成都縣立高等小學和成都縣立中學校（現成都七中）度過了十二載光陰。能夠在戰火紛飛的年代入讀成都當時最好的學校，陳家鏞倍加珍惜來之不易的學習機會，他學習勤奮刻苦，待人熱情誠懇，在學業和操行方面都出類拔萃。他后來曾回憶說，“我從上小學五年級開始，面對日本的軍事侵略和工業品傾銷就立志要為中華民族的強盛而努力奮斗，人生的每一步都在實踐自己的諾言！”

　　1939年中學畢業后，心懷科學與工業報國理想的陳家鏞如愿考取了名師薈萃、專業拔尖的國立中央大學化學工程系。他在重慶遇到了杜長明、高濟宇、李景晟、時鈞等國內學界一流的老師。憑借學業上的過人天賦和勤奮刻苦，陳家鏞贏得了老師們的稱贊，畢業后得到了留校任教的機會。

　　任化學系助教期間，在恩師高濟宇的指導下，陳家鏞試制成功了被國外壟斷的農藥滴滴涕（DDT）。作為一種有效的殺蟲劑，DDT當時在中國被外國商人渲染成技術含量很高的產品。陳家鏞雖然性格內向、不善言辭，但他在科研工作上敢于質疑、大膽探索，終于破除了外國的技術壟斷，扯掉了其“神秘面紗”，他的科研水平和創新能力被系里師生刮目相看。

　　在高濟宇、李景晟等教授的推薦下，陳家鏞于1947年申請到了赴美國伊利諾伊大學留學深造的機會。他還經過層層選拔，通過了國民政府組織的公派留學考試。時任該校化學化工系主任的羅杰·亞當斯教授（Prof. Roger Adams）非常喜歡這位來自中國的留學生，認為他聰明好學、功底扎實、勤奮上進，讓他先后師從斯萬（Sherlock Swann）和約翰斯通（H.F. Johnston）教授攻讀碩士和博士學位。

　　伊利諾伊大學的學術氛圍很好，尊重學生們的想法，鼓勵他們原始創新，陳家鏞按照自己的興趣和志愿，開展了碳（石墨）與空氣及水的反應動力學的研究，科研裝備大都由自己親手設計制作，儀器儀表都要自己安全調試，既動手又動腦，他也因此掌握了車、鉆、焊等方面的技術。陳家鏞在繪圖方面的特長得到了教授們的青睞，當時建設的五層東化學樓的設計圖就是出自他之手，該樓目前保存完好仍在使用。

　　1952年從伊利諾伊大學畢業后，陳家鏞受聘去麻省理工學院做博士后，主要從事C+CO2 →2CO 反應動力學研究。一年半以后，約翰斯通教授申請到了“用纖維層過濾氣溶膠”的研究課題，邀請陳家鏞回校做研究副手，作為項目負責人之一開展博士后研究工作，部分研究結果發表在1955年美國《化學評論》雜志上，引起了學術界重視，曾被譯成多種文字，被認為是那個時期氣溶膠過濾領域工作的總結，文中提出的計算公式一直沿用至今。

　　博士后出站，陳家鏞不想留校任教，而打算去企業工作，想更好地了解工業生產的過程，畢竟科研教學與工業生產是兩回事，最重要的是他考慮將來回國要面對的實踐問題比較多，因此他受聘到位于美國布法羅的杜邦公司薄膜部約克斯研究所任工程師，參加了對苯二甲酸二乙基聚酯的連續聚合過程的研究。他根據化學反應工程學概念對該聚合反應速度的控制因素提出的新看法，得到了同事的實驗證明，改變了對該聚合過程的強化方法，使得生產流程得以優化改進，企業獲益頗豐。陳家鏞曾表示，“那時并不是因為我的技術水平比別人高多少，而是得益于膽子夠大，敢想敢做，所以才取得了一點點成績。”從謙遜的話語中能夠體會到他心中對科研的那份執著與從容。

　　開拓濕法冶金新領域

　　1956年，中美兩國政府達成相關協議，中國留學生的歸國之路重新開啟，與此同時，周恩來總理又代表黨中央發出了希望海外學者歸國的號召。

　　陳家鏞夫婦決定帶著兩個女兒回國報效。就在他們起程前的一個傍晚，一位自稱聯邦調查局“調查員”的不速之客用帶有挑釁性的話語對他們進行了盤問，他們處之泰然，完全沒有被其恐嚇所震懾。

　　回國前，陳家鏞還收到了享譽世界的著名冶金學家葉渚沛先生的來信，邀請他到正在籌建的中國科學院化工冶金研究所（以下簡稱化工冶金所，2001年更名為過程工程研究所）工作。陳家鏞在上大學時早已久聞葉先生大名，于是回國后便欣然接受其邀請，加入了化工冶金所，擔任濕法冶金研究室主任，帶領同事們開發濕法冶金技術處理國民經濟建設急需的多種有色金屬礦。在云南東川、墨江，四川攀枝花，上海，天津等地的企業都留下了他們的足跡與汗水。

　　“火法冶金”又稱高溫冶煉，這種傳統方法有很大局限性，對于復雜、難選、低品位礦石基本“束手無策”，造成資源的極大浪費；而二戰時“濕法冶金”提鈾曾 “大顯身手”，它通過浸取將金屬浸入溶液然后用萃取方法分離金屬，該方法特別適合處理此類礦物，而且耗能低、污染少，是一種環境友好的清潔生產技術。

　　陳家鏞學化工出身，轉投冶金領域對他來說可謂一項“挑戰”。剛入所的兩年間他的壓力非常大，那時曾感嘆道：“不懂火法冶金，根本無法開展濕法冶金。”于是他從了解國家礦產資源分布入手，通讀了《礦物通論》，對巖石組成、礦物鑒定、選礦技術等進行了悉心研究。

　　在鉆研“火法冶金”時，他憑借原先的知識積累，在化學反應動力學和熱力學方面作了深入研究。功夫不負有心人，陳家鏞與同事們開始對含銅約為0.44%的云南東川尾礦回收銅進行技術攻關，在中關村進行了小型實驗和中間試驗，打通了氨浸流程。其間遇到了許多意想不到的困難：蒸汽鍋爐供氣不足只能晚上試驗，在噪音大的車間里協同試驗喊啞嗓子，氨水嗆人熱漿噴濺仍堅守崗位保證試驗等等。

　　1960年，陳家鏞在昆明向中科院數理化學部主任嚴濟慈匯報了東川尾礦氨浸的試驗結果，得到了好評，冶金部隨后決定在東川建立了日處理量為10噸的氨浸擴試車間。次年待廠房建好后，濕法冶金室先后派楊守志、尤彩真、安震濤、范正、夏光祥等同志去東川工作，組織各系統工程設備的安裝調試。1962年下半年正式進行了全系統的中間試驗，這是我國第一次利用加壓氨浸技術回收銅。

　　當時全國處于三年自然災害困難時期，糧食供應不足只能吃土豆，土豆吃多了腦袋疼，現場的同志們在試驗之余就挖野菜、刨土豆。陳家鏞經常來東川指導并參與試驗，一待就是幾個月，他將東川礦務局向上級申請特批的一點點白面、豬肉、香煙也都貢獻出來，讓大家的生活能夠得到稍許改善。

　　就是在這樣異常艱苦的環境中，化工冶金所與其他單位的同志們一起完成了日處理10噸礦石的中間試驗，撰寫了《東川湯丹尾礦連續浸取報告》和《東川湯丹原礦氨浸取報告》等研究報告，1964年底通過了云南省冶金局的鑒定。日后又建立了日處理量為100噸礦石的中試車間，并一直生產到1976年。

　　云南東川生產的大量銅礦一直服務于國民經濟建設和國防建設，陳家鏞與同事們作出了不可磨滅的貢獻，時至今日東川礦務局的許多老同志仍清晰記得與化工冶金所同仁們一起在東川技術攻堅度過的日日夜夜。

　　與此同時，針對我國甘肅金川、四川攀枝花等共生礦中有色金屬難于分離的特點，濕法冶金室加強了分離科學與工程的研究。例如，陳家鏞和同事們發現，攀枝花釩鈦磁鐵礦某些礦點有難于分離的釩、鉻共生的特點，他們嘗試用胺類萃取劑進行有效分離并取得突破，推動了系列經常伴生的金屬如釩和鉻、鎢和鉬、銅和錸等之間的分離，以及砷、磷、硅與鎢、鉬分離的新工藝。他們還將“相轉移”原理引入萃取領域，解決了磷酸酯萃取劑中負載的鐵難于反萃的問題，為實現磷酸酯萃取除鐵在工業中的應用開辟了切實可行的方向，終獲重大突破。

　　濕法冶金在回收金、銀、銅、鎳、鈷等有色金屬方面為國家創造了巨大財富，這項環境友好的清潔生產技術也成為中國援助第三世界兄弟國家的一份“厚禮”。由化工冶金所承擔的“阿爾巴尼亞紅土礦綜合利用”是“文化大革命”期間國家的重要援外項目，方毅副總理曾多次來所視察并給予高度評價。郭慕孫和陳家鏞共同領導科研人員聯合攻關，采用流態化還原焙燒—氨浸鎳鈷—Fe3O4磁選—煉鋼的路線，在上海進行了每日100噸規模的擴大試驗，取得滿意結果，后成功在阿建廠生產，為中阿兩國的友誼增添了濃墨重彩的一筆。

　　實現化工技術新飛躍

　　雖“轉攻”濕法冶金研究，但陳家鏞始終沒有放松對化學工程的探索與創新，深知化學工程作為學科基礎的重要性。他倡導將化學反應工程學與濕法冶金結合起來，開展氣液固三相反應器及非均相反應動力學的研究，延續至今已取得多項重要成果，成為研究所開展化學工程學研究的基礎。

　　陳家鏞用化學反應工程停留時間分布的概念和方法研究環流反應器（Pachuca tank）的流體力學性質，為設計、應用提供了理論依據。濕法冶金室在1980年前后成功開發了作為中試設備的多層氣提式環流反應器（5級，總高16.6 米，直徑800 毫米），在東川湯丹銅礦日處理量達100噸銅礦的中試生產中長期應用；同時亦用于四川攀枝花含釩鋼渣的鈉化提釩浸取半工業裝置（5級，總高7.93米，直徑420毫米）。該設備空氣攪拌的利用效率高、級內混合好、級間返混弱，占地面積也小，是國內濕法冶金行業中首次成功應用。

　　1981年陳家鏞首次提出環流反應器的分區模型，把環流反應器的模型從簡單的理想全混流模型推進到更真實的分區模型（上升區、下降區、上部氣液分離區），并用于分析、關聯環流反應器中的氣液傳質速率，證實了分區分析的有效性。隨后，與國際化工界將計算流體力學推進到多相反應工程的模型化研究趨勢同步，陳家鏞指導學生將分區模型向機理化的方向推進，對環流反應器整體建立了二維兩流體模型，首次用穩態算法的自編程序求解，全面地解析了環流反應器中的兩相流體力學行為，研究處于當時化學工程前沿，這也為其他多相化學反應器的深入研究奠定了堅實基礎。

　　上世紀90年代，陳家鏞主持國家自然科學基金重點項目，以新的思路和多學科交叉的方法，對滴流床氣液固三相反應器中的非線性滯后現象、流動分布的不均勻性和滴流床的數學模型進行研究，大大推動了多相反應器模型化的研究工作。

　　陳家鏞還敏銳地意識到，認識多相化工體系中顆粒（包括液滴、氣泡和固體顆粒）在宏觀流場和濃度場中的行為，是建立反應和分離設備的整體數學模型的重要基礎，他帶領學生率先用數值模擬方法研究溶劑萃取體系中的可變形、中等雷諾數單個液滴和液滴群的運動和相間傳質，以及固體顆粒群運動和傳質的數值模擬。這些化學工程基礎研究成果也是2009年國家自然科學獎二等獎“多相體系的化學反應工程和反應器的基礎研究及應用”的重要組成部分。

　　面對國家重大戰略需求，陳家鏞在上世紀80年代末期，決定開展抗生素新萃取體系和生物產品分離強化方面的研究，在青霉素、林可霉素、去甲基金霉素等抗生素的提取分離方面發現若干卓有成效的混合溶劑體系，在生物醫藥產品的提取分離方面已經取得可觀的進展。

　　結合我國“過程工業”的發展現狀，堅持應用基礎研究與工業實踐相結合，堅持“理論—工藝—工程”相結合，開展萃取分離過程與技術中帶有共性的應用基礎研究，對微乳液的微觀結構和形成機理開展研究，研究了反膠團萃取、預分散溶劑萃取及液膜萃取等一系列的微乳相萃取過程，利用微乳相結構的特性形成的“微反應器”來制備超細功能材料。

　　這些工作大大促進了萃取分離技術的新發展，集成各類分離技術的特點，創造一批先進的科技成果，形成理論向現實生產力轉化的橋梁。

　　此外，陳家鏞在材料學方面也頗有建樹。“文革”時期，考慮到化工冶金所的學科基礎及學科發展，陳家鏞等制定了“涂層復合粉末—超細粉末—陶瓷粉末”的制備和應用的研發技術路線。經過濕法冶金室多年的協同攻堅，鎳包鋁粉、鈷包碳化鎢、鎳包石墨粉、鋁包空心玻璃球等復合粉末材料和鎳粉、鈷粉、銅粉、氧化物等超細粉末均研制成功，滿足了國民經濟建設及國防建設的迫切需要。

　　陳家鏞先后培養了50余名研究生，對學生他悉心指導、因材施教、鼓勵創新、全力支持，始終堅信“青出于藍而勝于藍”，現在這些學生都已經是本學科的學術帶頭人。

　　1980年，受方毅副總理委托，陳家鏞代表化工冶金所與美國李氏基金會達成協議，自1982年起每年選派一名冶金或材料專業青年研究人員到美國做進修培訓，期限一至二年，學成后回國服務。目前已有近20名青年才俊得到項目資助，他們中許多人學成后回所工作，現已成為研究所發展的中堅力量。

　　陳家鏞經常教育青年要“學然后知不足”“知之為知之，不知為不知，是知也”“要實事求是，不要弄虛作假，不要心存僥幸”。他謙虛謹慎、嚴格求實的作風是留給后輩學生的寶貴精神財富。