石灰（氢氧化钙）与二氧化碳反应生成碳酸钙的碳化过程，本质上是将气态CO₂转化为稳定矿物形式的过程。这一自然现象如能通过工程手段强化，有望发展成为具有实用价值的碳封存技术。
碳化过程机理与动力学：
石灰浆液的碳化是典型的气-液-固多相反应，经历三个串行阶段：
- CO₂气相扩散：CO₂从气相主体扩散至气液界面。
- 液相溶解与反应：CO₂溶解于水并水合形成H₂CO₃，随后电离出HCO₃⁻和CO₃²⁻。
- 固相成核与生长：CO₃²⁻与Ca²⁺在氢氧化钙颗粒表面反应生成碳酸钙晶核并生长。
整个过程速率通常受限于CO₂在液膜中的扩散速度。因此，提高碳化效率的关键在于增大气液接触面积、增强界面湍流和提高液相中CO₂浓度。
强化碳化技术途径：
- 反应器设计优化：采用鼓泡塔、喷雾碳化器等设备，最大化比表面积；施加超声波或机械搅拌强化传质。
- 操作参数控制：适当提高CO₂分压、降低浆液浓度和控制反应温度在最佳范围（通常40-60℃）。
- 添加剂应用：少量添加表面活性剂可降低液膜传质阻力；引入结晶导向剂可改善碳酸钙晶体形态，防止在氢氧化钙表面形成致密钝化层。
碳封存潜力与系统集成：
理论上，每吨氢氧化钙可封存约0.59吨CO₂。将石灰碳化与石灰石煅烧过程结合，构成钙循环：石灰石煅烧生产石灰并释放CO₂，石灰在使用过程中碳化封存CO₂，形成技术上的闭环。这一路径特别适合处理燃煤电厂、水泥厂等排放源产生的CO₂。
然而，大规模应用面临挑战：自然碳化速率缓慢，强化过程需要能量输入；碳化产品碳酸钙的市场容量可能限制技术的规模化；全生命周期碳足迹需要仔细评估，确保净减排效益。
前瞻性技术概念包括：将电厂烟气直接通入碱性工业废水（如red mud）进行矿化封存；开发基于石灰浆液的直接空气捕集技术；利用海洋牧场概念，将碳化产物用于修复珊瑚礁生态系统。这些创新思路正推动石灰碳化从实验室研究走向工程实践。
