本发明公开了一种污泥焚烧灰渣高附加值资源化利用系统，涉及污泥处理技术领域。包括：主反应罐，主反应罐上设置有用以添加污泥焚烧灰渣的第一入口和用以添加酸液的第二入口；所述污泥焚烧灰渣与酸液于主反应罐内混合，并获得初级浸出液和残余渣，所述主反应罐上设置用于排出初级浸出液的第一出口和用以排出残余渣的第二出口；重金属分离模块，包括沉淀罐和分离装置；初级浸出液在沉淀罐内与还原剂和/或重金属捕集剂混合后形成二次浸出液和沉淀物，沉淀罐上设置有用于排出二次浸出液和沉淀物的第三出口；分离装置与第三出口经管道连接，接收二次浸出液和沉淀物后将二次浸出液和沉淀物分离。本发明能够从污泥焚烧灰渣中回收铁以及其他重金属。