Study of heavy metals in coal ash from Russian thermal power plants

The problem of accumulating and disposing of ash and slag waste from thermal power plants remains one of the most pressing issues in the fields of energy and environmental safety. The ash produced during the combustion of coal can contain a large amount of various heavy metals. Since coal remains one of the main fuel resources in the energy sector, the problem of ash accumulation and environmental pollution by heavy metals is quite acute. The purpose of this review article is to analyze the composition of the ash from various coal basins used in Russian thermal power plants, identify the most common heavy metals, and compare their concentrations with the threshold value for industrial extraction. The analysis of available information in open sources was conducted, and diagrams were created to illustrate the distribution of coal-fired power plants across energy systems, the share of coal basins in terms of production and use in the energy sector, and the concentration of heavy metals in the most significant coal basins. As a result of the analysis, it was found that the most common heavy metals are zinc, chromium, lead, cobalt, and copper. The concentrations of heavy metals in the ash of most coal-fired power plants are insufficient for industrial processing in order to extract them. If it is not possible to extract heavy metals from the ash, the most promising approach is phytoremediation.

1. Global Energy Review 2025 / International Energy Agency: site. – France, 2025. – 43 p. – URL: https://iea.blob.core.windows.net/assets/5b169aa1-bc88-4c96-b828-aaa50406ba80/GlobalEnergyReview2025.pdf (Date of access: 27.02.2026).

2. Global Energy Review 2025. Electicity / International Energy Agency: site. – 2025. – 118 p. – URL: iea.org/reports/global-energy-review-2025/electricity (Date of access: 27.02.2026).

3. Сальникова Е. Б., Гринева М. Н. Угольная промышленность России в условиях ориентации на углеродно-нейтральную экономику // Universum: экономика и юриспруденция. – 2022. – № 1 (88). – С. 16-19.

4. Гончаренко Н. Топ-10 угледобывающих регионов России 2025: ветер дует на Восток // dprom.online: сайт. – URL: https://dprom.online/mining/top-10-ugledobyvayushhih-regionov-rossii-2025/ (Дата обращения: 27.02.2026).

5. Пичугин Е. А. Аналитический обзор накопленного в Российской Федерации опыта вовлечения в хозяйственный оборот золошлаковых отходов теплоэлектростанций. – DOI 10.24411/1728-323X-2019-14077 // Проблемы региональной экологии. – 2019. – № 4. – С. 77-87.

6. Парфенова А. Е. Фиторемедиация почвенных покровов, загрязненных солями тяжелых металлов. Аналитический обзор // Экосистемы. – 2023. – № 35. – С. 64-73.

7. Реймерс Н. Ф. Экология (теории, законы, правила принципы и гипотезы): монография. – М.: Россия молодая. – 1994. – 367 с. – ISBN 5-86646-059-9.

8. Крылов Д. А. Негативное влияние элементов-примесей от угольных ТЭС на окружающую среду и здоровье людей. – DOI 10.25018/0236-1493-2017-12-0-77-87 // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2017. – № 12. – С. 77-87.

9. Глущенко Н. Н., Ольховская И. П. Экологическая безопасность энергетики. Свойства частиц летучей золы ТЭС, работающих на угле // Известия РАН. Энергетика. – 2014. – № 1. – С. 20-27.

10. Экологические аспекты энергетики. Биологические свойства твердых частиц дымовых уносов тепловой электростанции, работающей на углях / Н. Н. Глущенко [и др.] // Известия РАН. Энергетика. – 2008. – № 4. – С. 129-137.

11. Mortality risk from United States coal electricity generation / L. Henneman [et al.]. – DOI 10.1126/science.adf4915. // Science. – 2023. – Vol. 382, Iss. 6673. – Pр. 941-946.

12. Золоотвалы твердотопливных тепловых электростанций как угроза экологической безопасности / Л. М. Делицын [и др.] // Экология промышленного производства. – 2012. – № 4. – С. 15-26.

13. Корценштейн Н. М., Петров Л. В. Термодинамический анализ образования субмикронных частиц при сжигании углей // Химия твердого топлива. – 2017. – № 3. – С. 43-50.

14. Юдович Я. Э., Кетрис М. П. Токсичные элементы-примеси в ископаемых углях: монография / Урал. отделение Рос. акад. наук [и др.]. – Екатеринбург: УРО РАН, 2005. – 650 с. – ISBN 5-7691-1521-1.

15. Салихов В. А. Перспективы извлечения ценных цветных и редких металлов из золошлаковых отвалов энергетических предприятий Кемеровской области // Вестник Томского государственного университета. – 2009. – № 327. – С. 163-168.

16. Черепанов А. А., Кардаш В. Т. Комплексная переработка золошлаковых отходов ТЭЦ (результаты лабораторных и полупромышленных испытаний) // Геология и полезные ископаемые мирового океана. – 2009. – № 2 (16). – С. 98-115.

17. Кравченко В. Н., Кунилова И. В. Вещественный состав золы от сжигания углей как основа выбора технологии переработки // Минералы: строение, свойства, методы исследования: материалы XII Всеросс. молодеж. науч. конф. (Екатеринбург, 26-28 авг. 2021 г.) / Урал. отделение Рос. акад. наук [и др.]. – Екатеринбург, 2021. – С. 82.

18. Горбачева Т. Г., Майоров Д. В. Сорбция ионов аммония из водных растворов на золошлаках ТЭЦ. – DOI 10.31857/S0023117722040041 // Химия твердого топлива. – 2022. – № 4. – С. 45-53.

19. Ranking coal ash materials for their potential to leach arsenic and selenium: relative importance of ash chemistry and site biogeochemistry / G. E. Schwartz [et al.]. – DOI 10.1089/ees.2017.0347 // Environmental Engineering Science. – 2018. – Vol. 35, Iss. 7. – Pp. 728-738.

20. Переработка золошлаковых отходов угольных электростанций и извлечение из них промышленной продукции (обзор) / Л. М. Делицын [и др.]. – DOI 10.56304/S0040363624700747 // Теплоэнергетика. – 2025. – № 3. – С. 39-58.

21. Путилова И. В., Зройчиков Н. А., Сапаров М. И. Международный опыт обращения с золошлаками ТЭС. – DOI 10.56304/S0040363624601234 // Теплоэнергетика. – 2025. – № 7. – С. 75-85.

22. The role of electrical heating on tribocharging and triboelectrostatic beneficiation of fly ash / H. Li [et al.]. – DOI 10.5277/ppmp19009 // Physicochemical Problems of Mineral Processing. – 2019. – Vol. 55, Iss. 4. – P. 896–905.

23. Ferrospheres from fly ashes of Chelyabinsk coals: chemical composition, morphology and formation conditions / E. V. Sokol [et al.]. – DOI 10.1016/S0016-2361(02)00005-4 // Fuel. – 2002. – Vol. 81, Iss. 7. – Pp. 867-876.

24. Simultaneous separation of Fe & Al and extraction of Fe from waste coal fly ash: Altering the charge sequence of ions by electrolysis / Y. Shi [et al.] // Waste Manage. – 2022. – Vol. 137. – Pp. 50-60.

25. Исследование процесса бактериального выщелачивания металлов из промышленных отходов / Ф. Ф. Нидзведский [и др.]. – DOI 10.25750/1995-4301-2022-4-188-195 // Теоретическая и прикладная экология. – 2022. – № 4. – С. 188-195.

26. Sodium fluoride assisted acid leaching of coal fly ash for the extraction of alumina / A. K. Tripathy [et al.]. – DOI 10.1016/j.mineng.2018.10.019 // Minerals Engineering. – 2019. – Vol. 131. – Pp. 140-145.

27. Towards the utilization of fly ash as a feedstock for smelter grade alumina production: a review of the developments / V. Sibanda [et al.]. – DOI 10.1007/s40831-016-0048-6 // Journal of Sustainable Metallurgy. – 2016. – Vol. 2. – Pp. 167-184.

28. Torma A. E., Sing A. K. Acidolysis of coal fly ash by Aspergillus niger. – 10.1016/0016-2361(93)90346-4 // Fuel. – 1993. – Vol. 72, Iss. 12. – Pp. 1625-1630.

29. Raj D., Kumar A., Maiti S. K. Mercury remediation potential of Brassica juncea (L.) Czern. For clean-up of fly ash contaminated site // Chemosphere. – 2020. – Vol. 248. – Art. 125857.

30. Auxin alleviates cadmium toxicity by increasing vacuolar compartmentalization and decreasing long-distance translocation of cadmium in Poa pratensis / T. Cui [et al.] // Journal of Plant Physiology. – 2023. – Vol. 282. – Art. 153919.

31. Korzeniowska J., Stanislawska-Glubiak E. The phytoremediation potential of local wild grass versus cultivated grass species for zinc-contaminated soil // Agronomy. – 2023. – Vol. 13, Iss. 1. – Art. 160.

32. Hyperaccumulation of lead using Agrostis tenuis / L. Anguilano [et al.] // Environmental Systems Research. – 2022. – Vol. 11. – Art. 30.

33. Revegetation of thermal power plant ash dumps or sustainable urban development / L. I. Khudyakova [et al.] // Urban Science. – 2025. – Vol. 9, Iss. 6. – Art. 210.

34. Assessment of the phytoremediation potential and an adaptive response of Festuca rubra L. sown on fly ash deposits: Native grass has a pivotal role in ecorestoration management / P. Pavlovic [et al.] // Ecological Engineering. – 2016. – Vol. 93. – Pp. 250-261.

35. Banda M. F., Matabane D. L., & Munyengabe A. A phytoremediation approach for the restoration of coal fly ash polluted sites: A review. – DOI: 10.1016/j.heliyon.2024.e40741 // Heliyon. – 2024. – Vol. 10, Iss. 23. – Art. e40741.