記者 程毓 張歆
從湖北安陸西站出來，迎面就能看到正在熱火朝天建設的“武漢科技大學安陸釩產(chǎn)業(yè)研究院”。這是中國首個開發(fā)利用釩頁巖的“全產(chǎn)業(yè)鏈”基地，也是武漢科技大學張一敏教授傾其一生的研究成果推廣應用基地。40年前，張一敏一頭扎進礦冶研究的“無人區(qū)”——釩。如今，年過七旬的他帶領的團隊擁有自主知識產(chǎn)權100多項，不僅成功破解釩提取世界難題，還開辟了產(chǎn)業(yè)應用的“釩藍海”，助力中國釩產(chǎn)品出口份額占全球70%以上，成為舉世矚目的“釩強國”。
挺進礦冶研究的“無人區(qū)”
釩是一種稀有金屬，更是重要的戰(zhàn)略儲備資源，被稱作工業(yè)領域不可缺少的“維生素”。比如，在鋼鐵冶煉中加入微量的釩，就能極大提高鋼鐵的強度、韌性。上世紀70年代末，老百姓常錯把釩礦當成燃煤，用于取暖、做飯。到了上世紀80年代，人們逐漸意識到釩資源的價值，亂采濫挖，土法提釩，造成資源浪費和環(huán)境污染。張一敏看在眼里，痛在心上，產(chǎn)生了最原始的科研動力——研發(fā)綠色提釩技術，既不污染環(huán)境，也讓釩資源發(fā)揮應有的作用。
然而，釩的提取十分困難，是科學家們不愿輕易觸及的領域。平均而言，提取1噸釩，需要近150噸釩頁巖，不僅能耗大、成本高，還產(chǎn)生大量廢水廢氣廢渣。同行好心勸他：“這么難啃的硬骨頭，別跟自己過不去。”“再難，也要有人做。”張一敏義無反顧地走進這片礦冶科研“無人區(qū)”，成為我國首批開展釩研究的專家。
開展釩研究，摸清釩資源分布是第一步。中國釩資源的分布、品位如何？沒有詳細的資料可查。張一敏在車子后備廂里放了一套工作服。只要沒課，他就開上車，帶幾個人，鉆進山里找釩礦。他們攀懸崖、走峭壁、住工棚、吃泡飯，常常接連幾周待在山溝里……歷時8年，張一敏踏遍全國有代表性的礦山，最終帶領團隊完成了釩頁巖的采集和分析，建立了全球首個釩頁巖資料庫，為后來形成完整的技術體系打下了堅實的基礎。
攻克“無法破解”的世界難題
如何綠色提釩？當時，沒有前人的經(jīng)驗可借鑒。團隊還面臨實驗設備、科研經(jīng)費、實驗場所匱乏等困境。張一敏帶領師生從零開始，自制提釩設備、籌集實驗資金、騰挪辦公室，窮盡辦法，堅持將提釩研究做下去。釩的熔點高達1890℃。焙燒時，釩頁巖中的雜質(zhì)熔化成液體，包裹在釩上，形成堅硬的外殼——“硅蓋罩”，使得低價釩難以轉化為高價釩。科學家們稱它為釩提取中“無法破解的難題”。為了解決這個世界難題，團隊師生守在礦熱爐前，以30℃為單位，一點兒一點兒往上加。有時，理論上可行，實驗結果卻不可行；有時，一個數(shù)據(jù)很好，其他數(shù)據(jù)卻不好。
日復一日，年復一年，團隊里的學生畢業(yè)了3屆，難題始終無法破解。同期攻關釩提取的其他科研團隊紛紛打起了“退堂鼓”，張一敏團隊也有師生抱怨：“干不下去了！”“不攻克決不罷手。”張一敏對大家說，全球90%的釩頁巖在中國，大自然賦予這么好的資源優(yōu)勢，“不搞就是對國家不負責！”
歷時10年，在大量數(shù)據(jù)的支撐下，張一敏團隊終于建立起了理論體系，針對氧化型釩頁巖成功研發(fā)出“雙循環(huán)法”——在釩被雜質(zhì)液體包裹前，把釩釋放出來，成功破解了“硅蓋罩”，成為全球釩研究的“領頭羊”。
“十二五”期間，我國把釩列入重點支持產(chǎn)業(yè)。張一敏主動對接國家需求，把目光瞄準提釩技術的推廣應用，與陜西五洲礦業(yè)股份有限公司達成合作意向。新技術在企業(yè)應用，問題又不斷“冒”出來——流程長、能耗大、污染物回收難……團隊師生在工地上和工人們同吃同住同倒班，發(fā)現(xiàn)問題，收集數(shù)據(jù)，經(jīng)常加班到深夜。到學校，團隊扎進實驗室，分析數(shù)據(jù)，優(yōu)化流程，甚至24小時連軸干。又經(jīng)歷了10多年，團隊攻克了數(shù)百個技術難題，針對原生型釩頁巖創(chuàng)新性地研發(fā)出“一步法”——把多個裝置集成在一個設備里，在提取釩的同時，綜合利用廢水廢渣，實現(xiàn)了全鏈條綠色生產(chǎn)。
最終，第一批釩順利出爐，純度達99.9%，遠超國外指標，實現(xiàn)了效率高、能耗低、零污染。“張一敏教授的提釩理論和方法，合理解釋和解決了釩頁巖生產(chǎn)過程有害氣體源頭污染問題，是目前提高提釩效率的最佳方法和途徑。”國際著名濕法冶金專家、巴西圣保羅大學教授里卡多評價說。張一敏團隊的提釩技術推廣到湖北、江西等地的19家大中型企業(yè)應用，并推動了全行業(yè)技術、裝備、產(chǎn)品的升級換代。
開辟產(chǎn)業(yè)應用的“釩藍海”
釩的用途很廣，但用量少。冶煉企業(yè)的老總們訴苦：“只開展釩提取業(yè)務，企業(yè)很難生存。”“為企業(yè)生存探路，為行業(yè)發(fā)展護航。”2018年，張一敏團隊獲批建立國家環(huán)境保護礦冶資源利用與污染控制重點實驗室。團隊分成提釩、環(huán)保、利用、深加工等研究小組，針對所有類型的釩頁巖開展技術“升級換代”，在釩產(chǎn)業(yè)鏈上全面出擊，不斷拓寬釩的應用空間。例如，用釩做合金，開發(fā)高品質(zhì)鋼材，應用于汽車、鐵路、橋梁等行業(yè)；用釩合金做超導材料、核反應堆材料，在航空航天和核工業(yè)中應用；利用提釩產(chǎn)生的尾渣，制作綠色建筑材料；用釩化合物研發(fā)釩儲能電池，容量大、充放電快，綠色安全。
張一敏帶領團隊開辟出一片片產(chǎn)業(yè)應用的“釩藍海”，主要技術成果在國內(nèi)企業(yè)應用，近3年新增銷售額16.26億元，產(chǎn)品出口美洲、歐洲、亞洲等地的15個國家。釩這個“小體量”在工業(yè)領域中發(fā)揮出“大能量”。
為帶動全國釩行業(yè)有序發(fā)展，擔任國家“863計劃”資源環(huán)境技術領域“資源綜合利用技術”主題專家組組長的張一敏，還牽頭編寫了國家釩頁巖行業(yè)技術指南，并聯(lián)合國內(nèi)涉釩企業(yè)、高校和科研院所成立了中國釩資源利用專業(yè)委員會、釩資源開發(fā)與利用產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟。在“十四五”規(guī)劃中，釩被列入國家戰(zhàn)略資源。
張一敏的郵箱幾乎每天都收到來自全球各地的咨詢技術郵件。“做科研，一輩子能把一件事做好就值了。”仍然奮戰(zhàn)在科研一線的張一敏說。團隊里的“80后”“90后”師生們也下定決心：“像張老師一樣，一輩子干好平‘釩’事！”
中國教育報：一輩子干好平“釩”事——武漢科技大學張一敏團隊“釩強國”之路
http://paper.jyb.cn/zgjyb/html/2024-04/01/content_637217.htm?div=-1
