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O-Al-V-Si？這位老師有點(diǎn)“釩”

武漢科技大學(xué)

2021-10-12 18:30 瀏覽量: 2313

?智能總結(jié)

張一敏我國釩資源分離制造技術(shù)的知名專家十三五國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)專項(xiàng)總體專家組成員十二五國家863計(jì)劃資源環(huán)境領(lǐng)域主題專家組成員十一五國家科技計(jì)劃執(zhí)行突出貢獻(xiàn)獎(jiǎng)獲得者全國優(yōu)秀科技工作者...

張一敏

我國釩資源分離制造技術(shù)的

知名專家

十三五國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃

重點(diǎn)專項(xiàng)總體專家組成員

十二五國家863計(jì)劃

資源環(huán)境領(lǐng)域主題專家組成員

十一五國家科技計(jì)劃

執(zhí)行突出貢獻(xiàn)獎(jiǎng)獲得者

全國優(yōu)秀科技工作者

中國鋼鐵工業(yè)優(yōu)秀科技工作者

湖北省十大杰出專業(yè)技術(shù)人才

湖北省勞動(dòng)模范

成就數(shù)不清

張一敏，長(zhǎng)期致力于釩頁巖礦物資源的清潔分離制造和鐵釩二次資源利用技術(shù)與工程化研究。他將礦物加工與濕法冶金、化學(xué)反應(yīng)工程、團(tuán)礦等多學(xué)科交叉，開展基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵技術(shù)和工程應(yīng)用研究，取得了具有國際影響的學(xué)術(shù)成就。

張一敏先后獲國家、省部級(jí)科技獎(jiǎng)勵(lì)17項(xiàng)。其中，排名第一，獲國家科技獎(jiǎng)勵(lì)三項(xiàng)（國家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)2項(xiàng)）；排名第一，獲省部級(jí)技術(shù)發(fā)明、科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)5項(xiàng)；獲2018年何梁何利產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新獎(jiǎng)，2020年全國創(chuàng)新爭(zhēng)先獎(jiǎng)。

授權(quán)美國、南非、比利時(shí)和中國發(fā)明專利84件，工業(yè)實(shí)施12件。出版學(xué)術(shù)著作8部、發(fā)表學(xué)術(shù)論文286篇（SCI 117篇）。分別擔(dān)任2011年國際材料大會(huì)（IMRC）、2013年東亞資源再循環(huán)國際大會(huì)（EARTH）分會(huì)主席和2015年中墨環(huán)材國際研討會(huì)共同主席。

創(chuàng)新發(fā)明，應(yīng)用實(shí)踐兩不缺

1O-Al-V-Si高溫氧化分離反應(yīng)機(jī)理

稀有金屬釩是冶金材料、軍工核能、高端制造、新能源等新興產(chǎn)業(yè)不可替代的限制性戰(zhàn)略材料，中國釩頁巖（俗稱石煤）儲(chǔ)量居世界第一。從極復(fù)雜、極難處理的釩頁巖礦物資源中，采用清潔的化學(xué)冶金分離技術(shù)生產(chǎn)高純釩及系列高端含釩材料，是礦冶領(lǐng)域?qū)W科研究的前沿和國際競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn)。

張一敏教授在國際上首次提出氧-鋁-釩-硅（O-Al-V-Si）高溫分離反應(yīng)機(jī)理，發(fā)明氧化型釩頁巖雙循環(huán)氧化法綠色制造高純釩技術(shù)，解決了低價(jià)釩難以轉(zhuǎn)化為高價(jià)釩的難題，為我國從釩頁巖清潔分離制造高純釩及含釩材料提供了重大可行工程技術(shù)。

釩頁巖礦物稟賦差，釩同晶置換于云母晶格中，多金屬復(fù)雜共伴生。采用高溫氧化工藝，以釩頁巖制造高純釩及含釩產(chǎn)品，是國內(nèi)外普遍采用的核心技術(shù)，但該技術(shù)轉(zhuǎn)價(jià)率僅約為65%，釩回收率不足60%，且須添加過量工業(yè)鹽，環(huán)境污染極為嚴(yán)重。

針對(duì)在釩頁巖云母與長(zhǎng)石類礦物熔解-反應(yīng)過程中，易形成低溫軟熔晶相誘導(dǎo)產(chǎn)生的“硅束縛”嚴(yán)重阻礙釩釋放的難題，張一敏首次揭示了O-Al-V-Si高溫氧化分離反應(yīng)機(jī)理。

在上述研究基礎(chǔ)上，發(fā)明了氧化型釩頁巖的富釩渣自催化-強(qiáng)氧化逆流熱交換焙燒-流態(tài)化浸出-離子交換-水解沉釩-在線循環(huán)新工藝及相關(guān)成套裝備，解決了長(zhǎng)期困擾行業(yè)的“硅束縛”難題。

國際著名濕法冶金專家、巴西圣保羅大學(xué)Ricardo教授在評(píng)價(jià)該技術(shù)時(shí)認(rèn)為“張?zhí)岢龅难h(huán)氧化轉(zhuǎn)價(jià)法和提出的O-Al-V-Si高溫反應(yīng)機(jī)理，是目前解釋和解決頁巖釩生產(chǎn)過程源頭污染，提高釩生產(chǎn)效率的最佳方法和途徑”。

他利用此發(fā)明的集成技術(shù)，在湖北平凡、湖北泛得礦業(yè)等企業(yè)建成1500t/a級(jí)高純五氧化二釩（V2O5，98級(jí)）成套生產(chǎn)線2條，共創(chuàng)產(chǎn)值11.39億元。該生產(chǎn)新工藝使釩頁巖行業(yè)的釩轉(zhuǎn)價(jià)率，由原工藝的65%提高到93%，回收率從不足60%提高到82%，且無須添加額外的工業(yè)鹽，極大減少了環(huán)境壓力。

由釩頁巖生產(chǎn)的釩產(chǎn)品市場(chǎng)份額從原來不足20%，最高時(shí)可達(dá)60%。實(shí)現(xiàn)了釩頁巖無工業(yè)化生產(chǎn)高純釩的突破，使我國成為釩類產(chǎn)品最大生產(chǎn)國（世界釩技術(shù)委員會(huì)（Vanitec）公布）。

湖北平凡和泛得礦業(yè)生產(chǎn)技術(shù)因此分別被國家環(huán)保部和國土資源部列為國家重點(diǎn)環(huán)保實(shí)用技術(shù)示范工程（2008年）和全國礦產(chǎn)資源節(jié)約與綜合利用先進(jìn)適用技術(shù)（2013年）。該成果獲2010年國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)（排名一）。

2原生型釩頁巖一步法沸騰焙燒轉(zhuǎn)價(jià)短流程新技術(shù)

張一敏教授揭示了釩原子在頁巖云母結(jié)構(gòu)中的占位規(guī)律，創(chuàng)建沸騰動(dòng)態(tài)模型，發(fā)明原生型釩頁巖一步法沸騰焙燒轉(zhuǎn)價(jià)短流程新技術(shù)，成為我國大宗原生型釩頁巖利用的主流技術(shù)，推動(dòng)了全行業(yè)技術(shù)-裝備-產(chǎn)品升級(jí)換代。

從大宗原生型釩頁巖中制造高純釩及相關(guān)釩產(chǎn)品，是國內(nèi)外普遍采用的主要生產(chǎn)途徑，但該傳統(tǒng)工藝存在噸釩硫酸耗量高達(dá)40余噸、能耗高達(dá)29萬兆焦耳、工藝操作繁復(fù)等重大技術(shù)缺陷。

張一敏深入探索了釩原子在原生型釩頁巖云母結(jié)構(gòu)中的占位規(guī)律，以及在溶液環(huán)境中釩云母結(jié)構(gòu)弛豫的微觀現(xiàn)象，揭示了釩云母高溫狀態(tài)下T-O-T結(jié)構(gòu)晶格畸變-釩轉(zhuǎn)價(jià)釋放機(jī)制，創(chuàng)建釩頁巖沸騰氧化動(dòng)態(tài)模型。

基于上述基礎(chǔ)研究，他發(fā)明了原生型釩頁巖一步法沸騰焙燒轉(zhuǎn)價(jià)短流程新技術(shù)，并開發(fā)出與此配套的新型專用沸騰轉(zhuǎn)價(jià)爐和蒸汽介質(zhì)循環(huán)強(qiáng)化浸出裝備。

利用上述技術(shù)，在陜西有色集團(tuán)五洲礦業(yè)、湖北中釩新材料等企業(yè)進(jìn)行了技術(shù)轉(zhuǎn)化，建成3000t/a級(jí)頁巖高純釩成套生產(chǎn)線2條，共創(chuàng)產(chǎn)值12.86億元。該生產(chǎn)新工藝釩回收率從原65%提高到87%，酸耗量降低32%，能耗降低35%，噸釩成本下降40%。生產(chǎn)出的儲(chǔ)能和高端工業(yè)用99級(jí)高純釩產(chǎn)品，2018年市場(chǎng)最高占有率達(dá)60%，促進(jìn)了行業(yè)跨越發(fā)展，得到中國有色金屬協(xié)會(huì)高度評(píng)價(jià)。

澳大利亞昆士蘭大學(xué)可持續(xù)礦業(yè)中心主任C.J. Moran教授評(píng)價(jià)“該工作提升了頁巖釩清潔生產(chǎn)水平，這一方法有效并能很好地為工業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)能力提供支持?！?/span>

陜西有色集團(tuán)五洲礦業(yè)（我國最大釩頁巖企業(yè)）生產(chǎn)技術(shù)，被國家環(huán)保部和工信部分別列為我國頁巖釩最佳可行技術(shù)和污染防治技術(shù)（2012年）和全國產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵共性技術(shù)（2015年）。該成果獲2017年國家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)（排名一）。

3鐵釩尾渣在線循環(huán)制造新技術(shù)及裝備

針對(duì)主流二次鐵釩尾渣富集率低、綜合利用效率差等缺陷，張一敏教授發(fā)明了鐵釩尾渣在線循環(huán)制造新技術(shù)及裝備，解決了大宗鐵釩尾渣利用難題，顯著降低了企業(yè)運(yùn)行成本，總體技術(shù)達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

國內(nèi)二次鐵釩資源每年絕對(duì)產(chǎn)生量10億余噸，利用率不足30%，其原因是尾渣成分復(fù)雜、富集困難。

張一敏建立重力環(huán)流復(fù)合力場(chǎng)，改變小密度差微細(xì)二次資源物料分選下限，突破重力螺旋分選裝備距徑比不能小于0.45的極限，研制出超極限螺旋分選裝備，其富集比超出傳統(tǒng)裝備2倍，雜質(zhì)去除率提高10％。

他發(fā)明的冶金粉塵飽和蒸汽介質(zhì)旋風(fēng)消解技術(shù)，解決了國內(nèi)外長(zhǎng)期未解決的冶金粉塵氧化球團(tuán)高溫“熱爆裂”和冷壓球團(tuán)冷態(tài)“瞬時(shí)粉化”難題。其綜合指標(biāo)比國際頂尖水平的韓國浦項(xiàng)鋼鐵（Posco）提高了20%。

開發(fā)的大宗釩尾渣基60兆帕級(jí)高性能海洋工程用地聚物，和10兆帕級(jí)多功能高強(qiáng)陶粒等10種產(chǎn)品，極大拓展了釩尾渣資源利用。

上述技術(shù)已成功推廣到太原鋼鐵集團(tuán)、本溪鋼鐵等12家企業(yè)，共創(chuàng)產(chǎn)值9.23億元。其核心技術(shù)和裝備被科技部、商務(wù)部等國家四部委分別列入國家科技成果重點(diǎn)推廣計(jì)劃（2005年）和國家重點(diǎn)新產(chǎn)品（2007年）。該成果獲2007年國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)（排名一）。

治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)風(fēng)正派

張一敏教授已培養(yǎng)80余名博士、碩士及博士后，指導(dǎo)企業(yè)高級(jí)工程技術(shù)人員100余名。他在礦物加工、資源高效利用領(lǐng)域做出了突出貢獻(xiàn)，在國內(nèi)外享有重要影響。

“懷疑精神是科學(xué)精神的重要組成部分”張一敏教授發(fā)現(xiàn)問題并解決問題為社會(huì)做出了杰出的貢獻(xiàn)他創(chuàng)新實(shí)踐的精神將在科技之路上熠熠生輝