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赵中伟:中国金属钨研究领域的一匹黑马
2012-08-31     作者:      来源:       浏览次数:3300
 2012年2月14日,举世瞩目的国家科技奖励大会在北京人民大会堂隆重举行。在众多的领奖者中,身材高大,一脸谦和的赵中伟显得十分年轻,为他颁奖的国务院副总理回良玉微笑着问他今年多大年纪,他兴奋地回答,“我今年46岁。”
    他的导师说,他是最优秀的学生之一;
    他的学生说,他一年365天都在研究钨;
    他的同事说,他是中国金属钨研究领域的一匹黑马!

 



爱好文学的工科生
    1966年,赵中伟出生于河北邯郸永年县一个普通人家,父亲曾是一名机关干部,母亲在家务农。年幼的赵中伟怎么也没想到,父亲被送进“五七”干校劳动,以至他到了应该上小学的年龄,学校也不收他入学。母亲心急如焚,托人到邻队求情,才勉强答应上了小学。
    在那个疯狂的年代,谁也不清楚将来会是怎样。为此,母亲开始教儿子做一些今后能谋生的活计。剪纸是当地有名的手工艺,几乎家家户户都会这门活。母亲手把手地教他,赵中伟悟性高,没多久便从母亲那里学会了,几分钟功夫便能剪出小马小狗之类的。叔叔画得一手好画,赵中伟也一笔一画地跟着学。外公是当地一名医生,母亲叮嘱他向外公学医,于是他又开始看医书,背《汤头歌》。这样的家庭环境让赵中伟自小就养成了安静、好学的习惯。
     不久,因父亲被安排到书店工作,本来就喜欢读书的赵中伟如鱼得水,如《十万个为什么》、《欢乐的海》、《原子、细菌、化学武器的防护》、《水浒》等,无论是科普、还是小说,他都看得津津有味。为了使书在读后还能保持原样,他总是轻拿慢放,小心翼翼地翻阅,以至他的父亲也不知道他读了多少书本。渐渐地,他喜欢上了文学,尤其是文言文,他觉得文言文精辟,读起来琅琅上口。他开始背诵唐诗宋词,有时甚至将一本本诗词抄下来。
    他还喜欢水墨画,常常看到一幅名画而发呆好几天,慢慢地,能分辩出郑板桥、齐白石、范曾的一些画作风格。他还自学篆刻,漫画。
    文革结束,荒废了10年的中国教育正面临重大改革。陈景润、爱因斯坦等科学家成了许多年轻人的榜样,赵中伟立志也要像他们那样,将来从事科学研究。
  1985年高考,赵中伟在邯郸地区语文考出了第一的成绩。老师建议他报考北大,他最终还是选择了中南工业大学(今中南大学)冶金系。9月,他在父亲的陪伴下来到离家乡1000多公里的湖南。“有色冶金系”是当时中南工业大学较强的专业之一,设立于1952年,由武汉大学等5所院校的冶金类系、科合并组建而成,陈新民、赵天从、黄培云、刘业翔等好几位知名教授长年致力于冶金科学研究,在矿冶界赫赫有名,在国际上亦有重要影响。赵中伟在这些大师的影响下,渐渐对所学的专业有了一些认识。他把物理比喻成西医,把化学比喻为中医。他认为,冶金也像是中医,复杂多变,理论上说得通的东西拿到实践中不一定行得通。这种复杂多变对他来说,更具有挑战性。于是,他暗下决心,一定要考研,像那些大师一样!

与“钨”结缘
    1989年,赵中伟本科毕业,如愿以偿考取本校研究生,师从一心专注研究钨的李洪桂教授。
    钨是稀有金属,作为不可再生的重要战略资源,广泛应用于国防工业、航空航天、石油工业、信息产业、制造业等,几乎所有的工业加工和军事装备都需要钨。钨是制造闸刀开关、断路器、点焊电极等的工作部件非常有效的触头材料,被称为“工业的牙齿”。 我国的钨储量、产量、贸易量和消费量均居世界第一位。
    早在1981年,时任国务院副总理的方毅亲笔题写“振兴钨业”,希望中国由“钨业大国”变成“钨业强国”。 1991年1月,国务院下发了《关于将钨、锡、锑、离子型稀土矿产列为国家实行保护性开采特定矿种的通知》,对加强钨行业管理和资源保护性开采具有重要的指导意义。
    随着钨业的快速发展,在中南的矿冶园里,李洪桂等教授的科研也迅速开展,由他带领的团队正致力于钨提取冶金的研究。赵中伟是团队成员之一。那年,他从郴州柿竹园矿山背回来一麻袋难处理钨中矿,开始了他的科研生涯。
    那些日子,他像发疯似的,为了取得一组满意的数据,一天做3次实验,分解取样,将重达40公斤的热球磨反应器搬上搬下,加矿加碱,升温分解,过滤洗涤。为了操作方便,他不戴手套,双手直接在含氟的溶液中搅拌。分析时,几十个烧杯一字排开在跟前来回倒腾。机器搅拌的噪音、矿浆的臭味让这个七尺男孩心烦意乱。往往忙活一天,测出的数据还不一定令人满意,常常后半夜才从实验室出来,大门早已紧闭,他只得爬围墙回宿舍。由于高强度的体力劳动,每每做实验时,他比平时要多吃2两饭。一年下来,他用了两麻袋原矿。老师和同学都为他这股牛劲深感佩服。
    1997年,他参加的“机械活化(热球磨)碱分解白钨矿及黑白钨混合矿技术的推广应用”项目获国家教委科技进步二等奖。 
    1998年,赵中伟被教育部派往日本名古屋大学做博士后,研究方向是“生物陶瓷膜”。他将冶金的思路和方法借鉴到材料制备上,提出了致密化膜制备的新技术路线。
    2000年9月,赵中伟学成回国,凭他在生物陶瓷膜技术方面的研究,他完全可以作出另一番成就。而且当时,他的一些同事和同学也都纷纷改行做起了新型材料的研究,赵中伟思来想去,还是选择了钨,理由是:钨是战略稀有金属,钨业是我国的优势产业,这里有他许多未解开的谜。一些同事有些为他婉惜,但熟悉他的老师和朋友都认为,赵中伟一定会干出一番成就。

向世界难题挑战
    选择钨就是选择了艰难,选择了挑战!
    一直以来,国外学者普遍认为氢氧化钠不能分解白钨矿。白钨矿通常采用盐酸浸出,环境污染严重;而国外提出的苏打高压浸出技术,生产率相对较低且高压设备材料易碱脆;碱(氢氧化钠)工艺过程清洁,是浸出黑钨矿的传统技术。
    中南大学的钨冶金团队向不可能发起了挑战!他们深入研究,仔细分析,建立了复杂钨矿碱浸出过程的“赝三元系”理论,突破了碱不能分解白钨的理论禁锢,终于找到了碱分解白钨矿的理论依据。在此基础上,研发出碱浸出技术,为解决占我国钨资源78%的难处理白钨矿的开发利用提供了技术支撑。这个技术既可以处理黑钨矿,又可以处理白钨矿,还可以处理黑白钨混合矿等各种钨矿物原料,现已成为国内广泛应用的技术。
    白钨杂质极高,特别是钼,因其元素性质极为相似,往往相互伴生,简直就像“孪生兄弟”, 钨钼分离是世界难题。1991年的一天,赵中伟到老师家串门,聊天时听到一个师兄说及“钨钼分离是世界难题。”心里咯噔一下,一向喜欢挑战的他又将目标瞄准在这一难题上。
    从那时起,他就花了大量时间查阅了国内外几乎所有能看到的有关钨钼的资料,想从中寻找出可以利用的钨钼在化学性质上的差异。可是一年多时间过去了,经过反复推敲和实验,数次接近成功又数次遭到失败。无奈,他和课题组的成员只得静下心来重新开始。
    功夫不负有心人,4年后的一天,他无意中浏览到一篇无机化学中关于簇合物形成的研究快报,意识到这就是苦苦寻觅的东西。在随后整整一年时间里,他和同事们在实验室里进行了大量的探索实验,试图找到一个简单的途径,将簇合物形成的原理改造成钨钼分离的新方法。多少次推倒重来,多少回苦乐悲欢,在全课题组的共同努力下,终于取得成功,并迅速在国内广泛推广应用。
    高效选择性分离钨钼技术,解决了长期困扰国内外冶金界的钨钼分离问题,这项成果可使占我国钨资源40%以上的钨钼共生复杂矿得到有效利用,2001年获国家技术发明二等奖。
    此后,课题组还发明了“钨酸盐溶液中杂质锡、钒的深度去除”等新工艺,并且通过这些新技术,生产出高质量的仲钨酸铵,进而生产出钨粉和碳化钨粉,用于制造新型的硬质合金制品。
    传统钨冶金的离子交换工艺只能处理低浓度钨溶液,在吸附前必须冲入大量纯水稀释,导致废水排放量极大,每生产1吨仲钨酸铵产品产生废水达100-150吨。针对这一问题,他们调控钨离子形态由简单离子聚合成为同多酸根离子,提高了对树脂的亲和性;并将原来的凝胶型树脂发展为利于大尺寸聚合钨离子迁移的大孔型树脂,发明了高浓度离子交换新技术。通过研究,又建立了重力作用下钨离子交换反应工程学理论,发明了高效能的串联式逆流交换法,解决了高浓度的高密度溶液吸附过程交换容量低的问题,可使处理溶液浓度提高10-15倍,用水减少了80-85%。
    理论上行得通,接下来就是实践。去哪验证?当时国内一些大的钨矿企业并不看好他们,一是因为这些理论是否行得通还存在疑问,二是打乱了他们既有的生产模式。
    位于广东省韶关仁化县泰和元有限公司的钟军向他们伸出了橄榄枝,钟军是赵中伟的同学,其父亲也是李洪桂教授的同学,他们相信中南矿冶园里的实力。从此,赵中伟带领他的团队多次往返于湖南和广东两省之间,奔走于学校实验室和企业中试现场。在生产现场做实验,既是脑力劳动,更是高强度的体力劳动。每天,他们都要反反复复提着沉重的溶液桶到高位槽,一天下来,精疲力竭。晚上回房间休息,累得全身骨头像散了架,和衣往床上一躺,就可以酣然入睡。为了实验的连续性,许多个寒暑假或双休日,赵中伟和他课题组成员都是在企业度过的。
    多次反复,最终实践证明了他们的理论,他们成功了!
    由赵中伟领军研究的“难冶钨资源深度开发应用关键技术”,突破了国内外长期认为白钨矿不能碱分解的理论禁锢,成功地解决了我国钨资源的高效利用与清洁生产问题,还确保了我国钨资源使用年限由原来的不足5年延长到25年以上;生产的系列高技术产品性能达到国际先进水平,解决了我国航空航天等重大工程亟需解决的问题;项目还获得国家发明专利21项,近3年新增产值118亿元,潜在经济效益达4100亿元,获2011年国家科技进步一等奖。
    赵中伟,1997年晋升为副教授, 2000年晋升为正教授,2002年,35岁的他晋升为博导。5年内,他顺利完成了三级跳。现为冶金科学与工程学院副院长,教育部跨世纪人才计划入选者,“长江学者奖励计划”特聘教授。主持国家自然科学基金项目2项、国家863项目1项、省部级科研项目2项,作为主要研究人员参加国家自然科学基金重点项目2项、国家973项目1项,先后获得国家发明二等奖1项,国家科技进步奖1项,湖南省部级科技进步一等奖1项、教育部科技进步二等奖2项。

学生最喜爱的老师
    九十年代,人们普遍不了解冶金,甚至对之有些偏见,有些学生还以为就是打铁炼铜,认为这是艰苦行业、冷门专业,一般都不报考。学校在这种情况下,一般会从一些比较热门的专业调剂一部分学生到冶金专业,而这些学生都会在最开始极为不情愿,甚至反感。
    曹才放就是一个典型,当年高考志愿表上他填的是中南大学最热门的计算机专业,到校后却被调剂到冶金专业,这让他几近绝望。为了寻找一些心里安慰,大一时,他还多次偷偷跑去信息学院蹭课。当他听了赵中伟讲的《冶金原理》后,幡然醒悟,原来冶金也可以如此精彩。自此,他跟定了赵中伟,一直读到博士。
    陈星宇从本科到博士后,跟随赵中伟学习了12年,现已是赵中伟的同事,是项目组主要成员,他已独立主持项目,2010年,还获得湖南省科技进步二等奖。
    赵中伟博览群书,而且基本上过目不忘,他为学生开出的书单,哪一本书放在图书馆哪个位置,他都记得清清楚楚。因此,得了个“图书馆里的GPS”雅号。
    10余年来,赵中伟坚持为本科生上课。他回想自己当年的大学时代,坐在教室里感到很迷茫,甚至有些不知所措,他想作为一名老师,有责任和义务引导学生走出迷茫,而课堂教学是最好的办法之一。他研究国际著名的理论物理学家和科普作家伽莫夫的一些科普著作。在他的课堂里,引经据典,复杂问题简单化,是他的一大妙招,他称之为“脑筋柔软体操”。
    《冶金原理》是一门选修课,由于他深入浅出的讲解,成了学生们的必听课。他讲课有两个特点,一是板书,他觉得这样更能拉近与学生的距离,小时候的随手画画,在课堂上很管用,在黑板上画几个图,既形象又好理解;二是学科交叉,《冶金课程强化》是一门既枯燥又难懂的课,他用相图来解释分析,设计制作了可以互动操作的三维相图模型工具软件,帮助同学建立“意像”,收到很好的效果。一些兄弟高校打听到这件事后,争相要买他的资料,他很爽快,来者一律免费赠送。由于他的出色教学,被评为“中南大学首届我最喜爱的老师”, 中南大学教学名师,湖南省优秀教师,他的《冶金原理》课程也成为国家精品课程。
    现在,一些研究生很现实,为了快出成果,一进校就忙于写论文,急于发表。他对学生说,论文不在于多,写一两篇有影响的就可以了。我们现在有些论文,刚刚发表没多久就没价值了。他说,“做我的研究生,是要做3年研究,而不是3年劳工”。他要求学生要多去现场,通过不断实践获取知识。
    由于中南大学冶金专业在全国高校闻名,每年都会有许多学生慕名而来。至今,赵中伟已培养硕士生45人,博士生25人,博士后6人。

    研究钨几乎占据了赵中伟的整个生活,然而他又是一个充满情趣的人,他说他现在已是地地道道的南方人,他喜欢雨天,望着窗外晰晰沥沥的小雨,别有一番诗意在心头。他喜欢漫画,兴致来了,香蕉皮、桔子皮上都有他的画作。
出处:新闻网

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