從湖北安陸西站出來,迎面就能看到正在熱火朝天建設(shè)的“武漢科技大學(xué)安陸釩產(chǎn)業(yè)研究院”。這是中國首個(gè)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(xué)張一敏教授傾其一生的研究成果推廣應(yīng)用基地。40年前,張一敏一頭扎進(jìn)礦冶研究的“無人區(qū)”——釩。如今,年過七旬的他帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)100多項(xiàng),不僅成功破解釩提取世界難題,還開辟了產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的“釩藍(lán)?!?,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(qiáng)國”。
挺進(jìn)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(lǐng)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(qiáng)度、韌性。上世紀(jì)70年代末,老百姓常錯(cuò)把釩礦當(dāng)成燃煤,用于取暖、做飯。到了上世紀(jì)80年代,人們逐漸意識到釩資源的價(jià)值,亂采濫挖,土法提釩,造成資源浪費(fèi)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(dòng)力——研發(fā)綠色提釩技術(shù),既不污染環(huán)境,也讓釩資源發(fā)揮應(yīng)有的作用。
然而,釩的提取十分困難,是科學(xué)家們不愿輕易觸及的領(lǐng)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?!薄霸匐y,也要有人做?!睆堃幻袅x無反顧地走進(jìn)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(xì)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(gè)人,鉆進(jìn)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(shí)8年,張一敏踏遍全國有代表性的礦山,最終帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)完成了釩頁巖的采集和分析,建立了全球首個(gè)釩頁巖資料庫,為后來形成完整的技術(shù)體系打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
攻克“無法破解”的世界難題
如何綠色提釩?當(dāng)時(shí),沒有前人的經(jīng)驗(yàn)可借鑒。團(tuán)隊(duì)還面臨實(shí)驗(yàn)設(shè)備、科研經(jīng)費(fèi)、實(shí)驗(yàn)場所匱乏等困境。張一敏帶領(lǐng)師生從零開始,自制提釩設(shè)備、籌集實(shí)驗(yàn)資金、騰挪辦公室,窮盡辦法,堅(jiān)持將提釩研究做下去。釩的熔點(diǎn)高達(dá)1890℃。焙燒時(shí),釩頁巖中的雜質(zhì)熔化成液體,包裹在釩上,形成堅(jiān)硬的外殼——“硅蓋罩”,使得低價(jià)釩難以轉(zhuǎn)化為高價(jià)釩。科學(xué)家們稱它為釩提取中“無法破解的難題”。為了解決這個(gè)世界難題,團(tuán)隊(duì)師生守在礦熱爐前,以30℃為單位,一點(diǎn)兒一點(diǎn)兒往上加。有時(shí),理論上可行,實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻不可行;有時(shí),一個(gè)數(shù)據(jù)很好,其他數(shù)據(jù)卻不好。
日復(fù)一日,年復(fù)一年,團(tuán)隊(duì)里的學(xué)生畢業(yè)了3屆,難題始終無法破解。同期攻關(guān)釩提取的其他科研團(tuán)隊(duì)紛紛打起了“退堂鼓”,張一敏團(tuán)隊(duì)也有師生抱怨:“干不下去了!”“不攻克決不罷手?!睆堃幻魧Υ蠹艺f,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(fù)責(zé)!”
歷時(shí)10年,在大量數(shù)據(jù)的支撐下,張一敏團(tuán)隊(duì)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(lǐng)頭羊”。
“十二五”期間,我國把釩列入重點(diǎn)支持產(chǎn)業(yè)。張一敏主動(dòng)對接國家需求,把目光瞄準(zhǔn)提釩技術(shù)的推廣應(yīng)用,與陜西五洲礦業(yè)股份有限公司達(dá)成合作意向。新技術(shù)在企業(yè)應(yīng)用,問題又不斷“冒”出來——流程長、能耗大、污染物回收難……團(tuán)隊(duì)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(xué)校,團(tuán)隊(duì)扎進(jìn)實(shí)驗(yàn)室,分析數(shù)據(jù),優(yōu)化流程,甚至24小時(shí)連軸干。又經(jīng)歷了10多年,團(tuán)隊(duì)攻克了數(shù)百個(gè)技術(shù)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(gè)裝置集成在一個(gè)設(shè)備里,在提取釩的同時(shí),綜合利用廢水廢渣,實(shí)現(xiàn)了全鏈條綠色生產(chǎn)。
最終,第一批釩順利出爐,純度達(dá)99.9%,遠(yuǎn)超國外指標(biāo),實(shí)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(xué)教授里卡多評價(jià)說。張一敏團(tuán)隊(duì)的提釩技術(shù)推廣到湖北、江西等地的19家大中型企業(yè)應(yīng)用,并推動(dòng)了全行業(yè)技術(shù)、裝備、產(chǎn)品的升級換代。
開辟產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的“釩藍(lán)?!?/STRONG>
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(wù),企業(yè)很難生存。”“為企業(yè)生存探路,為行業(yè)發(fā)展護(hù)航?!?018年,張一敏團(tuán)隊(duì)獲批建立國家環(huán)境保護(hù)礦冶資源利用與污染控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。團(tuán)隊(duì)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(shù)“升級換代”,在釩產(chǎn)業(yè)鏈上全面出擊,不斷拓寬釩的應(yīng)用空間。例如,用釩做合金,開發(fā)高品質(zhì)鋼材,應(yīng)用于汽車、鐵路、橋梁等行業(yè);用釩合金做超導(dǎo)材料、核反應(yīng)堆材料,在航空航天和核工業(yè)中應(yīng)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(lǐng)團(tuán)隊(duì)開辟出一片片產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的“釩藍(lán)?!?,主要技術(shù)成果在國內(nèi)企業(yè)應(yīng)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(gè)國家。釩這個(gè)“小體量”在工業(yè)領(lǐng)域中發(fā)揮出“大能量”。
為帶動(dòng)全國釩行業(yè)有序發(fā)展,擔(dān)任國家“863計(jì)劃”資源環(huán)境技術(shù)領(lǐng)域“資源綜合利用技術(shù)”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(shù)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(shù)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(shù)郵件。“做科研,一輩子能把一件事做好就值了?!比匀粖^戰(zhàn)在科研一線的張一敏說。團(tuán)隊(duì)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(bào)》2024年04月01日第7版
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