二氧化鎂的熔煉需要重點關注溫度控制和還原劑的選擇，特別是需要在極高溫環境下進行操作。通常采用電弧爐或感應爐作為熔煉設備，工作溫度需維持在2852℃（MgO熔點）以上，這對耐火材料提出了極高要求，氧化鋯或石墨是常見的爐襯選擇。實際操作中常加入碳質還原劑（如焦炭或石油焦）來促進還原反應，其反應機理為MgO+C→Mg+CO。

為了提升熔煉效率，工藝上往往采用兩步法處理。第一步在相對低溫區（約1200℃）完成碳熱還原的初始反應，此時需要嚴格控制CO分壓；第二步將生成的鎂蒸氣導入冷凝系統，采用快速冷卻技術（冷卻速率＞200℃/s）來收集金屬鎂。值得注意的是，爐內需要保持惰性氣氛（通常用氬氣保護）以防止鎂的再氧化，同時真空環境（壓力＜10Pa）有助于降低反應溫度。

工業實踐中會遇到若干技術難點，比如鎂蒸氣的高溫腐蝕問題會導致設備壽命縮短，這就需要選用特殊合金（如鎳基高溫合金）制作關鍵部件。另一個常見問題是冷凝效率不足，可通過設計多級冷凝器（工作溫度梯度500-200℃）來優化。現代工藝還嘗試添加氟化鈣（CaF2）作為助熔劑，能有效將體系共晶點降低約150℃。

從安全角度考慮，整個系統必須配備完善的防爆裝置，因為鎂粉塵在濃度超過30g/m3時存在爆炸風險。同時要監控尾氣中CO含量（不得超過50ppm），這對環保排放提出嚴格要求。隨著技術進步，新型微波熔煉法和等離子體還原法等綠色工藝正在逐步替代傳統方法，這些技術能顯著降低能耗（電能消耗減少40%以上）并提高鎂回收率（可達92%）。