L’étain, un métal aux nombreuses utilisations
La croûte terrestre regorge de nombreux métaux, certains ont été découverts récemment, d’autres depuis des milliers d’années, c’est le cas de l’étain connu depuis l’Antiquité. Il fut utilisé pour concevoir le premier alliage, le bronze. Le mélange d’étain et de cuivre permet d’obtenir du bronze, la dureté et la résistance mécanique de cet alliage est augmentée par rapport aux métaux qui le composent, l’étain per-met d’améliorer la résistance à la corrosion notamment face à l’eau de mer.
Nous pouvons être confrontés à ce métal en faisant du bricolage pour réparer un circuit électronique ou plus généralement pour faire de la brasure, plus communément appelée soudure. L’étain est rapidement devenu incontournable pour le secteur des composants électroniques afin de réaliser les soudures, et dans une plus grande mesure pour le secteur des nouvelles technologies.
Dans cet article nous allons voir les utilisations qui sont faites de l’étain, puis l’état de son recyclage actuel.
I Ses caractéristiques
L’étain n’existe pas naturellement sous sa forme métallique, il est principalement extrait du minerai cassitérite. Sa concentration dans la croûte terrestre n’est pas abondante, il peut donc être qualifié de métal rare.
L’étain résiste bien à la corrosion de l’eau douce ou de mer, par contre il ne résiste pas aux acides forts. A l’air ambiant, il s’oxyde très lentement.
L’étain possède un point de fusion assez bas pour un métal, celui-ci est de 232°C. En plus de ce point de fusion bas, il possède une bonne qualité de conducteur électrique.
Ces qualités font que l’étain est irremplaçable comme élément d’alliage pour la soudure, et plus particulièrement pour la soudure de composants électroniques.
II Les utilisations de l’étain
L’étain étant un élément assez rare, sa consommation annuelle n’est pas très élevée en comparaison à d’autres métaux. Selon l’International Tin Association, en 2018, 372 000 tonnes d’étain ont été consommées dans le monde.
Selon sa consommation en 2018, son utilisation se répartie comme suit :
Soudure : 47 %
Chimie : 18 %
Fer-blanc (conserves, emballages) : 13 %
Batteries plomb-acide : 6 %
Alliages : 6 %
Autre : 6 %
Source ITA
1) Soudure
La principale utilisation de l’étain est pour la soudure. La soudure appliquée à l’électronique de haute technologie est particulièrement consommatrice d’étain.
Le brasage, communément appelé soudure, consiste à lier deux éléments par le biais d’un troisième qui fera la liaison entre les deux.
Les soudures d’étain sont principalement composées d’alliages fusibles à basse température. Ces alliages peuvent être fondus à des températures en dessous de 183°C, ce qui permet d’adhérer à de nombreux matériaux qui ont un point de fusion plus élevé.
De nombreux alliages de soudure sont à base d’étain-plomb, ceux qui ont un point de fusion inférieur à 70°C sont à base d’étain-indium.
Depuis 2006, l’étain à souder pour les composants électroniques doit être sans plomb, à cause de la toxicité du plomb. Des alliages à base d’argent et de cuivre comportant plus de 90% d’étain ont remplacé les alliages étain-plomb pour les soudures électroniques. La différence entre les points de fusion des deux alliages n’est pas très élevée, avec l’alliage étain-plomb le point de fusion était de 183°C, avec le nouvel alliage étain-argent-cuivre le point de fusion est de 220°C.
2) Chimie
L’étain et ses dérivés sont utilisés en chimie. L’oxyde d’étain est utilisé dans la production du verre pour augmenter la résistance du verre, il peut rendre le verre antistatique, ou également pour réfléchir les radiations infrarouges sur les vitres. Le chlorure d’étain est utilisé en tant que catalyseur dans les réactions d’acylation, d’alkylation et de cyclisation. L’étain est également un catalyseur pour de nombreux polymères, et un stabilisateur de PVC avec des teneurs de l’ordre de 1 à 1,5%.
3) Fer blanc
Le fer blanc désigne l’acier qui est recouvert d’une couche étain. Le rôle de l’étain est de former une barrière physique pour empêcher la corrosion de l’acier. L’étain est déposé par voie électrolytique. En France, en 2017, les emballages en fer blanc étaient recyclés à 85,1 %.
4) Batteries plomb-acide
Les batteries plomb-acide sont essentiellement utilisées en Chine. L’étain entre dans la composition de la batterie permettant d’améliorer les performances.
5) Alliages
Il existe une multitude d’alliages différents qui comportent plus ou moins d’étain, et utilisés dans des domaines différents allant de l’automobile à l’aérospatial en passant par les alliages dentaires à base d’argent.
Les alliages anti frictions ont des propriétés qui permettent de diminuer les frottements, c’est la raison pour laquelle ils sont utilisés pour le garnissage de coussinets de paliers pour moteurs, turbines, des équipements ferroviaires, presses et d’autres machines industrielles. Ces alliages contiennent entre 60 et 90 % d’étain, ils sont souvent alliés à de l’antimoine, du cuivre et du plomb.
Dans certains alliages aéronautiques comme l’alliage titane-aluminium, l’étain est présent entre 1 et 2,5%.
L’alliage niobium-étain est supraconducteur, et peut résister à des champs magnétiques extrêmement forts. Grâce à ses caractéristiques, cet alliage entre directement dans la fabrication d’aimants supraconducteurs.
6) Production de verre flotté
Le verre flotté est une technique qui consiste à faire refroidir le verre sur de l’étain liquide. Grâce à cette technique, le verre n’a plus besoin d’être poli lorsqu’il est sous forme solide, en effet les anciennes techniques utilisaient des surfaces solides qui marquaient le verre lorsqu’il séchait. Grâce à l’étain liquide, le verre refroidit en ayant une surface lisse comme celle d’un miroir.
III Son recyclage
1) Un enjeu écologique et économique
L’étain est un métal qui n’est pas abondant dans la croûte terrestre. Selon l’International Tin Association, si la consommation actuelle perdure à ce rythme et sans la découverte de nouvelles réserves, les ressources minières d’étain sont estimées à 50 ans.
L’étain n’existe naturellement pas sous sa forme métallique, les minerais doivent subir des transformations ce qui implique que la production d’étain est l’une des plus énergivores. Le Bureau of International Recycling a étudié l’impact carbone de la production primaire d’étain et la production issue du recyclage, il en a conclu que l’étain recyclé émettait 99% moins d’émissions de CO² que la production primaire d’étain.
Comme de nombreux métaux, l’étain peut être recyclé à l’infini en gardant sa qualité et ses caractéristiques. L’étain raffiné utilisé par les industriels peut provenir de l’extraction minière ou du recyclage, il n’y a aucune différence de qualité entre les deux sources d’étain. L’étain recyclé peut être sous forme de lingots purs, mais il est principalement sous forme d’alliages.
En 2018, 31% de l’étain consommé provenait du recyclage. 13% était de l’étain recyclé pur, le reste était de l’étain recyclé sous forme d’alliage.
L’étain est l’un des métaux non ferreux les plus chers, son recyclage est donc important économiquement mais de nombreux produits en contiennent sous différentes formes ce qui peut rendre son recyclage délicat.
2) Recyclage du fer blanc
L’étain utilisé dans la fabrication du fer blanc peut être récupéré par un traitement de soude chaude. Au contact de la soude l’étain se dissout, il est ensuite récupéré par électrolyse. Cette technique de recyclage n’est pas utilisée en France car les quantités d’étain dans le fer blanc sont très faibles, l’acier représente 99,7% du poids du fer blanc. Il est donc recyclé sans séparation de l’étain de l’acier.
3) Recyclage des rebuts et déchets de production
Les industries qui utilisent de l’étain dans leur processus de fabrication génèrent des résidus ou des chutes. L’étain présent dans ces chutes et rebuts de production industrielle est l’étain le plus recyclé.
Par exemple, les industries faisant de l’étamage de tôles, de pièces de moteurs, des boîtes de vitesses ou des coussinets auto-lubrifiant, sont susceptibles de produire des déchets d’étain. Des déchets contenant de l’étain peuvent être par exemple des tournures ou scories d’étain, des résidus de soudure notamment dans l’industrie électronique, et les matériaux réfractaires des bains d’étain dans l’industrie de la verrerie.
Pour recycler vos déchets d’étain, Valorema est une entreprise spécialisée dans le recyclage et la valorisation des métaux spéciaux et précieux. Elle recycle tous les déchets à base d’étain que ce soit de l’étain pur ou sous forme d’alliages. Pour plus d’informations concernant la reprise de vos déchets à base d’étain, contactez-nous via notre site internet.
4) Recyclage des produits finis
L’étain est présent dans de nombreux produits principalement dans les parties électroniques. Son recyclage est complexe du fait qu’il soit disséminé en petites quantités parmi d’autres matériaux. Du fait des nombreux matériaux présents dans les produits finis, le recyclage de l’étain peut être influencé par de nombreux facteurs comme la faisabilité économique ou la variation du prix des matériaux auquel l’étain est associé dans le produit fini.
Avec les techniques de recyclage actuelles des cartes électroniques l’étain de soudure est perdu lors du processus. La pyrométallurgie permet de récupérer les métaux précieux contenus dans la carte électronique au détriment de l’étain qui a une valeur économique plus faible.
Conclusion
Au fil de cet article nous avons vu que l’étain était un métal possédant des caractéristiques uniques. C’est un métal assez rare produit en petites quantités mais qu’il est important de recycler. L’étain est principalement utilisé pour la soudure grâce à son bas niveau de fusion et dans les alliages pour transmettre ses propriétés aux autres métaux. L’étain est principalement recyclé au cours des processus de production, mais le recyclage de l’étain contenu dans les produits finis est quasi inexistant surtout dans le recyclage des soudures des cartes électroniques.