油砂是一种储量丰富的非常规石油资源。传统应用于油砂分离的热碱水洗法在其工业化过程中存在能耗、水耗高等环境问题。溶剂萃取法以其低水耗、可回收等优势而被认为是最有可能取代水洗法的一种重要开采技术。然而,溶剂残留和助剂(离子液体等)回收等问题是限制该方法进一步应用的主要因素。因此筛选高效、易回收的助剂和实现清洁分离成为油砂分离工业领域一个重要研究方向。可逆溶剂是一种能够根据实际应用需要,使其理化性质发生特定改变的溶剂,因其绿色和智能性而备受关注。本文通过对油砂基本理化性质的分析,同时结合可逆溶剂在离子态与分子态之间的变化特性,提出采用叔胺类亲水性可逆溶剂(以下称为“亲水性可逆叔胺”)作为助剂,并将其应用于溶剂萃取油砂沥青工艺中,并依次从亲水性可逆叔胺盐的合成、实验室油砂萃取及工艺优化、叔胺盐辅助萃取微观作用机理和萃取体系中乳液性能四个方面展开研究。通过优化叔胺盐的合成条件发现,叔胺的pKa值和合成温度是影响叔胺盐合成反应速率和反应进程的主要因素。通过溶剂萃取工艺条件研究发现,采用甲苯为萃取剂时,在油砂矿:叔胺盐溶液:溶剂=1:3:4(g/m L/mL)、萃取温度35℃条件下,沥青回收率达97.9%,比单独采用甲苯溶剂萃取时提高5%。当采用复合溶剂(乙酸乙酯/正庚烷)进行萃取时,乙酸乙酯体积比30%,油砂矿:叔胺盐溶液:溶剂=1:1:4(g/m L/m L),萃取温度为25℃时,沥青回收率达87.6%,比单独采用复合溶剂萃取时提高6%。此外,加入叔胺盐溶液能够有效减少沥青中的细砂夹带量和残砂中的溶剂残留。为了获悉叔胺盐促进沥青回收的作用机理,本文通过分离沥青四组分、固体表面元素分析、润湿性测试、Zeta电位测试、QCM-D测试等表面化学分析测试发现叔胺盐对沥青及矿物颗粒表面具有良好的改性作用。叔胺盐阳离子(如[Et3NH]+)吸附在沥青表面形成离子对,从而有效减弱沥青组分(如沥青质等)与矿物表面的相互作用,改变矿物表面性质(更亲水),使沥青从矿物表面的脱离变得更加容易、彻底。通过对叔胺辅助萃取过程中形成的乳液性质和成因进行研究,发现萃取过程中溶剂相沥青质含量的增多和游离细砂的存在是造成乳化严重的主要原因。