點“石”成金 化“渣”為寶

張一敏，教授、博士生導師，現(xiàn)任武漢科技大學資源與環(huán)境工程學院院長和武漢理工大學資源與環(huán)境工程學院院長。武漢科技大學“楚天學者計劃”特聘教授，武漢理工大學學科首席教授，國家863計劃資源環(huán)境領(lǐng)域主題專家組組長，國務院政府特殊津貼專家。

以第一完成人獲國家科技進步二等獎2項，省部科技進步一等獎3項、二等獎3項、三等獎1項；以第二完成人獲省部科技進步二等獎2項；以第三完成人獲省部科技進步三等獎2項；獨著或主編出版《固體物料分選理論與工藝》、《二次資源利用》、《球團生產(chǎn)技術(shù)》等5部著作，在國內(nèi)外重要刊物上發(fā)表論文120余篇。

資源是人類賴以生存的基礎(chǔ)，在我們的地球上，資源數(shù)量有限。隨著經(jīng)濟高速發(fā)展、工業(yè)化進程不斷深入，資源正在被大規(guī)模開發(fā)利用。在資源開發(fā)利用過程中，很多問題隨之而生，如資源利用率低、二次資源浪費嚴重、環(huán)境污染等等，已成為人類面臨的一道重要“考題”。 如何提高資源利用水平，解決復雜資源和挑戰(zhàn)新的資源領(lǐng)域，很多人都在尋找答案。

現(xiàn)任武漢科技大學資源與環(huán)境工程學院院長、武漢理工大學資源與環(huán)境工程學院院長的張一敏，從武漢鋼鐵學院礦物加工工程專業(yè)畢業(yè)留校工作開始，就與資源高效利用正式結(jié)緣，他長期從事潔凈礦物加工理論與工藝、濕法冶金、資源綜合利用的科研和教學工作，在礦物高效提取和資源綜合利用等領(lǐng)域主持和參與了多項重大研究課題，取得了重要突破，獲得廣泛贊譽。

點“石”成金

高熔點稀有金屬元素釩是一種重要的戰(zhàn)略物資，除廣泛應用于鋼鐵冶金外，還大量應用于國防、宇航、核能、化工、電子、船舶及新能源等領(lǐng)域，一直是西方各國的重要戰(zhàn)略儲備資源。

含釩頁巖是我國一種獨特的優(yōu)勢含釩資源，其儲量超過國外該類資源的總和。但是，由于我國這類資源利用技術(shù)起步晚、水平差，珍貴資源不僅得不到合理利用，還威脅到環(huán)境質(zhì)量。

早在上世紀70年代末，張一敏就接觸到這種珍貴資源。含釩頁巖俗稱石煤，產(chǎn)出地老百姓常錯把它當成燃煤，用于燒制石灰或其他低級利用，亂采濫挖、浪費嚴重。上世紀80年代，人們開始認識到釩資源的重要性，民間土法提釩廠大量涌現(xiàn)，浪費和污染觸目驚心。作為一名長期研究資源利用的礦物加工專家，提起這些，張一敏至今仍記得當時的痛心。也正是這種痛心，讓他有了最原始的科研動力和方向—尋找一條高效石煤提釩方法，既節(jié)約資源又保護環(huán)境。

但是，事情遠沒有張一敏想象的那么簡單。由于全世界90%含釩頁巖礦集中在我國，因此國外在這方面的研究微乎其微，國內(nèi)的研究當時也僅停留在實驗室階段。沒有經(jīng)驗參考，他只能從零開始，探索符合“中國資源特色”的提釩新技術(shù)。

傳統(tǒng)石煤提釩技術(shù)存在幾大瓶頸：釩回收率低；廢氣、廢水、余熱大量浪費；尾渣無法利用，環(huán)境污染嚴重。一些新開發(fā)的技術(shù)也往往只能兼顧某一方面，高效提釩技術(shù)成為一道十分棘手的科學難題。張一敏和他的團隊從開始著手研究提釩技術(shù)就已目標明確，要與傳統(tǒng)提釩技術(shù)一點一滴的不足較真，立志開發(fā)出我國先進提釩新工藝，既能夠大幅度提高釩回收率，又能實現(xiàn)提釩生產(chǎn)工藝節(jié)能減排、在線循環(huán)和降耗增效。

通過不斷攻關(guān)，張一敏在國內(nèi)首創(chuàng)了雙循環(huán)高效氧化提釩新工藝，創(chuàng)建了全新的在線循環(huán)新思路，通過多種強化機制，發(fā)明了自催化—高效解離—循環(huán)氧化提釩新方法，突破了含釩頁巖低價釩難以氧化轉(zhuǎn)價的技術(shù)難關(guān)和環(huán)境瓶頸，首次在我國建成標志性先進提釩工程，大幅度提高了釩回收率，實現(xiàn)了提釩生產(chǎn)節(jié)能減排、在線循環(huán)和降耗增效。

該項技術(shù)可獲得99級高純V2O5，回收率高（ε>75%），遠超過國內(nèi)現(xiàn)有指標。新研發(fā)出的多床循環(huán)流態(tài)化脫碳裝置等關(guān)鍵設(shè)備，確保了工藝過程的在線循環(huán)和環(huán)保控制實施。

開發(fā)出的與提釩工藝配套的提釩煙氣∕廢水在線循環(huán)技術(shù)，實現(xiàn)了酸介質(zhì)等中間產(chǎn)品返回主流程，使噸釩成本降低15%～20%，余熱利用率>85%。膜熱耦合新型高鹽廢水處理技術(shù)，使含鹽廢水循環(huán)利用率高達99%，結(jié)晶鹽全部回用。

該項目已在國內(nèi)10余家提釩企業(yè)推廣應用，所開發(fā)的節(jié)能、環(huán)保配套技術(shù)還先后用于國內(nèi)20余家鋼鐵企業(yè)，取得了顯著的經(jīng)濟和社會效益。這一集成技術(shù)解決了含釩資源高效提取節(jié)能減排和環(huán)境污染等重大問題，實現(xiàn)了我國含釩頁巖資源開發(fā)利用的跨越。項目獲授權(quán)國家發(fā)明專利9項、公開國家發(fā)明專利12項、授權(quán)實用新型專利8項；獲國家科技進步二等獎1項，省科技進步一等獎1項，其他省部級獎5項；相關(guān)技術(shù)被列為\"國家重點環(huán)境保護實用技術(shù)示范工程\"項目，項目配套技術(shù)成果得到中央電視臺新聞聯(lián)播等國內(nèi)主流媒體的關(guān)注，形成了我國獨特釩資源先進提取成套集成技術(shù)。

化“渣”為寶

工業(yè)中產(chǎn)生的各類含鐵渣塵，是具有重要利用價值的二次資源。但傳統(tǒng)意義上的含鐵渣塵利用，多為有限低附加值利用，絕大部分含鐵渣塵長期廢棄堆放，不僅造成資源浪費，且極易形成環(huán)境污染。現(xiàn)有的含鐵渣塵利用技術(shù)普遍存在處理工藝復雜、過程控制困難、產(chǎn)品指標不穩(wěn)、運行成本過高等缺陷，所生產(chǎn)的產(chǎn)品粉化率高，易造成二次污染。

1999年，原國家冶金局將含鐵渣塵高效利用列為冶金重點攻關(guān)項目，張一敏帶領(lǐng)其團隊歷時7年，瞄準含鐵渣塵高效利用中的關(guān)鍵技術(shù)和理論難題，在掌握核心技術(shù)和進行集成創(chuàng)新的前提下，開發(fā)出超極限（h/D）分選提純新工藝、新裝備，發(fā)明了基于功能抽取及分子設(shè)計的高效含鐵渣塵氧化、冷壓球團添加劑。形成了集新工藝、新設(shè)備、新產(chǎn)品在內(nèi)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的整套含鐵渣塵高效循環(huán)利用技術(shù)。

攻關(guān)初期，國內(nèi)找不到適合該類含鐵粉塵預處理的設(shè)備，張一敏根據(jù)在“六五”科技攻關(guān)中對我國鉻鐵礦分選預處理的成功經(jīng)驗，大膽實踐，創(chuàng)造性地采用0.36的超極限距徑比設(shè)計，開發(fā)出我國第一臺超極限（h/D）螺旋溜槽。在這一思路提出之初，受到了一些同行的質(zhì)疑，認為這與螺旋溜槽距徑比（h/D）不能小于0.45的傳統(tǒng)理論相悖，難以進行實際應用。面對困難和質(zhì)疑，張一敏沒有退縮，帶領(lǐng)團隊組織攻關(guān)，理論上的突破和嚴密的實驗驗證，最終與相關(guān)設(shè)備專家一起拿出了超極限（h/D）溜槽整套設(shè)計方案，并自籌經(jīng)費委托廠家加工出第一臺工業(yè)樣機。現(xiàn)場實踐證明，設(shè)備完全適合含鐵渣塵的分選預處理的特殊需求，效果突出。在成功研發(fā)出含鐵渣塵分選關(guān)鍵設(shè)備的基礎(chǔ)上，張一敏建立的單一超極限h/D螺旋溜槽“一粗二精一掃”的含鐵渣塵分選提純新工藝，鐵品位可提高5％～7％，回收率提高10％～15％，S脫除率高達95％。

張一敏緊跟企業(yè)需求，不斷調(diào)整研究重心。2006年，國際市場鐵礦石年均漲價近20%，使國內(nèi)鋼企噸鋼成本上升，國內(nèi)鋼鐵企業(yè)紛紛把降低成本作為企業(yè)生存發(fā)展的首要任務。張一敏審時度勢，帶領(lǐng)團隊實時開發(fā)出冶金渣塵冷態(tài)球團技術(shù)，發(fā)明了用飽和蒸汽介質(zhì)對轉(zhuǎn)爐LT干式粉塵及AOD、EAF爐粉塵進行旋風消解處理的技術(shù)及關(guān)鍵設(shè)備。所獲得的粉塵冷壓球團，強度高、水分低、長期存放不粉化，遠超出國外該類球團僅3～5天的存放時限，有效解決了球團粉化關(guān)鍵難題，實現(xiàn)了直接在線循環(huán)。

發(fā)明的含鐵渣塵氧化球團和冶金粉塵干式冷壓球團高效系列粘結(jié)劑，可使球團強度高達3000N/個，比傳統(tǒng)粘結(jié)劑球團提高了500N/個；在冷壓球團時，分散性好，速凝效果突出，品質(zhì)穩(wěn)定，實現(xiàn)了熱、冷態(tài)兼用。

該成果先后在國內(nèi)多家大型鋼鐵企業(yè)推廣應用，并與美國、日本、韓國等國的企業(yè)實現(xiàn)了合作。含鐵渣塵利用技術(shù)的重大突破，為這一類資源的高效合理利用開辟了新的途徑，對推動我國冶金行業(yè)節(jié)能減排、資源循環(huán)利用、緩解我國冶煉原料進口壓力發(fā)揮了重要作用。該項目先后獲國家發(fā)明專利7項、實用新型專利4項；獲“國家科技成果重點推廣計劃”和“國家重點新產(chǎn)品”項目支持；獲得國家科技進步二等獎1項、省科技進步一等獎2項、省部二等獎2項。

近十多年來，張一敏先后主持完成和在研國家“十二五”科技支撐計劃重點項目“低品級含釩頁巖礦產(chǎn)資源高效開發(fā)利用關(guān)鍵技術(shù)及工程示范”、國家863計劃重點項目課題“非金屬礦高溫反應爐成套技術(shù)研究”、國家“十一五”科技支撐計劃重點項目“鄂西高磷赤鐵礦二次資源在線循環(huán)高效利用技術(shù)及設(shè)備”、環(huán)保部專項項目“提釩行業(yè)先進工藝及污染防治技術(shù)評估研究”、國家科技成果重點推廣計劃項目“硫酸渣分選提純研究及工業(yè)應用”等國家與地方重大研究項目40余項。

在礦物加工、資源綜合利用領(lǐng)域取得的成績有目共睹，張一敏先后榮獲科技部“‘十一五’國家科技計劃執(zhí)行突出貢獻獎”、湖北省有突出貢獻專家、湖北省勞動模范、湖北五一勞動獎章等。如今，張一敏仍舊忙碌著，帶領(lǐng)他的團隊，一如既往地為自己摯愛的事業(yè)傾注著滿腔熱情。