油砂属非金属矿产,同石油、煤炭一样是一种矿藏资源,是提炼石油类产品和修建柏油路面优良材料。在当前能源危机的时代背景下,储量丰富的油砂被认为是一种非常有潜力的石油替代能源,其加工技术的开发和改进受到了国内外研究学者的广泛关注。现阶段已经工业化应用的热碱水洗技术存在耗水量大、尾矿难处理、环境危害性大等问题,而传统的有机溶剂萃取法中,溶剂的损耗和残留等问题也亟待解决。基于上述事实,本文通过溶剂和助剂的比较筛选,发现阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)水溶液辅助石脑油萃取油砂沥青是一个合理的选择。随后,通过工艺条件优化发现,在室温条件下,存放时间小于4小时的0.05%的CPAM水溶液,当石脑油:CPAM溶液:油砂为3:2:1时,可以将沥青回收率由72.29%提升至78.29%。通过对沥青的红外光谱和残砂的扫描电镜结果分析发现,甲苯体系中,阳离子聚丙烯酰胺的加入可以实现油砂的清洁分离,石脑油体系中,清洁分离的主要原因是石脑油无法萃取的沥青质将细小的砂粒和黏土聚集成团或粘附在更大的砂粒表面。考虑到助剂是引发萃取效果差异的主要原因,本文进行了不同助剂体系下的沥青剥离实验。实验结果表明,沥青在纯水和典型的盐溶液体系(1mM KCl)中具有较快的剥离速率,在1mM IL中反而较慢。结合他人完成的原子力显微镜实验和和频光谱实验,本文尝试构建了一个助剂分子,特别是离子液体分子和阳离子聚丙烯酰胺分子,在沥青和石英表面的结构模型,并对助剂辅助油砂沥青分离的效果进行了解释和说明。最后,通过原子力显微镜的力学实验发现在阳离子聚丙烯酰胺水溶液中,沥青和砂粒之间的相互作用力在4 nN左右,小于其在纯水和典型的盐溶液体系中的相互作用力,从力学的角度解释了阳离子聚丙烯酰胺可以提升回收率并减少细沙夹带的原因,并验证了结构模型的正确性。