随着常规石油资源的不断消耗,世界各国越来越重视非常规石油资源的开发与利用研究。碳酸盐重质油矿是一种主要矿物为碳酸盐的非常规石油,广泛存在于石油地藏中,是非常规石油的重要组成部分,具有较大的开采利用价值。然而,由于碳酸盐颗粒表面与重质油的强作用力,导致碳酸盐重质油矿的分离较为困难。本文根据碳酸盐重质油矿组成结构性质,设计并开发了碳酸盐重质油矿反应分离方法,使沥青与矿物质实现高效分离,即采用酸液对碳酸盐重质油矿进行处理,将矿物质溶解,重质油在CO₂的气浮夹带作用下,上浮至溶液表面进行后续处理,溶液进行分离纯化,提取其中的盐作为副产品,全过程实现重质油与矿物质的双回收。据此,本文采用酸与碳酸盐重质油矿进行反应萃取研究,探究了条件对沥青萃取的影响。研究表明,当采用甲酸:矿物=200:20（m L/g）,萃取温度为68℃,转速为700r/min时,甲酸浓度100v%时,反应萃取效果最佳,此时沥青/砂砾（wt）为1.83,砂砾去除率达80.82%。此外,甲苯溶剂的加入可降低沥青的黏度,在保持较高回收率的同时一定程度上降低沥青泡沫中砂砾残留量。在上述研究基础上,探究了反应萃取过程气泡的行为,发现气泡的生长、聚并、再生长和破裂会促进油与砂砾的接触,提升反应萃取的效果。通过对反应产生CO₂的气速的监测,利用修正的反应缩核模型对碳酸钙的转化率和时间的变化关系进行拟合分析,引入覆盖度函数的反应缩核模型能较好的与实验数据拟合。通过ICP-OES、流变仪、和XPS等表征手段分别研究了甲酸与矿物颗粒、甲酸与沥青之间的相互作用。甲酸在反应中表现出对砂砾的溶解性以及对沥青的降黏性双重作用。通过分子模拟软件建立了沥青质-甲酸混合体系分子动力学模型,模拟了沥青质团簇在水相和甲酸溶液中的状态,发现甲酸具有较强的极性,可破坏沥青质分子间的氢键和π-π重叠,重新构建与沥青分子间的氢键从而能降低沥青黏度。这种作用使反应过程中裸露的砂砾增多,促进反应萃取的进行,实现重质油与矿物颗粒的高效分离。因此,本文建立的甲酸反应萃取工艺可实现从碳酸盐重质油矿中回收较多高品质沥青泡沫的同时回收其中的矿物金属元素,为碳酸盐非常规石油矿的开发利用提供新的研究思路。