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發布者:宣傳部發布時間:2021-09-09浏覽次數:241

張一敏:制高點上的較量

    張一敏,我国钒资源分离制造技术的知名专家,长期致力于钒页岩矿物资源的清洁分离制造和铁钒二次资源利用技术与工程化研究。他将矿物加工与湿法冶金、化学反应工程、团矿等多学科交叉,开展基础理论、关键技术和工程应用研究,取得了具有国际影响的学术成就。 

    張一敏是十三五国家重点研发计划重点专项总体专家组成员,十二五国家863计划资源环境领域主题专家组成员(召集人),十一五国家科技计划执行突出贡献奖获得者。全国优秀科技工作者,中国钢铁工业优秀科技工作者,湖北省十大杰出专业技术人才、湖北省劳动模范等。  

    張一敏先后获国家、省部级科技奖励17项。其中,排名第一,获国家科技奖励三项(国家技术发明二等奖1项、国家科技进步二等奖2项);排名第一,获省部级技术发明、科技进步一等奖5项;获2018年何梁何利产业创新奖,2020年全国创新争先奖。授权美国、南非、比利时和中国发明专利84件,工业实施12件。出版学术著作8部、发表学术论文286篇(SCI 117篇)。分別擔任2011年國際材料大會(IMRC)、2013年東亞資源再循環國際大會(EARTH)分會主席和2015年中墨環材國際研討會共同主席。

    稀有金属钒是冶金材料、军工核能、高端制造、新能源等新兴产业不可替代的限制性战略材料,中国钒页岩(俗称石煤)储量居世界第一。从极复杂、极难处理的钒页岩矿物资源中,采用清洁的化学冶金分离技术生产高纯钒及系列高端含钒材料,是矿冶领域学科研究的前沿和国际竞争焦点。

    張一敏教授在国际上首次提出氧-铝-钒-硅(O-Al-V-Si)高温分离反应机理,发明氧化型钒页岩双循环氧化法绿色制造高纯钒技术,解决了低价钒难以转化为高价钒的难题,为我国从钒页岩清洁分离制造高纯钒及含钒材料提供了重大可行工程技术。

    钒页岩矿物禀赋差,钒同晶置换于云母晶格中,多金属复杂共伴生。采用高温氧化工艺,以钒页岩制造高纯钒及含钒产品,是国内外普遍采用的核心技术,但该技术转价率仅约为65%,钒回收率不足60%,且须添加过量工业盐,环境污染极为严重。

    针对在钒页岩云母与长石类矿物熔解-反应过程中,易形成低温软熔晶相诱导产生的“硅束缚”严重阻碍钒释放的难题,張一敏首次揭示了O-Al-V-Si高温氧化分离反应机理。

    在上述研究基础上,发明了氧化型钒页岩的富钒渣自催化-强氧化逆流热交换焙烧-流态化浸出-离子交换-水解沉钒-在线循环新工艺及相关成套装备,解决了长期困扰行业的“硅束缚”难题。国际著名湿法冶金专家、巴西圣保罗大学Ricardo教授在评价该技术时认为“张提出的循环氧化转价法和提出的O-Al-V-Si高温反应机理,是目前解释和解决页岩钒生产过程源头污染,提高钒生产效率的最佳方法和途径”。

    他利用此发明的集成技术,在湖北平凡、湖北泛得矿业等企业建成1500t/a级高纯五氧化二钒(V2O5,98级)成套生产线2条,共创产值11.39亿元。该生产新工艺使钒页岩行业的钒转价率,由原工艺的65%提高到93%,回收率从不足60%提高到82%,且无须添加额外的工业盐,极大减少了环境压力。由钒页岩生产的钒产品市场份额从原来不足20%,最高时可达60%。实现了钒页岩无工业化生产高纯钒的突破,使我国成为钒类产品最大生产国(世界钒技术委员会(Vanitec)公布)。

    湖北平凡和泛得矿业生产技术因此分别被国家环保部和国土资源部列为国家重点环保实用技术示范工程(2008年)和全国矿产资源节约与综合利用先进适用技术(2013年)。该成果获2010年国家科技进步二等奖(排名一)。

    張一敏教授揭示了钒原子在页岩云母结构中的占位规律,创建沸腾动态模型,发明原生型钒页岩一步法沸腾焙烧转价短流程新技术,成为我国大宗原生型钒页岩利用的主流技术,推动了全行业技术-装备-产品升级换代。

    从大宗原生型钒页岩中制造高纯钒及相关钒产品,是国内外普遍采用的主要生产途径,但该传统工艺存在吨钒硫酸耗量高达40余吨、能耗高达29万兆焦耳、工艺操作繁复等重大技术缺陷。張一敏深入探索了钒原子在原生型钒页岩云母结构中的占位规律,以及在溶液环境中钒云母结构弛豫的微观现象,揭示了钒云母高温状态下T-O-T结构晶格畸变-钒转价释放机制,创建钒页岩沸腾氧化动态模型。

    基于上述基础研究,他发明了原生型钒页岩一步法沸腾焙烧转价短流程新技术,并开发出与此配套的新型专用沸腾转价炉和蒸汽介质循环强化浸出装备。

    利用上述技术,在陕西有色集团五洲矿业、湖北中钒新材料等企业进行了技术转化,建成3000t/a级页岩高纯钒成套生产线2条,共创产值12.86亿元。该生产新工艺钒回收率从原65%提高到87%,酸耗量降低32%,能耗降低35%,吨钒成本下降40%。生产出的储能和高端工业用99级高纯钒产品,2018年市场最高占有率达60%,促进了行业跨越发展,得到中国有色金属协会高度评价。澳大利亚昆士兰大学可持续矿业中心主任C.J. Moran教授评价“该工作提升了页岩钒清洁生产水平,这一方法有效并能很好地为工业生产的可持续能力提供支持。”

    陕西有色集团五洲矿业(我国最大钒页岩企业)生产技术,被国家环保部和工信部分别列为我国页岩钒最佳可行技术和污染防治技术(2012年)和全国产业关键共性技术(2015年)。该成果获2017年国家技术发明二等奖(排名一)。

    针对主流二次铁钒尾渣富集率低、综合利用效率差等缺陷,張一敏教授发明了铁钒尾渣在线循环制造新技术及装备,解决了大宗铁钒尾渣利用难题,显著降低了企业运行成本,总体技术达到国际领先水平。

    国内二次铁钒资源每年绝对产生量10亿余吨,利用率不足30%,其原因是尾渣成分复杂、富集困难。

    張一敏建立重力环流复合力场,改变小密度差微细二次资源物料分选下限,突破重力螺旋分选装备距径比不能小于0.45的极限,研制出超极限螺旋分选装备,其富集比超出传统装备2倍,杂质去除率提高10%。

他發明的冶金粉塵飽和蒸汽介質旋風消解技術,解決了國內外長期未解決的冶金粉塵氧化球團高溫“熱爆裂”和冷壓球團冷態“瞬時粉化”難題。其綜合指標比國際頂尖水平的韓國浦項鋼鐵(Posco)提高了20%。

開發的大宗釩尾渣基60兆帕級高性能海洋工程用地聚物,和10兆帕級多功能高強陶粒等10種産品,極大拓展了釩尾渣資源利用。

    上述技术已成功推广到太原钢铁集团、本溪钢铁等12家企业,共创产值9.23亿元。其核心技术和装备被科技部、商务部等国家四部委分别列入国家科技成果重点推广计划(2005年)和国家重点新产品(2007年)。该成果获2007年国家科技进步二等奖(排名一)。

    張一敏教授治学严谨、學風正派,已培养80余名博士、硕士及博士后,指导企业高级工程技术人员100余名。他在矿物加工、资源高效利用领域做出了突出贡献,在国内外享有重要影响。(资环学院)

 

 

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