在全球能源结构转型与绿色低碳发展的大背景下，战略金属资源的开发与高效利用已成为各国竞相抢占的科技与产业高地。作为“工业维生素”的钒，因其优异的物理化学性能，在钢铁冶金、新能源储能、航空航天等领域发挥着不可替代的作用。
我国虽拥有全球90%的钒页岩储量，却长期受制于极复杂矿物结构和传统工艺的技术瓶颈，资源利用率低、环境污染严重等问题制约着产业的可持续发展。面对这一国家战略需求，武汉科技大学张一敏团队，历经四十余年攻关，突破关键核心技术，推动钒资源利用从“跟跑”到“领跑”的跨越，为我国战略金属资源安全与绿色低碳发展提供了坚实支撑。
攻坚“硅盖罩”难题 改写 钒页岩利用技术
钒页岩是钒资源的重要载体，但其特殊的云母结构，以及钒硅、钒铝共生关系，导致传统工艺中钒回收率不足60%，且每提取1吨钒会产生120吨废渣，严重污染环境。被称为“世界级难题”的“硅盖罩”问题，长期困扰全球科研界：高温焙烧时，钒页岩中的杂质熔化包裹钒，形成坚硬外壳，阻碍低价钒向高价钒转化。面对这一困境，张一敏团队以国家需求为导向，从基础理论研究入手，创新性提出“自催化-高效解离-双循环氧化”技术路线，通过深入解析钒的化学反应机理，揭示了杂质包裹层的破解机制。
经过十余年持续攻关，团队开发出“双循环法”工艺，在钒被杂质液体包裹前将其精准释放，成功打破“硅盖罩”束缚。这一技术使钒转价率从55%跃升至80%，行业钒回收率从不足60%大幅提升至85%，彻底扭转了我国钒页岩资源利用率低的局面。基于该技术，团队构建了全类型高效分离技术及装备体系，形成与钢铁冶炼制钒并重的全新产业格局，使我国成为全球少数掌握钒页岩资源利用核心技术的国家之一。相关成果获2017年度国家技术发明奖二等奖，为我国钒产业的绿色升级奠定了技术基石。
近期，团队在高效解离与循环氧化技术基础上，进一步开发出“多相流态化精准控温”系统，实现了焙烧过程钒释放率的再突破，中试规模下钒回收率已稳定超过88%，为新一代绿色提钒工艺的工业化推广提供了关键技术支撑。
推动全链条创新 助力 资源循环利用
钒资源的绿色开发不仅在于高效提取，更在于尾渣等副产物的资源化利用。针对钒铁尾渣综合利用率低、环境污染风险大的行业共性难题，张一敏团队突破传统装备理论极限，研发出中国首台低密度差复合力场关键装备，提出“螺旋分选超极限”概念，将装备距径比提升至国际公认极限以上。该装备生产的海工抗氯性地聚物及钒铁尾渣冷压球团等高值产品，关键技术指标超越世界领先水平20%，实现了尾渣全量化绿色高效利用，有效解决了长期困扰行业的固废处理难题。
在技术推广过程中，团队坚持产学研深度融合，与陕西五洲矿业等龙头企业合作，针对南水北调水源涵养地环保红线要求，研发“一步法”绿色生产技术。该技术集成废水废渣综合利用，在提取钒的同时实现零污染全流程生产，被国际湿法冶金专家誉为“提高提钒效率的最佳途径”。相关技术推广至湖北、江西等多家大中型企业，推动原生型页岩钒规模化生产，吨钒酸耗降低37.5%，相关成果形成国际标准，被60余家权威机构采用，显著提升了我国钒产业的国际话语权。
最新进展显示，团队研发的“尾渣基多孔陶粒固废资源化技术”已成功应用于华中地区多个生态修复项目，年消纳尾渣量超过30万吨，并创新性地将钒铁尾渣转化为环保建材原料，进一步拓展了全产业链绿色循环路径。
构建绿色产业体系 培育高端钒基材料
在夯实资源提取与循环利用基础的同时，张一敏团队向产业链高端延伸，聚焦钒基材料制造领域的技术突破。团队发明页岩钒高端适配链接核心方法，创建系列低碳短程制造成套技术，推动高端钒材国产化率从45%提升至80%，助力我国跻身世界钒材制造前列。相关技术产业化应用后，核心产区建成系列钒基材料制造基地，带动企业生产效率与产品质量显著提升，污染物排放大幅降低，促进行业技术交流与合作。
面向“双碳”目标，团队前瞻布局钒储能技术领域，攻克2.0M以上高稳定性电解液制造难题，研发适配链接短程制造技术，使钒浓度提升50%，装机成本降低32%，显著提高储能效率。该技术为光伏、风电等清洁能源的稳定输出提供关键支撑，推动钒电池在电网调峰调频等场景的应用。目前，团队正加快建设全球首个钒页岩全产业链基地，规划在安陆打造“中部钒都”，并推动钒储能技术在清洁能源项目中的规模化应用，为我国能源结构转型注入绿色动能。
2024年以来，团队在高纯钒制备领域取得重大突破，成功开发出纯度达到99.95%的电子级高纯钒短流程制备技术，率先实现国产高纯钒在航空航天精密部件制造中的规模化应用，为高端装备制造自主可控提供了重要材料保障。
培育创新 梯队 人才 打造 后续 科技力量
科技创新离不开人才支撑。张一敏团队将人才培养作为核心任务，通过学术交流、项目实践与导师指导，培养出一批战略科学家与技术骨干。构建了跨学科、多元化的科研集体，汇聚矿物加工、冶金工程、材料科学等多领域专业人才。团队成员中涌现出国家青年拔尖人才、国家百千万人才等高层次人才，百余名毕业生遍布全球，成为钒工业发展的中坚力量。
张一敏及团队以国家战略需求为牵引，突破关键核心技术，推动钒资源利用从实验室走向产业化，形成覆盖“资源提取-循环利用-高端制造-储能应用”的全链条技术体系。相关成果获国家技术发明奖、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)，授权发明专利97件，出版著作8部，入选全球前2%顶尖科学家榜单，彰显了我国在战略金属资源领域的创新能力与科技实力。
团队近期牵头组建“战略金属资源绿色利用国家技术创新中心”，联合国内16家龙头企业及科研机构，致力于打造钒资源利用领域的国家级研发平台，推动创新链与产业链深度融合，为行业持续培养高水平复合型工程技术人才。
面向未来，张一敏团队将继续践行绿色发展理念，聚焦高纯钒、高端钒基合金等先进技术研发，培育绿色工厂、绿色供应链，推动钒产业全链条高质量发展。这支扎根中国大地的科研力量，正以科技创新书写钒业传奇，为保障国家战略资源安全、实现“双碳”目标贡献智慧与力量。（关晨）
