期刊-2012-06
点“石”成金 化“渣”为宝
文代安娜 杨进平
2012年06月01日
张一敏教授（左二）在人民大会堂受奖
张一敏，教授、博士生导师，现任武汉科技大学资源与环境工程学院院长和武汉理工大学资源与环境工程学院院长。武汉科技大学“楚天学者计划”特聘教授，武汉理工大学学科首席教授，国家863计划资源环境领域主题专家组组长，国务院政府特殊津贴专家。
以第一完成人获国家科技进步二等奖2项，省部科技进步一等奖3项、二等奖3项、三等奖1项；以第二完成人获省部科技进步二等奖2项；以第三完成人获省部科技进步三等奖2项；独著或主编出版《固体物料分选理论与工艺》、《二次资源利用》、《球团生产技术》等5部著作，在国内外重要刊物上发表论文120余篇。
资源是人类赖以生存的基础，在我们的地球上，资源数量有限。随着经济高速发展、工业化进程不断深入，资源正在被大规模开发利用。在资源开发利用过程中，很多问题随之而生，如资源利用率低、二次资源浪费严重、环境污染等等，已成为人类面临的一道重要“考题”。 如何提高资源利用水平，解决复杂资源和挑战新的资源领域，很多人都在寻找答案。
现任武汉科技大学资源与环境工程学院院长、武汉理工大学资源与环境工程学院院长的张一敏，从武汉钢铁学院矿物加工工程专业毕业留校工作开始，就与资源高效利用正式结缘，他长期从事洁净矿物加工理论与工艺、湿法冶金、资源综合利用的科研和教学工作，在矿物高效提取和资源综合利用等领域主持和参与了多项重大研究课题，取得了重要突破，获得广泛赞誉。
点“石”成金
高熔点稀有金属元素钒是一种重要的战略物资，除广泛应用于钢铁冶金外，还大量应用于国防、宇航、核能、化工、电子、船舶及新能源等领域，一直是西方各国的重要战略储备资源。
含钒页岩是我国一种独特的优势含钒资源，其储量超过国外该类资源的总和。但是，由于我国这类资源利用技术起步晚、水平差，珍贵资源不仅得不到合理利用，还威胁到环境质量。
张一敏教授在指导实验
早在上世纪70年代末，张一敏就接触到这种珍贵资源。含钒页岩俗称石煤，产出地老百姓常错把它当成燃煤，用于烧制石灰或其他低级利用，乱采滥挖、浪费严重。上世纪80年代，人们开始认识到钒资源的重要性，民间土法提钒厂大量涌现，浪费和污染触目惊心。作为一名长期研究资源利用的矿物加工专家，提起这些，张一敏至今仍记得当时的痛心。也正是这种痛心，让他有了最原始的科研动力和方向—寻找一条高效石煤提钒方法，既节约资源又保护环境。
但是，事情远没有张一敏想象的那么简单。由于全世界90%含钒页岩矿集中在我国，因此国外在这方面的研究微乎其微，国内的研究当时也仅停留在实验室阶段。没有经验参考，他只能从零开始，探索符合“中国资源特色”的提钒新技术。
传统石煤提钒技术存在几大瓶颈：钒回收率低；废气、废水、余热大量浪费；尾渣无法利用，环境污染严重。一些新开发的技术也往往只能兼顾某一方面，高效提钒技术成为一道十分棘手的科学难题。张一敏和他的团队从开始着手研究提钒技术就已目标明确，要与传统提钒技术一点一滴的不足较真，立志开发出我国先进提钒新工艺，既能够大幅度提高钒回收率，又能实现提钒生产工艺节能减排、在线循环和降耗增效。
通过不断攻关，张一敏在国内首创了双循环高效氧化提钒新工艺，创建了全新的在线循环新思路，通过多种强化机制，发明了自催化—高效解离—循环氧化提钒新方法，突破了含钒页岩低价钒难以氧化转价的技术难关和环境瓶颈，首次在我国建成标志性先进提钒工程，大幅度提高了钒回收率，实现了提钒生产节能减排、在线循环和降耗增效。
张一敏教授与团队成员研讨
该项技术可获得99级高纯V2O5，回收率高（ε>75%），远超过国内现有指标。新研发出的多床循环流态化脱碳装置等关键设备，确保了工艺过程的在线循环和环保控制实施。
开发出的与提钒工艺配套的提钒烟气∕废水在线循环技术，实现了酸介质等中间产品返回主流程，使吨钒成本降低15%～20%，余热利用率>85%。膜热耦合新型高盐废水处理技术，使含盐废水循环利用率高达99%，结晶盐全部回用。
该项目已在国内10余家提钒企业推广应用，所开发的节能、环保配套技术还先后用于国内20余家钢铁企业，取得了显著的经济和社会效益。这一集成技术解决了含钒资源高效提取节能减排和环境污染等重大问题，实现了我国含钒页岩资源开发利用的跨越。项目获授权国家发明专利9项、公开国家发明专利12项、授权实用新型专利8项；获国家科技进步二等奖1项，省科技进步一等奖1项，其他省部级奖5项；相关技术被列为"国家重点环境保护实用技术示范工程"项目，项目配套技术成果得到中央电视台新闻联播等国内主流媒体的关注，形成了我国独特钒资源先进提取成套集成技术。
化“渣”为宝
工业中产生的各类含铁渣尘，是具有重要利用价值的二次资源。但传统意义上的含铁渣尘利用，多为有限低附加值利用，绝大部分含铁渣尘长期废弃堆放，不仅造成资源浪费，且极易形成环境污染。现有的含铁渣尘利用技术普遍存在处理工艺复杂、过程控制困难、产品指标不稳、运行成本过高等缺陷，所生产的产品粉化率高，易造成二次污染。
1999年，原国家冶金局将含铁渣尘高效利用列为冶金重点攻关项目，张一敏带领其团队历时7年，瞄准含铁渣尘高效利用中的关键技术和理论难题，在掌握核心技术和进行集成创新的前提下，开发出超极限（h/D）分选提纯新工艺、新装备，发明了基于功能抽取及分子设计的高效含铁渣尘氧化、冷压球团添加剂。形成了集新工艺、新设备、新产品在内的具有自主知识产权的整套含铁渣尘高效循环利用技术。
张一敏教授（中）在提钒工程现场
攻关初期，国内找不到适合该类含铁粉尘预处理的设备，张一敏根据在“六五”科技攻关中对我国铬铁矿分选预处理的成功经验，大胆实践，创造性地采用0.36的超极限距径比设计，开发出我国第一台超极限（h/D）螺旋溜槽。在这一思路提出之初，受到了一些同行的质疑，认为这与螺旋溜槽距径比（h/D）不能小于0.45的传统理论相悖，难以进行实际应用。面对困难和质疑，张一敏没有退缩，带领团队组织攻关，理论上的突破和严密的实验验证，最终与相关设备专家一起拿出了超极限（h/D）溜槽整套设计方案，并自筹经费委托厂家加工出第一台工业样机。现场实践证明，设备完全适合含铁渣尘的分选预处理的特殊需求，效果突出。在成功研发出含铁渣尘分选关键设备的基础上，张一敏建立的单一超极限h/D螺旋溜槽“一粗二精一扫”的含铁渣尘分选提纯新工艺，铁品位可提高5％～7％，回收率提高10％～15％，S脱除率高达95％。
张一敏紧跟企业需求，不断调整研究重心。2006年，国际市场铁矿石年均涨价近20%，使国内钢企吨钢成本上升，国内钢铁企业纷纷把降低成本作为企业生存发展的首要任务。张一敏审时度势，带领团队实时开发出冶金渣尘冷态球团技术，发明了用饱和蒸汽介质对转炉LT干式粉尘及AOD、EAF炉粉尘进行旋风消解处理的技术及关键设备。所获得的粉尘冷压球团，强度高、水分低、长期存放不粉化，远超出国外该类球团仅3～5天的存放时限，有效解决了球团粉化关键难题，实现了直接在线循环。
发明的含铁渣尘氧化球团和冶金粉尘干式冷压球团高效系列粘结剂，可使球团强度高达3000N/个，比传统粘结剂球团提高了500N/个；在冷压球团时，分散性好，速凝效果突出，品质稳定，实现了热、冷态兼用。
张一敏教授（二排居中）和部分团队成员合影
该成果先后在国内多家大型钢铁企业推广应用，并与美国、日本、韩国等国的企业实现了合作。含铁渣尘利用技术的重大突破，为这一类资源的高效合理利用开辟了新的途径，对推动我国冶金行业节能减排、资源循环利用、缓解我国冶炼原料进口压力发挥了重要作用。该项目先后获国家发明专利7项、实用新型专利4项；获“国家科技成果重点推广计划”和“国家重点新产品”项目支持；获得国家科技进步二等奖1项、省科技进步一等奖2项、省部二等奖2项。
近十多年来，张一敏先后主持完成和在研国家“十二五”科技支撑计划重点项目“低品级含钒页岩矿产资源高效开发利用关键技术及工程示范”、国家863计划重点项目课题“非金属矿高温反应炉成套技术研究”、国家“十一五”科技支撑计划重点项目“鄂西高磷赤铁矿二次资源在线循环高效利用技术及设备”、环保部专项项目“提钒行业先进工艺及污染防治技术评估研究”、国家科技成果重点推广计划项目“硫酸渣分选提纯研究及工业应用”等国家与地方重大研究项目40余项。
在矿物加工、资源综合利用领域取得的成绩有目共睹，张一敏先后荣获科技部“‘十一五’国家科技计划执行突出贡献奖”、湖北省有突出贡献专家、湖北省劳动模范、湖北五一劳动奖章等。如今，张一敏仍旧忙碌着，带领他的团队，一如既往地为自己挚爱的事业倾注着满腔热情。