Elemente, Schulbuch

106 5 GROSSTECHNIsCHE CHEMIE Verwendung der Schwefelsäure Ein großer Teil der Schwefelsäure wird zur Produktion von Düngemitteln verwendet. Sowohl bei Phosphaten als auch bei Stickstoffdüngern und bei Kalidüngern wird in der Produktion Schwefelsäure eingesetzt. (Reaktionen: siehe Kap. 5.3) Der Grund dafür ist, dass Sulfate im Boden für die Pflanzen nicht schädlich sind – in gewissem Umfang sind sie für die Pflanzen zur Deckung des Schwefelbedarfes sogar notwen- dig. Phosphorsäure wird durch Reaktion von Schwefelsäure mit dem natürlich vorkom- menden Calciumphosphat aus den Phosphatlagerstätten (Phosphorit, Apatit) ge- wonnen. Ca 3 (PO 4 ) 2 + 3 H 2 SO 4 → 3 CaSO 4 + 2 H 3 PO 4 Der dabei entstehende Gips (Calciumsulfat) dient, wie schon erwähnt, als Baustoff. Die Phosphorsäure wird zu Düngemitteln, wie zB Ammoniumhydrogenphosphat, weiterverarbeitet. Sie enthält etwas giftigen Fluorwasserstoff, da das Calciumphos- phat immer etwas Calciumfluorid enthält. Daher wird Phosphorsäure zur Herstellung der Phosphate für Lebensmittel auf anderem Weg erzeugt. Ein weiteres wichtiges Einsatzgebiet für Schwefelsäure ist die Herstellung von Titan(IV)-oxid (TiO 2 ). Das Mineral Ilmenit (FeTiO 3 ) wird dabei in heißer 90%iger Schwefelsäure aufgeschlossen und in Wasser als Titanylsulfat (TiOSO 4 ) gelöst. Nach dem Erkalten kristallisiert Eisen(II)-sulfat aus und wird durch Filtration abgetrennt. Das gelöste Titanylsulfat wandelt sich bei weiterer Verdünnung in schwer lösliches Titan(IV)-oxid um, das abschließend getrocknet wird. Es ist ein ausgezeichnet de- ckendes Weißpigment für Lacke und Straßenmarkierungsfarben, für Kunststoffe und Papier. Da es ungiftig ist, wird es auch in Zahnpasten, Kosmetikas und Lebens- mitteln verwendet. Es ist bei weitem das wichtigste Weißpigment (Weltproduktion: mehrere Millionen Tonnen pro Jahr). Beim Prozess fallen pro Tonne Titan(IV)-oxid 6–9 t 20%ige Schwefelsäure an. Da Schwefelsäure sehr billig und die Aufkonzent- rierung der Dünnsäure sehr energieaufwändig ist, wurde sie früher von Schiffen in das Meer geleitet (Dünnsäureverklappung). Dies hat zu großen Umweltschäden in der Nordsee geführt. Daher baut man heute Anlagen, die die Dünnsäure wieder in die Produktion rückführen, auch wenn die Energiekosten den Schwefelsäurepreis stark übersteigen. (Auf Grund dieser Probleme wurde ein weiteres Herstellverfahren für TiO 2 entwickelt, bei dem man den Ausgangsstoff Ilmenit mit Koks und Chlor in Titantetrachlorid – TiCl 4 – überführt und dieses dann mit Wasserdampf oder Sau- erstoff zu TiO 2 umsetzt.) Bei der Herstellung von Textilfasern auf Cellulosebasis (Viscose) wird aus Holz ge- wonnene Cellulose mit Natronlauge und Schwefelkohlenstoff behandelt. Dadurch wird sie wasserlöslich. Die Lösung wird durch eine Spinndüse in ein Bad mit ver- dünnter Schwefelsäure gepresst. Dabei wird die Natronlauge neutralisiert, der Schwefelkohlenstoff wird frei und kann in den Prozess rückgeführt werden. Die gebildete Cellulose liegt als langer Faden vor, der ähnliche Eigenschaften wie Baum- wolle hat. Der größte Viscosefaserhersteller der Welt befindet sich in Lenzing in Oberösterreich. Als Abfall entstehen beim Prozess große Mengen Natriumsulfat, die in die Flüsse geleitet werden. Mit Salpetersäure gemischt, dient Schwefelsäure als „Nitriersäure“ zur Herstellung von Sprengstoffen (zB das bekannte „Nitroglcerin“) und Lackrohstoffen (Nitrolacke). (Siehe Kap. 5.2) In Bleiakkumulatoren wird etwa 30%ige Schwefelsäure als Elektrolyt eingesetzt. ■ 106.1: Bestimm die Reaktionsgleichung für den Röstprozess von Pyrit (FeS 2 )! (Unter anderem entsteht Eisen(III)-oxid.) ■ 106.2: Außer durch Recycling oder durch Verklappung kann Dünnsäure noch auf einem anderen Weg entsorgt werden. Formulier eine Reaktionsgleichung für den billigsten Weg! ÜBUNGEN Wärme Elektr. Energie Wärme Gipstrocknung Konzentrierung der H 3 PO 4 Trocknung der Gipsplatten S SO 2 SO 3 H 2 SO 4 H 2 SO 4 H 3 PO 4 Gips TiO 2 Düngemittel Viskose Lacke Sprengstoffe Akkumulatoren Weißpigment Straßenmarkierung Papier Kunststoffe Lacke Milchglas Zahnpaste Kosmetika Lebensmittel Abb. 106.2: Produkte, ausgehend von Schwefelsäure Abb. 106.3: Einsatzbereiche für Weißpigmente Abb. 106.1: Energetische Nutzung der Abwärme bei der Schwefelsäureerzeugung Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv