在全球碳减排背景下，碳捕集、利用与封存技术被视为实现碳中和目标的关键技术之一。石灰石作为一种天然碳酸盐矿物，在CCUS技术中扮演着不可替代的角色。其独特的化学性质和丰富的资源储量，使其成为最具规模化应用潜力的碳捕集材料之一。

钙循环技术是石灰石在碳捕集领域最重要的应用之一。该技术基于石灰石的可逆分解反应：CaCO₃ ⇌ CaO + CO₂。在具体工艺中，石灰石在煅烧反应器（850-950℃）中分解为氧化钙和二氧化碳，氧化钙随后在碳化反应器（600-700℃）中与含二氧化碳的烟气反应，重新生成碳酸钙。这一循环过程可实现二氧化碳的高效分离和浓缩，捕集效率可达90%以上。近年来，研究者通过掺杂金属氧化物（如MgO、Al₂O₃）对石灰石进行改性，显著提升了材料在循环过程中的稳定性。实验表明，改性后的吸附剂在经过50次循环后，其二氧化碳吸附容量仍保持初始值的80%以上，远优于未改性材料。

在矿物碳酸化领域，石灰石通过与二氧化碳反应直接生成稳定的碳酸钙，实现二氧化碳的永久固定。这一过程可分为直接碳酸化和间接碳酸化两种路径。直接碳酸化将石灰石细磨后与二氧化碳在高温高压条件下反应，转化率可达80%以上。间接碳酸化则先将石灰石中的钙离子浸出，再与二氧化碳反应沉淀出高纯度的碳酸钙。创新的工艺设计，如超重力反应器和微流控反应系统，极大提升了气-液-固三相间的传质效率，使碳酸化反应时间从传统工艺的数小时缩短至数分钟。

工业废气处理是石灰石碳捕集的另一个重要应用场景。在燃煤电厂、水泥厂和钢铁厂等大型排放源中，石灰石湿法脱硫技术已实现大规模商业化应用。该技术通过石灰石浆液与烟气中的二氧化硫反应生成亚硫酸钙，同时实现对二氧化碳的协同捕集。最新的技术进展包括开发新型添加剂提升反应速率，优化吸收塔结构设计增强气液接触效率，以及实现副产物石膏的资源化利用。示范工程数据显示，改进后的系统可使碳捕集能耗降低15-20%，整体运营成本下降25%以上。

在材料创新方面，纳米结构石灰石材料的开发为碳捕集技术带来了新的突破。通过模板法和自组装技术制备的多级孔道石灰石材料，具有更大的比表面积和更优的扩散性能，在中等温度条件下即可实现快速碳化。此外，石灰石基复合相变材料的开发，有效解决了碳捕集过程中的热量管理问题，提升了系统能效。

从全生命周期角度评估，石灰石基碳捕集技术展现出显著的环境效益。每吨石灰石理论上可固定0.44吨二氧化碳，同时避免传统化学吸附剂生产过程中的高能耗和二次污染。然而，该技术的大规模推广仍面临一些挑战，包括吸附剂磨损、系统能耗优化和副产物市场消纳等问题。未来的研究重点应集中于开发新一代低成本、高效率的石灰石基碳捕集材料，优化系统集成方案，并推动二氧化碳资源化利用技术的创新，构建完整的技术-经济生态链。