我国攀西地区拥有丰富的钒钛磁铁矿资源,目前主要用于高炉炼铁和正在研发的直接还原-电炉熔分的炼铁与富钛渣制备工艺中。在高温冶炼过程中钛元素被转移进炉渣中,产生了含钛高炉渣、含钛熔分渣等大量的含钛冶炼渣。含钛冶炼渣中钛资源弥散分布于多种低品位矿相中,采用传统选冶方法难以实现含钛渣中钛资源的高效分离回收。本论文基于我国典型含钛冶炼渣中钛资源的高效分离提取,选择含钛高炉渣、碳化钛渣、含钛熔分渣三种典型含钛冶炼渣作为研究对象,系统研究了含钛熔渣中钛的矿相转变规律,通过控制不同的物理化学条件将钛元素选择性富集至指定富钛相中;并在富钛相的熔析结晶区间施加超重力场强化异质相分离,实现了含钛熔渣中不同富钛相的超重力选择性分离,并对分离得到的金红石、碳化钛、黑钛石的应用性能分别进行了探索研究,取得了如下典型的研究结果:针对含钛高炉渣,通过研究碱度和钛含量对钛结晶相的影响,掌握了含钛高炉渣中钛由钙钛矿向金红石相态转变的物理化学规律;通过研究不同温度区间内含钛高炉渣的析出行为,明确了金红石的熔析结晶规律;在此基础上在金红石的熔析结晶区间引入了超重力场,实现了含钛高炉渣中金红石的超重力分离,分离得到的金红石TiO2含量达到95.56 wt.%,具有较高的介电常数(~200)和较低的介电损耗(小于0.1)。针对含钛高炉渣高温碳化工艺,通过研究配碳量、碳化时间对高炉渣碳化行为的影响,明晰了含钛高炉渣中钛的高温碳化规律;通过研究不同温度区间碳化钛渣的结晶规律,确定了碳化钛渣中TiC单一的固液共存温度区间;在此温度区间内研究了 TiC颗粒在超重力场下的迁移富集行为,实现了碳化钛渣中超细TiC颗粒的超重力分离与提取,分离得到的TiC颗粒Ti含量达到75.89 wt.%,平均颗粒粒径为2.75μm。针对含钛熔分渣,通过研究不同温度区间内含钛熔分渣的析出行为,明确了黑钛石的熔析结晶规律;通过研究不同降温速率下黑钛石的Ti、Mg置换行为,明晰了含钛熔分渣中黑钛石的固溶规律;在此基础上,通过研究不同黑钛石在超重力场下与熔渣的分离规律,实现了含钛熔分渣中不同黑钛石(MgxTi3-xO5(x=1,09,075,0.6))的超重力选择性分离;通过对不同分离黑钛石进行表征,进一步验证了黑钛石的Ti、Mg置换规律。此外,在实验室研究所获得基础数据的支持下,本论文进一步应用本课题组自主研发的超重力高温冶金放大装备,进行了含钛熔渣矿相转变-超重力分离的放大试验,实现了含钛熔渣中不同富钛相的选择性结晶、矿相转变和超重力富集,为超重力分离含钛熔渣的工程化应用提供了研究基础。