——武汉科技大学张一敏团队攻克钒的提取和应用世界难题
记者 程毓 通讯员 张歆
9月11日，在国家环境保护矿冶资源利用与污染控制重点实验室，研究人员站在一座占地约2平方米的长方体机器前，打开开关，两排灯泡亮了起来，约20平方米的实验室瞬间亮堂堂。
长方体机器是一套钒电池储能系统。这是武汉科技大学张一敏教授团队在钒研究领域的新成果，正在湖北多家企业推广应用，带动湖北钒电池储能技术走在了全国乃至全球前列。
实验室的一楼展台，更多的钒化合物陈列其中。绿的犹如翡翠，黄的好比暖阳，黑的如同浓墨……它们美丽夺目、功能各异，是张一敏教授“钟情一生”的研究成果。
40年前，风华正茂的张一敏一头扎进矿冶研究的“无人区”。如今，年过七旬的他带领团队拥有自主知识产权超过80项，不仅成功破解钒的提取世界难题，而且开辟了产业应用的“钒蓝海”，助力中国钒产品出口占全球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，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，就能极大地提高钢铁的强度、耐热性和抗腐蚀性。
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。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、痛在心里，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。以广泛分布在我国长江流域的钒页岩为例，钒含量只有0.7%左右，品位极低。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。
由于科研难度太大，钒提取是科学家们不轻易触及的领域。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。张一敏在车子后备箱里放了一套工作服。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，常常连续几周待在山沟里……历时8年，张一敏的足迹踏遍全国有代表性的矿山。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，这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、实验场所均不足的困境。张一敏带领团队从零开始，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”。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，师生们守在矿热炉前，以30℃为单位，一点一点往上加。有时，理论上可行，实验结果却不行；有时，一个数据很好，其它数据却不好。
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打了“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%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！”
即便困难重重，团队坚持在钒提取的科研路上前行。调试焙烧温度、改进工艺流程……历时10年，在大量数据的支撑下，他们建立起理论体系，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”。
随着核工业、航空航天、新能源的发展，钒的开发利用成为发达国家竞相占领的前沿高地。“十一五”期间，中国把钒列入重点支持产业。“给钒研究燃起一把火！”张一敏干劲倍增，把目光瞄准提钒技术的推广应用，“国家重大战略需求，我们一定要干好！”
由于缺乏产业上成功的先例，出于风险考虑，有意愿合作的企业寥寥无几。他们踏破铁鞋，找到陕西五洲矿业股份有限公司。双方着眼国家资源安全和行业持续发展，达成了稳定的合作关系。
新技术在企业应用，问题不断“冒”出来——流程太长、工艺繁复、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，饿了就吃包方便面。
回到学校，大家扎进实验室，分析数据，优化流程，有时24小时连轴干，想着“问题早一天解决，企业早一天受益”。他们又奋战了10多年，攻克了数百个技术难题，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，实现全链条绿色生产。
第一批钒出炉，是在一个美丽的深秋。5米高台的过滤机上，2吨橙黄的粉末沾染了秋季的温度，点亮了众人的眼睛。
“提取的钒纯度达99.99%，远超国外指标，我们实现了效率高、能耗低、零污染！”张一敏振奋不已。他回忆，那一天，厂房外天空湛蓝、远山如黛，美得如画，终生难忘！
“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Ricardo教授评价说。
张一敏的提钒技术推广到湖北、江西等国内19家大中型企业应用，3年新增销售额35亿多元。此外，提钒技术和相关设备应用到国内30余家厂矿单位，推动了全行业技术、装备、产品的升级换代。张一敏团队分别于2007年、2010年、2017年3次荣获国家科技奖，推动中国站上了钒研究的世界最高峰。
开辟产业应用的“钒蓝海”
钒的用途很广，但用量少，全球年用量约20万吨，且和钢铁等大宗商品的价格捆绑。冶炼企业的老总们诉苦：“只开展钒提取业务，企业很难生存。”
“为企业生存探路，为行业发展护航。”张一敏把团队分成提钒、环保、利用、深加工等研究小组，在钒产业链上全面出击：
——用钒做添加剂，开发高品质钢材，应用于汽车、铁路、桥梁等行业；
——用钒做超导材料、核反应堆材料，在航空航天和核工业中应用；
——利用提钒产生的尾渣，制作绿色建筑材料，实现资源的综合利用；
——把钒与稀土、纳米结合，研发高性能材料；
——用钒化合物研发电池，容量大、充放电快，成为锂电池的“继任者”；
……
张一敏带领团队开辟出一片片产业应用的“钒蓝海”（未知的市场空间）。主要技术成果在国内企业应用，近三年新增销售额16.26亿元，产品出口美洲、欧洲、亚洲等地的15个国家。
中国工程院院士、清华大学郝吉明教授对张一敏竖起大拇指：“你把钒的提取和应用解决了，是对国家的重大贡献，了不起！”
为带动全国钒行业有序发展，担任国家“863计划”资源环境领域主题专家组组长的张一敏，牵头编写了国家钒页岩行业技术指南，联合国内涉钒企业、高校和科研院所成立了中国钒资源利用专业委员会、钒资源开发与利用产业技术创新战略联盟。
2018年，何梁何利基金颁发给张一敏“科学与技术创新奖”之“产业创新奖”；2020年，他荣获第二届全国创新争先奖；2021年，他获评湖北最美科技工作者。
他的邮箱几乎每天收到来自全球各地技术咨询的邮件。“做科研，一辈子能把一件事做好就值了。”仍然奋战在科研一线的张一敏说。团队里的“80后”“90后”师生们也下定决心：“像张老师一样，一辈子干好平‘钒’事！”
