Schwefelsäureherstellung

Schwefelsäure ist eine starke Säure, die die Industrie aus Schwefel herstellt, zuerst in Bleikammern, heute im Kontaktverfahren an einem festen Katalysator. Sie wurde zu einer Grundlage der chemischen Industrie, und der größte Teil geht heute in Phosphatdünger. In Europa stellte man sie spätestens im 16. Jahrhundert her, und ab den 1740er-Jahren erzeugte die Fabrik von Joshua Ward bei London sie durch Verbrennen von Schwefel für den Handel.

Was es ist

Schwefelsäure ist eine schwere, ölige, farblose Flüssigkeit aus Schwefel, Sauerstoff und Wasserstoff. Lange hieß sie Vitriolöl, weil man sie zuerst durch Erhitzen von Vitriolen gewann, den kristallisierten Sulfaten von Metallen wie dem Eisenvitriol, einem Eisensulfat. Seit dem 18. Jahrhundert wird sie in großem Maßstab aus Schwefel selbst hergestellt.

Vitriolöl und Eisenvitriol, das Eisensulfat, aus dem man es zuerst gewann.

Kaum eine Industrie kommt ohne sie aus. Am meisten wird für die Herstellung von Phosphorsäure für Dünger verbraucht. Schwefelsäure dient außerdem zum Raffinieren von Erdöl, zum Herauslösen von Metallen aus Erzen, zum Beizen von Stahl vor dem Beschichten, zur Herstellung von Waschmitteln und Zellstoff und als Säure im Bleiakkumulator.

Schwefelsäure verätzt Haut und Augen, ihr Nebel schädigt die Lunge, und mit manchen Haushaltsreinigern vermischt setzt sie große Hitze und Säuredämpfe frei. Ihre Herstellung ist Großchemie, die nur in genehmigten und streng überwachten Anlagen betrieben wird, und kein Verfahren, das man anderswo versuchen sollte.

Wie es funktioniert

Industrielle Schwefelsäure wird aus Schwefel hergestellt. Schwierig ist es, den Schwefel genug Sauerstoff aufnehmen zu lassen, denn diese Reaktion verläuft für sich allein nur sehr langsam; die beiden industriellen Verfahren unterscheiden sich darin, wie sie sie beschleunigen.

Im Bleikammerverfahren übertragen Stickoxide den Sauerstoff. Seinen Namen hat das Verfahren von den großen, mit Bleiblech ausgekleideten Räumen, in denen die Reaktion ablief, denn Blei war das einzige gebräuchliche Metall, das der Säure auf Dauer standhielt. Die Kammersäure blieb ziemlich verdünnt.

Gediegener Schwefel und Pyrit, zwei Rohstoffe der Säurefabriken.

Im Kontaktverfahren übernimmt ein fester Katalysator diese Aufgabe, ein Stoff, der die Reaktion beschleunigt, ohne verbraucht zu werden: zuerst Platin, später meist Vanadiumoxid. Das Kontaktverfahren liefert konzentrierte Säure und Oleum, eine rauchende Säure, die das Kammerverfahren nicht herstellen konnte.

Der Schwefel kam zunächst als Rohschwefel. Später nutzten die Fabriken auch die schwefelhaltigen Röstgase, die Hütten beim Rösten von Pyrit und sulfidischen Erzen von Metallen wie Kupfer und Zink freisetzten. Heute wird der meiste Schwefel bei der Raffination aus Erdöl und Erdgas zurückgewonnen, und Metallhütten verarbeiten noch immer einen Teil ihrer Abgase zu Säure.

Geschichte und Entwicklung

Alchemisten gewannen Vitriolöl aus Vitriolen, und in Europa stellte man die Säure spätestens im 16. Jahrhundert her. Nordhausen im Harz versorgte jahrhundertelang die deutschen Länder mit einer aus Vitriol gewonnenen rauchenden Säure, die nach der Stadt benannt wurde. Chemiker wussten zudem, dass verbrennender Schwefel dieselbe Säure liefern konnte.

Joshua Ward, ein Londoner Händler mit Patentarzneien, stellte in den 1740er-Jahren in Twickenham die Säure durch Verbrennen von Schwefel her.

1746 ersetzten John Roebuck und Samuel Garbett in Birmingham Wards zerbrechliche Glasgefäße durch Kammern aus Holz, die mit Bleiblech ausgekleidet waren. Sie ließen sich viel größer bauen und senkten den Preis der Säure stark. Später eröffneten die beiden eine größere Fabrik in Prestonpans bei Edinburgh. Ihre Säure kauften vor allem Leinenbleicher, die damit ihre Tuche säuerten.

Knochen und Phosphatgestein, frühe Rohstoffe des Superphosphatdüngers.

Neue Industrien verlangten danach immer mehr Säure. Das Leblanc-Verfahren, 1791 in Frankreich patentiert, brauchte Schwefelsäure, um Soda aus Kochsalz zu gewinnen. 1842 ließ John Bennet Lawes das Superphosphat patentieren, einen mit der Säure hergestellten Phosphatdünger; 1843 eröffnete er dafür eine Fabrik in Deptford. Der Turm des französischen Chemikers Joseph Louis Gay-Lussac fing die Stickoxide am Ausgang der Kammern auf, und in den 1860er-Jahren verbreitete sich in den britischen Fabriken der Turm von John Glover und führte sie in den Prozess zurück.

Peregrine Phillips aus Bristol ließ das Kontaktverfahren mit einem Platinkatalysator 1831 patentieren, doch jahrzehntelang fand es keine industrielle Anwendung. 1875 griff Clemens Winkler an der Bergakademie Freiberg in Sachsen das Verfahren auf, um Oleum herzustellen, das die junge Farbenindustrie für künstliches Alizarin brauchte, einen roten Farbstoff aus Steinkohlenteer. Rudolf Knietsch entwickelte es dann bei der BASF in Ludwigshafen weiter, wo Gasreinigung und Kühlung es zuverlässig machten. Mit der Zeit verdrängte das Kontaktverfahren die Bleikammern fast überall.