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。
开辟产业应用的“钒蓝海”
钒的用途很广，但用量少。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。”2018年，张一敏团队获批建立国家环境保护矿冶资源利用与污染控制重点实验室。团队分成提钒、环保、利用、深加工等研究小组，针对所有类型的钒页岩开展技术“升级换代”，在钒产业链上全面出击，不断拓宽钒的应用空间。例如，用钒做合金，开发高品质钢材，应用于汽车、铁路、桥梁等行业；用钒合金做超导材料、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；用钒化合物研发钒储能电池，容量大、充放电快，绿色安全。
张一敏带领团队开辟出一片片产业应用的“钒蓝海”，主要技术成果在国内企业应用，近3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。钒这个“小体量”在工业领域中发挥出“大能量”。
为带动全国钒行业有序发展，担任国家“863计划”资源环境技术领域“资源综合利用技术”主题专家组组长的张一敏，还牵头编写了国家钒页岩行业技术指南，并联合国内涉钒企业、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。在“十四五”规划中，钒被列入国家战略资源。
张一敏的邮箱几乎每天都收到来自全球各地的咨询技术邮件。“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！”
《中国教育报》2024年04月01日第7版
作者：通讯员 程毓 张歆
