2. Juli 2011, Neue Zürcher Zeitung

Schwefelsäure – unangenehm und unentbehrlich

Errungenschaften der Technik

Umgang mit Schwefelsäure: Schutz der Haut ist zwingend. (Bild: PD)

Lucien F. Trueb

Der arabische Gelehrte Dschabir Ibn Hajan (Geber) führte im 8. Jahrhundert eine systematische Untersuchung des Schwefels und seiner Verbindungen durch, natürlich unter Einschluss der Schwefelsäure. Gebers geistigem Nachfolger, dem Perser Muhammad Ibn Sakarija (Rhazes), gelang hundert Jahre später die Herstellung von konzentrierter Schwefelsäure.

Schwefel als Rohstoff

Heute gehört die Schwefelsäure zu den meistproduzierten chemischen Grund-Stoffen – es sind weltweit rund 150 Millionen Tonnen pro Jahr. In alten Zeiten galt die Schwefelsäureproduktion als Mass für die Industrialisierung eines Landes. Ausgegangen wird stets von Schwefeldioxid, einem Naturprodukt, das bei Vulkanausbrüchen in riesigen Mengen ausgestossen wird.

Doch die chemische Technik muss sich für ihre Versorgung mit Schwefeldioxid auf das Verbrennen von Schwefel und das Rösten sulfidischer Kupfer-, Zink- und Bleierze abstützen. In rohstoffarmen Ländern begnügt man sich sogar mit Gips (Calciumsulfat), der mit Kohle zu Schwefeldioxid und Kalk reduziert wird. Gibt man noch Sand und Ton zu, so erhält man Zement als willkommenes Nebenprodukt.

Elementarer Schwefel, der Rohstoff der Schwefelsäureindustrie, entsteht u. a. bei der Entschwefelung von saurem Erdgas. Bis weit in die 1990er Jahre wurden auch grosse Mengen Schwefel nach dem Frasch-Verfahren aus Salzstöcken gewonnen, vor allem offshore im Golf von Mexiko. Solche Salzstöcke sind oft mit einem Deckel aus Schwefel und Kalkstein versehen, die beide durch bakterielle Reduktion von Gips entstanden. Um diesen Schwefel zu gewinnen, teufte man eine Bohrung in den Salzstock ab, schmolz den Schwefel mit heissem Druckwasser und brachte ihn mit Pressluft hoch – alles im gleichen Rohrsystem.

Nebenprodukt des Bergbaus

Die meisten dieser sogenannten Frasch-Anlagen mussten abgeschrieben werden, denn Umweltschutzgesetze verlangen zwingend die Nutzung des Schwefeldioxids, das beim Aufbereiten von Erzen anfällt. Bisher hatte man den unangenehmen Stoff über Hochkamine in der Atmosphäre entsorgt, was zu saurem Regen führte. Weil man aus Schwefeldioxid kaum etwas anderes als Schwefelsäure herstellen kann, wurden die Bergbaugesellschaften Säureproduzenten. Das Angebot vervielfachte sich, der Preis kollabierte, an gewissen Orten erhielt Schwefelsäure einen negativen Preis: Der Käufer wird dafür bezahlt, dass er sie abnimmt.

Für die Herstellung von Schwefelsäure ist aber nicht Schwefeldioxid erforderlich, sondern Schwefeltrioxid. Dieses entsteht an der Luft aus Schwefeldioxid, aber nur sehr langsam – man muss dem nachhelfen. Im 18. und 19. Jahrhundert erfolgte die Oxidation mit Stickstoffoxiden, in mit Bleiblech ausgeschlagenen Türmen (Bleikammerverfahren). Im 20. Jahrhundert setzte sich das Kontaktverfahren durch, bei welchem Schwefeldioxid mit Luft zum Trioxid oxidiert wird, unter Einsatz eines Vanadiumoxid-Katalysators.

Durch Einbringen von Schwefeltrioxid in konzentrierte Schwefelsäure erhält man Oleum, das für den Transport in Behältern aus Kunststoff oder Gusseisen bevorzugt wird. Erst am Bestimmungsort entsteht durch Wasserzugabe die handelsübliche, 98-prozentige, konzentrierte Schwefelsäure, eine farblose, ölige und hochviskose Flüssigkeit.

Chemisches Mädchen für alles

Zu den wichtigsten Anwendungen der Schwefelsäure gehören in der Düngemittelindustrie das Aufschliessen von Phosphatgestein und die Herstellung von Ammoniumsulfat. Dazu kommen der Aufschluss zahlreicher weiterer Mineralien sowie die Herstellung von Salzsäure, Phosphorsäure und Fluorwasserstoffsäure. Auch bei der Produktion von Farbstoffen, Waschmitteln, Kunstfasern, Kunststoffen, organischen Chemikalien und Metallen ist Schwefelsäure unentbehrlich. Bleibatterien verwenden 33,5-prozentige Schwefelsäure als Elektrolyt.

Schwefelsäure ist eine der stärksten Säuren: In der konzentrierten Form zieht sie unter Wärmeentwicklung Wasser von überall an, auch von organischen Stoffen, die dabei zersetzt werden. Dies schliesst Baumwollgewebe und menschliche Haut ein, die auf spektakuläre Weise durchlöchert werden: Im letzteren Fall entstehen schmerzhafte Wunden. Mit dem «chemischen Mädchen für alles» muss eben vorsichtig und respektvoll hantiert werden.

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