油页岩是我国潜在产量最大的非常规油气资源,部分矿区油页岩是重要的煤系共伴生矿物。油页岩的高效油气炼制技术,对于缓解我国油气资源短缺,保障能源安全,以及提高资源利用率,均具有重要意义。但油页岩中矿物质含量高,一般在50～80%,造成热解加工过程能耗高,污染重,有效处理量低等问题。采用矿物质分选技术,对油页岩进行预先分选,分离富集有机质,抛除高灰脉石部分,可以有效提高油页岩的炼制效率,降低能耗,提高设备利用率。目前对于我国油页岩中矿物质与有机质的赋存关系认知不足,尚未提出有效的油页岩有机质分离富集方法。论文以我国典型的龙口(煤系共伴生)、桦甸、新疆和北票油页岩为样品,研究了不同尺度下油页岩颗粒的赋存关系、解离程度、分离富集方法,以及不同赋存关系分离组分的热解特性,为获得油页岩的高值化利用方法提供基础研究支撑。通过粗颗粒油页岩的密度分离试验,确定了油页岩颗粒的重选可选性;通过对不同密度组分的结构组成分析,阐明了油页岩粗颗粒的物理赋存关系;通过油页岩有机质和矿物质的微细解离特性研究,确定了油页岩有机质与矿物质充分解离的临界粒度尺度;并通过油页岩对微细颗粒分离富集技术的适应性研究,包括对常规浮选、油团聚浮选、密度-油团聚联合浮选和微泡浮选等的适应性,明确了油页岩有机质的深度分离提纯方法。基于油页岩解离特性与赋存关系,进行了不同尺度、不同分离富集方法条件下,不同赋存关系油页岩颗粒的热解特性研究,揭示了油页岩赋存特征对热解产物生成规律的影响。在综合分析不同组分油页岩的组成结构、赋存关系、解离特性等基础上,构建了油页岩的集总描述模型。本研究获得的主要结论如下:1.油页岩重选分离研究1)四种油页岩能够通过重选进行分离,但分离效果有限,新疆和北票油页岩重选可选性优于龙口和桦甸油页岩。新疆油页岩分选密度为2.13 g/cm3,产率为81.20%,含油率从6.46%升高到7.91%,北票油页岩分选密度为2.01 g/cm3,产率为76.06%,含油率从4.62%升高到6.01%。2)根据密度建立油页岩物理赋存关系描述模型:低密度组分(<1.8 g/cm3)赋存:有机质含量高,有机黏土复合体构成油页岩连续相基质,离散有机质和石英方解石等随机分布在基质中,部分黄铁矿被有机质包裹;中密度组分(1.8-2.1 g/cm3)赋存:黏土矿物为连续相基质,离散有机质、石英方解石等碎屑矿物随机分布;高密度组分(>2.1 g/cm3)赋存:石英方解石云母等以大颗粒状赋存并构成油页岩矿物质骨架,有机黏土复合体和黏土矿物充填在这些矿物缝隙中,有机质含量极低。2油页岩有机质与矿物质的微细解离与浮选分离富集研究1)油页岩有机质与矿物质能够充分解离的临界粒度为30μm,此时石英长石等碎屑矿物能够充分解离,呈单体矿物存在。2)通过微细颗粒的常规浮选、油团聚浮选、密度分离-油团聚浮选和微泡浮选方法研究,最终分别获得有机质高度富集产物和矿物质高度富集产物,其中精矿灰分为32.21%,产率为13.37%。3.不同分离组分油页岩颗粒的热解特性研究1)获得了不同分离组分的热解产物产率,如最终微泡浮选精矿含油率高达33.37%。2)确定了黏土矿物能够促进重质脂肪烃的裂解,提高页岩油品质,但降低页岩油产率;黄铁矿能够促进页岩油产率提高,品质降低,明确油页岩无机矿物在热解过程的相互作用,加深了对油页岩热解过程的认知。4.构建油页岩集总描述模型和建立有机质高效分离富集方法1)构建我国油页岩集总描述模型,大部分有机质与黏土矿物结合形成有机黏土复合体,这些黏土复合体和黏土矿物微细颗粒构成油页岩的连续相基质,其他矿物和离散有机质随机分布,其中部分黄铁矿被有机质包裹,并且黄铁矿晶格中由于S被C取代,在黄铁矿表面存在紧密结合有机质“包膜”,部分碳酸盐包裹有机质,一定程度造成有机质难以解离分离。2)以分离组分油页岩含油率为指标,建立油页岩有机质多尺度解离与梯级分离富集方法,抛矸率为30.42%,页岩油损失为5.57%,为油页岩高效利用提供一条途径。