Cadmium

Le corps simple cadmium est un métal blanc argent brillant, légèrement bleuté, tendre et mou, très malléable et ductile, avec un éclat blanc d'étain. Il est plus mou que le zinc et l'étain. Son réseau hexagonal compact est déformé par allongement, expliquant une anisotropie des propriétés cristallines. Le métal cadmium se courbe facilement, il crisse à la flexion. Il graisse les limes. Frotté sur le papier, il laisse une trace grise. La résistivité électrique du cadmium est quatre fois plus élevée que celle du cuivre. Exposé à l'air, il perd son éclat. Avec le temps il ternit au contact de l'air. Il est peu altéré à l'air humide. Il est insoluble dans l'eau et les bases. L'eau pure est sans action, même à ébullition. Le cadmium est un métal blanc argenté ayant des propriétés physiques proches de celle du zinc. Sa masse molaire atomique est de 112,4 g/mol. Sa masse spécifique est de 8 650 kg/m. Son coefficient de dilatation linéaire est de l'ordre de 30,6x10 -6. Par écrouissage, sa densité apparente peut passer de 8,6 à 8,69, et sa dureté Mohs se stabilise à 2. Il est ductile (capacité à l’étirement), malléable (capacité à la mise en forme) et résiste à la corrosion atmosphérique, ce qui en fait un revêtement de protection pour les métaux ferreux. C'est pourquoi il est employé dans les revêtements galvanoplastiques, par exemple le cadmiage des aciers pour la protection en milieu eau de mer. C'est ainsi un métal d'électro-galvanisation, le revêtement protecteur de l'acier pouvant être un dépôt par voie électrolytique. Le corps simple métal cadmium est plus volatil que le zinc. Il fond à 320,9 °C et bout vers 767 °C à une pression d'une atmosphère. Lors de l'ébullition du cadmium, il se dégage des vapeurs jaunes, orange ou jaune orangé, à la fois toxiques et suffocantes. Sa densité de vapeur avoisinerait 3,94 selon Henri Sainte-Claire Deville et sa pression de vapeur est importante dès 400 °C. Refroidie lentement, cette matière à l'état de vapeur cristallise en octaèdres réguliers. Une lampe à vapeur de cadmium (Cd confiné sous vide) éclaire fortement, mais avec une couleur de base bleu-vert à l'équilibre.

Le cadmium représente environ 0,1 ppm de la croûte terrestre. Il est beaucoup plus rare que le zinc, qui représente environ 65 ppm. Aucun gisement significatif de minerais contenant du cadmium n'est connu. Le seul minéral de cadmium important, la greenockite (CdS), est presque toujours associé à la sphalérite (ZnS). Cette association est causée par la similarité géochimique entre le zinc et le cadmium, aucun processus géologique n'étant susceptible de les séparer. Ainsi, le cadmium est principalement produit comme sous-produit de l'extraction, de la fusion et du raffinage des minerais sulfurés de zinc, et, dans une moindre mesure, de plomb et de cuivre. De petites quantités de cadmium, environ 10 % de la consommation, sont produites à partir de sources secondaires, principalement à partir de poussières générées par le recyclage des ferrailles de fer et d'acier. La production aux États-Unis a commencé en 1907, mais une utilisation généralisée a débuté après la Première Guerre mondiale. Le cadmium métallique peut être trouvé dans le bassin de la rivière Vilyuy en Sibérie. Les roches extraites pour les engrais phosphatés contiennent différentes quantités de cadmium, ce qui entraîne une concentration en cadmium de jusqu'à 300 mg/kg dans les engrais et une haute teneur en cadmium dans les sols agricoles. Le charbon peut contenir des quantités significatives de cadmium, qui se retrouvent principalement dans les poussières de combustion. Le cadmium dans le sol peut être absorbé par les cultures telles que le riz. Le ministère chinois de l'agriculture a mesuré en 2002 que 28 % des échantillons de riz analysés contenaient un excès de plomb et 10 % un excès de cadmium au-dessus des limites définies par la loi. Certaines plantes comme les saules et les peupliers ont été trouvé capables de nettoyer à la fois le plomb et le cadmium du sol. Les concentrations de fond typiques de cadmium ne dépassent pas 5 ng/m dans l'atmosphère; 2 mg/kg dans le sol; 1 μg/L dans les eaux douces et 50 ng/L dans les eaux de mer. Des concentrations de cadmium supérieures à 10 μg/l peuvent être stables dans l'eau ayant de faibles concentrations totales de solutés et un pH, et peuvent être difficiles à éliminer par les procédés de traitement de l'eau conventionnels.

Le cadmium a de multiples utilisations : pour le cadmiage ou plaquage protecteur de cadmium sur des métaux ou alliages potentiellement oxydables, en galvanoplastie, pour les soudures spéciales (circuit électriques ou électroniques, alliages à températures de fusion basse…), en électrochimie (fabrication de cathode type pour accumulateur au cadmium et/ou au plomb, pour batteries rechargeables nickel cadmium) mais aussi notamment dans les écrans de télévision, les barres de contrôles des réacteurs ou piles nucléaires, les colorants (émail, glaçure rouge-orange en céramique), etc.

Les minerais assez rares, comme très souvent mêlés à la blende, la greenockite CdSβ contenant potentiellement 77,8 % ou l'otavite ou carbonate naturel de cadmium, restent en pratique inexploités ou peu exploitables, car le cadmium est présent dans presque tous les minerais de zinc (la teneur en cadmium varie de 0,01 % à 0,05 %. Le cadmium métal est obtenu industriellement comme sous-produit de la métallurgie du zinc, à partir des poussières mêlées au gaz de grillage des minerais sulfurés comme les blendes ZnS, mais aussi parfois du cuivre et du plomb. Il est aussi récupéré à partir des lessives de la production électrolytique du zinc. Sa production dépend de celle du zinc, dans une proportion variable de 1,8 à 6 kg de cadmium/tonne de Zn élaboré (3 kg/t de zinc en moyenne). Le cadmium est également présent dans des minerais de plomb et de cuivre, ainsi que dans des phosphates naturels (34 ppm pour les phosphates jordaniens, 380 ppm pour les phosphates tunisiens).