砷是一種非金屬元素，單質(zhì)有灰、黑和黃三種同素異形體，但只有灰砷在工業(yè)上具有重要的用途，并且灰砷也是最常見的單質(zhì)形態(tài)，性脆而硬，具有金屬般的光澤，導熱、導電性能良好，易被搗成粉沫。砷的蒸汽具有一股難聞的大蒜臭味。金屬砷很容易與氟、氧發(fā)生反應，在加熱條件下能與大多數(shù)金屬、非金屬發(fā)生反應。砷不溶于水，但溶于硝酸、王水和強堿。砷在地殼中的含量約為2~5mg/kg，為構(gòu)成地殼元素的53位。現(xiàn)在，隨著人們健康和環(huán)保意識的增加，砷及其化合物在顏料、殺蟲劑、木材處理、除草劑等方面的應用已逐漸被環(huán)保無毒的產(chǎn)品所替代，砷的應用領(lǐng)域主要集中在合金、半導體材料、醫(yī)藥等領(lǐng)域。

一、砷的發(fā)現(xiàn)及發(fā)展

砷的發(fā)現(xiàn)簡史

1世紀，羅馬博物學家普林尼的著作中首次提到砷的硫化物被古代羅馬人稱為auripigmentum(意為"金黃色的顏料")，而英文中雌黃的名稱(orpiment)也是由該詞演變而來的。同一時期，希臘醫(yī)生第奧斯科里底斯也敘述了用于醫(yī)藥中的三氧化砷的制取方法，即焙燒砷的硫化物。

三氧化二砷在我國古代文獻中被稱之為砒石或砒霜，這說明我國古代的人們對它的毒性已經(jīng)有所了解。公元973年，宋朝人編纂的醫(yī)藥書記《開寶本草》中首次記載了小劑量砒霜被當作藥使用。6世紀中葉，我國北魏末期農(nóng)學家賈思勰編著的農(nóng)學專著《齊民要術(shù)》中以及明末宋應星編著的《天工開物》中均提到了三氧化二砷在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用。公元4世紀前半葉，中國晉朝煉丹家、古藥學家葛洪（公元284-364年）的名著《抱樸子?仙藥篇》中記載了從雄黃、松脂、硝石合煉制得三氧化二砷和砷的混合物，這是世界上關(guān)于煉制單質(zhì)砷最早的可靠記載，因而中國學者將此視為砷的最早發(fā)現(xiàn)。

然而西方化學家和史學家們則一致認為單質(zhì)砷是由德國煉金家阿爾伯特?馬格努斯(Albert Magnus，1200～1280) 于1250年從砷化合物中分離出來的。阿爾伯特?馬格努斯的方法與葛洪取得單質(zhì)的方法是一樣的，但比葛洪晚大約900年。

18世紀，瑞典化學家、礦物學家布蘭特闡明砷、三氧化二砷以及其他砷化合物之間的關(guān)系。拉瓦錫證實了布蘭特的研究成果，認為砷是一種化學元素。

砷的發(fā)展

根據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)布數(shù)據(jù)，2014年全球三氧化二砷的產(chǎn)量約為4.6萬噸，中國是的生產(chǎn)國(2.5萬噸)，產(chǎn)量占全球的一半以上，其次是智利(1萬噸)，其他主產(chǎn)國包括摩洛哥、俄羅斯、比利時?，F(xiàn)在，隨著人們健康和環(huán)保意識的增強，砷在木材處理、顏料、殺蟲劑、除草劑等與人們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)的領(lǐng)域的應用大幅下降，而合金材料、半導體材料、醫(yī)藥等領(lǐng)域則成為了砷的主要應用領(lǐng)域。目前，三氧化二砷和金屬砷是砷進出口的主要產(chǎn)品。但是，隨著智能手機以及一些高速無線設備的發(fā)展，市場對砷化鎵的需求也將不斷上升。

二、砷資源分布及產(chǎn)量情況

砷資源分布

砷是廣泛分布于自然界的非金屬元素，在地殼中的含量約為2~5mg/kg。根據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局2015年發(fā)布的數(shù)據(jù)，全球砷資源總儲量約為砷年產(chǎn)量的20倍，全球銅、鉛礦產(chǎn)資源中砷資源的含量約為1100萬噸。智利、美國、加拿大、墨西哥、菲律賓五國砷資源儲量約占世界砷資源儲量的一半，其他砷資源較豐富的國家包括法國、瑞典、納米比亞、秘魯?shù)取?/p>

在自然界中，砷主要以硫化物礦的形式存在，如雌黃、雄黃、砷黃鐵礦等，砷也以氧化物和少量的單質(zhì)形態(tài)存在。下圖介紹了主要砷礦物及其分布情況：

我國砷資源分布及儲量

我國的砷資源相對集中，主要分布中南及西部地區(qū)。截至2003年底，我國累計探明砷礦資源儲量為397.7萬噸，保有儲量為279.6萬噸, 其中87.1%的保有儲量以共生、伴生砷礦形式存在。廣西、云南、湖南三省的保有儲量分別為67.1萬噸、54、8萬噸、39.9萬噸，共占全國保有儲量的58%，而廣西南丹縣和云南個舊市的保有儲量，分別為47.5萬噸和28.5萬噸，占全國總保有儲量的17%和10.2 %。此外，內(nèi)蒙古和西藏自治區(qū)的砷保有量分別占全國保有量的7.8%和5.1%。我國擁有世界上獨特的雄黃（四硫化四砷）資源，廣泛分布于湖南、貴州、四川、云南等省，其中湖南石門雄黃礦是國內(nèi)外的雄黃礦。

我國主要伴生砷礦產(chǎn)資源中砷的品味和儲量如下圖：

砷的產(chǎn)量

砷是金礦、銅礦與鉛礦精練的副產(chǎn)品，其中銅生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品是砷提取的主要來源，也有少量的砷是從銅、黃金、鉛冶煉廠排出的粉塵中回收而來的。從各國砷生產(chǎn)方式來看，中國、秘魯和菲律賓主要從雄黃和雌黃中制取砷；智利主要從銅-金礦中回收砷；加拿大主要從金礦中回收砷。

根據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局2015年數(shù)據(jù)，2014年全球三氧化二砷的產(chǎn)量為4.6萬噸，中國是三氧化二砷生產(chǎn)國，2014年產(chǎn)量為2.5萬噸，約占全球產(chǎn)量的54%，智利2014年產(chǎn)量為1萬噸。其他砷主產(chǎn)國包括摩洛哥(8000噸)、俄羅斯(1500噸)、比利時(1000噸)，而世界其他國家2014年砷的總產(chǎn)量約為200噸。

三、砷的用途及應用領(lǐng)域

砷的應用概況

目前，金屬砷主要作為合金材料應用到銅和鉛的合金中。此外，砷也被當作摻雜材料應用到一些半導體材料，如N型半導體材料等。而隨著人們健康和環(huán)保意識的增強，砷在殺蟲劑、除草劑、木材防腐劑、農(nóng)藥等方面的用量正在逐漸降低。

合金材料

因為砷具有半金屬性，因而也被用作合金材料。例如，在鉛中加入2%的砷構(gòu)成的砷鉛合金在軍事工業(yè)中用以制造子彈頭、軍用毒藥和煙火。在銅中添加0.15%-0.5%的砷制成的砷銅合金可以顯著降低銅的導熱性和導電性，提高含氧銅的加工塑性，常用于生產(chǎn)火車燃燒室的支撐螺旋桿及高溫還原氣氛中的零部件。

半導體材料

高純砷不僅是制取化合物半導體砷化鎵、砷化銦等的原料，還是半導體材料鍺和硅的摻雜元素，例如，半導體材料硅中摻砷后成為N型半導體，它的自由電子的濃度大大增加，導電能力也大大增加。這些材料被廣泛應用于二極管、發(fā)光二極管、激光器等的制造中。

醫(yī)藥

砷具有生理和藥理作用，也被廣泛應用于醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域。在18-20世紀，一些砷的化合物就曾被當作藥物使用，例如，現(xiàn)在已經(jīng)被抗生素所替代的阿斯凡納明，就曾被保羅?埃爾利希用于治療梅毒和錐蟲病。有研究表明，一些含砷中藥制劑不僅可抑制腫瘤組織生長，還具有抗病原微生物以及抗瘧的作用。在2000年，美國食品藥品監(jiān)督管理局也同意把三氧化二砷開給得急性早幼粒細胞白血病并對維A酸有抗藥性的病人。

木材處理

砷對昆蟲、細菌與蕈類有極大的毒性，因而被應用到木材的防腐劑中。例如，鉻酸銅砷（CCA）是木材防腐處理中一種常見的防腐鹽，自20世紀50年代開始就成為了砷的消費領(lǐng)域。但是近年來，隨著世界各國對環(huán)境保護以及健康要求的不斷提高，美國、日本、歐盟等國家和地區(qū)已經(jīng)禁止或者嚴格限制使用CCA木材防腐劑和CCA處理木材，取而代之的是ACQ（四價銅銨絡合物）和CBA（吡咯硼銅絡合物）等不含砷的綠色建材型木材防腐劑，因而砷在木材處理領(lǐng)域的應用量大幅下降。

其他應用

砷有毒性，也曾被應用到殺蟲劑、除草劑和毒藥中。例如，已經(jīng)被甲基砷酸鈉（MSMA）與甲基砷酸二鈉（DSMA）所取代的砷酸氫鉛在20世紀時曾被用作果樹用殺蟲劑，但它會損傷使用者的大腦。

砷的一些化合物也曾被當作顏料用于玻璃、陶瓷等，如醋酸亞砷酸銅（又名巴黎綠）曾被用來當作綠色顏料，但因為砷有毒，因而含砷的顏料也逐漸被替代。

砷也被加入到黃銅當中，用于抵制脫鋅，這種黃銅常用來制造水管配線。