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一辈子干好平“钒”事 ——武汉科技大学张一敏团队“钒强国”之路

发布日期:2024-04-01 09:30:33 来源: 编辑: 阅读: 27
一辈子干好平“钒”事 ——武汉科技大学张一敏团队“钒强国”之路

 
从湖北安陆西站出来,迎面就能看到正在热火朝天建设的“武汉科技大学安陆钒产业研究院”。这是中国首个开发利用钒页岩的“全产业链”基地,也是武汉科技大学张一敏教授倾其一生的研究成果推广应用基地。40年前,张一敏一头扎进矿冶研究的“无人区”——钒。如今,年过七旬的他带领的团队拥有自主知识产权100多项,不仅成功破解钒提取世界难题,还开辟了产业应用的“钒蓝海”,助力中国钒产品出口份额占全球70%以上,成为举世瞩目的“钒强国”。
挺进矿冶研究的“无人区”
钒是一种稀有金属,更是重要的战略储备资源,被称作工业领域不可缺少的“维生素”。比如,在钢铁冶炼中加入微量的钒,就能极大提高钢铁的强度、韧性。上世纪70年代末,老百姓常错把钒矿当成燃煤,用于取暖、做饭。到了上世纪80年代,人们逐渐意识到钒资源的价值,乱采滥挖,土法提钒,造成资源浪费和环境污染。张一敏看在眼里,痛在心上,产生了最原始的科研动力——研发绿色提钒技术,既不污染环境,也让钒资源发挥应有的作用。
然而,钒的提取十分困难,是科学家们不愿轻易触及的领域。平均而言,提取1吨钒,需要近150吨钒页岩,不仅能耗大、成本高,还产生大量废水废气废渣。同行好心劝他:“这么难啃的硬骨头,别跟自己过不去。”“再难,也要有人做。”张一敏义无反顾地走进这片矿冶科研“无人区”,成为我国首批开展钒研究的专家。
开展钒研究,摸清钒资源分布是第一步。中国钒资源的分布、品位如何?没有详细的资料可查。张一敏在车子后备厢里放了一套工作服。只要没课,他就开上车,带几个人,钻进山里找钒矿。他们攀悬崖、走峭壁、住工棚、吃泡饭,常常接连几周待在山沟里……历时8年,张一敏踏遍全国有代表性的矿山,最终带领团队完成了钒页岩的采集和分析,建立了全球首个钒页岩资料库,为后来形成完整的技术体系打下了坚实的基础。
攻克“无法破解”的世界难题
如何绿色提钒?当时,没有前人的经验可借鉴。团队还面临实验设备、科研经费、实验场所匮乏等困境。张一敏带领师生从零开始,自制提钒设备、筹集实验资金、腾挪办公室,穷尽办法,坚持将提钒研究做下去。钒的熔点高达1890℃。焙烧时,钒页岩中的杂质熔化成液体,包裹在钒上,形成坚硬的外壳——“硅盖罩”,使得低价钒难以转化为高价钒。科学家们称它为钒提取中“无法破解的难题”。为了解决这个世界难题,团队师生守在矿热炉前,以30℃为单位,一点儿一点儿往上加。有时,理论上可行,实验结果却不可行;有时,一个数据很好,其他数据却不好。
日复一日,年复一年,团队里的学生毕业了3届,难题始终无法破解。同期攻关钒提取的其他科研团队纷纷打起了“退堂鼓”,张一敏团队也有师生抱怨:“干不下去了!”“不攻克决不罢手。”张一敏对大家说,全球90%的钒页岩在中国,大自然赋予这么好的资源优势,“不搞就是对国家不负责!”
历时10年,在大量数据的支撑下,张一敏团队终于建立起了理论体系,针对氧化型钒页岩成功研发出“双循环法”——在钒被杂质液体包裹前,把钒释放出来,成功破解了“硅盖罩”,成为全球钒研究的“领头羊”。
“十二五”期间,我国把钒列入重点支持产业。张一敏主动对接国家需求,把目光瞄准提钒技术的推广应用,与陕西五洲矿业股份有限公司达成合作意向。新技术在企业应用,问题又不断“冒”出来——流程长、能耗大、污染物回收难……团队师生在工地上和工人们同吃同住同倒班,发现问题,收集数据,经常加班到深夜。到学校,团队扎进实验室,分析数据,优化流程,甚至24小时连轴干。又经历了10多年,团队攻克了数百个技术难题,针对原生型钒页岩创新性地研发出“一步法”——把多个装置集成在一个设备里,在提取钒的同时,综合利用废水废渣,实现了全链条绿色生产。
最终,第一批钒顺利出炉,纯度达99.9%,远超国外指标,实现了效率高、能耗低、零污染。“张一敏教授的提钒理论和方法,合理解释和解决了钒页岩生产过程有害气体源头污染问题,是目前提高提钒效率的最佳方法和途径。”国际著名湿法冶金专家、巴西圣保罗大学教授里卡多评价说。张一敏团队的提钒技术推广到湖北、江西等地的19家大中型企业应用,并推动了全行业技术、装备、产品的升级换代。
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