Brevet FR2460345A1 — publié le 19810123

La présente invention concerne la technique de préparation des dérivés de l'or et se rapporte plus précisément à un électrolyte pour dorure. L'invention revendiquée trouvera des applications pour la préparation des réactifs dérivés de ltor destinés aux industries: électronique, horlogère, radiotechnique et à la bijouterie. On connatt déjà des électrolytes destinés à la dorure dérivés d'auridicyanures de potassium ou de sodium, comprenant le sulfate de potassium, le phosphate dipotassique, un sel de métal alcalin d'acide éthylènediaminoacétique obtenus par dissolution anodique ou chimique de l'or dans des solutions de cyanures de métaux alcalins. La préparation et l'utilisation desdits électrolytes sont liées à la formation et à l'utilisation des substances toxiques. Les électrolytes susdits ne permettent d'obtenir des revêtements de qualité que lorsque lesdits revêtements sont de fortes épaisseurs. La préparation et l'utilisation desdits électrolytes sont entachées de difficultés connexes à la récupération de l'or à partir des liqueurs usées et des liqueurs-mères et à la neutralisation des substances toxiques. A l'heure actuelle les électrolytes pour dorure les plus utilisés sont des dérivés d'auridisulfite, d'auriéthylènediaminatodisulfite et d'auridiamminodisulfites de métaux alcalins dont les caractéristiques sont fonctions de leur procédé de préparation. Le procédé de préparation des électrolytes susdits consiste à transformer l'acide aurichlorhydrique (ou le tétrachloroaurate (III) d'hydrogène) en un dérivé de l'or difficilement soluble, en hydroxyde d'or ou en un ammoniacate basique d'or pour 11 élimination des ions Cl , dérivé que l'on soumet à un traitement par des solutions de sulfites de métaux alcalins avec une stabilisation subséquente des complexes sulfitiques obtenus en solution. les dérivés de l'or obtenus par le procédé technologique et qui sont difficilement solubles manquent de stabilité ce qui a pour conséquence une libération partielle de l'or métallique qui détériore le rendement en produit final. Cela implique également la préparation d'électrolytes fortement concentrés pour dorure, stables au stockage et à l'utilisation et réduit ainsi l'efficacité du procédé technologique. On connaît déjà d'après le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 3 893 896 un électrolyte pour dorure dérivé de l'auridisulfite de potassium de formule suivante (en grammes par litre) K3 ÈAu Na2H2Edta 0,1 à 100 K2S04 1 à 100 K2HP04 10 à 40 H20 le reste, la densité de courant à la cathode étant Dc = 0,1 à 1,2 A/dm2, c la température étant de 18 à 800C. L'électrolyte pour dorure en question présente un pouvoir diffusant jusqu'à 90po, un rendement en courant de 70 à 80%, une durée de stockage à la température de 250C au maximum de 4 moins, un début de décomposition pour une densité de courant cathodique D supérieure à 0,8 A/dm2-. Ledit électrolyte permet d'obtenir des revêtements de qualité, finement dispersés, d'une dureté Vickers de 80 à 220 kgf/mm2, d'une porosité pour une épaisseur de 15 microns de 25 à 30 pores au centimètre carré ou exempts de pores pour une épaisseur ne dépassant pas 5 microns. Le procédé de préparation de l'électrolyte en question consiste à traiter l'acide aurichlorhydrique par de l'ammoniaque à pH = 3 à 6 jusqu'à l'obtention d'un ammoniacate d'or basique, suivie de la décantation de la liqueur-mère et du lavage à l'eau chaude, On introduit la suspension obtenue dans une solution chaude de sulfite de potassium (à concurrence de 150 grammes/litre) et on traite ensuite le mélange obtenu à une température de 70 à 900C pendant 48 à 72 heures en additionnant un sel de métal alcalin d'acide éthylèneiaminetétracétique, du sulfate de potassium et de l'hydrogénophosphate dipotassique. On sépare par filtration -l'électrolyte obtenu du dépôt d'or partiellement précipité.Le rendement en électrolyte pour dorure calculé par rapport à l'or métallique est de 30 à 60fi. L'électrolyte pour dorure susdit est caractérisé par une basse stabilité au cours du stockage et en utilisation ainsi quepar des propriétés technologiques insuffisantes. On s'est donc proposé, en modifiant la composition du composé complexe d'or, de créer un électrolyte pour dorure qui offre de meilleures propriétés technologiques et une haute stabilité au cours du stockage et en utilisation. La solution à ce problème consiste en ce que 1' électrolyte pour dorure contenant un complexe d'or avec un ion sulfite, un sel de métal alcalin d'acide éthylènediaminetétracétique, l'hydrogéno phosphate dipotassique, le sulfate de potassium et l'eau, contient, suivant l'invention, comme complexe d'or avec ion sulfite le composé suivant : le p-éthylènediaminetétracétato-bisZsulfite or (I) J hexapotassium pour les proportions suivantes des constituants, en grammes parlitre p-éthylènediamine tétracétato-bis tsulfite or (I) J hexapotassium 10,5 à 123,0 sel de métal alcalin d'acide éthylène-diaminetétracétique 17,8 à 140,0 sulfate de potassium 12,6 à 110,0 hydrogénophosphate dipotassique 4,7 à 40,0 eau le reste. Les teneurs en divers composants de l'électrolyte s'expliquent par le fait que lorsque la teneur en p-éthylène-diamino- tétracétato-bis L sulfite or (I) J hexapotassium est inférieure à 10,5 grammes par litre la vitesse de la précipitation électrolytique est insuffisamment élevée, alors que si sa teneur est supérieure à 123 grammes par litre la qualité des revêtements se dégrade. Les proportions du sel de métal alcalin d'acide éthylènediaminetétracétique, de sulfate de potassium et de phosphate dipotassique influent sur la qualité des revêtements, en particulier sur leur dureté et sont fonctions de la teneur en p-éthylènediaminetétracétato-bis ulfite e or (I) J hexapotassium. Il est avantageux que l'électrolyte pour dorure revendiqué contienne ses composants dans les proportions suivantes, grammes/litre p-éthylènediaminetétracétato-bis /sulfite or (I) hexapotassium 10,5 à 25,0 sel dipotassique disodique de l'acide éthylènediaminetétracéti que 17,8 à 40 sulfate de potassium 12,6 à 28,4 hydrogénophosphate dipotassique 4,7 à 10,4 eau le reste. Les quantités indiquées des composants de la formule optimale de l'électrolyte pour dorure lui confèrent la fiabilité maximale en utilisation. C'est ainsi que le composé K Na Edta pris dans les proportions indiquées inhibe la dissociation de l'ion éthylènediaminetétracétate à partir du composé K6 Au(SO3)2 enta J sous l'effet des forces du champ électrique dans la couche adjacente à l'électrode. Dans ce cas la réaction électrochimique ne se déroule que dans la couche électrique double et exclut la décomposition spontanée du complexe au sein de la solution qui s'accompagne de la libération de l'or sous forme de poudre. K2S04 pris dans les proportions indiquées permet d'obtenir une électroconductivité de la solution acceptable au point de vue technologie. K2HP04 pris dans les proportions indiquées confère au milieu les propriétés d'un tampon. Cela est indispensable car il se déroule à l'anode la réaction S032- + H2O -2 e S042- + 2H+, ce qui risque d'entratner l'acidification (l'abaissement du pH) du milieu et de provoquer la dégradation du complexe au sein de la solution. Les caractéristiques de l'électrolyte revendiqué sont obtenues gracie à son procédé de préparation. Pour préparer l'électrolyte on introduit simultanément dans l'eau à une température de 70 à 950C des solutions d'hydrogéno phosphate diammonique et d'acide aurichlorhydrique tétrachloroaurate (ICI) d'hydrogène à une vitesse telle que le pH de la suspension formée soit égal à 4,5 à 6,0. Par ailleurs il se forme un précipité de bis [dihydroxyphosphatomonohydroxyphosphat S aurate d'ammonium pentahydraté répondant à la formule brute (NH4)3 [Au(HPO4)2(H2PO4)2].5H2O. On lave ce précipité et on le filtre ou bien on le décante pour le libérer des chlorures et on l'introduit par portions dans une solution contenant le sel d'un métal alcalin de l'acide éthylènediaminetétracétique etla potasse caustique à pH = 9 à 10 et à une température de 70 à 900C. Lorsque le complexe insoluble (NH4) u(HP04)2(H2P04)2. 5H20~7 réagit avec ladite solution il y a dissolution partielle du précipité avec formation d'un complexe soluble d'éthylènediaminetétracétate d'or trivalent. Ensuite à pH = 9 on introduit dans la suspension obtenue une solution contenant le sulfite de potassium et la potasse caustique. Le complexe soluble susdit réagit avec les ions sulfite, et au cours de cette réaction il y a réduction de l'or trivalent en or monovalent avec formation du complexe sulfitique : K6 tAu (S03)2 Edta 7 . Du fait de ces phénomènes 11 équilibre est déplacé vers la dissolution du précipité, alors que les stades indiqués excluent les phénomènes parasites qui conduisent à la dégradation des complexes d'or monovalent en or métallique0 Le rendement en électrolyte calculé par rapport à l'or est de 86%. Un rendement aussi élevé en électrolyte revendiqué s'explique par le fait qu'on utilise l'hydrogénophosphate diammonique pour la précipitation du complexe difficilement soluble d'or. Ce produit de précipitation a une composition constante répondant à la formule (NH4)3 LÂu (HP04)2 (H2Po4)2J 5H20 et assure la reproductibilité de la préparation de 1' électrolyte pour dorure contrairement au produit de précipitation par l'ammoniaque qui est un ammoniacate d'or basique connu sous le nom de l'or fulminant de composition variable. Le complexe (NH4)3Z u(HPo4)2.(H2Po4)2~7. 5H20 est insoluble dans un excès d'hydrogénophosphate diammonique ce qui permet de réaliser la précipitation totale de l'or.Ce complexe est une poudre facilement précipitable compacte qui ne se dégrade pas à l'état humide ou à sec contrairement à l'ammoniacate d'or basique ("or fulminant") extrêmement instable et dangereux au point de vue explosion à l'état humide et surtout à l'état sec. Cela permet donc de mettre en oeuvre la filtration et le lavage sur filtre pour réaliser la libération des chlorures au lieu des décantations multiples employées dans le cas de l'ammoniacate d'or basique. Au cours de la dissolution subséquente dudit complexe les phosphates qui sont des composants de l'électrolyte pour dorure revendiqué passent en solution.Ainsi le choix de l'hydrogéno phosphate diammonique comme agent de précipitation permet de réduire les pertes en or gracie à la précipitation totale, à la réduction des pertes mécaniques par mise en oeuvre de la filtration au lieu de la décantation multiple et à l'absence d'or métallique dans le précipité due à la stabilité chimique du complexe (NH4)3 Au(HP04)2 . (H2P04)2 7 . 5H20 et par conséquent grâce à la diminution des pertes d'or au cours des opérations subséquentes. L'électrolyte pour dorure obtenu a la composition suivante, grammes/litre K6 CAu(SO,)2Edta,7 10,5 à 123 K Na Edta 17,8 à 140 K2804 12,6 à 110 K2HP04 4,7 à 40 HO le reste. Conditions de précipitation recommandées : température 18 à 600C, densité de courant à la cathode D = 0,02 à 15,0 A/dm2 c pour supports en laiton, cuivre, bronze, nickel et acier inoxydable (sans nickelage préalable), anodes - acier inoxydable, platine, graphite. L'électrolyte pour dorure revendiqué a un pouvoir diffusant jusqu'à 80%, un rendement en courant de 80 à 90il, une durée de stockage à la température de 250C supérieure à 12 mois un début de décomposition pour Dc = 15 A/dm2. L'électrolyte pour dorure susdit permet d'obtenir des revêtements de qualité finement dispersés d'une dureté Vickers de 80 à 220 kgf/mm2, d'une porosité pour une épaisseur de 15 microns de 15 à 20 pores/cm2 ou des revêtements exempts de pores pour une épaisseur ne dépassant pas 5 microns. L'électrolyte pour dorure revendiqué présente par comparaison avec l'électrolyte connu des paramètres technologiques améliorés, une haute stabilité au stockage, en utilisation et un rendement élevé en or lors de sa préparation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description de plusieurs exemples qui vont suivre de formules de l'électrolyte revendiqué et de son procédé de préparation. Exemple 1. On dissout dans 1500 cm3 d'eau 5 grammes d'hydrogéno phosphate diammonique et on porte la solution à 850C après quoi on y verse simultanément sous agitation pendant 30 minutes une solution contenant 76,3 grammes d'acide aurichlorhydrique, 15 cm3 d'acide chlorhydrique et 250 cm3 d'eau et une solution contenant 35 grammes d'hydrogénophosphate diammonique et 250 cm3 d'eau. Il importe de réunir les solutions à une cadence telle que la valeur de pH de la suspension qui se forme soit égale à 6,0. On sépare le précipité de (NH4)3 ZAu(HP04)2.(H2P04)2J. 5H2 formé dans la solution et on le lave avec 500 cm3 d'eau après quoi on le mélange à 200 m3 d'eau pour former une suspension. On introduit la suspension obtenue par portions (d'environ 20 cm3 chacune) dans une solution qui contient 140 grammes de sel disodique d'acide éthylènediaminetétracétique dihydraté et de la potasse caustique, jusqu'à un pH de 9,0 dans 500 cm3 d'eau à une température'de 700C. On introduit dans le mélange obtenu, par portions de 20 à 25 cm3 chacune, une solution contenant 110 grammes de sulfite de potassium dans 500 cm3 d'eau pendant 20 minutes jusqu'à dissolution complète du précipité. l'électrolyte pour dorure obtenu qui est un concentré apte aussi bien à l'utilisation tel quel qu'à la préparation d'électrolytes pour dorure moins concentrés contient, en grammes/litre K6 f Au(S03)2 Enta J 123 K Na Edta 52 K2S04 40 K2HP04 40 Ho le reste On prépare des électrolytes moins concentrés en diluant le concentré par l'veau et en ajoutant d'autres composants jusqu'aux concentrations suivantes : pour le sulfate de potassium jusqu'à 110 grammes/litre, pour lthydrogénophosphate dipotassique jusqu a 40 grammes/litre, pour le sel disodique dipotassique d'acide éthylènediaminetétracétique jusqu'à 140 grammes/litre. L'électrolyte pour dorure considéré est caractérisé par les paramètres suivants pouvoir diffusant 90 % rendement en courant 80 % durée de stockage à la température de 250C plus de 12 mois début de la décomposition de l'électrolyte à une Dc supérieure à 15A/dm2. Lors de l'utilisation de la solution susdite (qui est un concentré) sur des supports de cuivre, de nickel et d'acier inoxydable à une température de 200C et à une densité de courant cathodique D = 0,01 A/dm2 il se forme par dépit des c revêtements exempts de pores jusqu'à une épaisseur de 7 microns à une vitesse de 5 microns par heure. Les conditions optimales de dépit sont les suivantes : température de 20 à 600C, Dc 0,2 à 0,6 A/dm2, vitesse de dépit 8 à 14 microns/heure. 'les revêtements obtenus sous les conditions optimales sont exempts de pores jusqu'à une épaisseur de 5 microns, tandis qu'en couches plus épaisses ils ont une porosité de 15 à 20 pores/cm2 suivant les conditions de dépôt. Exemple 2. Pour préparer un électrolyte pour dorure contenant en grammes / litre : K6 [Au(SO3)2 Edta] 10,5 K2Na2Edta 17,8 K2S04 12,6 K2P04 4,7 HO le reste. on ajoute 85 cm3 de concentré obtenu suivant l'exemple 1 à l'exception -de ce que l'on effectue la précipitation de (NH4)3L-Au(H2P04) . (H2P04)7 . 5H20 à pH de 4,5 et à une température de 95 C alors que l'on effectue la dissolution du précipité obtenu à une température de 90 C et à pH de 10, on ajoute 915 cm3 d'eau, 13,4 grammes de sel disodique dipotassique d'acide éthylènediaminetétracétique, 9,3 grammes de sulfate de potassium, 5,3 grammes de phosphate de potassium et on brasse la solution à la température ambulante. L'électrolyte pour dorure est caractérisé par les paramètres suivants pouvoir diffusant 80 % rendement en courant 80 Ne durée de stockage à la température de 250C plus de 12 mois début de la décomposition de l'électrolyte à une Dc supérieure à 15,2 A/dm2. On procède à la précipitation dans l'électrolyte préparé à une température de 35 C pour une Dc = 0,2 A/dm2 sur des supports en acier inoxydable ou en laiton. On obtient des revêtements mats, poreux. Beur porosité se chiffre par 15 pores/ centimètre carré pour une épaisseur de 15 microns. Dureté Vickers-180 kgf/mm2. exemple 3. On procède en ajoutant à 185 cm3 de concentré obtenu suivant l'exemple 1, à l'exception de ce que l'on effectue la précipita- tion de (NH3)3 [Au(HPO4)2.(H2PO4)2]. 5H20 à une température de 9O0C et à pH de 5,5, alors que la dissolution du précipité obtenu se fait à une température de 85 C et à pH de 9,5, on ajoute 815 cm3 d'eau et 12,6 grammes de sulfate de potassium et on obtient un électrolyte contenant, en grammes par litre K6 fAu(03)2EdtaJ 27,0 Na2K2Edta 10,3 K2S04 20,0 K2HPO4 10,4 H20 le reste. L'électrolyte a les caractéristiques suivantes pouvoir diffusant 85 % rendement en courant 70 % durée de stockage à la température de 250C plus de 12 mois début de la décomposition de l'électrolyte à une Dc de 15 A/dm2. On effectue la précipitation au sein de l'électrolyte préparé, à la vitesse de 12 microns/heure sur du la'ton, du cuivre et du nickel à une température de 40 C, Dc = 0,4 A/dm2. On obtient des revêtements brillants jusqu'à une épaisseur de 50 microns. La porosité est de 15 pores/cm2. Dureté Vickers-220 kgf/mm2. Exemple 4. On prépare un électrolyte pour dorure contenant, en grammes par litre K6 [Au(SO3)2Edta] 48,7 Na2K2Edta 140 K2SO4 110 K2HPO4 18,7 HO le reste, en ajoutant à 333 cm3 de concentré obtenu suivant l'exemple 1 667 cm3 d'eau, 97 grammes de sulfate de potassium et 123 grammes de sel disodique dipotassique d'acide éthylènediaminetétracétique. L'électrolyte a les caractéristiques suivantes pouvoir diffusant 90 % rendement en courant 80 % durée de stockage à la température de 250C plus de 12 mois début de la décomposition de l'électrolyte à une Dc de 16,2 A/dm2 A la température'de 400C, Dc = 0,3 A/dm2 sur laiton, nickel, bronze et acier inoxydable il se forme un dépit de revetements brillants jusqu'à une épaisseur de 100 microns à une vitesse de 12 microns/heure. Sur laiton, bronze, nickel, les revêtements jusqu'à une épaisseur de 5 microns sont exempts de pores, sur acier inoxydable pour les mêmes épaisseurs la porosité est de 5 pores/cm2. Dureté Vickers - 80 kgf/cm2. Exemple 5. Pour préparer un électrolyte pour dorure contenant, en grammes/litre K6 L-Au(03)2EdtaJ 18,9 K Na Edta 32,2 K2S04 22,7 H20 le reste, on ajoute à 153 cm3 de concentré obtenu suivant l'exemple 1 23,4 grammes de sel disodique dipotassique d'acide éthylènediaminetétracétique, 6,6 grammes de sulfate de potassium, 1,9 grammes de phosphate dipotassique et de l'eau pour compléter à 1 litre. .L'électrolyte pour dorure susdit a les caractéristiques suivantes pouvoir diffusant 90 % rendement en courant 84 % durée de stockage à la tempéra ture de 250C plus de 12 mois début de la décomposition de 2 l'électrolyte à Dc 16 A/dm On effectue la précipitation au sein de l'électrolyte revendiqué préparé à une température de 450C et pour une De = 0,4 A/dm2 sur des supports en laiton, en acier inoxydable. 2 La porosité des revetements obtenus est de 23 pores/cm pour une épaisseur de 15 microns. Dureté Vickers 165 kgf/mm2. Exemple 6. On prépare un électrolyte pour dorure contenant, en gramme/litre K6 L nu (S03)2Edtag 25,0 Na K Edta 40 K2S04 28,4 K2HP04 12,4 HO le reste 2 en ajoutant à 310 cm3 de concentré obtenu suivant l'exemple 1 23 grammes de sel disodique dipotassique d'acide éthylènediamine tétracétique, 16,4 grammes de sulfate de potassium, et de l'eau pour compléter à 1 litre. L'électrolyte obtenu pour dorure a les caractéristiques suivantes pouvoir diffusant 80 % rendement en courant 90 % durée de stockage à la température de 250C plus de 12 mois début de la décomposition de l'électrolyte à une Dc de 15,8 A/dm2. On effectue la précipitation au sein de l'électrolyte préparé à une température de 60 C et pour une D = 0,2 A/dm2 sur c des supports en laiton et acier inoxydable. La porosité des supports en laiton et acier inoxydable. La porosité des revetements obtenus est de 30 pores au centimètre carré pour une épaisseur de 15 microns. Dureté Vickers 100 kgf/mm2. On effectue la déposition électrolytique de l'or à partir des électrolytes suivant les exemples 1 à 5 dans des électrolyseurs de toutes les conceptions connues. Dans tous les exemples cités la récupération de l'or à partir des électrolytes usés se faitpar introduction dans lesdits électrolytes de l'acide sulfurique jusqu'à un pH inférieur à 3 - 4 avec chauffage ultérieur jusqu'à une température de 50 à 600C et séparation par filtration de l'or précipité en poudre. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à celui de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus particulièrement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS I. Electrolyte pour dorure contenant un complexe d'or et d'ion sulfite, un sel de métal alcalin de l'acide éthylènediamine tétracétique, l'hydrogénophosphate dipotassique, le sulfate de potassium et l'eau caractérisé en ce qu'à titre de complexe d'or et d'ion sulfite il contient le p-éthylènediaminetétracétato-bis sulfite or (1) hexapotassium pour les proportions suivantes des constituants, en grammes parlitre : 'i-éthylènediaminet étracétato-bis sulfite or (1) hexapotassium 10,5 à 123,0 sel de métal alcalin d'acide éthylènediaminetétracétique 17,8- à 140 sulfate de potassium 12,6 à 110 hydrogénophosphate dipotassique 4,7 à 40 eau le reste. 2. Electrolyte pour dorure suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il.contient les constituants dans les proportions suivantes, en grammes par litre p-éthylènediaminetétracétato-bis Bisulfite or (1)~/hexapotassium 10,5 à 25,0 sel disodique dipotassique d'acide éthylènediaminetétracétique 17,8 à 40 sulfate de potassium 12,6 à 28,4 hydrogénophosphate dipotassique 4,7 à 10,4 eau le reste.