张一敏 武汉科技大学供图

■本报记者 李思辉 通讯员 程毓

在地处鄂北的安陆市，中国首个钒页岩全产业链开发利用基地“钒产业研究院”正在拔节生长。产业链的背后，是一位与钒“纠缠”了半辈子的科学家——武汉科技大学战略钒资源利用省部共建协同创新中心主任张一敏。

破解世界难题“硅盖罩”

钒，被誉为“工业维生素”。高速飞行器、超导材料、核反应堆、特种钢铁，都离不开它。

张一敏本科就读于武汉钢铁学院（武汉科技大学前身），1983年留校任教，开始钒页岩研究。2001年前后，他们开展研究的第一步是摸清“家底”。武汉科技大学资源与环境工程学院教授刘涛读硕士研究生时就加入了张一敏团队，他亲历了当时的艰辛，回忆说，矿山大多在偏僻地区，张老师总是走在最前面，拿着木棍在杂草中探路，卷起裤腿蹚过半米深的溪流，戴着头灯进入黑黢黢的矿洞，扛着上百斤的矿样徒步下山。

他们的足迹踏遍全国有代表性的矿山，建起全球首个钒页岩样本库。然而，真正的“拦路虎”是“硅盖罩”。钒的熔点高达1890℃，焙烧时杂质熔液包裹在钒上，凝成坚硬外壳，使低价钒无法转化为高价钒。面对此难题，不少研究人员望而却步。

“全球90%钒页岩在中国，不攻克就是对国家不负责！”张一敏说。攻关在高温炉前展开，他们以30℃为梯度往上加温，一炉一炉地烧，记录实验数据。

张一敏提出，先认识钒的相关机理，研究钒的原子状态。团队购置检测设备，分析钒的转变规律，收集海量数据，最终在全球首次揭示氧-铝-钒-硅（O-Al-V-Si）高温氧化分离反应机理。

循着这一机理，他们自制沸腾炉，让钒在被杂质包裹前释放出来，一举破解困扰学界多年的“硅盖罩”。刘涛介绍，张一敏的提钒理论和技术被美国、印度等国的60多个机构采用。

三次获得国家级科技奖

今年暑假，张一敏的行程表依旧排满要考察的矿山，先到金昌勘察，又到敦煌采样。“到现场，找真问题，做真研究。”这是他一辈子的信条。三项国家级科技奖，皆由此而来。

上世纪90年代，他在矿山看到钒尾渣堆积成山，既占地又污染。如何把尾渣用起来？他带领团队一头扎进去，一边分析尾渣成分，研发副产品，一边跑市场找销路，终于把钒尾渣转化为水泥、多孔砖等建材原料，利用率提升至80%以上。2007年，张一敏团队第一次摘得国家科学技术进步奖二等奖。

钒在页岩中的含量低至0.7%，提取之难如“沙里淘金”。张一敏的提取方案是“优化产业链”。他带领团队师生扎根矿山，与工人同吃同住，在井下采样，在炉前调试。历经10多年，创立了全类型钒页岩绿色提取通用技术。

新技术在陕西五洲矿业落地，这里是南水北调国家一级水源涵养地。验收当日，验收专家舀起厂矿周边水渠里的水问：“可以喝吗？”“可以喝。”“那你喝。”企业负责人一饮而尽。2010年，张一敏带领团队再获国家科学技术进步奖二等奖。

本世纪初，一个现实刺痛了他：国外从中国买走低纯钒原料，提纯后高价卖回。“国家航空航天、军工核能急需的高纯钒，命门握在别人手里。”张一敏把团队分作多组，绿色提取、污染控制、高纯制造，多线并进。

经过近10年研发，当纯度达到99.8%，工艺已达工业级水平，团队师生以为终于可以松口气时，他却摇头说：“只有极高纯度，才能满足芯片制造和军工产业的需求。”

又是五六年鏖战，他们将纯度提升至99.9%。新技术推广至国内10余家大中型企业，全产业链创造经济效益超145亿元。2017年，他们荣获国家技术发明奖二等奖。

建成钒资源全产业链

在科研工作中，张一敏大胆探索、勇于创新，带领团队取得诸多成果。在陕西，建成全球规模最大钒页岩绿色提取通用技术工程；在宁夏，建成我国首个百吨级3N（99.9%）高纯金属钒工程；在湖北，建成我国首个钒页岩电解液储能示范工程和首条多源固废一体化海工材料生产线……

钒氮、钒铝、钒镍、钒铜等合金材料相继问世，成为航空航天、核电装备等国家重大战略工程的“钢筋铁骨”，推动我国高端钒材国产率从45%提升至80%。在产业链末端，钒尾渣被高价值利用，变成了海洋工程粉体材料，建海堤、筑海岛，抗氯性能好，成本还大幅降低。

与张一敏团队合作多年的中国工程院院士沈政昌评价说：“张一敏在战略钒资源全产业链利用领域，形成了完整的‘基础研究—技术开发—工程转化’创新链条，为推动我国钒产业绿色高质量发展提供了强有力的支撑。”

团队成员、武汉科技大学资源与环境工程学院教授薛楠楠介绍，他们已授权国内外发明专利170多件，数量居全国钒领域之首；发表论文300多篇，在全球钒研究领域领先。

张一敏入选全球前2%顶尖科学家榜单、中国高贡献学者、爱思唯尔中国高被引学者，获得何梁何利基金产业创新奖、全国创新争先奖、全国优秀科技工作者等诸多荣誉。

“张一敏与钒‘纠缠’了半辈子，推动我国高端钒材国产率大幅提升，展现了科学家应有的担当。”武汉科技大学党委书记、教授倪红卫说。