3.2.3 加工技术
石灰石或石灰岩资源丰富，原矿品位一般能满足各工业部门的要求。因此，一般只需进行简单的洗矿，不需要采用复杂的选矿工艺进行提纯。
石灰石的加工主要是粉碎、分级以及生产生石灰、熟石灰、沉淀碳酸钙、超微细（纳米）碳酸钙、二氧化碳等。
（1）粉碎分级 石灰石一般采用干式粉碎工艺，对于冶金、道路用石灰石，将矿石破碎筛分后即可。对于细粉产品的生产，矿石经颚式破碎机、锤式破碎机和反击式破碎机等破碎后直接用雷蒙磨或其他辊磨机粉磨，产品细度100～325目。
（2）石灰 石灰或生石灰是经高温煅烧至尚未烧结程度而结成的气硬性胶凝材料，其主要成分是CaO，如将石灰加适量的水溶解，制成微细粉，称为熟石灰，其主要成分是Ca（OH）2。
当石灰石煅烧正常时，石灰有微细裂缝，呈乳白色多孔块状物。含杂质的石灰石煅烧成的石灰有黄色、淡黄色或棕色。
目前石灰石矿生产石灰的煅烧窑炉主要是立窑和旋窑。
石灰石的煅烧是一种吸热反应，而且是可逆反应，石灰石在窑中不仅进行着分解过程，也进行着还原过程，分解温度900～1000℃，反应式如下：
CaCO3
CaO+CO2↑—178.02kJ
分解1kg CaCO3 理论上需要分解热178.02kJ，即需6.074g标准煤，约占石灰石质量的6%。而要制取1kg CaO，理论上需要煅烧1.786kg的CaCO3，也即制取1kg CaO，需要消耗178.02kJ×1.786=317.9kJ的热。317.9kJ的热相当于10.85g的煤，实际上所消耗热量大于理论值，这和石灰石煅烧时各种热损失以及石灰石中碳酸钙的含量有关。
在某些应用领域，如化工、建材等对生石灰的粒度要求较细，因此，还须对其进行细磨、分级等加工。
生石灰是一种较难磨的脆性材料，硬度也不一致。实验室试验表明，石灰的可磨性很不一致，主要原因是，煅烧程度不一致，甚至在同一块石灰内煅烧程度还可能在轻烧和死烧之间波动。
目前，生石灰的细磨一般采用管磨机、雷蒙磨、压辊磨等。管磨机主要用于立窑石灰，压辊磨则适用于轻烧石灰。研磨生石灰时，常配以气流分级机，以提高研磨效率和控制产品粒度分布。
生石灰的研磨一般需使用助磨剂。目前采用的助磨剂主要是一价或多价乙醇和胺，如乙二醇和丙二醇以及三乙醇胺等。细磨时还常常加入原石膏（CaSO4·2H2O）或制糖工业的副产品糖渣，以调整溶解性。
（3）沉淀碳酸钙 沉淀碳酸钙［PCC，即以石灰石为原料采用化学方法（煅烧—消化—碳化工艺）生产的碳酸钙］。由于它的堆积密度（g/cm3）比重质碳酸钙小，因此又称为轻质碳酸钙。纳米碳酸钙也是沉淀碳酸钙的一种。沉淀碳酸钙广泛应用于塑料、橡胶、涂料、造纸、油墨、胶黏剂、医药食品等领域，如PVC管、塑钢门窗、异形材、建筑涂料等，是一种非常重要的无机填料。与重质碳酸钙填料填充高聚物材料相比，由于可以根据不同应用要求调控颗粒晶形，适用性好；由于沉降体积（mL/g）大，同样填充质量下可增加制品的体积；由于杂质较少，制品的色差均匀；由于原级粒度小，同样填充量下填充材料的力学性能较好；但由于比表面积和吸油值大，与树脂混合时阻力较大（较难混合）。
石灰石是轻质碳酸钙的主要原料。用石灰石可以制备普通轻质碳酸钙，还可制备超细和纳米碳酸钙。此外，通过表面改性还可以制备超细活性碳酸钙。
普通轻质碳酸钙的生产工艺过程是：将石灰石原料煅烧，得到氧化钙和窑气二氧化碳；消化氧化钙，并将生成的悬浮的氢氧化钙在高剪切力作用下粉碎分散，多级旋液分离，除去颗粒及杂质，得到一定浓度的精制氢氧化钙悬浮液；通入二氧化碳气体，加入适当的添加剂控制晶形，碳化至终点，得到要求晶形的碳酸钙浆液；对该浆液进行脱水、干燥和表面处理，得到所要求的轻质碳酸钙产品。图3-7所示为普通轻质碳酸钙的生产工艺流程。
图3-7 普通轻质碳酸钙的生产工艺流程
影响轻质碳酸钙产品质量的主要因素是：石灰石的质量、煅烧工艺与设备、消化工艺与杂质脱除率、碳化工艺、表面处理工艺及干燥脱水工艺等。轻质碳酸钙生产对原料质量的要求是：CaO>54%，MgO<1.0%，SiO2<2.0%，Al2O3+Fe2O3<0.5%，Mn<0.0045%。
超微细或纳米碳酸钙的生产方法有间歇鼓泡碳化法、连续喷雾碳化法和超重力法。
间歇鼓泡碳化法是将石灰乳降到一定温度后，泵入碳化塔，保持一定液位，由塔底通入窑气鼓泡进行碳化反应，通过控制反应温度、浓度、气液比、添加剂等工艺条件，间歇制备超细和纳米碳酸钙。此法生产设备投资小、操作简单，但能耗较高、工艺条件较难控制、粒度分布较宽。
连续喷雾碳化法使石灰乳为分散相，窑气为连续相，增加气液接触界面。一般采用两段或三段连续碳化工艺，即石灰乳经第一碳化塔碳化得到反应混合液，然后喷入第二段碳化塔碳化或再喷入第三段碳化塔进行三段碳化得到最终产品。由于碳化过程分段进行，因此可对晶体的成核和生长过程分段控制，从而更易控制晶体的粒径和晶形。控制适宜的喷雾液滴粒径、氢氧化钙浓度、碳化塔内的气液比、反应温度、各段的碳化率等条件以及表面改性工艺等可制得不同晶形的超细和纳米碳酸钙。
超重力法是利用离心力场（旋转填充床反应器）进行碳化反应制备超细和纳米碳酸钙的方法。由于在旋转填充床反应器中，液流所受剪切作用强，碳化反应速率快且均匀，因此，超重力法生产的碳酸钙原级粒度细且分布均匀。
超微细碳酸钙（又名纳米碳酸钙）的产品质量应符合国家标准（GB/T 19590—2011）的规定（表3-16）。
表3-16 纳米碳酸钙的质量指标要求（GB/T 19590—2011）
无论是一般轻质碳酸钙还是纳米碳酸钙，产品技术指标均影响其应用性能与用途。
①化学成分（CaCO3含量、盐酸不溶物、铁、锰、重金属等） 影响产品的白度、磨耗值、填充材料化学稳定性、抗菌性等。
②细度及粒度分布 影响产品的白度、亮度或光泽、磨耗值、堆积密度、填充材料力学性能（强度、断裂伸长率、模量）及成本等。
③沉降体积或堆积密度 影响填充材料的密度。
④白度 影响填充材料的色泽和亮度。
⑤吸油值 影响碳酸钙在填充材料或制品中的分散性和填充树脂体系的加工性能（混合的难易程度）；对于涂料和油墨，影响其分散稳定性或沉降性能。
⑥水分含量 影响填充材料的表观性能，过高的水分含量不仅影响表面改性的效果，还可能使制品表面起泡。
⑦表面活性或活化度 影响碳酸钙在制品中的分散性及与基料的作用，进而影响填充材料的力学性能、耐老化性能以及表观性能等。
⑧比表面积 影响粉体的吸油值和填充树脂体系的加工性能；对于涂料和油墨影响其沉降性能。
⑨pH 影响碳酸钙的酸碱性，进而影响制品的化学稳定性。
粒形或晶形 影响产品的光学性能（遮盖力、透明性等）及填充材料的力学性能。一般片状遮盖力强；针状抗拉伸强度、弯曲强度高；立方体状抗冲击性能较好；纺锤状透明性较好。