點“石”成金 化“渣”為寶

張一敏，教授、博士生導師，現任武漢科技大學資源與環境工程學院院長和武漢理工大學資源與環境工程學院院長。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計劃資源環境領域主題專家組組長，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》、《球團生產技術》等5部著作，在國內外重要刊物上發表論文120余篇。

資源是人類賴以生存的基礎，在我們的地球上，資源數量有限。隨著經濟高速發展、工業化進程不斷深入，資源正在被大規模開發利用。在資源開發利用過程中，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新的資源領域，很多人都在尋找答案。

現任武漢科技大學資源與環境工程學院院長、武漢理工大學資源與環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畢業留校工作開始，就與資源高效利用正式結緣，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、船舶及新能源等領域，一直是西方各國的重要戰略儲備資源。

含釩頁巖是我國一種獨特的優勢含釩資源，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起步晚、水平差，珍貴資源不僅得不到合理利用，還威脅到環境質量。

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，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，既節約資源又保護環境。

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，國內的研究當時也僅停留在實驗室階段。沒有經驗參考，他只能從零開始，探索符合“中國資源特色”的提釩新技術。

傳統石煤提釩技術存在幾大瓶頸：釩回收率低；廢氣、廢水、余熱大量浪費；尾渣無法利用，環境污染嚴重。一些新開發的技術也往往只能兼顧某一方面，高效提釩技術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就已目標明確，要與傳統提釩技術一點一滴的不足較真，立志開發出我國先進提釩新工藝，既能夠大幅度提高釩回收率，又能實現提釩生產工藝節能減排、在線循環和降耗增效。

通過不斷攻關，張一敏在國內首創了雙循環高效氧化提釩新工藝，創建了全新的在線循環新思路，通過多種強化機制，發明了自催化—高效解離—循環氧化提釩新方法，突破了含釩頁巖低價釩難以氧化轉價的技術難關和環境瓶頸，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，實現了提釩生產節能減排、在線循環和降耗增效。

該項技術可獲得99級高純V2O5，回收率高（ε>75%），遠超過國內現有指標。新研發出的多床循環流態化脫碳裝置等關鍵設備，確保了工藝過程的在線循環和環保控制實施。

開發出的與提釩工藝配套的提釩煙氣∕廢水在線循環技術，實現了酸介質等中間產品返回主流程，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，使含鹽廢水循環利用率高達99%，結晶鹽全部回用。

該項目已在國內10余家提釩企業推廣應用，所開發的節能、環保配套技術還先后用于國內20余家鋼鐵企業，取得了顯著的經濟和社會效益。這一集成技術解決了含釩資源高效提取節能減排和環境污染等重大問題，實現了我國含釩頁巖資源開發利用的跨越。項目獲授權國家發明專利9項、公開國家發明專利12項、授權實用新型專利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；相關技術被列為\"國家重點環境保護實用技術示范工程\"項目，項目配套技術成果得到中央電視臺新聞聯播等國內主流媒體的關注，形成了我國獨特釩資源先進提取成套集成技術。

化“渣”為寶

工業中產生的各類含鐵渣塵，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，且極易形成環境污染。現有的含鐵渣塵利用技術普遍存在處理工藝復雜、過程控制困難、產品指標不穩、運行成本過高等缺陷，所生產的產品粉化率高，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項目，張一敏帶領其團隊歷時7年，瞄準含鐵渣塵高效利用中的關鍵技術和理論難題，在掌握核心技術和進行集成創新的前提下，開發出超極限（h/D）分選提純新工藝、新裝備，發明了基于功能抽取及分子設計的高效含鐵渣塵氧化、冷壓球團添加劑。形成了集新工藝、新設備、新產品在內的具有自主知識產權的整套含鐵渣塵高效循環利用技術。

攻關初期，國內找不到適合該類含鐵粉塵預處理的設備，張一敏根據在“六五”科技攻關中對我國鉻鐵礦分選預處理的成功經驗，大膽實踐，創造性地采用0.36的超極限距徑比設計，開發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疑，認為這與螺旋溜槽距徑比（h/D）不能小于0.45的傳統理論相悖，難以進行實際應用。面對困難和質疑，張一敏沒有退縮，帶領團隊組織攻關，理論上的突破和嚴密的實驗驗證，最終與相關設備專家一起拿出了超極限（h/D）溜槽整套設計方案，并自籌經費委托廠家加工出第一臺工業樣機。現場實踐證明，設備完全適合含鐵渣塵的分選預處理的特殊需求，效果突出。在成功研發出含鐵渣塵分選關鍵設備的基礎上，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％。

張一敏緊跟企業需求，不斷調整研究重心。2006年，國際市場鐵礦石年均漲價近20%，使國內鋼企噸鋼成本上升，國內鋼鐵企業紛紛把降低成本作為企業生存發展的首要任務。張一敏審時度勢，帶領團隊實時開發出冶金渣塵冷態球團技術，發明了用飽和蒸汽介質對轉爐LT干式粉塵及AOD、EAF爐粉塵進行旋風消解處理的技術及關鍵設備。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鍵難題，實現了直接在線循環。

發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劑，可使球團強度高達3000N/個，比傳統粘結劑球團提高了500N/個；在冷壓球團時，分散性好，速凝效果突出，品質穩定，實現了熱、冷態兼用。

該成果先后在國內多家大型鋼鐵企業推廣應用，并與美國、日本、韓國等國的企業實現了合作。含鐵渣塵利用技術的重大突破，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節能減排、資源循環利用、緩解我國冶煉原料進口壓力發揮了重要作用。該項目先后獲國家發明專利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資源高效開發利用關鍵技術及工程示范”、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高效利用技術及設備”、環保部專項項目“提釩行業先進工藝及污染防治技術評估研究”、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，帶領他的團隊，一如既往地為自己摯愛的事業傾注著滿腔熱情。