本发明提供一种飞灰碳化处置工艺,采用以下处理步骤:经收集的飞灰,与碳源进行充分混合,然后进入高温碳化装置,在无氧条件下进行加热,首先使得二噁英类有机物挥发和热分解,生成的气体进入碳化装置的一次燃烧和二次燃烧装置,进行充分燃烧形成以二氧化碳为主的气体,二噁英热分解形成的固体主要为无定形碳,部分随着气体进入尾气处理过程,部分则沉淀下来,成为固体碳,排出碳化装置外,冷却后,经检验符合标准要求后,可储存与转运。相比现有的飞灰处置技术,本发明可同时解决飞灰的两大危害(即二噁英与重金属浸出毒性),产物可实现综合利用,如用作水泥原料等。