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本发明提供了一种分段焙烧提取高钛渣中钛、铁、铝、镁组分的方法，所述方法包括：将高钛渣与助剂混合后粉磨、分级，得到待焙烧物料；将待焙烧物料进行低温焙烧，得到铁、钛组分富集气体以及含有铝、镁组分的第一物料；对铁、钛组分富集气体进行控温凝华处理以将铁组分和钛组分分离，得到含铁固体和含钛气体，并将含钛气体水解，完成对高钛渣中铁组分和钛组分的提取；对含有铝、镁组分的第一物料进行高温焙烧，得到焙烧渣；对焙烧渣水浸处理，固液分离，得到第一滤液和滤渣；在第一滤液中加入沉淀剂，控制pH以使铝组分和镁组分分步沉淀，完成对高钛渣中铝组分和钛组分的提取。本发明的方法工艺简单、流程短、提取效率高，有利于工业推广。