——记武汉科技大学学术委员会主任、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

　　　李 莉  王慧娟　　

　　在我国中部的群山之间，蕴藏着一种灰黑色的岩石——钒页岩。它看似平凡，却承载着国家的战略命脉。钒，这种被誉为“工业味精”的稀有金属，曾因技术壁垒与环境污染，让无数科学家望而却步。而在武汉科技大学的一间实验室里，张一敏将“谈钒色变”的困局，改写为不同“钒”响的传奇。

　　如今，作为武汉科技大学学术委员会主任、国家环境保护矿冶资源利用与污染控制重点实验室主任的张一敏，时常想起40多年前那个在画报前憧憬地质梦的少年。从破解“硅盖罩”到问鼎“钒电池”，从实验室的孤勇者到产业化的破冰人，这位科学家用40年光阴践行了自己的科研坚守，更见证了中国资源战略的崛起。

　　张一敏带领团队破解了困扰全球半个世纪的“硅盖罩”难题，让中国钒页岩利用率从60%跃升至85%；他主持制定的钒产业标准被写入国际权威教材，使我国钒基材料国产化率提升至80%；他培养的百余名弟子遍布全球，构筑起中国钒工业的人才长城。他就是国家技术发明奖获得者、全球前2%顶尖科学家张一敏。这位与钒元素一路同行的科学家，用半生心血在元素周期表的第23号格子里，写下中国科技工作者的时代注脚。

逐梦钒海

　　——四十载躬耕破解元素密码

　　张一敏与“钒”的缘分，始于那个充满青春憧憬的瞬间。20世纪70年代末，在填报大学专业时，一张地质学家在野外工作的宣传画深深吸引了他。画中，地质学家背着地质包、手持地质锤，在山川间探寻宝藏的身影，让张一敏对大自然充满了向往，也让他毅然选择了武汉钢铁学院的矿物加工工程专业。彼时的他未曾想到，这个选择，将开启中国钒工业的破冰之旅。

　　“一开始对地质学的认知仅仅停留在表面的新奇与向往上，但随着学习的逐步深入，我才真正领悟到矿物加工对于国家发展的重大战略意义——作为工业和能源体系的根基，它不仅是获取工业生产和能源供应所需原料的核心环节，更是孕育高新技术材料的摇篮。”这份深刻的认知，坚定了他在这条道路上奋勇前行的决心。

　　1983年，已留校任教的张一敏面临抉择：跟随主流研究铁矿，还是挑战冷门的钒页岩？前辈劝他：“钒是块硬骨头，可能一辈子啃不出名堂。”当时的学界普遍认为，尽管我国钒页岩储量占全球的90%，但受制于“钒硅共生”的特殊结构，传统工艺回收率不足60%。更严峻的是，早期粗放式开采导致每提取1吨钒就会产生120吨废渣，长江流域多个矿区沦为“生态伤疤”。“过去，人们对钒的了解极为有限，在利益的驱使下，乱采滥挖现象泛滥成灾，这不仅造成了钒资源的巨大浪费，还引发了一系列严重的环境污染问题。”他介绍说，当时，在国际上，由于资源条件的限制，国外科研界对钒的研究热情不高，国际学界更是断言“页岩钒难担大任”；在国内，相关科研工作也大多局限于实验室阶段，难以实现实质性的突破和应用。面对如此艰难的局面，张一敏没有丝毫退缩，“别人不做，我来做。”他组建团队，劈山探路，义无反顾地开启了钒页岩的科研工作。

　　实际上，张一敏的这种执着还源于他刻骨铭心的记忆——在鄂西山区考察时，他曾目睹土法炼钒给生态环境带来的破坏。“大自然赋予的宝藏，岂能变成生态灾难？”他在笔记本上写下“钒本无辜，污染在人”，并暗下决心一定要开发出高效、绿色的钒资源利用技术。“这是时代赋予的使命，也是我义不容辞的责任。”

　　40多年间，张一敏始终坚守在科研一线，无论遇到多少艰难险阻，对科研的信念从未有过丝毫动摇。“搞了40年钒，越搞越烦。”张一敏也曾这样跟人开玩笑，半生提钒，五味杂陈。然而，调侃的背后，却是对科研的热爱与执着。他遭遇过无数次实验失败的打击，也面临过外界的质疑和不解，但他凭借着顽强的毅力和对科研的满腔热忱，带领团队一步一个脚印地攻克了一个又一个难关，在钒资源研究领域取得了一系列举世瞩目的成就。2007年到2017年的10年间，他3次获得国家奖；入选了2022年度全球前2%顶尖科学家榜单、2022年度中国高贡献学者，同时多次入选爱思唯尔中国高被引学者；还荣获何梁何利基金产业创新奖、全国创新争先奖等众多殊荣，这些荣誉不仅是对他个人科研成就的高度认可，更是他科研生涯中不懈努力的真实见证。

　　“真正的科学家要像钒元素——既能顶天立地，又可兼容并蓄。”张一敏这样诠释科研哲学。他经常深入厂矿企业进行实地调研，与一线工人和技术人员交流沟通，了解实际生产过程中遇到的问题和需求，为科研工作提供更加贴近实际的方向和思路。这种深入基层、务实求真的科研态度，也深深影响着身边的每一位科研人员。

　　面对荣誉，张一敏始终保持着谦逊低调的态度。“获奖的事从没与家人说起过。记得第一次获奖时，我正与团队的师生们在工程现场，还是老姐姐欢天喜地打来电话，说在电视上看到总书记和我握手了。”在他看来，荣誉是团队协作的成果，是对过去工作的阶段性肯定，更是未来科研道路上激励自己不断前行的冲锋号。因此，他会将更多的时间和精力投入到科研项目中，持续探索钒资源利用的未知领域，不断挑战新的科研高峰。

百炼成钢

　　——从实验室到产业化的破冰者

　　1995年深秋，张一敏团队迎来了背水一战。

　　面对实验设备、科研经费、实验场所匮乏等困境，张一敏带领团队自制提钒设备、筹集实验资金、腾挪办公室，穷尽办法，坚持将提钒研究做下去。“如何绿色提钒？当时，没有前人的经验可借鉴，我们只能从零开始。”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，形成坚硬的外壳——“硅盖罩”，使得低价钒难以转化为高价钒，这也是困扰学界半个世纪“无法破解的难题”。为了解决这个世界难题，团队师生守在矿热炉前，以30℃为单位，一点儿一点儿往上加。有时，理论上可行，实验结果却不可行；有时，一个数据很好，其他数据却不好。

　　日复一日，年复一年，团队里的学生都毕业了3届，难题始终无法破解。同期攻关钒提取的其他科研团队纷纷打起了“退堂鼓”，张一敏团队也有师生开始抱怨。“不攻克决不罢手”，张一敏对大家说，全球90%的钒页岩在中国，大自然赋予这么好的资源优势，“不做好就是对国家不负责！”

　　山重水复疑无路，柳暗花明又一村。在大量数据的支撑下，张一敏带领团队另辟蹊径，通过深入研究钒的化学反应机理，创新性地提出了“自催化-高效解离-双循环氧化”的技术路线，“就像剥洋葱，一层层突破硅铝的包裹”。十年磨一剑。他们最终成功建立起理论体系，并针对氧化型钒页岩研发出“双循环法”——在钒被杂质液体包裹前，把钒释放出来，破解了“硅盖罩”，使钒转价率从55%跃升至80%，成为全球钒研究的“领头羊”。这一成果不仅提高了我国钒资源的利用率，降低了生产成本，还减少了对环境的污染，为我国钒产业的绿色发展作出了重要贡献。

　　基于这一理论成果，张一敏团队构建了钒页岩全类型高效分离技术及装备体系，使行业钒回收率从不足60%大幅跃升至85%。这一具有里程碑意义的突破，成功打破了国外在相关领域的技术垄断，让我国具备了大规模利用钒页岩生产高纯钒的能力，成为世界上少数掌握钒页岩资源利用核心技术的大国，同时也形成了与钢铁冶炼制钒并重的全新钒产业格局。

　　与此同时，团队针对钒铁尾渣综合利用率低、环境污染风险大这一行业共性难题，提出了“螺旋分选超极限”的概念，突破了传统装备距径比的国际公认理论极限，研发出中国首台低密度差复合力场关键装备并实现了产业化推广。“用这套装备生产的海工抗氯性地聚物及钒铁尾渣冷压球团等系列高值产品，关键技术指标比世界领先水平高出20%。”这一成果为钒铁尾渣的全量化绿色高效利用提供了强有力的技术支撑，有效解决了长期以来困扰行业发展的尾渣处理难题，实现了资源的循环利用和环境的保护，推动了整个钒产业的可持续发展。

　　“实验室的绿色提钒技术，只有找到企业落地，才能真正完成从理论到实践的跨越。”但要让企业了解、接受这项技术，谈何容易。为此，张一敏带领团队一次次在不同场合讲解技术原理，请省市县各级政府领导到实验室参观研究成果，特邀当地企业家和群众代表到中试现场体验环保功效，终于切开了一道口子。2005年，项目顶着重重压力，在湖北、江西两地同时上马。“这是全国第一块试验田，只许成功，不许失败。”从政府立项批复到勘察选址，从平场三通到厂房布局，整整两年，张一敏事事把关，溺爱着这个“新生儿”。当第一批98.5%的高纯钒成果下线时，车间外的秋山正映着朝霞，张一敏对团队说：“这抹橙色，是中国页岩钒产业的曙光。”

　　此后，张一敏团队积极对接国家需求，把目光瞄准提钒技术的推广应用，并与国内外最大钒企业陕西五洲矿业达成技术推广合作。“这家企业地处南水北调国家一级水源涵养地，对环境提出近似苛刻的保护红线。”张一敏说，新技术在企业应用，必须解决流程长、能耗大、污染物处理难等问题。为此，团队师生在工地上和工人们同吃同住同倒班，发现问题，收集数据，陆续攻克了一个又一个技术难题，并针对原生型钒页岩创新性地研发出“一步法技术”。在提取钒的同时，他们综合利用废水废渣，实现了零污染全流程绿色生产。这套提钒理论和方法被国际著名湿法冶金专家里卡多称为“目前提高提钒效率的最佳方法和途径”，而团队形成的钒云母结构界面弛豫方法，也被美国肯塔基大学、法国里昂大学等60多家国际权威机构采用。在国家科技支撑计划、“863计划”、重点研发计划持续支持下，他带领团队不断取得突破，相关技术让原生型钒页岩的钒转价率从55%飙升至85%，吨钒酸耗从40吨降至25吨，让我国首次实现了原生型页岩钒的规模化生产，相关成果获2017年度国家技术发明奖二等奖。

　　此外，在钒基材料制造领域，张一敏发明的页岩钒高端适配链接核心方法，也为创建系列钒基材料低碳短程制造成套技术奠定了坚实的基础。相关技术实现产业化应用后，核心产区钒基材料制造基地随之建成，使得我国高端钒材国产化率从45%大幅提升至80%，成功跻身世界钒材制造前列。这些科研成果在湖北、江西、陕西、河南等地的19家大中型企业得到了广泛应用，产生了显著的经济效益和社会效益，企业生产效率大幅提升，产品质量显著提高，污染物排放也得到有效控制，促进了行业的技术交流和合作，实现了资源的高效利用和环境的保护。

薪火相传

　　——推动钒产业全链条绿色发展

　　孤举者难起，众行者易趋。“科技创新从来不是单打独斗，而是群策群力的远征。”张一敏深知，一支优秀的科研团队是取得持续创新成果的关键所在。多年来，他精心打造了一个团结协作、充满活力和创新精神的科研集体。他非常注重团队成员的多元化背景，团队成员来自矿物加工、冶金工程、材料科学、化学、应用数学等多个不同专业领域。这种多元化的专业构成，使得团队在面对复杂的科研问题时，能够从不同的角度进行思考和分析，充分发挥各自的专业优势，为解决问题提供丰富多样的思路和方法。在团队管理方面，他倡导成员之间相互尊重、团结协作，他常说的“站起来大刀阔斧，坐下来精雕细刻”，已成为团队成员共同遵循的工作准则，激励着大家在科研工作中既要大胆探索、勇于创新，又要严谨细致、精益求精。

　　在人才培养方面，张一敏不遗余力地为团队成员提供广阔的发展空间和丰富的实践机会。他鼓励年轻成员积极参与科研项目，在实践中锻炼自己的能力，提升自己的专业水平。他经常组织团队内部的学术交流活动，邀请国内外知名专家学者来团队讲学，为成员提供与同行交流学习的平台，开阔大家的学术视野。在项目研究过程中，他注重对年轻成员的指导和培养，耐心解答他们在科研工作中遇到的问题，引导他们树立正确的科研态度和方法。每周的组会上，青年教师可以当面质疑他的方案，“争论越激烈，离真理越近。”在他的悉心指导下，团队培养出了众多优秀人才，其中不乏长江学者特聘教授、国家青年拔尖人才、国家百千万人才及省级高层次人才。无论他们现在身处何地，都在为钒资源利用和相关产业的发展贡献着智慧和力量。

　　如今，面对碳中和时代，张一敏绘制着更宏伟的蓝图：在安陆打造“中部钒都”，建设全球首个钒页岩全产业链基地；推动钒储能技术在3.2万兆瓦清洁能源项目中的应用；制定2030绿色钒工业路线图……所有这些规划，正在一步步变为现实。

　　“随着全球对清洁能源需求的不断增长，钒电池作为一种极具潜力的储能技术，越来越受到关注。”张一敏说，团队在钒电解液制造技术上已经取得了重要突破，研发出了适配链接短程制造钒电解液技术，并攻克了储能行业急需的2.0M以上钒浓度高稳定性电解液制造难题，使钒浓度提升50%，装机成本降低32%，极大地提高了储能效率。在未来的研究中，团队将继续加大在钒电池技术研发方面的投入，致力于进一步提升钒电池的整体性能，降低成本，提高其安全性和稳定性，推动钒电池在光伏、风电储能及电网调峰调频等领域的广泛应用，为我国清洁能源产业的发展提供强有力的技术支持。

　　“在绿色发展成为国际共识的当下，团队将继续践行全链条绿色生产理念。”在张一敏看来，尽管我国在钒资源利用方面已经取得了显著的成绩，但在绿色矿山建设、绿色产业链延伸等方面仍存在较大的提升空间。因而，团队计划聚焦高纯钒、高端钒基合金、钒基功能材料等先进技术的研发和应用，积极培育创建绿色工厂、绿色园区、绿色供应链和绿色设计产品，推动钒产业实现全链条的绿色高质量发展。

　　40年间，从青涩学子到战略科学家，张一敏见证了中国钒产业从“跟跑”到“领跑”的飞跃。他的实验室里，陈列着一块特殊的矿石标本——表面布满金色钒结晶，像星辰撒落夜空。“钒的英文名Vanadis，是北欧神话中的女神，象征美丽与智慧。”他说，“中国科学家用绿色技术让钒绽放光芒，这才是真正的美丽。”

　　当全球碳中和浪潮奔涌，这位年过七旬的科研工作者依然保持着每天工作14小时的节奏。他的目光，已越过钒页岩的山峦，望向更远的疆域——那里，绿色科技正重塑人类文明的底色。在这条永无止境的科研长征路上，他们的故事仍在续写新时代的元素传奇。

专家简介

　　张一敏，武汉科技大学学术委员会主任，国家环境保护矿冶资源利用与污染控制重点实验室主任，战略钒资源利用省部共建协同创新中心主任，教授，博士生导师。兼任中国有色金属学会钒资源清洁利用专业委员会主任，中国有色金属学会特种冶金专业委员会副主任，巴塞尔公约亚太区域中心智库专家等。“十二五”“国家863计划”领域专家组成员、召集人，“十三五”“十四五”国家重点研发计划总体专家组成员。

　　长期致力于战略金属资源分离提取、钒基材料制造与工程化研究。曾获国家技术发明奖、科技进步奖二等奖3项（排名第一），省部科学技术奖一等奖7项（排名第一），何梁何利基金产业创新奖，全国创新争先奖；授权国家发明专利、国际发明专利97件，出版著作8部；入选2024全球前2%顶尖科学家“终身科学影响力”榜单，2022中国高贡献学者，爱思唯尔2020—2024年中国高被引学者。