高世扬(1931—2002),中国科学院院士,我国盐湖化学领域的重要奠基人之一。他毕生专注于盐卤硼酸盐化学、硼酸盐水盐体系热力学非平衡态相图、溶液结构化学,以及盐湖资源的高值化开发与应用研究。在继承经典盐湖化学的基础上,他开创性地构建了盐湖成盐元素无机化学研究体系,尤其在硼酸盐化学方向形成了独具特色的学术流派,为我国无机化学与资源化学的交叉发展作出了突出贡献。

20世纪50年代初,高世扬随柳大纲学部委员领导的中科院盐湖科学调查队进入青海,在察尔汗盐滩公路旁的卤坑中首次发现光卤石,并于大柴旦湖表卤水底部沉积物中辨认出柱硼镁石。随后,他参与“柴达木盆地盐湖勘探和开发利用”中苏合作项目,通过系统工作确认:察尔汗盐湖富含钾镁盐,其卤水经日晒蒸发可析出光卤石与水氯镁石;大柴旦盐湖则富含钾镁硼酸盐,属世界罕见的新类型硼酸盐盐湖,兼具重要的科学探索价值和开发前景。

在对青藏高原、新疆、内蒙古及国外(美国、智利、澳大利亚、前苏联)众多盐湖进行长期实地调研后,他系统总结了我国盐湖资源的开发成就,并创造性地提出“成盐元素”命题——涵盖氢、锂、钠、钾、铷、铯、镁、钙、锶、钡、硫、氧、氯、溴、碘,以及第二短周期的硼、碳、氮,共计18种元素。这一论断将盐湖化学研究明确定位于资源无机化学范畴,其定义精准、概括力强,迅速被国内同行广泛接纳并沿用至今。

在盐卤硼酸盐化学的系列研究中,他探明了盐卤在蒸发和冷冻过程中硼酸盐的迁移行为,测定了硼酸镁在浓盐卤水中的动态极限溶解度,并确定了高含硼浓缩卤水析出共结硼酸盐的物相组成。尤为重要的是,他发现了新复盐——氯柱硼镁石,解决了此前苏联学者长期未能厘清的相平衡难题,并提出盐卤中硼酸盐是以“四硼酸盐”综合统计形式存在的观点。实验表明,氯柱硼镁石在水中可逐步转化为柱硼镁石、多水硼镁石和纤维硼镁石,而在此之前,尚无学者能从盐卤中直接获得这些水合硼酸镁盐类。

基于20世纪50至80年代湖表卤水的长期观测数据,高世扬进行了精细的相图解析,归纳出四边形变化规律:夏季蒸发时氯化钠析出、冬季初稀释时溶解;冬季初冷冻时芒硝析出、夏初回暖时溶解。由此,他构建了高原新类型盐湖卤水年变化的化学模型,将物理化学原理与地球化学过程相结合,系统阐释了多种硼酸镁水合盐在稀释条件下成盐的内在机制,并初步提出了物理化学成盐的正负温度效应与正负浓度效应理论。该成果被国内学者广泛引用,并引起国际同行的关注。

他将野外观察到的硼酸镁过饱和溶解度现象带入实验室,采用具有溶解活性的MgO,对MgO-B₂O₃-MgCl₂-H₂O体系进行动力学研究,首次获得了该体系的热力学非平衡态相图,与传统的平衡相图和蒸发介稳相图截然不同,拓宽了浓盐溶液过饱和区域的研究方向。同时,他在复盐(如氯柱硼镁石)溶解转化研究中,发现了组分盐过饱溶解度的异常现象,这一发现比国外类似报道早了多年。在研究方法上,他建立了加水稀释成盐法和过饱和溶液结晶动力学法,并通过MgO·nB₂O₃过饱和结晶、复盐溶解转化、高温水热合成等多种路径制备了系列硼酸镁纯化合物,用于溶解热和生成热的测定。其团队还利用FT-IR、B-NMR和拉曼光谱对30种硼酸盐及其水溶液进行系统研究,重新归属了部分光谱峰,确证水溶液中硼氧粒子种类少于固体,并观测到特征峰随时间变化,揭示出硼氧粒子间的瞬时交换反应。稀释过程的谱学证据证实了硼氧配阴离子的解聚路径,进而印证了“四硼酸盐”统计模型以及四硼酸镁过饱和结晶复合动力学的解释,为深入探索硼酸盐溶液结构化学奠定了坚实的实验基础。

在基础研究之外,高世扬高度重视盐湖资源的工程化利用。他吸收国内外制盐技术,成功解决了在高原永冻土区建造土质太阳池并维持正常运行的工程难题。1965年,他主持的“大柴旦盐湖卤水日晒工艺”成果上报国家科委,并在“七五”国家重大科技攻关项目“大柴旦湖水硼酸、氯化锂中试”中得到实际应用,经两年工业化运行,产品质量、产量和成本均达设计要求。在含硼浓缩卤水的盐酸‑pH/ΔH滴定机制研究基础上,他率先开发了酸法分离硼酸工艺,其小试和扩试工作比智利同类研究提早15年,并完成了年产230吨硼酸的中试,该工艺具有设备少、流程短、操作易、成本低等优势。针对高镁锂比卤水中锂的分离难题,他筛选出TBP‑三氯化铁‑煤油萃取体系,从提硼母液中提取氯化锂,完成年产50吨中试;同时,系统研究了氢、锂、镁氯化物‑水四元体系及其亚体系在不同温度下的气‑液‑固相平衡,提出盐析水氯镁石分离锂盐的工艺,并在碱金属/碱土金属硫酸盐体系中引入极性溶剂醇,研究其相平衡,完成了从萃取反萃液中分离硫酸锂盐的全流程,对青海盐湖锂资源开发具有直接的针对性。此外,他还利用盐湖产品硼酸与明矾高温反应,成功制备出高值新材料硼酸铝晶须,并推动其实现产业化生产。


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