Cassitérite

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Cassitérite
Catégorie IV : oxydes et hydroxydes[1]
Cassitérite — Mines de Panasqueira, Portugal — (8,2 × 5 cm)

Cassitérite — Mines de Panasqueira, Portugal — (8,2 × 5 cm)
Général
Numéro CAS 1317-45-9
Classe de Strunz 4.DB.05
Formule chimique O2SnSnO2
Identification
Masse formulaire[2] 150,709 ± 0,008 uma
O 21,23 %, Sn 78,77 %,
Couleur brun, brun-rouge à presque noir, jaunâtre, parfois vert, gris, jaune, noir, blanche ou avec zonage de couleur, rarement rougeâtre ou rouge exceptionnellement incolore (sans coloration par les impuretés pigmentaires à base d'oxydes de fer)
Classe cristalline et groupe d'espace ditétragonale-dipyramidale
groupe de point 4/m 2/m 2/m, groupe d'espace P42/mnm
Système cristallin tétragonal ou quadratique
Réseau de Bravais
a = 4,738 Å ; c = 3,118 Å
Z = 2
V = 69,99 Å3 avec densité calculée 7,15
Macle sur {011}, macle en « genou », macle visière ou en coude (bec-d'étain)
macles fréquentes macles interpénétrantes sur {101}
Clivage {100} imparfait et léger, {110} indistinct (clivage parfois à peine visible)
Cassure subconchoïdale à rugueuse et irrégulière quelconque
Habitus cristaux prismatiques avec terminaisons pyramidales, assez souvent massivement courts, courts à terminaison octaèdrique ou bipyramidaux maclés en bec-d'étain, rare tétraèdre compacte
cristaux aciculaires ou en aiguilles, cristaux colonnaires ou pyramidaux; lourds prismes ou pyramides arrondies ou striés, agrégats massifs, agrégats botryoïdaux ou réniformes, fibroradiés ; petites masses testacées, masses finement grenues, parfois cryptocristallines, ou plus grossières; masses fibroradiées (parfois découpées et érodées dans les remaniements alluvionnaires) dénommées "étain de bois" ; encroûtements brun ou brun-rouge parfois fibreux et radiés.
Jumelage très commun par contact et pénétration sur {011}, recourbé en forme de genou (géniculé), lamellaire
Échelle de Mohs 6 - 7
Trait blanc à brunâtre, blanc brunâtre, gris pâle
Éclat adamantin, sub-métallique (parfois gras sur la fracture)
Éclat poli réflectance non négligeable comprise entre 10 % et 12 % selon le rayonnement électromagnétique visible (du rouge au violet)
Propriétés optiques
Indice de réfraction ω=2,000-2,006 ε=2,097-2,100
Pléochroïsme fort à très faible, jaune, rouge, brun
Biréfringence Δ=0,097 ; biaxe positif
Pouvoir rotatoire 2V de 0° à 38°
Fluorescence ultraviolet aucune
Transparence transparent à translucide, opaque (noir)
Propriétés chimiques
Densité 6,3 - 7,3 (plus généralement 6,8 et 7,3, en moyenne 6,9 à 7,1)
Température de fusion 1630 °C
Fusibilité infusible
Solubilité insoluble dans l'eau et les acides faibles
Comportement chimique réagit à l’HCl qui le solubilise
Propriétés physiques
Magnétisme aucun
Radioactivité aucune
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

La cassitérite est une espèce minérale composée de dioxyde d'étain de formule SnO2, pouvant contenir des traces d'autres éléments métalliques comme le Fe, Ta, Nb, Zn, W, Mn, Sc, Ge, In et Ga, essentiellement sous forme d'oxydes.

Elle est isostructurale avec le rutile.

Historique de la description et appellations[modifier | modifier le code]

Inventeur et étymologie[modifier | modifier le code]

La cassitérite fut citée par Bergmann en 1780, la première analyse chimique est faite par le chimiste Martin Heinrich Klaproth en 1797. Elle fut décrite et dénommée par François Sulpice Beudant en 1832 ; le nom choisi dérive du grec κασσίτερος (kassiteros = étain), qui en est le principal élément constituant[3].

Ce minéral singulier a été étudié par Friedrich Becke[1], en particulier sa morphologie géométrique et ses propriétés optiques.

Le nom du minéral doit être rapproché à bon escient des "Cassitérides", îles parfois légendaires parfois réelles qui étaient censées receller de minerais à base d'oxyde d'étain, dont on tirait un métal tant convoité déjà aux temps préromains. Il est probable que ces terres de l'ouest comprennent un arc allant de l'Espagne à l'île antique de Bretagne, en passant par la Petite Bretagne ou Armorique.

Topotype[modifier | modifier le code]

Le topotype de la cassitérite n'est pas répertorié. Toutefois les mines de Cornouailles au sud de l'Angleterre et celles du Pays de Galles sont mentionnées en 1832.

Synonymes[modifier | modifier le code]

Il existe pour cette espèce de nombreux synonymes[4] :

  • Étain oxydé (René Just Haüy) ;
  • Mine d'étain colorée (Jean-Baptiste Romé de L'Isle) ;
  • Stannum calciforme (Bergmann, 1780) ;
  • Zinnspat.
  • Varlamoffite ː ancienne variété de cassitérite typique de Gunheath en Cornouailles.
  • Pierre d'étain

Caractéristiques physico-chimiques[modifier | modifier le code]

Propriétés physique et chimiques[modifier | modifier le code]

La cassitérite se présente sous forme de cristaux prismatiques allongés sur {001} ou en masses, souvent maclés, avec des faces striées. Les faces les plus communes sont {110}, {111}, {100}, {101}.

Elle peut être le plus souvent transparente (indice de réfraction de 2 à 2,1) et brillante ou encore parfois opaque, son éclat est adamantin à métallique, devenant parfois gras au niveau de cassure. Elle est en moyenne de couleur brune fréquemment miellée jaunâtre. Les impuretés de fer lui apportent sa coloration, parfois en de rares zonages de couleur. En cas d'absence de pigments minéraux, la cassitérite est blanche, voire transparente en monocristal. La cassitérite est légèrement biréfringente, cette biréfringence étant parfois considérée comme une anomalie optique. Sa ténacité ou sa cohésion est cassante. Sa cassure est subconchoïdale et son trait blanc à brunâtre.

Elle est moyennement dure, entre 6 et 7 sur l'échelle de Mohs. Elle fond à 1 630 °C[5].

La cassitérite ou bioxyde d'étain, oxyde amphotère, est toutefois très peu sensible aux acides et bases faibles ou diluées. Elle réagit avec l'acide chlorhydrique concentré. Si on maintient un morceau de cassitérite dans une solution diluée et froide d'acide chlorhydrique en présence de copeaux de zinc, ce morceau trempé se couvre d'un film brillant d'étain.

Le dioxyde d'étain peut néanmoins subir une forte hydrolyse. Il se dissout dans les bases fortes pour former des ions stannates Sn(OH)6 2-. Il peut former des complexes avec l'ion chlorures du type Sn(Cl)6 2-. L'ion stanneux Sn2 + est un acide assez fort, il peut en équilibre avec Sn(OH)+

La cassitérite est infusible.

Chauffée vers 1000°C, elle libère son oxygène de structure et donne le corps simple métal Sn. L'opération qui nécessite toutefois beaucoup de chaleur (réaction endothermique) se fait au four avec le rôle d'un réducteur (charbon actif) et en présence de chaux (milieu basique ou alcalin). C'est pourquoi les Anglais nomment une variété compacte cristalline et massive tinstone ce qui correspond à die Zinnstein en allemand ou la pierre d'étain en français.

SnO2minerai enrichi de cassitérite + 2 Ccharbon de bois ou charbon actif → Snliquide coulé en lingot (à purifier) + 2 CO2gaz avec

Critères de détermination[modifier | modifier le code]

Pour un minéralogiste de terrain, la cassitérite est dure, lourde et fragile. Les critères de dureté, de forme, de couleur et de densité sont caractéristiques. L'habitus et la densité relativement élevée sont souvent les critères les plus discriminants ; le rutile est généralement plus clair, et dans le cas où il est sombre, possède un net reflet métallique, sans clivage distinct.

Variétés et appellations[modifier | modifier le code]

  • Ainalite (Nordenskiöld, 1855) : cassitérite contenant plus de 10 % de FeTa2O6. Elle est connue sur une seule occurrence, à Pennikoja, Somero, dans la région de Finlande du Sud-Ouest[6].
  • Dneiproskite (Wood Tin des anglo-saxons, étain boisé ou bois d'étain des francophones) : cassitérite botryoïdale pouvant exister en nodules indépendants dont la coupe évoque celle du bois. Cette variété est très répandue dans le monde en Bolivie, Brésil, Chine, Mexique, Pérou, Russie (elle tire son nom de la région de Dnipropetrovsk) et aux États-Unis.

L'étain de bois peut consister en agrégats fibroradiés, en masses concrétionnées fibreuses et en bandes alternées. Ces petites masses peuvent être testacées, réniformes ou botryoïdales (en grappes de raisin). Il existe des galets roulés présentant des faces dite étain de bois, et d'autres granulaires plus ou moins fines ou grossières.

Notons que l'étain d'alluvion désigne le minéral cassitérite en agrégats de particules souvent intimement accolés aux sables siliceux et autres minéraux et roches dans des dépôts alluvionnaires.

Cristallochimie[modifier | modifier le code]

La cassitérite fait partie du groupe du rutile, qui rassemble des espèces dont la formule générique est M4+O2. Toutes ces espèces cristallisent dans le système tétragonal, de la classe ditétragonale dipyramidale et de groupe d'espace P42/mnm (notation Hermann-Mauguin). Toutes présentent un habitus similaire allongé sur {001} et strié, avec des macles sur {101} et {301}.

Groupe du rutile
Minéral Formule Groupe ponctuel Groupe d'espace
Argutite GeO2 4/mmm P42/mnm
Cassitérite SnO2 4/mmm P42/mnm
Ilménorutile (Ti,Nb,Fe)O2 4/mmm P42/mnm
Strüverite (Ti,Ta,Fe)O2 4/mmm P42/mnm
Paratelurite TeO2 4/mmm P42/mnm
Pyrolusite MnO2 4/mmm P42/mnm
Plattnérite PbO2 4/mmm P42/mnm
Rutile TiO2 4/mmm P42/mnm
Stishovite SiO2 4/mmm P42/mnm

Cristallographie[modifier | modifier le code]

 structure cristalline de la cassitérite
Structure de la cassitérite. Gris : étain, rouge : oxygène.

La cassitérite cristallise dans le système cristallin quadratique, de groupe d'espace P 42/mnm (Z = 2 unités formulaires par maille conventionnelle)[7].

  • Paramètres de maille : = 4,737 Å, = 3,185 Å (volume de la maille V = 71,47 Å3)
  • Masse volumique calculée = 7 g/cm3

Les cations Sn4+ sont entourés par 6 anions O2− en coordination octaédrique. Les anions 2− sont en coordination triangulaire de Sn4+. La longueur de liaison Sn-O moyenne est de 2,054 Å.

Les octaèdres SnO6 sont reliés entre eux par leurs arêtes et forment des chaînes le long de la direction [001] ; ces chaînes sont reliées entre elles par les sommets des octaèdres dans les directions [110] et [110].

Gîtes et gisements[modifier | modifier le code]

Gîtologie et minéraux associés[modifier | modifier le code]

On trouve la cassitérite comme minéral primaire dans les roches magmatiques acides (granites et pegmatites associés au granites) et surtout dans les filons hydrothermaux de haute et moyenne température qui leur sont parfois liés (veines et greisen) et où elle cristallise. Dans les gîtes de hautes températures, elle est associée au quartz et à l'orthose dans les pegmatites, voire au wolfram et à la molybdénite, à la tourmaline et au topaze. Elle est encore associée à la scheelite et au mispickel dans les filons pneumatolithiques et leurs émanations. Elle est disséminée dans les greisen. Les fluides minéralisateurs sont le plus souvent la fluorine, l'apatite, le topaze et la wolframite.

Elle est présente dans certaines coulées de laves rhyolitiques, comme au Durango au Mexique. Elle est nettement plus rare dans les dépôts en zones de métamorphisme de contact.

Comme il s'agit d'un minéral résistant et assez dur, lourd et assez dense, il reste souvent au voisinage des roches érodées, il est logique que la cassitérite soit présente dans les sables des placers, sous forme d'étain d'alluvion ; Elle peut être ainsi exploitée dans des gîtes alluvionnaires ou placers sédimentaires fluviaux et marins, comme en Malaisie, en Indonésie ou en Thailande. Ces grands gîtes sont les exploitations actuelles les plus importantes et les plus rentables.

Parmi les plus beaux cristaux, de taille de l'ordre de 10 à 15 centimètres, beaucoup sont mis au jour dans les gisements réputés de Horni-Slavkov en République tchèque et au Minas Gerais, province minière du Brésil. En Cornouailles ou dans les Monts métallifères, les beaux cristaux sont souvent associés à l'albite et au spodumène. Les beaux cristaux fins se trouvent au Portugal, en Italie, en France, en Tchéquie, au Brésil et au Myanmar.

Il existe des gemme de cassitérite, par exemple à Villoco en Bolivie.

Elle est associée aux minéraux suivants : apatite, fluorite molybdénite, quartz, orthose, albite, muscovite, spodumène, tourmaline, wolframite, topaze, scheelite, lépidolite, arsénopyrite, molybdénite, bismuth natif, étain natif

Gisements producteurs de spécimens remarquables[modifier | modifier le code]

  • Allemagne
Erzgebirge ou Monts métallifères
  • Bolivie
Araca
  • Brésil
Fazenda do Funil, Ferros, Minas Gerais (gros cristaux)
  • France
Carrière de Trimouns, Luzenac, Ariège, Midi-Pyrénées[8]
La Villeder, Morbihan, Bretagne[9]
  • Portugal
Mines de Panasqueira, Panasqueira, Covilhã, District de Castelo Branco[10]
  • République tchèque
Horní Slavkov (ancienne Schlaggenwald), Région de Vary, Bohême[11]
  • Rwanda
Araca
  • Viêtnam
Pia-Ouac, Tonkin

Gisements importants pour l'industrie minière ou historique[modifier | modifier le code]

  • Allemagne
Marienberg, Altenberg ou Johanngeorgenstadt en Saxe (autrefois)
  • Australie
  • Bolivie
Araca, Oruro, Potosi, Huanini et Llallagua (souvent des gisements primaires de faible teneur ou fins cristaux)
  • Chine
Yunnan (gisements de faible teneur exploités)
Monts Xue Bao Diang, Sichuan (macles de cassitérite sur muscovite)
  • Congo
  • Grande-Bretagne
gisements de Saint-Just, de Saint-Michel, de Carn Brae à Liskeard, en Cornouailles, exploités autrefois de l'époque des peuples brittoniques au siècle industriel
  • États-Unis
Californie
Caroline du Sud
Dakota du Sud
Maine
New-Hamsphire
Nouveau-Mexique
Texas
Virginie
  • France
autrefois exploités à La Villeder dans le Morbihan, Abbaretz ou Saint-Renan en Bretagne, à Meymac en Corrèze, Montebras à Montebras-en-Soumans et Vaulry en Haute-Vienne (limousin), à Échassières dans l'Allier (aujourd'hui beaux cristaux)
  • Indonésie
larges placers ou formations alluvionnaires des îles Banka et Billiton, exploitation économique à Sumatra
  • Malaisie
états du Perak et du Selango, formations alluvionnaires parmi les plus exploitées dans les années 1990
  • Mexique
  • Namibie
Otjimbojo
  • Niger
  • Nigeria
district minier du Jos
  • Pérou
  • Thaïlande
  • Zaïre

Exploitation des gisements et usage[modifier | modifier le code]

Les minéralogistes apprécient les beaux spécimens de cassitérite des collections. Ils portent au pinacle les macles multiples originales ou les formes définies.

Les gemmologues recherchent les pierres dures de cassitérite de belle couleur translucide, que les orfèvres peuvent tailler en gemme ou ovale brillant, tantôt d'un beau jaune, tantôt d'un beau orangé ou brun miellé.

Elle sert au polissage optique.

La cassitérite ou bioxyde d'étain est un agent opalisant pour fabriquer des pâtes de verre, ainsi que pour les émaux et les vernis minéraux. C'est aussi un pigment pour céramiques, par exemple sous forme de pigment albâtre et rouge rubis en peinture sur céramique.

Il s'agit d'un mordant ancien pour teintures et impression de tissus. En chimie, le dioxyde d'étain est un agent de catalyse pour réaction d'oxydation.

C'est surtout le principal minéral des gîtes d'étain, très recherché depuis l'Antiquité. Le minerai relativement pur en minéral cassitérite peut comprend plus de 78 % d'étain.

L'étain peut être obtenu par réduction en chauffant la cassitérite mélangée avec du carbone à une température d'au moins 1 200 °C[12]. Le minerai est enrichi par des boues de minerais broyés. Concentrée à au moins 75 %, la matière minéral est grillée et chauffée en présence de coke, puis réduit dans un four en métal. Pour être purifié, le métal peut être à nouveau retraité par du charbon actif ou soumis à un raffinage électrolytique moins coûteux.

Galerie[modifier | modifier le code]

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Histoire[modifier | modifier le code]

Dans l'Antiquité, vers l'an −4000, les forgerons savaient qu'en chauffant la malachite, ils obtenaient, par réduction, du cuivre de couleur rouge, chalcolithique, alors qu'un mélange chauffé de malachite et de cassitérite conduisait à des bronzes, de couleur brune (voir âge du bronze).

Il ne faut pas oublier que l'étain était dans l'Antiquité considéré comme un métal précieux, avec l'or, l'argent, les bronzes (sic). En réalité, il valorisait le cuivre et dans une moindre mesure le plomb. La présence de cassitérite en Bretagne antique (île de Grande-Bretagne actuelle) est une des raisons de l'extension nordique de la conquête romaine, d'abord par César pour faire admettre un tribut et une liberté de commerce, puis définitivement sous Claude. Hadrien installe le grand limes bien au nord entre 120 et 125, de façon à protéger les terres belges pacifiées du Sud, populeuse et riche en cassitérite parmi d'autres ressources minières.

Il existe un grand nombre de site d'exploitations de cuivre et/ou plus rarement d'étain des peuplades celtes au voisinage de leurs anciennes capitales, par exemple près d'Autun, à moins qu'ils n'utilisent l'étain transporté sur leurs voies marchandes d'eau ou de pierre, comme dans le Lauragais[13].

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. La classification des minéraux choisie est celle de Strunz, à l'exception des polymorphes de la silice, qui sont classés parmi les silicates.
  2. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
  3. (de) M. H. Klaproth, « Untersuchung der Zinnsteine », dans Beiträge zur chemischen Kenntniss der Mineralkörper, Zweiter Band, Rottmann Berlin, 1797, p. 245-256 [ texte intégral ]
  4. « Index alphabétique de nomenclature minéralogique » BRGM
  5. (en) « Tin dioxide », sur ChemSpider, the free chemical database (consulté le 28 août 2011)
  6. (sv) « Beskrifnung oefver de i Finland funna Min. », dans Helsinfors, vol. 162, p.1855
  7. ICSD No. 16 635 ; (de) W.H. Baur, « Über die Verfeinerung der Kristallstrukturbestimmung einiger Vertreter des Rutiltyps: TiO2, SnO2, GeO2 und MgF2 », Acta Crystallographica, vol. 9, no 6,‎ , p. 515-520 (DOI 10.1107/S0365110X56001388)
  8. D. Descouens et P. Gatel, « Un gisement de talc : Trimous », dans Monde & Minéraux, no 78, 1987, p. 4-9
  9. R. De Ascencao Guedes et al., « Les espèces minérales du district de La Villeder », dans Le Règne Minéral (Hors Série 7), 2001, p. 42-58
  10. Bull. Minéral., vol. 111, 1988, p. 251-256
  11. J. Tvrdy et P. Beran, « Le district minier d'Horni Slavkov (Schlaggenwald) République Tchèque », dans Le Règne Minéral, vol. 52, 2003, p. 7-23.
  12. (en) « Tin », sur Australian Mines Atlas (consulté le 28 août 2011)
  13. Un article sur l'airain du Lauragais

Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • Ronald L. Bonewitz, Margareth Carruthers, Richard Efthim, Roches et minéraux du monde, Delachaux et Niestlé, 2005, 360 pages (traduction de l'ouvrage anglo-saxon, publié par Dorling Kindersley Limited, London, 2005). ISBN 2-603-01337-8, en particulier le haut de p. 162.
  • Basil Booth, Roches et Minéraux, collection Mini encyclopédie, Solar, 2002, 80 pages, ISBN 978-2263032301, p. 21.
  • François Farges, À la découverte des minéraux et pierres précieuses, collection l'Amateur de Nature dirigée par Alain Foucault sous l'égide du muséum d'histoire naturelle, édition Dunod 2013 complétée en 2015, 208 pages. ISBN 978-2-10-072277-8. En particulier, p. 95
  • Rupert Hochleitner, 300 roches et minéraux, Delachaux et Niestlé SA, Paris, 2010, traduction et adaptation française par Jean-Paul Poirot de l'ouvrage Welcher Stein ist das ? paru aux éditions Franckh-Kosmos Verlags-GmbH & Co, à Stuttgart en 2010, réédition 2014, 255 pages, ISBN 978-2-603-01698-5 en particulier présentation de la cassitérite p. 179.
  • Alfred Lacroix, Minéralogie de la France et de ses anciens territoires d'Outremer, description physique et chimique des minéraux, étude des conditions géologiques et de leurs gisements, 6 volumes, Librairie du Muséum, Paris, 1977, réédition de l'ouvrage initié à Paris en 1892 en un premier tome. En particulier, pour la cassitérite décrit dans le troisième volume, p. 217-235 avec note p. 804 et un note complémentaire dans le quatrième volume p. 896.
  • Jean-Paul Poirot, Mineralia, Minéraux et pierres précieuses du monde, Artemis édition, Losange 2004, 224 pages. En particulier p. 54-55.
  • Henri-Jean Schubnel, avec Jean-François Pollin, Jacques Skrok, Larousse des Minéraux, sous la coordination de Gérard Germain, Éditions Larousse, Paris, 1981, 364 p. (ISBN 2-03-518201-8). Entrée 'cassitérite' p. 105.
  • Annibale Montana, R, Crespi, G. Liborio, Minéraux et roches, éditions Fernand Nathan, Paris, 1981, 608 pages. § 77.

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]