从无到有,中南大学冶金工程学科凭借这些进军世界一流!

出于新中国向航空、航天、核能等高新技术领域进军的需要,1952-1953年,获教育部批准,设立有色金属冶金专业。1988年,有色金属冶金学科成为国务院首批公布的国家重点学科。2009年,冶金工程本科专业被确定为国家级特色专业建设点。2017年,中南大学冶金工程一级学科进入国家“双一流”学科建设名单。该学科自创建以来,先后获国家科技成果奖25项,获得授权发明专利327项;为中南大学工程及材料学科进入ESI千分之一排名分别做出了15%与17%的贡献。

从零到一,新专业应运而生

1952年,全国院系调整,来自武汉大学、中山大学、北京工业学院、广西大学、湖南大学、南昌大学等6所院校矿冶类学科的60名老师和1645名新老学生从全国各地奔赴长沙左家垅,成立中南矿冶学院。

粉末冶金作为一门制取金属、非金属和化合物粉末及其材料的高新科学技术,能够满足航空航天、电力电气和核能等高新技术领域各种特殊环境中使用的特殊材料的要求。一些发达国家早在20世纪初就开始了该领域的研究,而在1950年代的中国,这还是一片空白。冶金部把培养生产硬质合金所需要的人才的任务下达给刚刚成立两年的中南矿冶学院。

从无到有,中南大学冶金工程学科凭借这些进军世界一流!

20世纪60年代前期,黄培云作粉末压型理论研究报告

开设新专业。接到任务时,全校上下谁都不知道粉末冶金是什么,仅有黄培云曾在麻省理工学院学过一门30学时的粉末冶金选修课。在特殊的时代背景下,面向国家这一重大战略需求,黄培云接下了建立粉末冶金学科的任务,并逐渐将学术和专业方面的研究重心由一般有色金属冶金研究,转向集中研究粉末冶金与粉末材料。“我开始一心一意进行粉末冶金教学与科研工作,后半生都用于这一事业了。回想起来,那时什么都没有,真是从零开始。”已故院士黄培云曾经与他的研究生谈及当年新创专业时的情形,“学生、讲课教师、教材、实验室都还没有。我们首先在冶金系里成立了粉末冶金教研室,我兼任教研室主任,成员有冶金系主任何福煦、助教曹明德。”在黄培云的带领下,中南矿冶学院部分专家教授开始集中研究粉末冶金及粉末材料。1958年9月,中南矿冶学院率先设立国内第一个粉末冶金专业。

学科在开枝散叶,人才队伍也在壮大。1956年,学校第一次招收有色金属冶金专业四年制副博士研究生;再到上世纪80年代,赵天从培养出我国有色金属冶金领域的第一位博士。从50年代开始,赵天从日日夜夜奔波的身影记录了学校冶金工程的发展历程,也记录下学科人才羽翼日渐丰满的时间轴。在诸务丛杂、百废待兴的学科初建时期,为尽快培养冶金学科的高级人才,赵天从结合自己教学、科研的实践,翻译苏联教材,编写了《重金属冶金学》《有色冶金炉》等专业教材和讲义。同时,他还认真规划科研方向,鼓励教师多承担科研课题,致力于为学科发展培养出强有力的教师队伍。

为了响应毛主席发出的“向现代科学大进军”的号召,中南矿冶学院的教师和学生开始参加国家科技攻关。中南矿冶学院第二任院长唐楠屏在《校友通讯》上这样写道“从学做科研,到能做科研,破除科学研究难以进入之谜”。通过1958年以来开展的群众性的科学研究活动,开展科研的教师逐渐增多。围绕着改进工艺、深研理论等工作,冶金学科在这一时期取得了一系列的研究成果:上世纪60年代初期,赵天从带领教研室共同开展冶金工艺流程优化,在湿法炼锑上,研究成功“氯化—水解法”制取锑白新工艺,在他首创的“间接法”制取锑白基础上又有新突破;黄培云研究的粉末压型烧结的基本理论开拓了新的理论领域,取得了一系列的重要科研成果。

从追赶到领先,时代浪潮中步步进击

1979年,受益于改革开放,中南矿冶学院开展了学校公派留学培训。在申报留学的人员中已经49岁的刘业翔显得格外瞩目,“一般人都觉得不合理,年纪这么大,怎么还会去留学?”刘业翔自嘲道。与大家一窝蜂地挤去美国、日本不同,看到“优先发展铝电解工业”的国家需求,刘业翔把目光投向“偏远”的挪威,那里有他梦寐以求的导师——国际铝电解权威 Jomar·Thonstad教授。

从挪威归国后,在既缺经费又缺乏基本仪器设备的情形下,刘业翔立即开展了对铝电解电催化更深入系统的研究,力求在电解铝的过程中找到一个节能的好办法。当时,电解铝工业在世界已经具有了举足轻重的地位,但是,铝电解是一个高耗能产业,电解铝生产能耗占整个有色金属工业能耗的80%,电解铝工业总用电量接近全国电力总消费量的5%。研究铝电解的节能,意义重大。大量试验后,刘业翔发现,通过往阳极糊(炭素糊铝电解槽阳极材料)中掺入锂盐能达到很好的节能效果。此后,刘业翔创造性地提出了高温熔盐电解电催化理论,形成了中国有色冶金学科的一个新分支。把这种粉末涂在铝电解槽槽底上,不仅电流效率提高约2%,而且让设备的使用寿命延长约1倍。

改革开放后,国家对传统工业服务于现代经济建设提出了新要求。在新材料、冶金科研成果转换等方面,中南大学冶金工程跟进国外先进科研成果,在找到适合中国建设的冶金方向贡献着自己的力量。张传福发明了纤维状纳米多孔金属及其氧化物粉末的制备方法,开创了“减压挥发氧化法”制备高纯超细球状三氧化二铋粉末的新方法,并将相关专利技术投入企业合作,实现了产业化;李洪桂通过发明专利“选择性沉淀法从钨酸盐溶液中除钼、砷、锑、锡”解决了我国复杂钨资源的处理及钨与钼、砷、锡的高效分离问题,已分别在国内21个工厂和19个工厂使用,生产能力分别占国内钨冶金生产能力的30%和45%……一项项科技成果的涌现,使冶金学科在步步紧逼国际前沿技术的过程中完成了超越。自上世纪80年代以来,冶金学科申请和获得国家专利数量、获得国家“三大奖”数居全国同类学科前列。1995年开始,冶金工程学科成为国家“211工程”重点建设学科,并承担国家“985工程”科技创新平台建设。在两大工程的支撑下,学科实力达到了同类学科国际先进水平。

从“冶炼好”转向“防治好”,拓出一条“清洁之路”

近年来,全国江河水系中有多个江河断面出现重金属污染,部分耕地中镉、铅、铬也严重超标——在资源开发利用过程中防治重金属污染,打造绿水青山,已成为我国重大战略需求,这也是冶金工程学者们在新时代十分关注的内容。

对于粗放的冶金方式可能造成的严重后果,早在上世纪八十年代初期,赵天从已有预见,并高瞻远瞩地提出了“无污染冶金”这一战略性的学科方向,这对冶金工程的生产工艺提出了新要求。赵天从说,研究与开发清洁生产工艺,从生产源头上解决“三废”问题,做到寸土不染,才能真正保护环境。沿着这一思路,中南冶金人在有色冶金领域里拓出了一条“清洁之路”。

新时代孕育新需求,新需求催生学科新的成长点。1999年,柴立元从日本归国,受命领衔组建冶金特色的环境工程学科,带领团队进军重金属污染防治领域。2011年,柴立元组建国家重金属污染防治工程技术研究中心。解决企业实际生产中的污染问题,是柴立元和他的团队重点研究的内容。“废渣中的类金属砷是致癌的剧毒性物质,但废渣中常伴有金、银等可回收的贵重金属,而传统治理方法片面追求金银高价金属回收,忽视砷污染防控,容易造成砷污染。”考虑到这些因素,柴立元和团队设计并合成了一种选择性脱砷剂,发明了砷与有价金属强化分离的新工艺,研发了高压富氧高效脱砷装置,使得选择性脱砷率达97.42%,为含砷固废深度利用提供了技术保障。

当下,冶金行业的生态文明建设迎来“关键期、攻坚期、窗口期”叠加的历史转折点,“清洁冶金路”任重道远。向污染宣战,已经成为新一代中南冶金人肩上的重任,也是冶金学科目前的集中“发力点”。2013年习近平总书记到中南大学调研科技创新,首站便来到了中南大学国家重金属污染防治工程技术研究中心视察重金属废水处理系统。总书记对柴立元带领的团队刻苦攻关、勇于创新的精神给予高度赞许。“向重金属污染宣战,我们要站在国家和行业最需要的地方。国家关心什么,我们就要关注什么;企业急需什么,我们就要研究什么。”十九大代表柴立元清楚冶金工程学科在新时代的使命和责任:为中南大学的“双一流”建设、为共和国的繁荣昌盛、为中华民族伟大复兴做出新贡献。

从无到有,中南大学冶金工程学科凭借这些进军世界一流!

柴立元(中)向习近平总书记介绍情况



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