武汉科技大学钒资源清洁利用团队向高而攀,摘取满天“钒”星

张文博 绘

武汉科技大学国家环境保护矿冶资源利用与污染控制重点实验室主任张一敏。资料图片

【勇做新时代的奋斗者】　

走进武汉科技大学国家环境保护矿冶资源利用与污染控制重点实验室的一楼展厅，仿佛进入一个奇异的矿物世界：从粗糙的钒页岩矿石，到细腻的高纯钒粉末，再到钒基合金、钒电解液、海洋工程地聚物材料，它们性状各异、功能不一，安静地陈列在展台上。

“这里就是钒的世界。”实验室主任张一敏介绍。钒，国家战略性金属资源，规模不大，但不可或缺，有“工业维生素”之誉。“全球90%的钒页岩储存于我国，然而，我国的钒页岩品位极低——钒含量只有0.7%左右。如何高效、清洁地提取这‘工业维生素’，曾是世界性难题。”张一敏感慨地说。

40多年来，张一敏带领武汉科技大学钒资源清洁利用团队，从鄂西深山到云贵高原，从百米矿井到高温炉前，一步一个脚印攻关。如今，团队已拥有自主知识产权超100项。

20世纪七八十年代，人们开采的主要是裸露地表的氧化型钒页岩。传统的提钒技术有三道“门槛”迈不过去：钒回收率太低；生产过程废气废水横流，污染严重；尾渣堆积如山，无法利用。

“大家谈钒色变。一听说你是搞钒的，就认定你是个污染大户。”回想起当年的处境，张一敏不禁扼腕。

彼时，国内钒产业粗放发展，矿山上空烟尘弥漫，河沟里污水横流。张一敏看在眼里，痛在心里：“低水平发展的老路走不远，必须研发高效、环保的提钒技术。”然而，矿冶研究的“无人区”，关隘重重。有同行好心劝他：“干吗自讨苦吃，选这么难啃的骨头？”

张一敏没吭声，带着学生进了山。

“张老师带着我们，用镰刀砍出山路，卷起裤腿蹚过河流，在矿井走几公里巷道去采样。天不亮就出发，背着干粮和水，在矿山上一待就是一整天。”时隔多年，武汉科技大学资源与环境工程学院教授黄晶，依然清晰记得当年随导师找矿的情景。

就这样，一袋又一袋的钒矿石样品，从四面八方汇聚到实验室；一次接一次的调研与评审，团队的足迹印刻在天南海北的钒矿一线。历时8年，他们踏遍全国有代表性的矿山，终于建立了全球首个钒页岩资料库。

摸清了钒页岩的“家底”和“脾性”，真正难的是怎么把它用好。

武汉科技大学资源与环境工程学院教授刘涛打了个比方：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，形成一层坚硬的外壳——他们管这叫“硅盖罩”。怎么破开这层“盖子”？

团队守在矿热炉前，以30℃为单位，一点一点往上加温度。焙烧温度、工艺流程、专用设备……每一项都要反复调试。炉前的高温烤得人脸上发烫，他们一守就是十几个小时。

精诚所至，金石为开。团队在国内首创“自催化—高效解离—循环氧化提钒”新方法，实现了提钒生产的节能减排、在线循环和降耗增效。此后，“含钒页岩高效提取在线循环资源化新技术及工业应用”项目获国家科技进步奖二等奖；“基于页岩钒行业全过程污染防治的短流程清洁生产关键技术”获国家技术发明奖二等奖。

在不断的科研历练中，勇闯“无人区”、敢啃“硬骨头”，已成为团队的亮眼特质。

钒原子在矿石里的形态是怎样的？十年前，全球有推断的宏观数据，没有准确的实验数据。因为钒在矿石里的含量少，还很分散，无法检测出钒的准确位置。团队青年教师薛楠楠和郑秋实将量子化学引入矿物学领域，千方百计做出了计算模型，通过不断调整钒和其他原子的配比，调试温度、压力值，历经5个寒暑，终于找到了共性规律。2022年，他们在全球首次揭露钒在页岩中的原子状态，2025年出版学术专著《钒页岩晶体结构与配位化学》。

“张老师常说‘面壁十年图破壁’。在我们心里，搞科研攻关，就要把开始的那股劲头坚持到底。”薛楠楠说。

如果说钢是虎，那么钒就是翼。在钢铁冶炼中加入微量的钒，就如虎添翼，能极大提高钢铁的强度、耐热性和抗腐蚀性。我国70%至80%的钒都用于钢铁行业。

张一敏想得更远：“钒的用量少，全球年用量约20万吨，而且和钢铁等大宗商品价格捆绑。钒产业要发展壮大，必须拓展产业链。”

怎么拓？答案是到一线去。

团队有个惯例，不管是老师还是学生，确定了研究方向后，就要去企业，与工人同吃同住同工作。“我下厂去啦！”这是团队师生说得最多的话。他们分批下到全国各地的企业，有的蹲点实习，有的做中试，有的指导企业生产。

刘涛攻读硕士时加入团队，第一个月就穿上工作服，头戴照明灯，下到几百米深的矿井，拿着小锤子采集矿样，在企业进行现场调研和技术攻关。

一次，刘涛参与的一项研究成果在实验室效果很好，可到生产中却始终不理想。“张老师告诉我，企业生产是连续的过程，每个环节的设备和操作都可能影响结果。”刘涛说，之后他结合生产实际不断调整，才取得最后的成功。如今，刘涛只要有空就跑一线，把在生产中发现的问题作为新的课题，通过这样的良性循环，他成长为国家级人才。

由于我国的钒页岩品位低，提取1吨钒，常常需要120吨至150吨矿石。这就带来一个无法回避的现实问题——巨量的钒尾渣。

“一定要把钒矿石‘吃干榨净’。”为此，团队研发出原生型钒页岩“一步法”短流程清洁生产技术，提取的钒纯度达99.9%，远超国外指标。同时，团队摸清钒尾渣特性，发明钒尾渣三维重构技术，有效提升钒尾渣地聚物综合性能，新工艺能使钒生产碳排放量减少70%。

“科研成果不仅要上得了书架，也要上得了货架。”这是张一敏常说的话。当前，团队研发的技术与设备在行业内推广，构建的“绿色提取—高端制造—综合利用”的全产业链技术支撑体系创造经济效益已超145亿元。

“几十年来，无论进厂矿一线，还是做学术交流，我开场就讲钒，科普钒的价值，扭转人们对钒产业的旧有偏见。同行都打趣说我是中国第一‘烦（钒）’人。”张一敏笑着对记者说。

这些年，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、桥梁等领域；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……“做一名‘钒’人”，成为团队成员的心声。

90后博士生葛灵，瞄准了全钒液流电池储能技术的核心痛点——杂质高、浓度低、温度区间窄。前后4年，他在实验室和企业之间来回奔走，开发出中国独有的高性能钒电解液，大幅提升电解液容量和能量密度，破解了高浓度钒电解液宽温域（-20℃~70℃）稳定运行难题，让全钒液流电池从只在实验室和温和环境中性能优良的“偏科生”，变成了一个能扛住极端温差、占空间小的全气候型“储能战士”。

00后博士生张子涵钰，从硕士开始就立足钒铝合金提质攻关方向。钒铝合金的杂质降不下来，他研发出富钒液短流程，精准调控合金化工艺，实现了制备宇航级钒铝合金的突破，用于制造航天发射器和国产大飞机的骨架和外壳，实现轻量化同时强度高。

眼下，团队正在湖北安陆市成立钒产业研究院，开展页岩提钒、钒深加工和钒电池研发。武汉科技大学资源与环境工程学院教授袁益忠说，团队不仅联合多方力量在安陆打造“中部钒都”，还与四川攀枝花、河北承德等钒钛资源富集区共建产学研基地，加速科技成果转化。

从钒领域科研攻关的孤勇者，到钒产业延链强链的力行者，再到钒尾渣综合利用的探路者，数十年来，张一敏团队向高而攀，摘取一颗颗“钒”星，团队成员中涌现出3名国家级人才、8名省级高层次人才，十多名师生出国访问留学，百余名毕业生遍布全球。

采访结束时，记者问张一敏：“如今我国已成为世界最大的钒生产国和消费国，是不是可以松口气了？”

张一敏笑了笑，摆摆手：“风正好扬‘钒’。国家还需要，我们哪能歇？”