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    【湖北省最美科技工作者】張一敏:制高點上的較量

    發布者:宣傳部發布時間:2021-09-09瀏覽次數:241

    張一敏:制高點上的較量

        張一敏,我國釩資源分離制造技術的知名專家,長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與工程化研究。他將礦物加工與濕法冶金、化學反應工程、團礦等多學科交叉,開展基礎理論、關鍵技術和工程應用研究,取得了具有國際影響的學術成就。 

        張一敏是十三五國家重點研發計劃重點專項總體專家組成員,十二五國家863計劃資源環境領域主題專家組成員(召集人),十一五國家科技計劃執行突出貢獻獎獲得者。全國優秀科技工作者,中國鋼鐵工業優秀科技工作者,湖北省十大杰出專業技術人才、湖北省勞動模范等。  

        張一敏先后獲國家、省部級科技獎勵17項。其中,排名第一,獲國家科技獎勵三項(國家技術發明二等獎1項、國家科技進步二等獎2項);排名第一,獲省部級技術發明、科技進步一等獎5項;獲2018年何梁何利產業創新獎,2020年全國創新爭先獎。授權美國、南非、比利時和中國發明專利84件,工業實施12件。出版學術著作8部、發表學術論文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。

        稀有金屬釩是冶金材料、軍工核能、高端制造、新能源等新興產業不可替代的限制性戰略材料,中國釩頁巖(俗稱石煤)儲量居世界第一。從極復雜、極難處理的釩頁巖礦物資源中,采用清潔的化學冶金分離技術生產高純釩及系列高端含釩材料,是礦冶領域學科研究的前沿和國際競爭焦點。

        張一敏教授在國際上首次提出氧-鋁-釩-硅(O-Al-V-Si)高溫分離反應機理,發明氧化型釩頁巖雙循環氧化法綠色制造高純釩技術,解決了低價釩難以轉化為高價釩的難題,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。

        釩頁巖礦物稟賦差,釩同晶置換于云母晶格中,多金屬復雜共伴生。采用高溫氧化工藝,以釩頁巖制造高純釩及含釩產品,是國內外普遍采用的核心技術,但該技術轉價率僅約為65%,釩回收率不足60%,且須添加過量工業鹽,環境污染極為嚴重。

        針對在釩頁巖云母與長石類礦物熔解-反應過程中,易形成低溫軟熔晶相誘導產生的“硅束縛”嚴重阻礙釩釋放的難題,張一敏首次揭示了O-Al-V-Si高溫氧化分離反應機理。

        在上述研究基礎上,發明了氧化型釩頁巖的富釩渣自催化-強氧化逆流熱交換焙燒-流態化浸出-離子交換-水解沉釩-在線循環新工藝及相關成套裝備,解決了長期困擾行業的“硅束縛”難題。國際著名濕法冶金專家、巴西圣保羅大學Ricardo教授在評價該技術時認為“張提出的循環氧化轉價法和提出的O-Al-V-Si高溫反應機理,是目前解釋和解決頁巖釩生產過程源頭污染,提高釩生產效率的最佳方法和途徑”。

        他利用此發明的集成技術,在湖北平凡、湖北泛得礦業等企業建成1500t/a級高純五氧化二釩(V2O5,98級)成套生產線2條,共創產值11.39億元。該生產新工藝使釩頁巖行業的釩轉價率,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鹽,極大減少了環境壓力。由釩頁巖生產的釩產品市場份額從原來不足20%,最高時可達60%。實現了釩頁巖無工業化生產高純釩的突破,使我國成為釩類產品最大生產國(世界釩技術委員會(Vanitec)公布)。

        湖北平凡和泛得礦業生產技術因此分別被國家環保部和國土資源部列為國家重點環保實用技術示范工程(2008年)和全國礦產資源節約與綜合利用先進適用技術(2013年)。該成果獲2010年國家科技進步二等獎(排名一)。

        張一敏教授揭示了釩原子在頁巖云母結構中的占位規律,創建沸騰動態模型,發明原生型釩頁巖一步法沸騰焙燒轉價短流程新技術,成為我國大宗原生型釩頁巖利用的主流技術,推動了全行業技術-裝備-產品升級換代。

        從大宗原生型釩頁巖中制造高純釩及相關釩產品,是國內外普遍采用的主要生產途徑,但該傳統工藝存在噸釩硫酸耗量高達40余噸、能耗高達29萬兆焦耳、工藝操作繁復等重大技術缺陷。張一敏深入探索了釩原子在原生型釩頁巖云母結構中的占位規律,以及在溶液環境中釩云母結構弛豫的微觀現象,揭示了釩云母高溫狀態下T-O-T結構晶格畸變-釩轉價釋放機制,創建釩頁巖沸騰氧化動態模型。

        基于上述基礎研究,他發明了原生型釩頁巖一步法沸騰焙燒轉價短流程新技術,并開發出與此配套的新型專用沸騰轉價爐和蒸汽介質循環強化浸出裝備。

        利用上述技術,在陜西有色集團五洲礦業、湖北中釩新材料等企業進行了技術轉化,建成3000t/a級頁巖高純釩成套生產線2條,共創產值12.86億元。該生產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%。生產出的儲能和高端工業用99級高純釩產品,2018年市場最高占有率達60%,促進了行業跨越發展,得到中國有色金屬協會高度評價。澳大利亞昆士蘭大學可持續礦業中心主任C.J. Moran教授評價“該工作提升了頁巖釩清潔生產水平,這一方法有效并能很好地為工業生產的可持續能力提供支持?!?/p>

        陜西有色集團五洲礦業(我國最大釩頁巖企業)生產技術,被國家環保部和工信部分別列為我國頁巖釩最佳可行技術和污染防治技術(2012年)和全國產業關鍵共性技術(2015年)。該成果獲2017年國家技術發明二等獎(排名一)。

        針對主流二次鐵釩尾渣富集率低、綜合利用效率差等缺陷,張一敏教授發明了鐵釩尾渣在線循環制造新技術及裝備,解決了大宗鐵釩尾渣利用難題,顯著降低了企業運行成本,總體技術達到國際領先水平。

        國內二次鐵釩資源每年絕對產生量10億余噸,利用率不足30%,其原因是尾渣成分復雜、富集困難。

        張一敏建立重力環流復合力場,改變小密度差微細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,其富集比超出傳統裝備2倍,雜質去除率提高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種產品,極大拓展了釩尾渣資源利用。

        上述技術已成功推廣到太原鋼鐵集團、本溪鋼鐵等12家企業,共創產值9.23億元。其核心技術和裝備被科技部、商務部等國家四部委分別列入國家科技成果重點推廣計劃(2005年)和國家重點新產品(2007年)。該成果獲2007年國家科技進步二等獎(排名一)。

        張一敏教授治學嚴謹、學風正派,已培養80余名博士、碩士及博士后,指導企業高級工程技術人員100余名。他在礦物加工、資源高效利用領域做出了突出貢獻,在國內外享有重要影響。(資環學院)

     

     

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