本发明提供了一种利用相平衡原理通过生成结晶水合物进行钛白废酸浓缩的工艺。通过向钛白废酸中加入硫酸亚铁、硫酸铜或者其它能形成结晶水合物的硫酸盐，利用硫酸－水－硫酸盐的平衡关系，控制其相平衡过程，通过生成含不同结晶水的硫酸盐水合物并从稀硫酸中结晶析出，从而带出水份以实现稀硫酸浓缩。结晶析出的硫酸亚铁等结晶水合物通过干燥脱除结晶水后可以重复利用。该工艺通过控制生成结晶水合物的形式来实现不同浓缩程度，浓缩程度可以按需要进行调节，可以获得酸浓度高于60%的浓缩硫酸产品；该工艺可以利用无水硫酸亚铁及其它可形成结晶水合物的硫酸盐为原料，原料来源广泛。该工艺简单，操作温度低，设备投资少、腐蚀性弱，无需直接蒸发废酸水分，能耗低，可以实现钛白稀酸的资源化利用。