Today’s society is currently performing an exit from fossilfuel energy sources. The change to sustainable alternativesrequires inexpensive and environmentally friendly energy storagedevices. However, most current devices contain expensive,rare or toxic materials. These materials must be replaced bylow-cost, abundant, nontoxic components.In this thesis, I suggest the production of paper-based electricdouble-layer capacitors (EDLCs) to meet the demand oflow-cost energy storage devices that provide high power density.To fulfill the requirements of sustainable and environmentallyfriendly devices, production of EDLCs that consist of paper,graphite and saltwater is proposed. Paper can be used as aseparator between the electrodes and as a substrate for theelectrodes. Graphite is suited for use as an active material in theelectrodes, and saltwater can be employed as an electrolyte.Westudied and developed different methods for the productionof nanographite and graphene from graphite. Composites containingthese materials and similar advanced carbon materialshave been tested as electrode materials in EDLCs. I suggest theuse of cellulose nanofibers (CNFs) or microfibrillated cellulose(MFC) as a binder in the electrodes. In addition to improvedmechanical stability, the nanocellulose improved the stabilityof graphite dispersions and the electrical performance of theelectrodes. The influence of the cellulose quality on the electricalproperties of the electrodes and EDLCs was investigated.The results showed that the finest nanocellulose quality is notthe best choice for EDLC electrodes; MFC is recommended forthis application instead. The results also demonstrated thatthe capacitance of EDLCs can be increased if the electrodemasses are adjusted according to the size of the electrolyte ions.Moreover, we investigated the issue of high contact resistancesat the interface between porous carbon electrodes and metalcurrent collectors. To reduce the contact resistance, graphitefoil can be used as a current collector instead of metal foils.Using the suggested low-cost materials, production methodsand conceptual improvements, it is possible to reduce the material costs by more than 90% in comparison with commercialunits. This confirms that paper-based EDLCs are apromising alternative to conventional EDLCs. Our findings andadditional research can be expected to substantially supportthe design and commercialization of sustainable EDLCs andother green energy technologies. / I dagens samhälle pågår en omställning från användning avfossila energikällor till förnybara alternativ. Denna förändringkräver miljövänliga och kostnadseffektiva elektriska energilagringsenheterför att möjliggöra en kontinuerlig energileverans.Dagens energilagringsenheter innehåller ofta dyra, sällsyntaeller giftiga material som behöver bytas ut för att nå hållbaralösningar.I denna avhandling föreslås att tillverka pappersbaseradesuperkondensatorer som möter kraven för kostnadseffektivaelektriska energilagrare med hög effekttäthet. För att nå kravenpå miljömässigt hållbara enheter föreslås användning avendast papper, grafit och saltvatten. Papper kan användas somseparator mellan elektroder likväl som substrat vid elektrodbestrykning.Grafit kan användas som aktivt elektrodmaterialoch saltvatten fungerar som elektrolyt. Olika metoder har härutvecklats för att producera nanografit och grafen från grafit.Dessa material har tillsammans med liknande, kommersiellt tillgängliga,avancerade kolmaterial testats i elektrodkompositerför superkondensatorer. Som bindemedel i dessa kompositerföreslås nanofibrillerad eller mikrofibrillerad cellulosa. Jaghar demonstrerat att nanocellulosa ökar dispersionsstabilitetensamt förbättrar den mekaniska stabiliteten och dom elektriskaegenskaperna i elektroderna. Hur cellulosans kvalitet påverkarelektroderna har undersökts och visar att den finaste kvaliteteninte är det bästa valet för superkondensatorer, istället rekommenderasmikrofibrillerad cellulosa. Utöver detta demonstrerasmöjligheten att öka superkondensatorernas kapacitans genomatt balansera elektrodernas massa med hänsyn till jonernasstorlek i elektrolyten. I avhandlingen diskuteras även svårigheternamed hög kontaktresistans i gränssnittet mellan porösakolstrukturer och metallfolie och hur detta kan undvikas omgrafitfolie används som kontakt.Genom att använda de material, produktionstekniker ochkonceptförbättringar som föreslås i avhandlingen är det möjligtatt reducera materialkostnaderna med mer än 90% i jämförelsemed kommersiella superkondensatorer. Detta bekräftar att pappersbaserade superkondensatorer är ett lovande alternativoch våra resultat tillsammans med vidare utveckling harstor potential att stödja övergången till miljömässigt hållbarasuperkondensatorer och annan grön energiteknik. / <p>Vid tidpunkten för disputationen var följande delarbeten opublicerade: delarbete 6 inskickat.</p><p>At the time of the doctoral defence the following papers were unpublished: paper 6 submitted.</p>

In mineral processing, one of the most important and versatile separation methods is flotation. Flotation utilizes the different surface properties of the valuable minerals in the ore to separate them from the less valuable gangue material in the ore. Crushed and ground ore is mixed with water and fed into flotation tanks. In the flotation tanks, the particles of valuable mineral are made hydrophobic. That way, they can be floated by attaching to air bubbles and gather on top of the flotation tank as froth. This froth, containing higher concentrations of valuable mineral, is recovered and then processed further. The flotation circuit is controlled and maintained using measurements on the mass flows and grades of different materials. Due to economical, practical, and technological limitations, these measurements are performed at a chosen number of points in the circuit and at discrete points in time. Poor measurement data can have devastating consequences if the operators are left with limited information and errors in the circuit remain undetected. The accuracy of the acquired measurements is improved by performing mass balance and reconciliation. Traditionally, mass balance uses the sum of the total mass flows and the average grades over long times to avoid including the internal mass of the circuit in the calculations. It is desirable to perform mass balance directly to allow for faster intervention if any failures occur in the circuit during the on-line process. This report describes an on-line dynamic approach towards mass balancing and reconciliation of the mass flows and grades in a flotation circuit. Here, physical models of the flotation circuit are used to construct mass balance constraints using interpolation and test functions and the mass balance problem is posed as an optimization problem. The optimization problem is to adjust the assay such that the residual, the difference between the measured and the adjusted assay, is minimized while maintaining mass balance. An implementation in MATLAB and tests on synthetic data show that the dynamic formulation of mass balance does adjust 'erroneous' measurements such that mass balance is fulfilled. Given this result, there are still important aspects of the implementation that have to be addressed. The model uses the unknown and cell specific parameters flotation rate and recovery. Thus, these must be found or properly modeled. This report proposes a possible model for flotation rate as well as a strategy to find the recovery. The requirements of accuracy and speed of the implementation are also discussed. Possible next steps of this project is to further confirm a time effective implementation using synthetic data. Consequently, the implementation can be adapted for natural data in order to verify correctness of models. / I malmanrikning, är flotation en av de viktigaste och mest mångsidiga metoderna. Flotation utnyttjar de fysikaliska ytegenskaperna som partiklar av värdemineral har för att separera dessa från det mindre värdefulla gråberget i malmen. Krossad och mald malm blandas med vatten och matas in i flotationstankar. I flotationstankarna görs partiklarna av värdemineral hydrofobiska. På så vis kan de fästa sig vid luftbubblor och flyta till ytan och bilda ett skum. Detta skum samlas sedan ihop och behandlas vidare eftersom det innehåller en högre koncentration av värdemineral. Flotationskretsen styrs och underhålls med hjälp av mätningar av massflödena och halterna av de olika ämnena som finns i kretsen. På grund av ekonomiska, praktiska, och teknologiska hinder kan dessa mätningar bara göras på ett utvalt antal punkter i kretsen samt bara vid diskreta tillfällen. Felaktigt data kan ha förödande konsekvenser om operatörerna lämnas med begränsad information och processen fortlöper med oupptäckta fel. Mätsäkerheten kan förbättras med hjälp av massbalansering och haltjustering. Traditionellt görs massbalansering genom att summera den totala massan som löpt genom kretsen samt medelvärden av halterna över lång tid för att undvika att räkna in den interna massan i systemet. Det är önskvärt att utföra massbalansering direkt för att möjliggöra snabbare ingrepp ifall fel uppstår i kretsen under den fortlöpande processen. Denna rapport beskriver en dynamisk lösning för massbalansering och justering av massflöden och halter i en flotationskrets. Här används fysikaliska modeller av kretsen för att konstruera bivillkor för massbalans med hjälp utav interpolation och testfunktioner och massbalanseringsproblemet ställs upp som ett optimeringsproblem. Optimeringen sker genom att justera mätserien så att residualen, skillnaden mellan det uppmätta värdet och det justerade värdet, minimeras under uppfyllande av mass balans. En implementation i MATLAB och tester på syntetisk data visar att den dynamiska formuleringen av massbalans justerar de felaktiga mätvärdena så att massbalans uppfylls. Med det resultatet i åtanke, finns det fortfarande viktiga aspekter av implementationen som bör tas hänsyn till. Modellen använder de okända och cellspecifika parametrarna flotationshastighet och utbytet och dessa måste kunna bestämmas för att denna modell ska kunna användas. Ett förslag på modellering av flotationshastigheten föreslås i rapporten. Dessutom ges förslag på strategier att hitta utbytet. Kraven på noggrannhet och snabbhet diskuteras också. Möjliga nästa steg för projektet är att vidareutveckla en tidseffektiv implementation genom att använda syntetiska data. Därefter kan en implementation för naturligt data verifiera modellerna.

The objectives of this project were to survey the flotation circuit of the Boliden concentrator, mass balance collected data and evaluate a scale-up model for laboratory flotation results. The model assumes that half of the recovery to cleaner middlings in a standard laboratory test would report to the final concentrate if it were done in closed circuit, as is the case in a full-scale plant. It has been used by Boliden Mineral AB since 1982 but its accuracy had not been studied since 1986. The model can be categorised as of open circuit type with scale-up factors. The project was based on a complex Ag-Au-Cu-Pb-Zn sulphide ore from the Kristineberg mine. Laboratory tests were done to produce concentrates of CuPb, Cu, Pb and Zn with pulp samples from the concentrator as feed material. The software HSC 9.3 was used to mass balance data from the plant survey. It was decided that the model would be deemed usable if it was able to predict the plant results with the same accuracy as in the survey of 1986. A simulated locked cycle test with split factors (Agar &amp; Kipkie, 1978) was identified as an alternative scale-up model. The results showed that the model was able to predict the plant results with the same accuracy as in 1986. It was especially good at predicting grade and recovery of the main element in a concentrate. For example, it predicted an 18 % higher grade and 11 % lower recovery of Cu to the CuPb concentrate, while a 3 % lower grade and 11 % lower recovery of Zn was predicted to the Zn concentrate. The locked cycle model gave much worse predictions on grades, but more accurate recoveries. It was also better at predicting the behaviour of minor impurity elements such as As and Bi. A recommendation is to combine the two alternatives in a type of "mixed cycle" model. In this study, it would have predicted an 18 % higher grade and 7 % lower recovery of Cu to the CuPb concentrate, as well as a 3 % lower grade and 1 % higher recovery of Zn to the Zn concentrate compared with plant results. Such a model seems to give better figures, but should be put to the test on more samples and ores to confirm this belief. It could at the very least be used to check the reliability of results predicted by the current scale-up model. / Syftet med det här examensarbetet var att utföra en detaljprovtagning av flotationskretsen i Bolidens anrikningsverk, massbalansera data och sedan utvärdera en modell för uppskalning av resultat från laboratorieflotationer. Modellen antar att hälften av utbytet till returgodset i ett satsvis laboratorieförsök skulle rapportera till det slutliga koncentratet om det återcirkulerades, såsom i ett anrikningsverk. Den har använts av Boliden Mineral AB sedan 1982 men utvärderades senast 1986. Kategoriskt kan den ses som en uppskalningsmodell av typen öppen krets med skalfaktorer. Projektet baserades på en komplex Ag-Au-Cu-Pb-Zn sulfidmalm från gruvan i Kristineberg. Laboratorieförsök utfördes för att ta fram koncentrat av CuPb, Cu, Pb och Zn, med pulpprover från driften som utgångsmaterial. Programmet HSC 9.3 användes för att massbalansera datan från provtagningen. Det bestämdes att modellen skulle anses som godtagbar ifall den kunde förutspå driftresultatet med samma noggrannhet som 1986. Ett simulerat försök av typen sluten krets (Agar &amp; Kipkie, 1978) identifierades som den mest intressanta alternativmodellen och även den utvärderades. Resultaten visade att modellen än idag ger godtagbara förutsägelser med samma noggrannhet som 1986. Modellen var särskilt bra på att förutspå halt och utbyte av den huvudsakliga metallen till dess eget koncentrat. Den förutspådde exempelvis en 18 % högre halt och 11 % lägre utbyte av Cu till CuPb-koncentratet, samt 3 % lägre halt och 11 % lägre utbyte av Zn till Zn-koncentratet. Den alternativa modellen gav sämre förutsägelser med avseende på halter, men bättre med avseende på utbyten. Den var bättre på att förutspå beteendet hos låghaltiga föroreningar såsom As och Bi. Rekommendationen är att kombinera de två modellerna till en "blandkretsmodell". I den här undersökningen hade ett sådant alternativ förutspått en 18 % högre halt och 7 % lägre utbyte av Cu till CuPb-koncentratet, samt 3 % lägre halt och 1 % högre utbyte av Zn till Zn-koncentratet jämfört med driftresultatet. En sådan modell tycks ge bättre förutsägelser, men bör testas på fler prover och malmtyper. Den borde åtminstone kunna användas för att kontrollera trovärdigheten hos resultaten förutspådda av den nuvarande modellen.