Schwefelsäure

Heutzutage wird Schwefelsäure nach dem Kontaktverfahren hergestellt oder aus Abfallschwefelsäure gewonnen. Die Anfangsstufe Schwefeldioxid erzeugt man hauptsächlich durch Verbrennen von Elementarschwefel (siehe Schwefel) oder Schwefelwasserstoff bzw. durch so genanntes Abrösten von Metallsulfiden, wie z. B. Pyrit (FeS₂).

Die wichtigste Methode zur Herstellung von Schwefelsäure, das Kontaktverfahren, wird etwa seit 1900 industriell genutzt. Es basiert auf der Oxidation von Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid (SO₃), die durch einen Katalysator beschleunigt wird. Der wirkungsvollste Katalysator, fein verteiltes Platin, hat zwei Nachteile: Er ist sehr teuer und wird durch verschiedene Verunreinigungen im Schwefeldioxid vergiftet, d. h. in seiner Aktivität beeinträchtigt. Einige Schwefelsäurehersteller verwenden deshalb zwei hintereinandergeschaltete Katalysatortypen: Zuerst kommt ein robusterer Katalysator zum Einsatz (z. B. Eisen- oder Vanadiumoxid). Er übernimmt den Hauptteil der Reaktion. Anschließend folgt ein Palladiumkatalysator. An ihm wird die Oxidation vervollständigt. Andere Hersteller reinigen das Schwefeldioxid, bevor es zum Einsatz kommt (z. B. durch so genannte Elektrofiltration). Bei Temperaturen um 400 °C ist die Umwandlung von Schwefeldioxid in das Trioxid nahezu optimal. Wenn das gewonnene Trioxid durch Wasser geleitet wird, entweicht ein großer Teil des Gases. Deshalb leitet man das Schwefeltrioxid in konzentrierte Schwefelsäure ein. Dabei bildet sich hauptsächlich Dischwefel- oder Pyroschwefelsäure (H₂S₂O₇):

SO3 + H2SO4 → H2S2O7.

Diese lässt sich mit Wasser wieder zu Schwefelsäure hydrolysieren:

H2S2O7 + H2O → 2H2SO4.

Durch Regelung des Wasserzuflusses lässt sich die Säurekonzentration auf einem vorgegebenen Niveau (gewöhnlich 95 Prozent) halten. Verringert man den Wasserzufluss, so entsteht ein Produkt mit einem Überschuss an SO₃. Diese rauchende Schwefelsäure oder Oleum kommt beispielsweise bei einigen organischen chemischen Reaktionen zur Anwendung.

In der heutigen Zeit gewinnt auch aus Umweltschutzgründen das Spalten von Abfallschwefelsäuren zunehmend an wirtschaftlicher Bedeutung. Verunreinigte Schwefelsäuren fallen bei einer Vielzahl großtechnischer Prozesse an, vor allem in der industriellen organischen Chemie, der Petrochemie und der Metallindustrie. Bei den meisten Verfahren wird die Abfallschwefelsäure zunächst auf 60 bis 70 Prozent aufkonzentriert. Stark verunreinigte Abfallsäure wird anschließend durch thermische Behandlung (+1 000 °C) in Schwefeldioxid gespalten:

2H2SO4 → 2SO2 + O2 + 2H2O.

Nach ähnlichem Verfahren spaltet man in der chemischen Industrie auch Metallsulfate. Das Schwefeldioxid lässt sich dann dem oben beschriebenen Kontaktverfahren zuführen. Für weniger verunreinigte Abfallsäuren kommen andere, kosten- und energiegünstigere Behandlungsmethoden zum Einsatz.

Zu Beginn der siebziger Jahre des 20. Jahrhunderts belief sich die jährliche Produktion an Schwefelsäure auf 29 Millionen Tonnen. Das entspricht einer Tagesproduktion von € Kilogramm pro Person über das ganze Jahr. Die Weltproduktion an Schwefelsäure liegt heute bei 150 Millionen Tonnen (davon etwa fünf Millionen Tonnen in Deutschland).

Die Nutzungsmöglichkeiten für Schwefelsäure sind vielfältig. Der größte Anteil der Schwefelsäure wurde zur Herstellung von Düngemitteln verwendet, in erster Linie Superphosphat (siehe Phosphorsäure) und Ammoniumsulfat. Weitere „Großabnehmer” sind u. a. petrochemische Betriebe. Hier dient Schwefelsäure z. B. zum Entharzen von Erdöl, das erst nach diesem Prozess weiterverarbeitet werden kann. In der chemischen Industrie nutzt man Schwefelsäure zur Produktion von anorganischen (z. B. Flusssäure, Aluminiumsulfat) und organischen Chemikalien (z. B. Sulfonsäuren, Isocyanate), die für eine Vielzahl weiterer Produktionszweige benötigt werden (z. B. zur Erzeugung von Kunststoffen oder Pharmazeutika). In der Farbenindustrie kommt Schwefelsäure zur Herstellung von Anstrich- und Pigmentfarben (z. B. Titandioxidpigmente) zur Anwendung, in der Metall erzeugenden und verarbeitenden Industrie zur Kupferaufbereitung und zur Stahlbeize. Zu den wenigen Endprodukten, die selbst Schwefelsäure enthalten, gehört der in Kraftfahrzeugen verwendete Bleiakkumulator (siehe Batterie). Der Produktionsumfang von Schwefelsäure war lange Zeit eine annähernde Kenngröße für den Leistungsstand der chemischen Industrie des jeweiligen Landes. In der heutigen Zeit ist, soweit möglich, eine Reihe von großtechnischen Produktionsverfahren so umgestellt worden, dass sie ohne Schwefelsäure auskommen.