砷

尽管砷因毒物而臭名昭著，但在得到适当处理和控制的情况下，它在工业和技术领域有多种重要应用。半导体行业使用超高纯砷生产砷化镓（GaAs）半导体，这些半导体是高频电子设备、LED照明、激光二极管和太阳能电池的关键部件。与硅相比，这些含砷半导体在要求高速或高功率效率的应用中具有更优异的性能。电子行业依靠砷化合物制造集成电路，尤其用于微波设备和光电元件等专业领域。木材防腐曾是砷化合物的主要用途之一，特别是铬酸铜砷（CCA），但由于健康和环境方面的担忧，许多国家已基本停止这一用途。玻璃行业使用三氧化二砷作为澄清剂，以去除气泡并提高光学清晰度，尤其用于生产高质量光学玻璃和电视屏幕。砷化合物在半导体制造过程中充当掺杂剂，通过引入精确的砷含量来改变硅和其他半导体材料的电学性质。医学领域已将砷化合物用于癌症治疗，尤其是使用三氧化二砷治疗某些类型的白血病；尽管它具有毒性，但已显示出显著疗效。农业应用包括某些杀虫剂和除草剂，但由于环境和健康方面的担忧，这些用途受到严格监管且正在减少。研究仍在继续探索砷在先进技术中的潜在应用，包括量子计算和航空航天领域的特种合金。冶金行业将砷用作铅基材料中的合金元素，以提高硬度和耐腐蚀性。

砷最重要的现代用途是在半导体制造中形成砷化镓化合物，这些化合物几乎用于所有智能手机、LED灯和无线通信设备。太阳能电池板，尤其是为空间应用设计的太阳能电池板，依靠含砷的砷化镓电池，以实现将阳光转化为电能的最高效率。高速互联网基础设施依赖含砷的激光二极管和光电探测器，这些器件用于光纤通信系统。汽车LED前灯和尾灯采用以砷为基础的半导体，以提高亮度和能源效率。军事和航空航天应用在雷达系统、卫星通信和电子战设备中使用砷化合物。玻璃行业仍在特种玻璃生产中使用少量三氧化二砷，包括光学透镜和高端电视屏幕。医学肿瘤科使用三氧化二砷作为化疗药物治疗特定类型的血液癌症，其疗效已得到充分证明。全球各地的研究实验室使用超高纯砷制造实验性半导体器件，并开展量子研究。一些特种金属合金仍会加入少量砷，以改善特定工业应用所需的材料性质。环境监测设备使用基于砷的传感器和探测器测量空气和水的质量。即使是计算机处理器和显卡等消费电子产品，其半导体部件中也含有微量砷。可再生能源行业在先进光伏系统中使用砷化合物，以实现最高的发电效率。

砷广泛分布于地壳中，平均浓度约为1.8 parts per million，因此它比许多其他痕量元素更丰富，但很少形成高浓度矿床。该元素天然存在于200多种矿物中，不过只有少数矿物具有经济开采价值。毒砂（FeAsS）是最常见的含砷矿物，也是商业砷生产的主要来源。这种矿物常与金、银和铜矿共生，因此砷的回收通常是贵金属采矿作业的副产品。雄黄（As4S4）和雌黄（As2S3）是具有鲜明橙色和黄色的硫化砷矿物，历史上曾是重要来源，但如今在商业上的重要性已降低。砷通常以痕量元素形式存在于铜、铅、锌、银和金的硫化矿中，常常使这些金属的加工变得复杂。煤矿床中经常含有浓度为1至100 parts per million的砷，一些高砷煤中的含量还要高得多；燃烧这些煤时会引发环境问题。某些地质构造中的地下水会因含砷岩石和矿物的风化而天然含有较高水平的砷，在受影响地区造成严重的公共卫生挑战。火山活动可通过地热过程将砷释放到环境中，使一些温泉和地热区的砷浓度自然升高。海洋沉积物中常含有通过生物和化学过程富集的砷，尤其是在有机质含量较高的地区。一些植物能够从受污染土壤中积累砷，导致受影响地区种植的某些农产品中砷浓度升高。砷的地理分布与特定地质构造密切相关，在曾经发生火山活动的地区和某些沉积盆地中尤为集中。