A、用高分子分离膜淡化海水是将海水中的水分离出来，没有新物质生成，属于物理变化，故A错；

B、干冰升华是由固态直接变为气态，只是状态发生了变化，没有新物质生成，属于物理变化，故B错；

C、纯铜与黄铜相互刻画只是比较硬度的大小，没有新物质生成，属于物理变化，故C错；

D、镁条燃烧生成氧化镁，有新物质生成，属于化学变化，故D正确．

故选D．